Historie a perspektivy OZE - úvod

Obnovitelné zdroje

Teprve v posledních několika staletích se postupně prosazovaly zdroje, které dnes považujeme za konvenční: uhlí, ropa, a naposledy uran. Vezmeme-li v úvahu, že písemná historie lidstva sahá 6000 let do minulosti, je toto poslední období zanedbatelné a je příliš brzy soudit, jestli je ziskem nebo ztrátou. Z tohoto pohledu je celkem lhostejné, jestli konvenční zdroje dojdou za 20, 50, 100 nebo třeba 1000 let. Může samozřejmě mnohem dříve nastat konec světa z vnějších příčin nebo se lidstvo může zlikvidovat v globální válce, pokud však má civilizace pokračovat, nastane s vysokou pravděpodobností situace, že obnovitelné zdroje budou opět dominovat. Z hlediska bezpečnosti dodávek energie je významné, že OZE jsou vesměs dostupné v místě použití. Pokud bude pokračovat současný trend růstu cen konvenčních energií a poklesu cen OZE, pak ani nemusíme řešit otázku životnosti zásob konvenčních energií, obnovitelné zdroje se prosadí ekonomickou cestou [Lomborg]. Záměrem podpory výkupu elektřiny z OZE je urychlit pokles výrobních cen tak, aby se OZE prosadily rychleji.

Energetický potenciál OZE

Celkový energetický potenciál OZE byl v ČR odhadnut asi na 25 % současné spotřeby [Pacesova]. Pokud by nehrály roli ekonomické a jiné vlivy, je tento potenciál dostatečný pro zajištění chodu společnosti bez výrazného omezení životního komfortu, viz například [Factor10].

Do roku 2020 se předpokládá využití zhruba 50 % teoretického potenciálu OZE. Dominantním zdrojem bude i nadále biomasa. Pro výrobu elektřiny však bude využit jen malý podíl, většina bude tak jako dosud využívána k výrobě tepla. Současná praxe spoluspalování biomasy ve velkých elektrárnách je sporná, z hlediska využití primárního zdroje je vhodnější kogenerační výroba elektřiny a tepla.

Energetický potenciál vodních elektráren je v podstatě vyčerpán. Elektrárny v nevyužívaných lokalitách mohou přidat nejvýš 10 % k současné produkci. Další mírný nárůst mohou přinést rekonstrukce stávajících elektráren. U větrných elektráren se předpokládá, že do roku 2020 by produkce elektřiny mohla dosáhnout úrovně vodních elektráren a pak by dále rostla na více než dvojnásobek. Ještě rychlejší růst je očekáván u fotovoltaiky, přesto v roce 2020 bude její podíl na výrobě elektřiny asi poloviční ve srovnání s větrem.

Prognóza primární energie z obnovitelných zdrojů [Pacesova]

Analýza životního cyklu

Obnovitelné zdroje, s výjimkou biomasy, mají ve srovnání s konvenčními zdroji nízké provozní náklady - "palivo" je zdarma. Rovněž emise při výrobě elektřiny jsou téměř nulové. Naopak investiční náročnost OZE a emise při jejich výrobě mohou být vyšší. Pro porovnání různých zdrojů energie je třeba vyhodnotit celý životní cyklus elektrárny.

Analýza životního cyklu (LCA) vyhodnocuje všechny fáze životního cyklu produktu takzvaně "od kolébky do hrobu". Hodnocení zdrojů energie zahrnuje těžbu a zpracování surovin, případně paliva, jejich dopravu, výrobu polotovarů a konečných výrobků, výrobu a distribuci energie a likvidaci nebo recyklaci na konci životnosti včetně nakládání s odpady. Ve všech uvedených fázích je možno kromě finančních nákladů sledovat spotřebu nebo produkci energie - indikátory EROEI (někdy též EPR) nebo EPBT, jejichž význam je vysvětlen dále. Mimoto lze porovnávat dostupnost surovinových zdrojů, emise CO₂ a další dopady na životní prostředí například metodou CML nebo ReCiPe [CML] a celou řadu dalších parametrů.

Finanční analýzy, zejména pokud jsou zaměřeny na vzdálenější časové horizonty, narážejí na problém, jak určit budoucí hodnotu investice (financí, peněz). Změna diskontní sazby může výrazně změnit hodnocení investice. Energetické hodnocení má z tohoto pohledu jednoznačnou výhodu ve skutečnosti, že 1 kWh v současnosti se rovná přesně 1 kWh v libovolně vzdálené budoucnosti bez ohledu na cenu, která v uvedeném období může výrazně kolísat. Podobně množství emisí lze celkem dobře odhadovat.

EROEI

EROEI (Energy Returned On Energy Invested) je poměr energie získané z určitého zdroje a energie potřebné na získání tohoto zdroje (například paliva nebo elektrárny). Používají se i označení ERoEI, EROI (Energy Return On Investment). Stejný význam má EPR (Energy Payback Ratio).

Pokud průměrný EROEI v dlouhodobém horizontu klesá, cena energie musí růst, jinak nezbývají prostředky pro obnovu investic. Pro fungování vyspělé společnosti je nutno, aby tento poměr byl nejméně 10 nebo radši více. U všech konvenčních paliv EROEI s časem klesá, protože snadno dostupné zásoby jsou vyčerpány a energetická náročnost těžby postupně roste. V současnosti je EROEI kolem hodnoty 10 jak u ropy tak u uhlí, ale například u ropných písků jen 1,5 až 3. Naproti tomu vodní elektrárny se pohybují v rozsahu 40 až 200 i více a větrné v českých podmínkách kolem 20. Fotovoltaika dosahuje v ČR hodnoty EROEI kolem 10, ale na rozdíl od konvenčních zdrojů se rychle zlepšuje, viz obrázek 2. Z energetického hlediska je tedy rozumnější investovat energii do rozvoje OZE než do konvenčních zdrojů, protože v budoucnu lze očekávat další pokles EROEI konvenčních paliv. Nejvýhodnější je však investovat do úspor energie a zvyšování efektivnosti. Řada úsporných opatření má záporné náklady, kromě úspory energie přinášejí vedlejší zisky. Přitom riziko takové investice je nesrovnatelně nižší než rizika jiných investic [Uspory].

Obrázek 2: Vývoj spotřeby energie na výrobu PV panelů v závislosti na spotřebě křemíku

EPBT

EPBT (Energy PayBack Time) - energetická návratnost - je doba, za kterou elektrárna vyrobí tolik energie, kolik bylo vloženo do její výroby. Ve všech případech se porovnává spotřeba energie v současnosti s produkcí energie v budoucnosti.

Environmentální dopady

Pro hodnocení environmentálních dopadů je vypracováno několik metod. V současnosti nejpoužívanější je metoda CML, která sdružuje různé dopady do několika kategorií - nároky na nerostné zdroje, potenciál globálního oteplování (emise skleníkových plynů), poškozování ozonové vrstvy, toxicita pro lidi, vodu a půdu, fotochemická oxidace, acidifikace (oxidy síry a dusíku) a eutrofizace. Environmentální dopady jsou u všech OZE řádově nižší než při spalování fosilních paliv. Z konvenčních zdrojů jedině jaderná energie dosahuje v některých parametrech srovnatelných hodnot, má však vyšší nároky na nerostné zdroje a emise látek poškozujících ozonovou vrstvu jsou vyšší dokonce o dva řády.

Nároky na nerostné zdroje - u některých materiálů může být dostupnost surovin limitující v případě výraznějšího růstu objemu produkce. Jedná se zejména o materiály s obsahem vzácných kovů (indium, selen, telur), ale také například stříbra. Pro většinu materiálů však existují přijatelné náhrady.

Emise CO₂, SO₂ a NO_X - jsou jednak přímé, které souvisí s vlastním výrobním procesem, a jednak nepřímé, svázané s výrobou elektřiny použité ve výrobním procesu. Další emise mohou vznikat při výrobě pomocných materiálů spotřebovaných ve výrobním procesu nebo v aktivním provozu. Podíl nepřímých emisí dosahuje až 80 %. Nepřímé emise závisí za složení energetického mixu, při zvyšování podílu OZE budou postupně klesat. Emise lze snížit i přesunutím energeticky náročných výrobních kroků do oblastí s dostatkem obnovitelných zdrojů.

Emise látek poškozujících ozonovou vrstvu - v tomto ukazateli je jaderná energie až o dva řády horší než obnovitelné zdroje. Je to zároveň jediný ukazatel, v němž mají srovnatelné dopady OZE a fosilní paliva [EcoSheet].

Závěr

Obnovitelné zdroje jsou již dnes z hlediska poměru vložené a získané energie srovnatelné s konvenčními zdroji, v řadě případů i lepší. Do budoucna bude situace z pohledu OZE jen lepší. V dohledné době lze postupně očekávat i dosažení konkurenceschopnosti z finančního hlediska. Historie a perspektivy jednotlivých obnovitelných zdrojů budou podrobně rozebrány v samostatných článcích.

Reference

[Alsema07] ALSEMA, E. A.; de WILD, M. J. Reduction of Environmental Impacts in Crystalline Silicon Photovoltaic Technology, An Analysis of Driving Forces and Opportunities, In: MRS Fall 2007, Boston, 26-29 November 2007
[CML] Impact assessment methods. [online]. Dostupné zde.
[EcoSheet] Ferreira, S. Eco-sheet, 1 kWh generated using different energy sources. September 2008, European Copper Institute. Dostupné zde.
[Faktor10] The Factor 10 Institute. [online]. Dostupné zde.
[Lomborg] Lomborg, B. Skeptický ekolog. Jaký je skutečný stav světa? Praha: Dokořán, 2006. ISBN 80-7363-059-1
[Pacesova] Zpráva Nezávislé odborné komise pro posouzení energetických potřeb České republiky v dlouhodobém časovém horizontu. Verze k oponentuře, 30.9.2008. Dostupné na zde.
[Uspory] Nilsson, H. The invisible good - that you can't be without. Blogactiv.eu [online]. 26. 5. 2008. Dostupné zde.