Zvýšení podílu obnovitelných zdrojů v komunální energetice - 2. díl

Úvod

Podle návrhu Evropské komise pro dopravu a energetiku ze dne 23. 1. 2008, podle něhož byl zpracován graf na obrázku 1, se má v ČR zvýšit podíl energie z obnovitelných zdrojů (OZE) na hrubé domácí spotřebě energie ze 6,1 % v roce 2005 na zhruba 13 % do roku 2020. Jedním z důvodů pro vyšší vyžívání OZE je nutnost omezení emisí skleníkových plynů. Dalším důvodem je zvýšení bezpečnosti dodávek energie a snížení závislosti na dovozu energetických surovin.

Obrázek 1: Plánovaný podíl OZE na spotřebě primárních zdrojů v jednotlivých státech EU, srovnání se
skutečností roku 2005.

Zvýšení podílu energie z OZE naráží především na skutečnost, že množství obnovitelných zdrojů energie, které se na určitém území za určitý čas vytváří, je omezené. Proto je velmi důležité tyto zdroje využívat s maximální účinností, aby nahradily co největší část zdrojů fosilních a co nejvíce snížily emise skleníkových plynů. Současná spotřeba energie v ČR je tak obrovská, že ani plné využití potenciálu OZE by nestačilo k jejímu pokrytí. Důležitou možností, jak zvýšit podíl OZE je proto snižování spotřeby.

Dalším limitujícím faktorem jsou vysoké finanční náklady na vybudování kapacit, které umožní obnovitelné zdroje využívat a/nebo snížit celkovou spotřebu energie. Je proto nutné investovat především do technologií, které přinesou co největší efekt úspory fosilních paliv a emisí CO₂.

Velmi omezený a nenahraditelný je přitom všem i čas, za který má být dosaženo navržené zvýšení podílu OZE. Je nutné rychle co nejvíce omezit celkové množství skleníkových plynů, které se ještě do zemské atmosféry dostanou. Čekání na nějaký zatím neznámý, dostatečně mohutný, méně škodlivý a méně nebezpečný způsob získávání energie, a nebo nějaký zatím neznámý způsob podstatného omezení spotřeby energie, není možné.

Níže je uvedeno posouzení dvou technických řešení publikovaných v předchozích článcích. Obě řešení jsou jednoduchá a provozně dlouhodobě odzkoušená. Jejich technické a finanční parametry dovolují jejich realizaci mnoha subjektům i bez dotací z veřejných prostředků, jen s využitím vlastních finančních zdrojů a komerčního financování.

Potenciál rekonstrukce výtopen soustav CZT na teplárny

Princip rekonstrukce je popsán v článku [TZB-info]. Tento návrh zatím není v ČR nikde realizován. Jedná se však o technologická zařízení odzkoušená jinde. Vezmeme-li jako základ řešení CZT v Kněžicích [TZB-info Kněžice], je rozdíl jen v použití kogenerační jednotky vyššího výkonu a přidání plynojemu a akumulátoru tepla. V Kněžicích je zdrojem plynu pro kogenerační jednotku bioplynová stanice, v případě použití zemního plynu není samozřejmě třeba budovat plynojem.

V současné době se odhaduje, že potenciál spalitelné biomasy, která se každoročně v ČR obnoví, je cca 70 PJ za rok (podle Zprávy NEK [Pacesova1] je potenciál veškeré energetické biomasy 280 PJ - pozn. red.). Při výhřevnosti cca 13 MJ/kg to odpovídá cca 5,4 milionu tun obnovitelného paliva za rok. Zařízení podle uvedeného návrhu je možné postavit jen tam, kde existuje a dál bude existovat účelná spotřeba tepla. Takových míst je v ČR jen tolik, že by po jejich rekonstrukci byl celkový elektrický výkon tepláren s paralelním spalováním zemního plynu a biomasy cca 1000 MW. Tyto teplárny by za rok vyrobily cca 3 500 GWh elektřiny, to odpovídá cca 4% z celoroční spotřeby elektřiny v ČR (neboli téměř současnému podílu OZE na výrobě elektřiny). Teplárny by spálily za rok cca 1,2 milionu tun biomasy (cca 22% celkového ročního potenciálu biomasy v ČR), a ušetřily by spotřebu cca 3,5 milionu tun uhlí za rok a tomu příslušné emise CO₂.

Na podílu energie z obnovitelných zdrojů na hrubé domácí spotřebě ČR v roce 2020 by se využití tohoto řešení projevilo následovně: Podle korigovaného zeleného scénáře ze státní energetické koncepce ČR, má být pravděpodobná spotřeba prvotních zdrojů energie v roce 2020 cca 1790 PJ. Výše uvedená spotřeba 1,2 milionu tun biomasy s výhřevností cca 13 MJ/kg odpovídá 15,6 PJ/rok, což by činilo cca 0,9 % ze spotřeby prvotních zdrojů energie v ČR.

Celkový investiční náklad na uvedené rekonstrukce stávajících vhodných výtopen na teplárny s paralelním spalováním zemního plynu a biomasy (ale po přechodnou dobu třeba i uhlí) by činil cca 40 miliard Kč v cenách roku 2008. Typickým investorem pro popsanou rekonstrukci je menší město, které má možnost obstarat si na zimní provoz ve svém okolí spalitelnou biomasu (odpadní dřevní štěpku, slámu apod). Silová elektřina se prodává za cenu cca 1700 Kč za MWh smluvnímu odběrateli elektřiny (například PRE), a nebo si ji za stejnou cenu kupuje samo město pro všechny svoje objekty, pokud se mu to více vyplatí.

Velmi výhodné je, pokud ještě existuje například původní budova uhelné kotelny, případně i s železniční vlečkou, po které je možné přivést biomasu levně i z větší dopravní vzdálenosti. Při nedostatku financí je výhodné ponechat z počátku v zimním období v provozu původní kotle na fosilní paliva namísto okamžitého přechodu na biomasu, pokud tyto uhelné kotle nemají nějaké vážné závady. Celoroční spotřeba uhlí v takovém případě klesne asi na polovinu. Výhodná je tato rekonstrukce také tam, kde již jsou kotle na biomasu provozovány a kde je možné jen doplnit kogenerační jednotku na zemní plyn a akumulátor tepla.

Potenciál výstavby bioplynových stanic s kogenerační jednotkou pro výrobu špičkové elektřiny

Velkou předností bioplynových stanic obecně jsou poměrně malé spotřeby dostupných obnovitelných vstupních surovin, včetně biologicky rozložitelných odpadů, dobrá využitelnost všech výstupních produktů: elektřiny, tepla, hnojivého digestátu a i samotného bioplynu, a při současné technické úrovni zařízení a řídicí techniky i poměrně jednoduchý provoz. Z toho důvodu na úspěšné provozování bioplynových stanic stačí i mnoho malých provozovatelů - jednotliví zemědělci, obce, čistírny odpadních vod, společnosti pro nakládání s odpady atd.

Investiční náklady na výstavbu bioplynových stanic jsou ale poměrně vysoké a doba jejich návratnosti v současných českých ekonomických podmínkách je dlouhá, obvykle delší než 10 let. Bez podstatných dotací na výstavbu nejsou bioplynové stanice obvyklých koncepcí v ČR pro investory atraktivní. A právě dlouhou dobu návratnosti investic do bioplynových stanic zkracuje řešení popsané v článku [TZB-info].

Ekonomické parametry bioplynové stanice s kogenerační jednotkou pro výrobu špičkové elektřiny jsou, až na výjimky, tak dobré, že jejich výstavbu je možné financovat i z komerčních úvěrů, bez dotací. Tím se i v ČR otevírá možnost podobného rozvoje, jako je tomu v sousedním Německu. Tam byl koncem roku 2006 celkový elektrický výkon bioplynových stanic více než 1100 MW. V roce 2030 se očekává výkon až 9000 MW, a v současné době se rozvíjí i program dodávek bioplynu, upraveného na kvalitu zemního plynu, do německých plynovodů.

	teplárny na ZP a biomasu	bioplynové stanice
celkový výkon kogeneračních jednotek	1,0 GWel	1,2 GWel
roční výroba elektřiny	3,5 TWh	5,2 TWh
podíl na spotřebě elektřiny	4%	6%
spotřeba primárních zdrojů OZE	16 PJ	47 PJ
podíl na spotřebě primárních zdrojů	0,9%	2,6%
celkové investiční náklady	40 mld. Kč	60 až 80 mld. Kč

Tabulka 1: Podíl posuzovaných technologií na výrobě elektřiny a spotřebě primárních energetických zdrojů

Pokud by byl obdobný plán na výstavbu bioplynových stanic aplikován na 5x menší území České republiky, znamenalo by to výstavbu bioplynových stanic obvyklé koncepce o celkovém elektrickém výkonu cca 1500 až 1800 MW, nebo více než 3000 MW při výrobě špičkové elektřiny.

A pokud bychom v České republice dokázali kopírovat německý plán rozvoje bioplynových stanic alespoň z jedné třetiny, mohly by být v ČR do roku 2020 postaveny a provozovány bioplynové stanice s kogeneračními jednotkami pro výrobu špičkové elektřiny o celkovém elektrickém výkonu až 1200 MW. Takové stanice by za rok vyrobily cca 5 200 GWh elektrické energie z celkem cca 47 PJ energie ve spotřebovaném bioplynu, což by znamenalo v roce 2020 cca 2,6 % ze spotřeby prvotních zdrojů energie.

Celkový investiční náklad na vybudování bioplynových stanic s kogeneračními jednotkami o výkonu 1200 MW, by činil cca 60 až 80 miliard Kč v cenách roku 2008.

Závěr

Pokud se podaří v rozsahu, pro který jsou v ČR vhodné podmínky, realizovat návrhy Skanska CZ na rekonstrukce stávajících výtopen na teplárny s paralelním spalováním zemního plynu a biomasy a na výstavbu bioplynových stanic s vysokým elektrickým výkonem, pak spotřeba obnovitelných zdrojů energie ve formě spalitelné biomasy v rekonstruovaných teplárnách a ve formě bioplynu v bioplynových stanicích s vysokým elektrickým výkonem bude v roce 2020 cca 63 PJ za rok, tedy cca 3,5% z předpokládané celkové spotřeby primárních energetických zdrojů v ČR v roce 2020. A to je celá jedna polovina z požadovaného zvýšení spotřeby obnovitelných energetických zdrojů v ČR uvedeného v návrhu Evropské komise pro dopravu a energetiku z 23. 1. 2008.