Zajistíme energii bez prolomení limitů?

Před zveřejněním Státní energetické koncepce probíhá diskuze – prolomit či neprolomit. Pokusíme se na tuto otázku odpovědět bez ideologických nánosů pomoci simulačního modelu. Vyhodnotíme vývoj energetických a ekonomických aspektů.

Energetika je věc veřejná, proto tímto připojujeme možný pohled na energetickou koncepci.

Pokud někdo nechce procházet odstavce 1 až 7, může přeskočit na odstavec 8 Závěry. Uvedené odstavce jsou uvedeny jako popis, jak se k výsledkům dospělo.

1. Výchozí stav – viz Graf 1

Jednotky odpovídají metodice ERÚ:
Hrubá produkce: Produkce na svorkách generátorů
Tuzemská hrubá spotřeba: Výroba elektřiny+saldo
Saldo : Hrubá produkce – tuzemská hrubá spotřeba resp import-export

Zdrojem pro model jsou dostatečně reprezentativní údaje ze statistiky ERÚ, MPO, ČEPS v předchozích rocích do r. 2010, průběh energetiky v dalších rocích je modelován pomoci simulačního programu. Referenčním zdrojem je rok 2010, simulační běh se pro tento rok liší o 1,5% od naměřených hodnot jednotlivých zdrojů i celku a právě s touto přesností jsou počítány další roky.

Budeme modelovat scénář, kdy budou dostavěny 2 bloky JETE po 2000 MW s uvedením do provozu v roce 2025 výkon 4000 MW. JEDU 2000 MW budou prodlouženy v r. 2015 na dalších 2 krát 10 roků, ve sledovaném období nebude dostavěn v JEDU další blok.

Výchozím stavem je známý stav roku 2010, bude docházet k postupnému omezování těžby uhlí a tudíž instalovaného výkonu pro elektroenergetiku z výkonu 10 342 MW na 2696 MW v r. 2040.

Do hry vstoupí zemní plyn PPE, v rozsahu možných dodávek a kapacit se zvýší ze současných 906 na 4230 MW v r. 2040.

Do hry vstoupí OZE, budeme zkoumat kolik energie musí vyprodukovat, jestli to bude našich podmínkách dosažitelné, aby byl zajištěn požadavek pro krytí brutto spotřeby. Podle současných prognóz ERÚ a MPO bude výkon stoupat ze současných 8% na 13,5% spotřeby brutto a dále by se neměla zvyšovat. Pokud nebudou stačovat klasické zdroje, bude nutné zvýšit OZE, ale za to si musíme zaplatit viz. Graf4.
2. Instalované výkony.

Budeme sledovat vývoj energetických zdrojů uvedený v následujícím Grafu 1

3. Tuzemská spotřeba brutto.

Hodnotíme tuzemskou brutto spotřebu, protože se musí vyprodukovat energie čistá+obslužná.

Tuzemská spotřeba brutto vychází z hodnoty 71 Twh za r. 2010.

- Varianta MPO.: Podle SEK2011 MPO bude spotřeba elektrické energie stoupat až na hodnotu 114 Twh v roce 2040, to je zvýšení o 62%.

Toto je velmi pesimistický scénář, my se budeme držet při zemi a navrhneme variantu REAL
- Varianta REAL.: Budeme počítat se spotřebou 71 000 GWh v r. 2010 se zvyšováním podle statistiky ERÚ za posledních 10 roků o 683 Gwh ročně do roku 2040 na hodnotu 91452 GWh.

I při politických a ekonomických turbulencích nedochází k větším výkyvům než 1 TWh ročně. V našem případu je to celkové zvýšení o 29%.

Do modelu zavedeme oba průběhy a posoudíme jejich vliv na elektrizační soustavu.

4. Regulační energie.

Vzhledem k přítomnosti uhelných a plynových regulačních bloků program počítá s dispozičním regulačním výkonem 1400 MW+1147 MW PVE.

Na základě instalovaných výkonů, spotřeby a regulačního výkonu program spočítá produkci jednotlivých zdrojů a produkci celkovou v porovnání se spotřebou.

5. Produkce.

Na základě instalovaných výkonů program spočítal produkci jednotlivých zdrojů (dle legendy tenké čáry), silná červená – produkce, silná tmavě modrá – spotřeba REAL (roční přírůstek 680 Gwh), silná tmavě zelená – spotřeba stanovená na MPO.

Průsečík spotřeby s produkcí je okamžik, od kterého je spotřeba větší než produkce.

Rozdíl mezi produkcí a spotřebou je přebytek, který představuje saldo – podle polohy křivek kladné nebo záporné.

U spotřeby REAL dojde k nedostatku produkce v roce 2036, do tohoto okamžiku je bilance přebytková.

U spotřeby MPO je průsečík již v roce 2018 a dále už je bilance ztrátová.

6. Řešení uvedeného stavu

- Varianta REAL je až do roku 2036 v přebytku, zbývající pokles je možné řešit importem. Tedy varianta REAL zajišťuje elektroenergetiku bez prolomení limitů.

- Varianta MPO znamená od r. 2018 neustále zvětšující se nedostatek produkce. Tato varianta nezajišťuje vyrovnanou bilanci. Abychom zajistili energii i v těchto nepříznivých podmínkách, budeme hledat instalované výkony, které nám zajistí potřebnou energii.

Program spočítá na jakou hodnotu musíme zvýšit instalovaný výkon, aby v každém okamžiku byla bilance energie aktivní.

Uhlí, ZP a jádro mají své technologické a geologické limity, které nelze překročit. Vodní energie je na hranici možností produkce v ČR.

Zbývá VTE, FVE, Biom, Biop a Geot, které umožňují zvyšování.

V dalším kroku zjistíme, kolik nás to bude stát.

7. Vyrovnání bilance

- Vývoj instalovaných výkonů pro variantu REAL pro spotřebu 71 – 91 Twh je uvedený v Grafu 1. Zde OZE z hodnoty 8% mírně stoupal na 13,5% hrubé tuzemské spotřeby. Uvedená regulační energie v odstavci 4 je postačující pro udržení sítě v rovnováze.

- Vývoj instalovaných výkonů pro variantu MPO pro spotřebu 71 – 114 Twh je uveden v Grafu 3. Vidíme, že zejména od roku 2025 potřebný instalovaný výkon OZE prudce stoupá. Vypočítané hodnoty jsou úměrné možnostem jednotlivých zdrojů, je možné analyzovat jiné rozložení výkonů, ale to by vyžadovalo samostatnou studii.

- Zvýšení instalovaných výkonů způsobí i zvýšení produkce na hodnotu 114 661 Gwh při maximální spotřebě 114 000 Gwh a produkce OZE stoupne na 45 337 Gwh, podíl OZE tím stoupne na 40%. A to je špatná zpráva.

Jaké to přináší problémy:

- Následkem zvýšení výkonů proměnlivých zdrojů dochází ke zvýšení nároků na regulační energii. Při maximální spotřebě v r. 2040 se vnitřní záloha úplně vyčerpala a musela být čerpána regulace importu +7364 Gwh a -6443 Gwh z exportu. Tím tedy značně stoupnou náklady na produkci a závislost na zahraniční regulaci, která v tomto rozsahu není k dispozici.
- Dalším problémem je že bude v přetížena přeshraniční síť následkem vysokého podílu FVE. Výkon v přeshraniční přenosové soustavě se bude pohybovat nad 3000 MW.

Řešení přesahuje rozsah tohoto článku, je možné ho předložit v samostatné studii.
Principiálně podobný problém jsme řešili zde .

7. Náklady na produkci energie.
Porovnáme náklady na variantu REAL s náklady na variantu MPO

Jednotlivým zdrojům jsou přiřazeny výkupní ceny. Jsou použity průměry výkupních cen za posledních 5 roků. Ceny se mění podle ERÚ a cen na burze. Ceny slouží pro porovnání dvou variant, nikoliv pro účetní zhodnocení. Obě varianty mají stejné podmínky, takže je možné srovnávat.
Při modelování je možné pro různé úrovně využít změn cen jako parametru modelu, princip hodnocení ale zůstává.

Je třeba si uvědomit, že při dnešních cenách by se zvýšily náklady o 150 miliard při maximální spotřebě na konci sledovaného období. Do toho nejsou započítány náklady na opatřování regulační energie, která je dražší než ceny výkupní.

V Grafu 4 je zobrazen celkový vývoj nákladů. Je možné podrobně analyzovat jednotlivé zdroje, vliv zvýšení regulačních nákladů u varianty MPO, to by překračovalo rozsah článku.

Je patrné, že do roku 2018 probíhají obě varianty téměř shodně, potom se začnou rozbíhat. To už je otázka jaký budou mít vliv úspory energie, náběh elektromobility a další neočekávané změny.
Je pravděpodobné, že se další vývoj bude pohybovat někde mezi křivkami REAL a MPO. Dále je patrné, že k tomu nárůstu nedochází jednorázově, ale postupně.

8. Závěry

• Z předložené analýzy je patrné, že při úspornější variantě REAL je možné zabezpečit energii bez prolomení těžebních limitů uhlí a zabránit tak rozsáhlé devastaci životního prostředí.

• Pokud spotřeba bude růst nad úroveň REAL, např. MPO, dojde k překročení produkce kolem roku 2020, bude nutné rozdíl mezi spotřebou a produkcí nahradit zvýšením zdrojů OZE viz Graf 2 (průsečík zelené a červené). Od stejné doby bude třeba mít finanční prostředky ke krytí nákladů na produkci OZE (pokud nepůjdou ceny dolů).
  Při variantě MPO nebude možné zabezpečit energii bez prolomení limitů.

• Při maximální spotřebě dle MPO budou enormně stoupat náklady až na hodnotu 150 mld Kč. Za těchto okolností je takový vývoj velmi riskantní. Díky elektromobilitě spotřeba skutečně může stoupnout. Prolomit limity znamená problém pouze odsunout, nikoliv řešit. Došlo by k nevratným změnám, jak by řekl Reinhardt Heydrich – došlo by ke konečnému řešení a to asi nechceme.

• Úloha OZE vychází ze stavu, kdy nebude možné krýt zvýšení spotřeby zdroji uhlí, plyn, jádro. Pokud nedojde ke zlevnění OZE, v tom případě musíme počítat ze zvýšením nákladu na produkci energie. V Grafu 4 můžeme zjistit zvýšené náklady v miliardách na OZE v každém roce.

• Na tomto webu jsme dostatečně zdůvodnili např. zde a zde, proč v ČR není možné zajistit energii pouze z OZE. Ty mohou sloužit jako doplněk. Není třeba se obávat, že nám 'ujede vlak'. Až budou všude zamořeni neefektivními OZE z minulé doby, my můžeme po roce 2020 využít moderních efektivních prostředků podle potřeby energetiky. Bohužel už jsme stačili zamořit přírodu a ekonomiku poruchovými FVE.

• Bohužel OZE s sebou přinášejí zvýšené nároky na regulaci a zálohování sítě, proto je třeba souběžně s rozvojem elektrizační soustavy rozvíjet regulační prostředky a nepodlehnout pokušení masové instalace fotovoltaiky a větru a potom shánět pomoc s regulací v okolních státech např. v Německu nebo Rakousku. Z Grafu 4 je patrný nárůst výkonu OZE při zvyšování spotřeby v případě varianty MPO. Jak je uvedeno v odstavci 7 dojde k enormní spotřebě regulační energie a přetěžování přeshraničního přenosu nad 3000 MW.

• Počítá se s rozšířením zemního plynu. Je třeba si uvědomit, že přítomnost zemního plynu znamená zvýšení regulační energie ale i nákladů a možné ohrožení energetické bezpečnosti.

• Nezbývá nic jiného, než aby do roku 2035 byl v provozu další blok 1000 MW nebo více v Dukovanech. V tomto článku nemáme dosti prostoru, abychom přístavbu Dukovan odsimulovali, jestli stačí 1 blok nebo budou třeba další, jak to dopadne na náklady a OZE atd.

• Uvedená analýza vychází z energetických parametrů a nezahrnuje aspekty byznysu, politiky a ideologie, to by se potom obraz energetiky mohl změnit v její neprospěch, ale v prospěch momentálních zisků.

• Tento dokument popisuje současný stav viz. Odst. 1+ a Graf 1, který je ale bez záruky. Mohou nastat další varianty – např. JETE, JEDU se nedostaví, nebude prodloužen provoz JEDU, EU zruší JEDU. Jsou to pesimistické vyhlídky, ale asi by nebylo vhodné si myslet, že nemohou nastat a tuto možnost ignorovat.
  Uvidíme, jestli si toho v nové Státní energetické koncepci všimnou.

Zdroje:
ERÚ – statistika
MPO – Energetika
MPO - Energetická koncepce
ČEPS - data, provoz
ČSÚ - veřejná databáze

Autorem programu a textu je Mojmír Štěrba

P.S. Čtenářům se omlouvám za rozsah článku a podrobný popis, nebylo možné do jednoho článku více vtěsnat. Každý odstavec by vyžadoval samostatnou studii. Kdo nechce číst podrobnosti, může přeskočit na závěr. Pokud by měl k tématu někdo připomínky a dotazy, rád je přijmu a dotazy odpovím.