Prísne teoreticky povedané, Slovensko by malo mať možnosť náhrady výroby elektriny z fosílnych zdrojov obnoviteľnými zdrojmi elektriny. Je možné takúto teóriu aj zrealizovať?
ÚVOD
Súčasná moderná energetika sa do stávajúceho stavu vyvíjala viac ako 100 rokov. Bol a je to proces, ktorý bol v prvom rade ovplyvnený dostupnosťou technológií a primárnych zdrojov, ale tiež ekonomickými možnosťami na rôznych úrovniach. Ekologické, environmentálne otázky udržateľnosti neboli najmä v počiatkoch jej formovania vôbec podstatné.
Potreby rozvoja energetiky boli a sú iba dôsledkom rozvoja ľudskej spoločnosti ako takej. Ľudstvo sa za obdobie posledných 100 rokov zväčšilo viac ako štvornásobne. Dve miliardy ľudí žilo prvýkrát na tejto planéte až okolo roku 1927. 7 miliárd obyvateľov sme prekročili už v roku 2011. Avšak, nielen že sme narástli čo do počtu, naše nároky na kvalitu a zabezpečenie života stúpali možno ešte oveľa strmšie. Priama aj nepriama spotreba priemerného jedinca sa zmenila neuveriteľne.
V počiatkoch dnešnej energetiky sa novoobjavené primárne zdroje – uhlie, ropa a zemný plyn mohli javiť ako neobmedzené. Dôsledky ich využívania ako nepodstatné. Avšak pri exponenciálnom populačnom náraste a exponenciálnom náraste ľudskej spotreby sme svedkom dôsledkov, ktoré naši predkovia nemohli predvídať a zvažovať.
Tieto dôsledky sú však redukovateľné – jedna z množstva paralelných a potrebných ciest je náhrada fosílnych palív zdrojmi, ktoré sa opakovane obnovujú – obnoviteľnými zdrojmi energie (OZE).
V tomto článku sa skúsim pozrieť na to, či Slovensko má vôbec technický potenciál za nahradenie súčasných zdrojov výroby elektriny za tie založené na OZE. V tomto článku bude zanedbaný ekonomický rozmer takejto možnej a potrebnej zmeny.
Spotreba elektriny na Slovensku
K tomu, aby bolo možné analyzovať, či si na Slovensku vieme vyrobiť dostatok elektriny akýmikoľvek zdrojmi, potrebujeme vedieť, koľko sa jej spotrebuje a aký je trend zmeny tejto spotreby.K tomu, aby bolo možné analyzovať, či si na Slovensku vieme vyrobiť dostatok elektriny akýmikoľvek zdrojmi, potrebujeme vedieť, koľko sa jej spotrebuje a aký je trend zmeny tejto spotreby.Tieto údaje sú čiastočne k dispozícii na stránkach Ministerstva hospodárstva SR v sekcii energetika. Nanešťastie sú to údaje iba po rok 2014, za roky 2015 a 2016 chýbajú.Avšak zo zdroja prevádzkovateľa prenosovej sústavy (SEPS, a.s.) je možné získať aktuálnejšiu tabuľku.
| Rok | Výroba [GWh] | Spotreba [GWh] | Saldo (Balancia) [GWh]* |
|---|---|---|---|
| 2011 | 28 135 | 28 862 | -727 |
| 2012 | 28 393 | 28 786 | – 393 |
| 2013 | 28 590 | 28 681 | – 91 |
| 2014 | 27 254 | 28 355 | -1 101 |
| 2015 | 27 191 | 29 548 | -2 357 |
| 2016 | 27 452 | 30 103 | -2 651 |
Tabuľka č. 1: Výroba a spotreba elektriny na Slovensku
* Kladná/záporná hodnota salda znamená export/import.
Zdroj: SEPS, a.s.
Ako vidno, naša elektrická spotreba sa udržuje pod 30 TWh (Tab. č. 1.), výnimku tvorí rok 2016. Vtedy nám na rástla spotreba cez túto hranicu prvýkrát. Ešte lepšie je vidieť medziročnú zmenu spotreby a domácej výroby elektriny od roku 1983 až do roku 2016 (Obr. č. 1).
Zdroj: SEPS, a.s.
Súčasný energetický mix
Okrem samotnej spotreby je podstatné aj vedieť, aký máme v súčasnej dobe energetický mix a koľko približne máme inštalovaný výkon jednotlivých technológií (Tab. č. 2). Takéto informácie nám pomôžu rozhodnúť, ktoré primárne zdroje by mali byť v energetickom mixe nahradené OZE.
| Rozdelenie podľa palív | Výkon (MW) | Podiel (%) | |
|---|---|---|---|
| Jadro | 1940 | 24,72% | |
| Voda | 2537 | 32,33% | |
| Hnedé uhlie | 458 | 5,84% | Fosílné palivá |
| Čierne uhlie | 220 | 2,80% | |
| Zemný plyn | 1121 | 14,28% | |
| Ropa | 255 | 3,25% | |
| Mix palív | 422 | 5,38% | |
| Slnko | 530 | 6,75% | Obnoviteľné zdroje |
| Biomasa | 224 | 2,85% | |
| Bioplyn | 105 | 1,34% | |
| Vietor | 3 | 0,04% | |
| Iné OZE | 14 | 0,18% | |
| Ostatné | 19 | 0,24% | |
| Spolu | 7848 | 100,00% |
Tabuľka č. 2: Inštalovaný výkon elektrární na Slovensku k 31.12.2016
Zdroj: SEPS, a.s.
Možnosti OZE
Pri odhadovaní hrubého technického potenciálu sa pozrieme na možnosti troma spôsobmi:
- Aký je technický potenciál celého územia SR?
- Koľko plochy by zabralo, keby sme nahradili celú výrobu pre kompletnú spotrebu nahradili jedným druhom OZE?
- Koľko plochy by zabralo, keby sme nahradili výrobu iba z fosílnych palív pre spotrebu nahradili jedným druhom OZE?
Tento výpočet nám ukáže, či vôbec máme na Slovensku dostatok priestoru na takéto riešenia.
Pri výpočtoch budeme vychádzať z týchto údajov:
- Územie Slovenska je 49 036 km².
- Túto plochu podelíme plochou:
- Pre jeden 1 MW inštalovaného FV zdroja potrebujeme 2 ha plochy a 1 MW FV zdroja vyprodukuje priemerne 1 000 MWh elektriny ročne.
- Pre jeden 1 MW inštalovaného zdroja z bioplynu potrebujeme 401 ha plochy a 1 MW bioplynového zdroja vyprodukuje priemerne 8 700 MWh elektriny ročne.
- Pre jeden 1 MW inštalovaného veterného zdroja potrebujeme 0,5 ha plochy a 1 MW veterného zdroja vyprodukuje priemerne 2 500 MWh elektriny ročne.
Potenciál vodnej energetiky na tento účel nebudem hodnotiť.
Možnosti produkcie elektriny na celom území
Ako už vyplýva z názvu kapitoly, tak tu ide o čisto teoretický výpočet, ktorý ukazuje iba, aký je maximálny možný energetický potenciál jednotlivých technológií.
| Technický potenciál územia SR [GWh] | % zo spotreby SR | Inštalovaný výkon [MW] | |
|---|---|---|---|
| Fotovoltický zdroj | 2 451 800,00 | 8144,70% | 2 451 800,00 |
| Bioplyn | 106 387,33 | 353,41% | 12 228,43 |
| Vietor | 24 518 000,00 | 81447,03% | 9 807 200,00 |
Tabuľka č. 3: Teoretická potreba inštalovaného výkonu OZE na pokrytie slovenskej spotreby
Plocha Slovenska je schopná zabezpečiť súčasnú elektrickú spotrebu pomocou bioplynových staníc iba 3,5 krát, ale fotovoltika rozložená na ploche úmernej Slovensku by mohla produkovať 81 krát viac elektriny, ako je spotreba. Veterná energetika dokonca ešte 10 x viac ako fotovoltika – 814 krát viac, ako je spotreba (tab. č. 3).
Mohlo by sa javiť, že je to bezúčelný výpočet. Ale nie je to tak. V prvom rade to ukazuje, že územie Slovenska má silný energetický potenciál. V druhom rade to dáva reálnu možnosť energie pre život skutočne realizovať na 100 % obnoviteľne.
Koľko by bolo treba plochy na celoslovenskú spotrebu
V tejto kapitole sa pozriem na problematiku z iného pohľadu – koľko by sme museli nainštalovať zdrojov, aby sme si celú elektrickú spotrebu vedeli vyrobiť jednotlivými technológiami. A tiež koľko plochy na Slovensku by to zabralo.
| Plocha potrebná na spotrebu [km2] | % z plochy SR | Inštalovaný výkon [MW] | |
|---|---|---|---|
| Fotovoltický zdroj | 602,06 | 1,23% | 30 103 |
| Bioplyn | 13 875,06 | 28,30% | 3 460 |
| Vietor | 60,21 | 0,12% | 12 041 |
Tabuľka č. 4: Teoretická zastavaná plocha a inštalovaný výkon, aby OZE pokryli slovenskú spotrebu elektriny
Ako vidno z tabuľky č. 4, tak pri úvahe, že by sa ročná spotreba elektriny vyrobila v jednom z týchto troch OZE, najlepšie v tomto porovnávaní vychádza veterná energetika. Pre svoju produkciu by potrebovala inštalovať iba 12 GW výkonu a zabralo by to 60 km² (0,12 % územia).
Ako druhý vhodný zdroj je fotovoltika, tá už by potrebovala 602 km² – 1,23 % územia. Ako najhorší zdroj vychádzajú bioplynové elektrárne z účelovo pestovaných plodín – takmer 30 % územia by bolo potrebné na pestovanie napr. silážnej kukurice.
Koľko by bolo minimálne plochy pre bezfosílnu elektrinu
Vzhľadom na pomerne stále veľké rozmery potrebnej pre obnoviteľné zdroje pri 100 % podiele na spotrebe je potrebné pozrieť aj na účelnosť takejto náhrady. Pre Slovensko je typická silná produkcia elektriny z nízkouhlíkových zdrojov – jadrových elektrárni.
Preto sa skúsim pozrieť, koľko by bolo potrebnej plochy a inštalovaný výkon jednotlivých troch technológií pre kompletnú nízkouhlíkovú energetiku: 56 % spotreby jadrovej elektriny a zvyšok z OZE.
| Plocha pre bezfosílnu energetiku [km2] | % z plochy SR | Inštalovaný výkon [MW] | |
|---|---|---|---|
| Fotovoltický zdroj | 264,91 | 0,54% | 13 245 |
| Bioplyn | 6 105,03 | 12,45% | 1 522 |
| Vietor | 26,49 | 0,05% | 5 298 |
Tabuľka č. 5: Teoretická zastavaná plocha a inštalový výkon, aby OZE pokryli výrobu elektriny z uhoľných zdrojov na Slovensku
Tu už sa dostávame k veľmi zaujímavým záverom (tab. č. 5.). Slovenskú spotrebu by vedelo zabezpečiť niečo vyše 13 GW FV, alebo 5,3 GW vetra. Z hľadiska inštalovaného výkonu v bioplynových elektrárňach je to dokonca 1,5 GW, avšak zabratá plocha je stále na úrovni 12,45 %.
Nevyhnutné predpoklady pre realizáciu
Čísla z minulej kapitoly samozrejme treba brať s veľkou nadsádzkou. Pre účely tejto analýzy som zobral iba dve kritéria na úvahu – zastavaná plocha a inštalovaný výkon. Úvaha neuvažuje iné faktory a často aj dôležitejšie. Prvý z nich sú financie. Ďalší veľmi dôležitý je aj čas produkcie zdrojov. A samozrejme aj dostupnosť voľnej plochy pre inštalácie.
Financie
V súčasnej dobe je typická cena inštalácie 1 MW “utility scale” fotovoltiky sa pohybuje pod úrovňou 1 000 000 €. To znamená, že i ten najlepší príklad by potreboval cez 13,2 mld. € na investíciu.
Pri veternej energetike sa investícia pre 1 MW vo veterných parkoch pohybu podobne na 1 mil. €. V tomto prípade teda ide o investíciu 5,3 mld. €, čo je podobná výška investície, ako dostavba 3. a 4. bloku jadrovej elektrárne v Mochovciach (EMO). Len s tým rozdielom, že takáto investícia by sa začala vracať priebežne.
Najmenší inštalovaný výkon má síce elektrina z bioplynu, avšak inštalačná cena 1 MW sa pohybuje k 3 mil. €, ale na rozdiel od slnka a vetra sú pri bioplyne aj pomerne veľké prevádzkové náklady. Suroviny pre bioplyn treba každoročne dopestovať.
Inou časťou pohľadu cez financie je, že či elektrina z týchto zdrojov vie byť lacnejšia, ako štandardná cena silovej elektriny z „klasických“ zdrojov. Odpoveď je, že v našom regióne zatiaľ nie. Najnižšie ceny elektriny z FV zdrojov v aukciách inde na svete sa pohybujú už na úrovni 30 až 40 €/MWh. Pri takýchto cena môžeme povedať, že sú už slušne porovnateľné s tými klasickými. Ale zatiaľ je to v slnečnejších regiónoch.
Čas produkcie zdrojov
Dosah tohto faktoru je pomerne značný. Uvediem ho na príklade fotovoltiky. Štandardná výkonnosť FV riešení na Slovensku je 1 000 kWh/kWp. To znamená inými slovami, že FV vyrába iba 1 000 hodín plného výkonu ročne. V lete je približný čas produkcie (normalizovaný na plný inštalovaný výkon) medzi 5 až 7 hodinami. V zime táto hodnota klesá na rozmedzie 1 až 3 hodiny. Avšak môže sa stať, že FV nevyprodukuje nič aj niekoľko dní. Navyše fotovoltika produkuje iba z časti v potrebnom čase – napr. v noci.
Riešenie tohto problému – zvýšenie výkonu a najmä pridanie uskladňovania elektriny.
Dostupnosť voľnej plochy
Toto je častá námietka proti rozšíreniu OZE výroby elektriny. A v podstate je to aj jeden z dôvodov na napísanie tohto článku.
Najjednoduchšie je pozrieť sa na dostupnosť plochy pre FV riešenie. Tu treba povedať, že plocha zastavaná budovami a stavbami na Slovensku je už dnes podstatne väčšia ako 1 % plôch. Ak by sme teda každú jednu strechu plne obsadili fotovoltikou, tak si z týchto striech vieme vyprodukovať viac elektriny, ako spotrebujeme.
Samozrejme, že sa dá namietať, že nie každá strecha má podmienky na inštaláciu. A je to skutočne tak. Ale už dnes sú prístupné riešenia na optimalizácie.
Pri bioplyne je otázka dostatku voľnej poľnohospodárskej pôdy ešte výraznejšia. Pre plné pokrytie toho najmenšieho variantu – bezfosílnej OZE energetiky – je to stále viac ako 6 100 km². To je bohužiaľ fakt. Ale na Slovensku je, podľa mojich kolegov z poľnohospodárskeho sektora, cez 500 000 ha neobrábanej ornej pôdy. To je cez 5 000 km². A to už potom tieto úvahy nie sú až také nezaujímavé.
Na miesto záveru – je to možné realizovať?
Moja odpoveď je – jednoznačne áno. Ale nie je to zmena na jeden rok a určite tiež nie lacná. Výhoda takejto zmeny je, že môže byť postupná. 3. a 4. blok EMO sa stavia už 20 rokov. Za túto dobu logicky nevyprodukoval žiadnu elektrinu. Až po úplnom spustení bude schopný produkcie. Avšak pri inštalácii obdobného výkonu, v ktoromkoľvek z týchto troch technológií, môže nastať výroba v krátkych mesiacoch a postupne sa rok za rokom zvyšovať.
Dôležitý záver je aj ten, že by bolo krátkozraké sa púšťať do realizácie iba s dôrazom na jednu technológiu. OZE vedia poskytnúť veľmi zaujímavý mix výhod, ktoré kompenzujú nevýhody ostatných zdrojov.
A tiež treba poznamenať, že súčasťou akéhokoľvek OZE riešenia bude musieť byť aj uskladňovanie elektriny. Či už v rozmeroch stoviek MWh (ako je dnes Liptovská Mara alebo Čierny Váh) alebo až dolu v celom reťazci – pár kWh v domácnosti.
S tým bude spojená aj prestavba energetickej filozofie – riadenie tokov až k tým najmenším spotrebiteľom.
Uverejnené v magazíne Pro-Energy.
Článok je iba úvodom k podstatne širšej problematike a bude mať pokračovanie. Akékoľvek pripomienky si rád prečítam v diskusii.