Fakta o klimatu, ale mýty o energetice. Část III: dekarbonizuje se rychleji pomocí jádra nebo OZE?

Jaderná energetika si udržuje pověst stagnujícího odvětví, což je důsledkem technologických i regulačních překážek, stejně jako veřejného mínění a politických rozhodnutí. Není jisté, zda se podaří tento trend zvrátit, ač odborná komunita energetiků tyto výzvy aktivně řeší.

Avšak i obnovitelné zdroje čelí podobně složitým výzvám, zejm. potřebě rozsáhlé infrastruktury pro akumulaci energie, náročnosti integrace do sítí, a tedy i pomalé implementaci.

Přečtěte si také Fakta o klimatu, ale mýty o energetice. Část I: realističnost energetiky založené na vodíku První část textu

Přečtěte si také Fakta o klimatu, ale mýty o energetice. Část II: neviditelné náklady na integraci OZE Druhá část textu

Tato poslední část trojdílného článku, který rozebírá teze prosazované portálem Fakta o klimatu [1], srovnává skutečnou rychlost implementace obou technologií v kontextu čím dál komplexnějšího a proměnlivého energetického mixu.

Dlouhá výstavba jaderných reaktorů

Studie Fakt o klimatu [1] (dále jenom Studie) se několikrát pozastavuje nad prodlevami, s nimiž se potýkají evropské jaderné projekty. Prodlevy se však zdaleka netýkají pouze jaderných reaktorů. Výstavba obnovitelných zdrojů i modifikace přenosové a distribuční sítě narážejí na odpor místních obyvatel a rovněž na zdlouhavé byrokratické schvalovací procesy. Lze se setkat s názory, že stavebně-schvalovací proces a vůbec celý zákonný rámec v ČR nejsou na rychlou výstavbu obnovitelných zdrojů nastaveny [2].

Jako extrémní příklad lze uvést SuedLink [3], což je plánované vedení vysokého napětí spojující jih a sever Německa. Projekt narazil na obrovský odpor obyvatel a ekologických aktivistů. Navrhované vedení bylo následně převedeno do podzemí – pročež se odhadovaná cena navýšila cca trojnásobně na 10 miliard eur. Zatímco podle plánu z roku 2012 mělo být vedení postaveno do 10 let, ve skutečnosti začala stavba teprve v roce 2023 a dokončení se plánuje na rok 2028 [4]. Vzhledem ke kapacitě vedení 4 GW je uvedená cena ekvivalentem 2 500 €/kW – nikoliv výkonu, nýbrž pouze transportu elektřiny.

Podívejme se tedy na rychlost výstavby. 15 let výstavby by znamenalo 266,7 MW/rok, neboli přínos 3,18 W/osobu‧rok či 0,03 MWh/osobu‧rok. To platí za předpokladu, že se SuedLink vejde do rozpočtu a bude postaven za odhadovanou dobu.

pozn. Zejména díky tomu, že kabely budou chráněny před povětrnostními vlivy, a jiným specifikům podzemního uložení lze jejich životnost odhadovat na mnoho desítek let – v tomto ohledu není investice tak mimořádně velká, jak by se mohlo jevit na první pohled.

Ač se to může zdát paradoxní, jaderná energie je nejrychlejším ověřeným způsobem dekarbonizace [5]. Často uniká pozornosti, jak velký výkon poskytuje i jeden jaderný blok, a naopak jak náročné je zapojit obnovitelné zdroje a jak nízký průměrný výkon mají.

Obr. 1

Jako příklad protahované výstavby reaktoru se ve Studii uvádí Olkiluoto 3 (Finsko). Pro zjednodušení si představme, že životnost solárních panelů je 30 let a větrných turbín 25 let (v obou případech bez ročního poklesu výkonu). Reaktor Olkiluoto 3 se začal stavět v roce 2005 a byl spuštěn v letech 2022/2023 [6], výstavba tedy probíhala 18 let. Za stejné období narostla ve Finsku solární výroba z 3 GWh na 647 GWh a větrná energie z 0,17 TWh na 14,691 TWh [7]. Projektová životnost reaktoru Olkiluoto 3 činí 70 let.

Vzhledem k životnosti by větrné elektrárny mohly poskytnout 378,6 TWh a solární elektrárny 19,4 TWh. Jaderná elektrárna Olkiluoto 3 by mohla poskytnout 736,3 TWh, tj. o 85 % více než vítr a slunce dohromady, postavené ve Finsku za stejných 18 let, tedy za stejnou dobu jako reaktor samotný. Přitom tento reaktor vyrobí více nízkoemisní elektřiny než slunce a vítr již k roku 2060.

Obr. 2

Je možné, že kdyby bylo Finsko investovalo do obnovitelných zdrojů ještě více, bylo by dosáhlo ještě větších výsledků? Čím je v energetickém mixu větší zastoupení slunce a větru, tím náročnější je jejich další zavádění. Kromě jiných příčin (o nich níže) je to dáno i tím, že OZE se nejprve umísťují do území s nejvyšším výnosem vzhledem k přírodním a jiným zeměpisným podmínkám. V desetiletí 2013–2023 bylo Finsko vůbec nejrychlejším implementátorem energie ze slunce a větru dohromady v přepočtu na obyvatele, konkrétně se jedná o dodatečných 261 kWh/osobu za rok [8]. Těsně následuje Nizozemsko a Švédsko, potom Austrálie.

Jak veliké toto číslo je? Počítaje stejnou metodou, avšak z jaderné energie, přidávala Litva v letech 1994–2024 [9] ročně 236,7 kWh/osobu. V letech 1968–1978 přidávalo Švédsko 286 kWh/osobu ročně. I v laickém prostoru je znám neuvěřitelný růst jaderné energie ve Francii, rekordním bylo desetiletí 1979–1989, kdy Francie přidávala ročně 466 kWh/osobu. Avšak ani to není rekord, již zmíněné Švédsko přidávalo v letech 1976–1986 ročně neuvěřitelných 637,7 kWh/osobu. Slunce a vítr by se musely zavádět 2,4krát rychleji, aby se rekordní rychlosti zavádění jaderné energie přiblížily. Nejedná se jenom o historický příběh, elektrárna Barakah 1 ve Spojených arabských emirátech během posledního desetiletí 2013–2023 přidávala v průměru 339 kWh/osobu ročně.

Jedná se o elektrárnu, kterou postavila KHNP, tedy společnost, která bude stavět rovněž jadernou elektrárnu v ČR. Společně s KHNP bude na projektu pracovat i americký Westinghouse [10]; není vyloučeno, že se do projektu zapojí ve stejné míře jako do projektu v SAE. Ověřený korejský design se bude pro Česko modifikovat, aby se nemuselo stavět chladící zařízení (dle státní zakázky), což je jeden z výrazných rizikových faktorů, který může výstavbu prodloužit, a tedy i prodražit.

Proč je tedy zavádění OZE tím těžší, čím větší je jejich zastoupení v energetickém mixu?

Load following

Celosvětově je dostavěno nebo těsně před dokončením přes 3 TW obnovitelných zdrojů, které zatím nedodávají elektřinu do sítě [11] kvůli nepřipravenosti sítě a legislativním překážkám. Čím je obnovitelných zdrojů v energetickém mixu více, tím neproporčně náročnější je jejich implementace, např. přechod od 5% elektrického mixu ze slunce a větru na 80% povede orientačně ke zdvojnásobení LCOE ceny za tyto zdroje [12 figure 8].

Studie Fakt o klimatu odhaduje [1 str. 22] pro ČR celkovou výrobu 116,8 TWh, z nichž přímo 27,2 TWh ze slunce, 26,8 TWh z větru, tj. 46% výroby ze slunce a větru. Kompilace studií (především evropských) odhaduje cenu přechodu z 0 % na 46 % obnovitelných zdrojů [13] na dodatečných 36,7 €/MWh (rozpětí 18,9–50,2).

Jedním z hlavních závěru Studie Fakt o klimatu je výhodnost dekarbonizace pomocí větru. Studie uvádí: „Bez větrné energetiky by se referenční scénář prodražil o 15 €/MWh“ [1 str. 26], což ale pro srovnání netvoří ani polovinu z 36,7 €/MWh.

Ve Studii se uvádí, že schopnost jaderných elektráren měnit výkon by měla „minimální dopad na celkové náklady na výrobu elektřiny, protože variabilní náklady na výrobu z jaderných zdrojů jsou velmi nízké“ [1 str. 48]. To ovšem vychází z předpokladu, že elektřinu vyrobenou ze slunce a větru bude možné technologicky a ekonomicky ukládat, ať už do baterií či do vodíku. Jak však bylo uvedeno výše, tento předpoklad není opodstatněný. A pokud ji nebude možné ukládat, nebude možné ani čerpat, v období nízké generace, tedy pořád je aktuální otázka, odkud se má získávat elektřina, když nesvítí a nefouká.

Zmnohonásobení jaderné výroby by tento problém řešilo. Zřejmě nebude možné postavit několik jaderných reaktorů rok co rok, ale historický příklad mnoha zemí ukazuje, že rychlé zavádění jaderné energie je možné, pokud je pro to politická vůle a technologická potřeba. Stejné ovšem zatím nelze říct o slunci a větru, maximální rychlost zavádění těchto zdrojů pořád zaostává za tou jadernou.

Klasické velké jaderné elektrárny jsou schopny násobně snížit či zvýšit výkon i během půlhodiny. Takto například francouzská EDF provozuje část svých jaderných bloků, např. Golfech 1, Paluel 3, Tricastin 3, Cattenom 2, Cattenom 4 aj. [14], a to i přes fakt, že tepelné deformace ohrožují dlouhodobou životnost reaktorů a vede to i k méně efektivnímu využití paliva. Kupříkladu Temelín může snížit svůj výkon až na polovinu za necelou hodinu (1 % nominálního výkonu/min) [15] či dokonce rychleji v krátkodobých cyklech, dále je schopen odvádět část páry z parogenerátorů přímo do kondenzátorů, čímž lze snížit výkon jaderného bloku jako celku až o 200 MW [16].

Nová koncepce zásobování elektřinou s velkým podílem na-počasí-závislých (intermitentních) obnovitelných zdrojů (slunce a větru) vychází z maximálního pokrytí těmito zdroji poptávky, s tím, že v dunkelflautních obdobích (kdy není výkon slunce a větru dostačující) zvýší flexibilní zdroje, zejm. z akumulované energie, svůj výkon a pokryjí nedostatek.

O jaderných elektrárnách se proto často říká, že nejdou dobře skloubit s intermitentními zdroji, tedy se sluncem a větrem. Že jsou jako ten kámen v botě, který zastavuje potřebné investice do intermitentních zdrojů. Kritici jaderné energetiky namítají, že jaderné elektrárny nejsou dostatečně flexibilní, aby pokrývaly dunkelflaute, a nejsou ani dostatečně nízkonákladové, aby mohly konkurovat intermitentním zdrojům během špiček.

Reálně ovšem intermitentní zdroje nejdou dobře navzájem ani samy se sebou. Na čím větší procento v energetickém mixu jsou dimenzovány, tím častěji budou produkovat nadbytečnou energii, případně vyžadovat čím dál větší úložiště, což však zvyšuje systémové náklady.

Ač se Francie může zdát velmi nakloněná jádru, ve skutečnosti dlouhodobě prosazuje výrobu elektřiny z OZE na úkor jaderných reaktorů, a to zejména snižováním jejich výkonu, jak je popsáno výše. Podobné politicky motivované požadavky na snížení výkonu jaderných bloků v době hojné produkce z OZE mohou být realitou i po Česko [17]. V případě Francie beztak mytická levnost OZE je tak podmíněná snižováním výkonu jaderných bloků, což ovšem není ekonomický problém jaderné energie.

Přistoupíme-li na předpokládanou levnost ukládání energie, není zřejmé, proč by z tohoto systému nemohly čerpat i jaderné elektrárny – například přečerpávací stanice Dlouhé stráně byla postavena z velké míry za tímto účelem. Jinými slovy úložné kapacity (a jiné prvky flexibilní sítě, zejména prvky „inteligentní“ elektrizační soustavy) zvyšují atraktivitu nejen obnovitelných zdrojů, ale i ekonomiku jaderné energie, což je často přehlíženo.

Ať bude zvolen jakýkoliv směr dekarbonizace, včetně toho, jenž je založen na jádře, elektrizační soustava se stejně bude muset modifikovat, ovšem při nahrazovaní stávajících fosilních zdrojů přibližně odpovídajícími jadernými lze podobné investice snížit.

Závěrem lze říct, že současná rekordní rychlost integrace nízkoemisních OZE dosahuje teprve třetiny rychlosti, níž se může zavádět jaderná energie. Zároveň elektrický mix založený z valné většiny na jaderné i jiné stabilní energii má tu výhodu, že je již historicky vyzkoušen a jeho způsoby implementace včetně rizik už známe. Naopak energetický mix s vysokým podílem proměnitelných zdrojů pro celou Evropu zatím neexistuje a jedná se o dosud nevyzkoušenou cestu, která nese značná zejm. ekonomická rizika.

Jaderná energetika také čelí značným výzvám. Technologická a znalostní mezera, omezené lidské i výrobní kapacity, zpřísněné bezpečnostní požadavky a byrokratická zkostnatělost ji zřejmě ohrožují více než nakolik ohrožují obnovitelné zdroje energie. K tomu se přidává vášnivý odpor části veřejnosti a nedostatek podpory v celoevropském měřítku, což oprávněně vyvolává skepsi ohledně možnosti zopakovat historický vývoj rozvoje jaderné energetiky.

Zdroje

1. https://faktaoklimatu.cz/studie/2024-cesty-k-ciste-a-levne-elektrine-2050
2. https://oenergetice.cz/obnovitelne-zdroje/povolovani-obnovitelnych-zdroju-drhne-evropska-unie-francie-a-dalsi-prijimaji-zakony-k-jeho-urychleni
3. https://oenergetice.cz/elektrina/suedlink
4. https://oenergetice.cz/prenos-elektriny/nemecko-zahajilo-vystavbu-duleziteho-paterniho-vedeni-suedlink-ve-dvou-lokalitach
5. https://www.radiantenergygroup.com/reports/insights-from-the-world-s-fastest-build-outs-of-clean-electricity
6. https://world-nuclear.org/nuclear-reactor-database/details/OLKILUOTO-3
7. https://www.iea.org/countries/finland/electricity
8. https://ourworldindata.org/grapher/per-capita-electricity-generation-from-solar-and-wind
9. https://ourworldindata.org/grapher/nuclear-electricity-per-capita
10. https://oenergetice.cz/jaderne-elektrarny/fiala-urovnani-sporu-khnp-s-firmu-westinghouse-podpori-dostavbu-dukovan#comments
11. https://www.iea.org/reports/electricity-grids-and-secure-energy-transitions/executive-summary
12. https://doi.org/10.1016/j.energy.2018.02.061
13. https://www.linkedin.com/posts/joseph-fournier-7077087_energy-design-renewableenergy-activity-7049402618879643648-IdD8
14. https://www.laka.org/nieuws/2022/so-how-flexible-is-nuclear-power-in-france-now-really-17421
15. Dodatek úvodního projektu Temelín „dÚP 407“
16. https://podcasty.seznam.cz/podcast/penize-a-vliv/drabova-rada-bych-videla-spolupraci-khnp-a-westinghouse-365035
17. https://ec.europa.eu/commission/presscorner/detail/cs/ip_24_2366