Střídavě stejnosměrné názory na elektromobilitu, 3. díl: Energetický mix České republiky

Ačkoli lokální emise CO2 jsou v případě elektromobilů skutečně takřka nulové (to ovšem neplatí o emisích zdraví škodlivých látek), musíme zohledňovat jejich emise globální, tedy produkci CO2 při výrobě elektřiny užívané k nabíjení a provozu elektrických vozidel. Množství CO2 uvolněného při výrobě elektřiny lze vypočítat jako množství elektřiny násobené tzv. emisním faktorem, jenž udává, jaké množství CO2 se produkuje při výrobě jedné kilowatthodiny proudu v příslušné zemi, tedy v souvislosti s jejím energetickým mixem. O dodatečných emisích CO2, jež vznikají při výrobě trakčních baterií, jsme pojednali v minulém díle našeho seriálu. Upozorněme proto jen na tu skutečnost, že energeticky vysoce náročná výroba bateriových článků, spolu s těžbou a rafinací prvků vzácných zemin, lithia, kobaltu atd., přispívá k vyšším globálním emisím plně elektrických a nabíjecích (plug-in) hybridních vozidel. Což by nás mělo zajímat především v té souvislosti, že při vypočítávání emisních limitů pro osobní a lehká užitková vozidla a výše pokut za jejich překročení se emise skleníkových plynů elektromobilů počítají jako nulové, tedy bez ohledu jak na energetický mix dané země, tak na dodatečné emise skleníkových plynů vyprodukované při výrobě trakčních baterií, příp. komponent do synchronních elektrických motorů s permanentními magnety (PMSM).

Je proto jasné, že abychom o elektromobilech mohli hovořit jako nízkoemisních či bezemisních, musejí být v elektroenergetickém mixu významným podílem zastoupené nízkoemisní zdroje elektrické energie. Těmi jsou především obnovitelné zdroje energie, mezi které se počítá energie získaná z větru, slunce, vody a ze spalování biomasy a bioplynu (popř. geotermální zdroje), a další zdroje neprodukující skleníkové plyny, tedy zdroje energie jaderné. V současných tuzemských podmínkách se na výrobě energie nejvýznamněji podílejí hnědouhelné zdroje, jež dodávají zhruba 43 % elektrické energie, a hned za nimi se umisťují jaderné elektrárny, v současnosti vyrábějící více než 34 % elektřiny. Státní energetická koncepce (SEK) ovšem počítá s dostavbou dalších jaderných bloků a prodloužením životnosti elektráren Dukovany a Temelín, čímž předznamenává snahu plnit cíl postupného přechodu k nízkoemisním zdrojům energie. Dosáhnout tohoto cíle totiž znamená postupně odstupovat od elektráren spalujících fosilní paliva, které jsou i navzdory pokračující modernizaci producenty skleníkových plynů.

Zmíněná Státní energetická koncepce představuje strategický dokument obsahující a vyjadřující národní cíle v oblasti energetiky na následujících pětadvacet let (vládou byla schválena k 28. 5. 2015). SEK si v souvislosti s energetickou politikou Evropské unie vytyčila tři následující strategické cíle: bezpečnost dodávek energie, konkurenceschopnost a udržitelnost. Na tyto cíle se vážou již konkrétněji formulované pokroky, jichž by Česká republika chtěla dosáhnout a mezi které patří snížení emisí skleníkových plynů do roku 2030 o 40 % oproti roku 1990, rozrůznění primárních energetických zdrojů, totiž vytvoření vyváženého a účinně využívaného energetického mixu apod. Jiný dokument, a sice Národní klimaticko-energetický plán (NKEP), vypracovaný Ministerstvem průmyslu a obchodu v r. 2018 právě za účelem plnění evropských klimatických závazků, stanovuje jako svůj výhledový cíl podíl 20,8 % obnovitelných zdrojů na spotřebě energie pro rok 2030. Tento závazek byl i na základě jeho posouzení Evropskou komisí shledán jako příliš konzervativní a Česká republika ho má navýšit o téměř tři procentní body. Zda a jakými cestami se lze vydat ve snaze o navýšení podílu obnovitelných zdrojů energie (OZE) na celkové domácí výrobě, to je předmětem analýz společnosti Deloitte, publikovaných ve zprávě „Rozvoj obnovitelných zdrojů do roku 2030“ (září 2019).

Nebudeme zde závěry jejich analýz reprodukovat ani komentovat, jsou však spolu s cíli SEK i NKEP dokladem toho, že Česká republika se vydala jak deklarativně, tak fakticky na cestu za dosažením nízkoemisní energetiky. Lze sice namítnout, že plán navýšení podílu OZE na 20,8 %, resp. Evropskou komisí požadovaných 23 % není příliš velkorysý, je ovšem pravda, že Česká republika nemá pro obnovitelné zdroje nejlepší geografické podmínky. Avšak závazky vyplývající z evropské klimatické politiky, jakož i stále limitovanější zdroje fosilních paliv povedou k postupnému odklonu od provozu uhelných elektráren a k většímu důrazu kladenému na spojení možných jaderných a obnovitelných energetických kapacit. Protože se stále pohybujeme v kontextu postupného přechodu na elektromobilitu, můžeme tento trend chápat relativně optimisticky, protože důraz na větší podíl nízkoemisních zdrojů na českém elektroenergetickém mixu povede ke snižování tzv. globálních emisí skleníkových plynů bateriovými vozidly. Tento optimismus však mohou zkrotit následující úvahy.

Ze závazků vůči evropské klimatické politice a Pařížské dohodě vyplývá, že do roku 2050 bude muset být vozový park České republiky kompletně elektrifikován. K tomu má ostatně jak vlády členských států, tak především výrobce automobilů donutit zavedený regulační rámec, jenž kvůli přísným pokutám za překročení emisních limitů tlačí na producenty, aby namísto vozidel na konvenční pohon vyráběli ta elektrická. Co se týká úplného přechodu na elektromobilitu z hlediska kapacit na výrobu elektrické energie, pak by se při něm podle studie „Automobilový průmysl. Znovuobjevení automobilu“ (Deloitte, únor 2019) zvýšila čistá spotřeba elektřiny o 30,5 TWh, což podle téže studie představuje 38 % čisté výroby elektřiny v ČR a odpovídá to přibližně 108 % elektřiny vyráběné v ČR jadernými elektrárnami. Nejen o energetických důsledcích úplného přechodu na elektromobilitu pojednává rovněž článek „Některé důsledky hromadného rozšíření elektromobilů pro ČR“ autorů Ing. Josefa Morkuse a prof. Jana Macka. Ti při důkladném uvážení celkové roční spotřeby pro pohon elektromobilů (uvažuje se o náhradě OA a LUV do 3,5 tuny) docházejí k závěrům, jež tu zreprodukujeme pouze v obecnosti: pro pokrytí celkové spotřeby elektromobilů by bylo zapotřebí dostavby tří nových bloků JE Temelín a při současném energetickém mixu, jemuž dominují uhelné zdroje, by přechod na elektromobilitu emise CO2 žádným významným způsobem nesnížil. Rozdíly emisí vznikajících při provozu automobilů (11 195 900 t CO2) a těch produkovaných při výrobě elektřiny pro stejný počet elektromobilů (10 400 000 t CO2) skutečně nejsou zásadní.

Přechod na elektromobilitu, který je zajištěn mnoha politickými rozhodnutími a ustanovením emisních regulačních rámců, si tak vynutí podstatné navýšení potřeby elektrické energie, již ovšem nebudou už moci uspokojovat uhelné elektrárny produkující emise skleníkových plynů. Chce-li si Česká republika i nadále uchovat postavení vývozce elektrické energie a nechce-li se stát závislou na jejím importu, bude muset budovat kapacity schopné pokrýt potřebu elektřiny, která se po kompletní elektrifikaci tuzemského vozového parku významně zvýší. A v tomto případě nejde pouze o to, podržet si postavení energeticky soběstačné země, ale i o to, že importovaná elektřina může pocházet kupř. z polských uhelných elektráren, které se tak stanou, obrazně řečeno, výfuky našich zdánlivě bezemisních elektrických vozidel.

SEK počítá s obnovou a navyšováním jaderných kapacit a s navýšením podílu OZE, jejichž možnosti jsou v tuzemských podmínkách značně omezené, a snad i proto musí být výhled NKEP podle některých příliš konzervativní. O střídmosti, již Česká republika vůči OZE projevuje, je pravděpodobně přesvědčen i Štěpán Chalupa, předseda Komory obnovitelných zdrojů energie, který se domnívá, že „provoz obnovitelných zdrojů [...] bude ekonomicky tak výhodný, že by provoz právě dokončovaných či zánovních, ale účetně ještě neodepsaných jaderných elektráren, které nebudou schopny reagovat na výkyvy levné elektřiny, nedával žádný ekonomický smysl“. Na základě „nezávislých studií Akademie věd“ podle něj v Česku existuje dost vhodných míst pro budování větrných elektráren, které by se v konečném důsledku vyrovnaly dvěma novým jaderným blokům co do podílu na pokrytí celkové spotřeby elektrické energie (Hospodářské noviny 24. 4. 2019). V článku se bohužel na ony studie AV ČR konkrétněji neodkazuje, podle článku s názvem „Větrné elektrárny včera, dnes a zítra“ (Vladimír Wagner, osel.cz, 1. 9. 2017) však interpretovala v roce 2015 Komora obnovitelných zdrojů studie vypracované odborníky z Ústavu fyziky atmosféry AV ČR (odkazy na ně se nacházejí v citovaném článku). Ti předpokládali tři scénáře: nízký, tedy uvažující nepříznivé podmínky pro odvětví větrných elektráren, podle něhož představoval realistický potenciál větru v hodnotách instalovaného výkonu 991 MW a ročního objemu vyrobené elektřiny 2,4 TWh při ročním využití výkonu 27,6 %. Střední scénář (uvažující absenci podpory veřejnosti i státu, na druhé straně volnost při instalaci větrných zdrojů) dospívá k výkonu 2,5 GW a hodnotě roční výroby 5,6 TWh, zatímco vysoký scénář při vysoké podpoře i potřebě tohoto zdroje počítá s výkonem 6,0 GW a výrobou 14,7 TWh. Autor článku však na základě sledovaného reálného průběhu musí konstatovat, že i scénáře považované za pesimistické se nakonec ukazují být příliš optimistické, což dokládá tím, že v roce 2018 jsme byli na hodnotě instalovaného výkonu 0,3 GW a roční výrobě asi 0,6 TWh.

Samozřejmě lze vést úvahy směrem k postupnému navyšování kapacit větrných elektráren, to však v tuzemských podmínkách naráží na svoje meze. Pro vskutku účinné využití větrných elektráren pro výrobu elektrické energie je vhodná průměrná rychlost větru vyšší než 6 m.s-1, ovšem na větrné mapě České republiky nemají území s takovou průměrnou rychlostí vysoké zastoupení, navíc jsou poměrně rozdrobená. Problém pro navyšování výstavby případných nových větrných elektráren představuje i to, že pro ně nejvhodnější podmínky, především na hřebenech hor, se vyskytují v chráněných oblastech. Pokud bychom se snad ty rozhodli postoupit výstavbě větrných elektráren, byl by to krok sice učiněný směrem ke zvýšení podílu nízkoemisního obnovitelného zdroje na energetickém mixu ČR, a přece by byl ve svých ekologických důsledcích více než sporný.

Že může být důraz kladený na zvyšování podílu OZE na celkovém energetickém mixu a na jejich možnosti uspokojovat potřeby (dnes ještě pokrývané spalováním uhelných a jaderných zdrojů) výrazem spíše optimismu než našich reálných energetických možností, dokládají i další problematické stránky větrných elektráren. Ty představují hlavní nízkoemisní zdroj, na němž podle Vladimíra Wagnera stojí německá Energiewende, již bychom mohli charakterizovat zhruba jako snahu Německa o odklon od jaderných zdrojů (kompletně do roku 2022) při posilování zastoupení OZE. Problém s instalacemi větrných elektráren na severu Německa je ten, že při vhodných povětrnostních podmínkách produkují významné přebytky větrné elektřiny, jež se uplatňuje i u nás, a sráží tím ceny na trhu s elektřinou i do záporných hodnot. Naše větrné instalace nejsou těm německým, umístěným především na severu při mořském pobřeží, schopné konkurovat, což představuje pádný argument vůči Chalupově důvěře v ekonomickou výhodnost těchto elektráren.

Tuzemská přenosová soustava byla navíc energií exportovanou z Německa přetěžována, což podstatně zvyšovalo přenosové ztráty a ohrožovalo její stabilitu. Kvůli těmto dopadům bylo třeba vybudovat ve styčných bodech značně nákladné regulační transformátory. Ostatně samotná sousední Spolková republika zažívá krušné chvíle při řešení problému přenosu energie získané z větrných elektráren instalovaných na severu na průmyslový jih. Není bez zajímavosti, že snahy o vybudování přenosové soustavy (důsledkem jejíž absence jsou Němci právě nuceni exportovat energii získanou z VtE do sousedních států, a tím neúměrně zatěžovat jejich přenosovou soustavu) se setkávají s podobným odporem veřejnosti, jakému svého času čelily stavby jaderných elektráren (o vztahu SRN k jádru v tuzemských podmínkách vyčerpávajícím způsobem pojednává publikace Německo bez jádra? SRN na cestě k odklonu od jaderné energie, Karolinum 2015). Zmiňme i tu podstatnou skutečnost, že při velkém využívání větrné energie v rovinatých přímořských oblastech se zároveň zvyšuje poměr mezi energií, již nám vítr přináší, a energií větru naopak odebíranou. V Německu tento poměr dosahuje hodnot kolem 10 %, což se projevuje vzrůstem teplot a změnou směru a výšky větrných proudů, přinášejících do střední Evropy vláhu od Atlantiku.

Energii lze ovšem čerpat i ze slunce a v současnosti jsou to právě fotovoltaické elektrárny (FVE), jejichž instalovaný výkon roste nejrychleji ze všech zdrojů elektřiny. V letech 2009 a 2010 vzrostl v České republice instalovaný výkon fotovoltaických zdrojů z velmi malých hodnot na téměř 2 GWp a od té doby se prakticky nezměnil. Bylo to dáno i tím, že systém dotovaných cen neumožňoval pružné snížení dotovaných výkupních cen v době, kdy docházelo ke zrychlujícímu se snižování cen solárních panelů. Jak upozorňují autoři článku „Potenciál využití fotovoltaických zdrojů ve světě a Česku“ (osel.cz, 9. 12. 2017), není Česká republika pro své mírné podnebné pásmo nejideálnějším místem pro rozvoj a využívání energie získané z fotovoltaických zdrojů. Roční účinnost využití těchto zdrojů závisí jak na podmínkách daného regionu, tak na způsobu konstrukce elektrárny, a pohybuje se mezi 10 % až 35 %. V České republice se roční koeficient využití u fotovoltaických elektráren pohybuje mezi 9 % až 13 %.

Podobně jako tomu bylo u větrných elektráren, je i u těch fotovoltaických problém s příliš vysokým instalovaným výkonem těchto zdrojů v Německu, především pak v sousedním Bavorsku. Protože sluneční svit bývá podle autorů článku podobný v tuzemských podmínkách i v Německu, je u nás v případě slunečného počasí trh s elektřinou zaplaven přebytky německé fotovoltaické elektřiny, jíž ta tuzemská není schopna na trzích konkurovat. Snad i proto jsou výhledy SEK ohledně elektřiny získávané z fotovoltaických zdrojů spíše konzervativnější a střízlivější. Ačkoli se v kapitole 7.2.5, věnované vývoji a struktuře OZE na primárních energetických zdrojích, predikuje „markantní opětovný nárůst fotovoltaiky po r. 2025“, nemá se jednat o absolutní růst instalovaného výkonu, a to proto, že nově vystavované zdroje mají v tomto období nahradit již plně odepsané FVE. K čemu má tedy do roku 2030 dojít, je obnova stávající základny. K produkci energie z fotovoltaických zdrojů se tak mají výhradně užívat střechy a jiné konstrukce budov, navíc pouze v tom rozsahu, v němž to umožňují důvody ochrany památek a jiná technická omezení. S využitím zemědělské půdy pro provoz FVE se nadále nepočítá, naopak by se měla v případech, kdyby bylo vyjmutí ze zemědělského půdního fondu pouze dočasné, do něj navrátit.

Vedle těchto dílčích problémů je zapotřebí uvést i obecnou závislost větrných a fotovoltaických energetických zdrojů na počasí a podmínkách našeho mírného podnebného pásu. Střídání dne a noci, jakož i ročních období si vynucuje zálohování energie z OZE rychle zatížitelnou rezervou, podstatně zvyšující jak investiční, tak provozní náklady na obnovitelné zdroje. Předpokládáme, že nabíjení elektromobilů se bude odehrávat především v noci, takže vedle budování a rozvoje OZE bude zapotřebí instalovat rovněž úložiště energie minimálně ze dne na noc, neboť nejde o průměrnou energii vyrobenou za den, ale o zajištění potřebného výkonu v době nabíjení. Nemluvě o potřebě skladování energie z léta na zimu, což se prozatím dalece vymyká našim technologickým možnostem. Alternativou ke značně drahým a špatně účinným bateriovým úložištím či k těm na bázi stlačeného vzduchu mohou být přečerpávací vodní elektrárny, ovšem možnosti jejich instalace jsou v tuzemských podmínkách téměř mizivé (k tomu viz „Přečerpávací vodní elektrárny v České republice“, D. Vobořil, oenergetice.cz 2017). Z hlediska korelace mezi potřebou energie pro elektromobilitu a její výrobou vycházejí nejlépe jaderné elektrárny, kdy lze s výhodou využít jejich přebytků energie v noci.

V otázce po možnostech obnovitelných zdrojů energie sehrává svou zvláštní úlohu i doprava. Spotřeba OZE se v rámci dopravy podle již citované studie Deloitte ze září 2019 rozděluje mezi biopaliva 1. generace, vyspělá biopaliva 2. generace (která kvůli nízké vyspělosti produkčních technologií a absenci zkušeností s jejich provozem nelze nasadit pro komerční využívání) a elektromobilitu. Biopaliva 1. generace se u nás vyrábějí především z řepky olejky, případně z cukrové řepy a kukuřice, a protože jsou povinně přimíchávána do motorových paliv (a tím je vytvářena jejich vynucená spotřeba), je jejich produkce velice náročná na osevní plochu, jejíž přírůstek má k roku 2030 přesáhnout hranici 120 tis. ha. V této souvislosti se ovšem přechod na elektromobilitu začíná jevit skutečně optimističtěji, poněvadž s poklesem vynucené spotřeby biopaliv 1. generace v osobní automobilové dopravě dojde i ke snížení nároků na zemědělskou půdu a vůbec na českou krajinu.

To však nic nemění zaprvé na tom, že do roku 2030 se podle recenzovaného článku „Rozvoj trhu s elektromobily v České republice: veřejná podpora a zkušenosti ze zahraničí“ poptávka po kapacitách výroby lithioiontových baterií odhaduje na více než 1 500 GWh ročně (při současné světové kapacitě 131 GWh za rok). A v této souvislosti si můžeme připomenout závěry švédské studie IVL, již jsme citovali v minulém díle, a sice že výroba každé kilowatthodiny kapacity baterie produkuje 150–200 kg CO2. Za druhé na tom, že přechod na elektromobilitu, ačkoli s sebou možná přinese odlehčení pro zemědělské plochy a českou krajinu, si vynutí markantní nárůst potřeby elektrické energie, a to v situaci, která z politických a ekologických důvodů hraje v neprospěch uhelných elektráren. Jak jsme se pokusili doložit na příkladu využívání fotovoltaických a větrných zdrojů, není důraz kladený výlučně na OZE nejrozumnější, poněvadž jsou tyto zdroje nestálé (a takovými zůstanou do doby, než se nám podaří vyřešit problém se skladováním elektřiny v řádech GWh), závislé na aktuálních podmínkách a na stabilních zdrojích energie, jak to výmluvně dokládá případ Německa, které musí při svém rezervovaném postoji k jádru vykrývat nestabilní OZE pomocí elektráren na fosilní zdroje, a vzdaluje se tak emisním cílům stanoveným Pařížskou dohodou. Nehledě nakonec na to, že kdybychom při tvorbě energetického mixu vsadili všechno na OZE, můžeme se o znovu získanou půdu připravit výstavbou na pozemky náročných fotovoltaických či větrných farem (konkrétně k tomu viz výše citovaný článek prof. Macka a Ing. Morkuse).
Ukazuje se tedy, že jakmile nebude přechod na elektromobilitu, vynucený klimaticko-energetickou politikou Evropské unie, doprovázen budováním vyváženého energetického mixu, v němž budou podstatně zastoupeny nízkoemisní energetické zdroje, stane se celý tento přechod z hlediska snahy o snížení emisí skleníkových plynů neúčelný. A nejen to – dokud nebude zajištěna nízkoemisní výroba energie pro užívání a výrobu elektromobilů, jakož i pro výrobu článků trakčních baterií, nebudou elektromobily vozidly s nízkými, natož nulovými emisemi CO2, ačkoli se s nimi jako s takovými při výpočtu emisních limitů a z nich vyplývajících pokut naopak stále počítá.

Údaje uvedené v článku byly konzultovány s odbornými garanty seriálu profesorem Janem Mackem a inženýrem Josefem Morkusem z Národního centra kompetence Josefa Božka pro pozemní vozidla.
Mgr. Václav Zajíc, Ph.D.