Elektrická energie: Kolik ji potřebujeme? Odkud ji vezmeme? 1
V současné době patří problematika výroby a distribuce elektrické energie k nejdiskutovanějším problémům novodobého světa. Ať se jedná o nedávnou vlnu zavírání jaderných elektráren v Evropě a Asii, o nejasnosti týkající se energetických zakázek ČEZu v Bulharsku nebo jen o neustálé protlačování zelené energie či protesty ekologických aktivistů proti elektrárnám méně šetrným k životnímu prostředí, vždy se debatuje buď o bezpečnosti, nebo o ekonomické stránce energetického konceptu. Z hlediska produkce je však dobré podotknout, že vědecký pokrok jde v této oblasti stále kupředu soustavná modernizace spolu s technologickým vylepšováním jednotlivých součástí a zvyšováním efektivity výroby elektrické energie vede nejen k postupné modernizaci jednotlivých zařízení pro výrobu elektrické energie, ale také ke zmírňování jakýchkoliv negativních dopadů na životní prostředí. Obsah 1 Spotřeba elektřiny... 3 1.1 Vývoj spotřeby elektřiny... 3 1.2 Příjemci elektrické energie... 3 1.3 Kolik je zapotřebí energie, možnosti úspory... 3 2 Možnosti výroby, energetická politika... 4 2.1 Produkce elektřiny... 4 2.2 Energetická politika... 5 2.3 Technologický aspekt... 6 3 Závěr... 7 4 Reference... 7 2
1 Spotřeba elektřiny 1.1 Vývoj spotřeby elektřiny Spotřeba elektrické energie v České republice rostla za poslední půlstoletí klesajícím tempem. Zatímco v roce 1960 byla celková čistá spotřeba elektřiny 20 000 GWh, zvětšila se její hodnota v roce 1980 na dvojnásobek. V roce 2008 dokonce přesáhla spotřeba elektřiny 60 000 Gwh a v současné době neustále fluktuuje těsně pod touto hranicí. Do budoucna se předpokládá, že spotřeba elektřiny bude nadále stoupat, největší poptávka po elektrické energii se očekává v roce 2025. Do roku 2050 by se měla spotřeba zvednout na 90 000 GWh, což znamená nárůst o dalších 50%. Je očividné, že takový nárůst zájmu o elektřinu bude muset být kompenzován její dostatečnou výrobou, nebo omezením spotřeby některých subjektů, které mezi velkoodběratele patří. 1.2 Příjemci elektrické energie Bude se zajímavé podívat na to, kdo patří mezi největší konzumenty energie. Nejsnadnější by bylo tvrdit, že nejvíce energie spotřebují samotné domácnosti, kterých je jako maloodběratelů nejvíce. Situace je však komplikovanější. V roli spotřebitelů vystupují také velké výrobní haly a koncerny, spotřebovávající oproti jedné domácnosti mnohokrát více energie. Zatímco poptávka všech domácností tvoří necelou ¼ trhu, firmy potřebují více než 35% celkového množství produkované elektrické energie. K největším konzumentům elektřiny patří zejména odvětví výroby kovů, hutního nebo těžkého průmyslu. Přibližně 15% vytvořené energie se paradoxně spotřebuje pro její výrobu a distribuci energetika je tedy taktéž jedním ze spotřebitelských subjektů, který není zanedbatelný. Je zapotřebí se snažit alespoň rámcově elektřinu spořit často se uvádí, že šetření energie v domácnostech může přinést velké energetické úspory, je tomu ale opravdu tak, když spousta odvětví národního hospodářství spotřebovává mnohonásobně více? 1.3 Kolik je zapotřebí energie, možnosti úspory Domácnosti užívají elektřinu nejčastěji pro vytápění, svícení nebo pro provoz různých elektrospotřebičů. Pokud je v domácnosti instalováno elektrické topení, tvoří právě ono více než polovinu celkových nákladů na elektrickou energii. Tyto náklady je však obtížné nějakým způsobem omezit, jelikož závisí na aktuálním počasí a tuhosti zimy. Sice existují i o trochu výhodnější možnosti, jak vytápět (například pomocí plynu nebo pevných paliv), nemusí být ale vhodné pro každého. 3
Reálná možnost, jak uspořit v domácnostech elektřinu, spočívá v používání elektrických spotřebičů a svícení. Většina běžné elektroniky, do které patří televizory nebo počítače obsahuje úsporný režim. U televize se jedná o režim stand-by, v případě počítače jde o režim spánku. V obou případech dochází ke snížení spotřeby oproti běžnému provozu o značnou část. Spotřeba v tomto režimu ale není úplně zanedbatelná přístroje mají v tu chvíli příkon v rozmezí od 2 do 15W, což při současných cenách za 1 kwh znamená přibližně 400 Kč za jeden takový spotřebič ročně. Podle nařízení Evropské unie se však od roku 2010 musí vyrábět takové elektrospotřebiče, aby neměly v úsporném režimu větší příkon než 2 W. Větší úspory například při svícení může přinést výměna starých žárovek za nové zářivky. Jejich hlavní výhodou je, že na rozdíl od žárovek klasických nepřeměňují většinu elektřiny na teplo, spotřebují přibližně 5x méně a ve většině případů mají delší životnost. Zmíněné úspory na úrovni domácností mohou pomoci vylepšit rodinný rozpočet a uspořit elektřinu, z globálního hlediska však spíše nemají valný význam. Šetřit by bylo zapotřebí hlavně u největších průmyslových odběratelů, nebo při její samotné výrobě, což v současné době není dost dobře technologicky možné. I přes úsporná opatření je zapotřebí čím dál tím více elektřiny, která bude muset být někde vyrobena. Možností by bylo stavět pořád nové a nové elektrárny, které by tento vývoj vyrovnávaly, není to vždy ale úplně jednoduché. Často vývoj závisí zejména na technologii a energeticko-politických možnostech každé země. 2 Možnosti výroby, energetická politika 2.1 Produkce elektřiny V současné době elektřina ještě dostačuje, mohlo by se to ale již v příštích desetiletích změnit. Zdroje, ze kterých je elektřina vyráběna, nejsou neomezené a díky rostoucí spotřebě bude v budoucnu nutné zavádět nová opatření k její výrobě. Elektráren existuje několik druhů, z čehož je každý jinak efektivní, škodlivý na životní prostředí a závislý na přírodních podmínkách. Nejrozšířenějším typem elektráren je elektrárna tepelná. Ta přeměňuje tepelnou energii vytvořenou za pomocí spalování uhlí, plynu nebo biomasy na elektrickou energii. Její funkčnost je závislá na dostupnosti nerostných surovin musí být někde vytěženy a dovezeny do elektrárny. Z hlediska dopadů na životní prostředí je výroba tímto způsobem zřejmě jedna 4
z nejméně šetrných. Každá vytěžená fosilní látka má určitou výhřevnost, čím vyšší je její hodnota, tím více dokáže svým spálením uvolnit tepla. Na jednu vyrobenou MWh je zapotřebí přibližně jedné tuny hnědého uhlí. Účinnost přeměny tepla uvolněného spalováním na elektrickou energii však není velká pohybuje se od 40% do 50%. Celkový výkon tepelné elektrárny se většinou pohybuje v řádu stovek MW. Méně výkonné, ale zato šetrnější k životnímu prostředí jsou elektrárny využívající obnovitelné zdroje energie vítr, vodu nebo sluneční záření. Patří mezi ně například sluneční, vodní, přečerpávací a větrné elektrárny. Nemohou však plně nahradit ostatní druhy elektráren, protože jejich dodávka energie do elektrické sítě je značně proměnlivá. Jejich výroba není vždy úplně ekologická, dříve v našich klimatických podmínkách platilo, že se na jejich výrobu spotřebuje skoro více energie, než se vytvoří během jejich samotného provozu. Instalovaný výkon elektráren těchto typů se pohybuje v řádku jednotek až několika desítek MW. Toho je ale dosaženo jen při optimálních podmínkách. V posledním době patří k trochu kontroverznímu typu elektráren elektrárny jaderné v některých zemích jsou nyní postupně zavírány, v některých zemích probíhá jejich stavba. I v České republice se plánuje rozšíření současné jaderné elektrárny Temelín. Tento typ elektráren by se dal považovat za nejefektivnější. I přes množství vyprodukovaného jaderného odpadu jsou jaderné elektrárny nejekologičtější a také nejvíce výkonnými producenty elektrické energie. Jaderné elektrárny sestávají většinou z více bloků a jejich celkový jmenovitý výkon se pohybuje v řádu tisíců MW. Relativně diskutabilní je jejich bezpečnost i přes moderní bezpečnostní opatření se může stát, že vlivem neočekávané situace může dojít k poruše nebo havárii. Je nutné si připustit, že havárie jaderné elektrárny může mít mnohem fatálnější následky než například porucha solárního panelu nebo větrné elektrárny. 2.2 Energetická politika Většina států má na několik let dopředu připravený plán energetické politiky, jak se bude postupovat ve výrobě a přenosu elektrické energie. V České republice se jedná o tzv. Státní energetickou koncepci, která zajištuje jednak postoj k odběratelům reguluje ceny a dohlíží na její efektivní využití a na druhou stranu klade také důraz na životní prostředí a udržitelný rozvoj. Je schvalována vládou a její součástí je i plán až do roku 2030. V nejnovější verzi [1] se lze dočíst, že mezi pilíře takové koncepce patří zejména nezávislost, spolehlivost, bezpečnost (zejména jaderná) a v neposlední řadě důraz na zmiňovaný udržitelný rozvoj. Část věnovaná jaderné energetice hovoří hlavně o maximalizaci 5
nezávislosti na cizích energetických zdrojích z jiných států. Počítá se také s rozšířením jaderných elektráren, mezi roky 2020 a 2030. V roce 2025 se předpokládá, že většina vyrobené elektrické energie bude jaderného původu. Naprosto opačnou cestu si zvolilo Německo [2], které plánuje do roku 2022 zrušit většinu jaderných elektrárny a zavést hlavně výrobu elektřiny z obnovitelných zdrojů. V roce 2050 se očekává, že zelená energie bude tvořit 2/3 podíl na trhu s elektřinou. Odpověď na otázku, kde vzít elektřinu, je fakticky zodpovězena na desítky let dopředu a je silně závislá na politických rozhodnutích a na souvisejících vládou schválených konceptech. Na příkladech dvou středoevropských zemí je dobře vidět, že v rámci Evropské unie zatím neexistuje žádná norma, která by energetickou politiku v jednotlivých zemích shodně upravovala státy se mohou rozhodnout jít projadernou cestou (Česká republika) anebo jadernou energii téměř zavrhnout (Německo). 2.3 Technologický aspekt Jedním z důvodů, proč energetické koncepty do budoucna vypadají právě tak, může být absence nějaké nové technologie, která by svou efektivností a bezpečností předčila současné typy elektráren. Jednou z možností by bylo využití termonukleární fúze, která by po teoretické stránce měla svojí účinností předčít zatím všechny dosavadní typy elektráren. Doposud se ale nepodařilo postavit zařízení, které by spolehlivě fungovalo a vyrobilo podstatně více energie, než je zapotřebí pro ohřátí plazmatu a inicializaci celého procesu. V současné době probíhá stavba několika větších zařízení pro testování nukleární fúze jako například evropský ITER, který má být dokončen během deseti let. Až po dostavbě takového velkého tokamaku bude možné určit, jaké parametry a na jakém technologickém principu by mohly potenciálně fungovat budoucí elektrárny založené na energii z fúze. Problémem zatím zůstává udržení plazmatu o vysoké teplotě v tokamaku na dostatečnou dobu. Technologie na tomto principu tedy ještě není úplně jistá, nachází se pouze ve fázi vývoje. To je také důvod, proč s ní žádná země nemůže do budoucna plně počítat jako plnou náhradu za tepelné nebo jaderné elektrárny. V energetických plánech by se mohla objevit až za několik desítek let, až bude jisté, že takový druh výroby elektřiny bude určitě efektivní. V případě, že bude možné tokamaky spolehlivě provozovat, vyřeší se tím do jisté míry také otázka vlivu energetiky na životní prostředí nebude nedocházet k zatěžování atmosféry skleníkovými plyny a navíc palivo pro fúzi nebude ani radioaktivní. 6
3 Závěr Nyní je v České republice zapotřebí ročně vyrobit elektřinu o celkové energii přibližně 60 000 GWh. Výroba zatím lehce převyšuje spotřebu, do budoucnosti se však předpokládá, že spotřeba bude dále růst a současná zařízení pro její výrobu budou muset být rozšířena. Taková rozšíření se ale mohou odehrát jen v případě, že je s nimi počítáno v rámci energetických koncepcí. Tyto koncepce jsou vytvářeny zejména odborníky na energetickou politiku a schvalovány vládou. Možností do budoucna jsou jaderné elektrárny, nebo elektrárny využívající energii z obnovitelných zdrojů. Nejefektivnější, avšak v současné době zatím neproveditelný koncept jaderné fúze by v budoucnu také mohl patřit do energetických plánů, nejdříve však za několik desítek let. 4 Reference [1] Státní energetická koncepce České republiky. Praha, 2004, 49 s. Dostupné z: http://download.mpo.cz/get/26650/46323/556503/priloha003.doc [2] Energetická politika Spolkové republiky Německo: Otázky a odpovědi k obratu v energetice [online]. Velvyslanectví Spolkové republiky Německo v Praze, 2012 [cit. 2013-05-01]. Dostupné z: http://www.prag.diplo.de/vertretung/prag/cs/05/seite energiewende faq cz.html#topic1 7