100 % elektřiny z obnovitelných zdrojů do roku 2050?

Čisté energetické technologie dosáhly v posledním desetiletí značného pokroku. Ale mohly by vůbec stoprocentně pokrýt výrobu elektřiny? Jak? V roce 2017 byly ve světě vybudovány sluneční elektrárny o výkonu 98 GW, z toho více než polovina  v Číně – 53 GW. V Kalifornii se OZE podílejí na výrobě elektřiny jednou třetinou, přičemž v roce 2030 by to mělo být více než polovina. Německo má za cíl vyrábět do roku 2050 minimálně 80 % elektřiny z OZE. Dokonce i země bohaté na ropu a zemní plyn začínají s obnovitelnými zdroji. Například Spojené Arabské Emiráty plánují vyrobit 44 % elektřiny z OZE, a to rovněž do roku 2050 (ovšem letos budou spouštět první ze svých čtyř jaderných reaktorů...).

Je to sice velkolepé, ale zdaleka to nestačí. Boj proti změně klimatu vyžaduje víc, než vyrábět elektřinu. Vyžaduje změnu služeb, které dnes zcela závisejí na fosilních palivech, jako jsou například všechny druhy dopravy, vytápění budov, dodávky technologického tepla pro průmyslová odvětví, atd. Ukazuje se, že tou nejlevnější cestou k dosažení cílové úrovně oteplení pod 2 stupně C na předindustriální hodnotu bude nejprve zvýšení energetické účinnosti a potom další rozvoj elektrifikace.

Svět dnes získává 24,5 % elektřiny z OZE, z toho většinu z vody

Odhaduje se, že v Evropě by musely OZE zvýšit svůj výkon do roku 2050 téměř čtyřikrát, jak ukazuje graf č. 1. Takový přechod nutně znamená ekonomické problémy. Investiční náklady jsou u obnovitelných zdrojů mnohem vyšší než u elektráren spalující fosilní paliva a bude nutno měnit i způsob fungování trhu s elektřinou a vyřešit způsob skladování energie. Mark Jacobson se spolupracovníky ze Standfordské univerzity uveřejnil v roce 2015 zprávu, , co by znamenalo, kdyby se USA rozhodly přejít do roku 2050 na výrobu veškeré potřebné energie jen z větrných, slunečních a vodních elektráren. Vypočítal, že by bylo nutno během příštích 35 let zvýšit kapacitu OZE 25krát.

Potřebujeme baterie a zálohy

Neoddiskutovatelným faktem zůstává, že zdroje obnovitelné energie, zejména vítr a slunce, jsou velmi vrtošivé. Dodávka obnovitelné energie může náhle klesnout, a to právě v době, kdy je špičková poptávka. Aby k tomu nedocházelo, je nutno elektřinu nějakým způsobem skladovat. Například společnost Tesla vybudovala v Austrálii lithiovou superbaterii o kapacitě 100 MW, která umožní dodávat elektřinu 30 000 domácnostem – bohužel ale jen po dobu jedné hodiny. Baterie jsou schopné vyrovnávat výkyvy ve spotřebě elektřiny jen v rámci hodin, maximálně dní, ale nikoliv měsíční nebo dokonce sezonní výkyvy. To představuje velkou překážku v dosahování stoprocentní výroby elektřiny z OZE. Dlouhodobé výkyvy mohou vyrovnávat například vodní elektrárny. Ale i tento způsob výroby elektřiny naráží na známé nevýhody.

Power to gas

Zdá se proto, že nadějnou alternativou bude rychle se rozvíjející technologie „Power to Gas“ (PtG), která spočívá v přeměně přebytečné elektřiny na spalitelný plynný vodík, metan nebo syntetickou naftu, tj. na paliva, která lze na rozdíl od elektřiny skladovat. Technologie PtG rovněž využívá elektřinu k elektrolytické přeměně vody na vodík a kyslík. Získaný vodík může čistým způsobem pohánět osobní a nákladní automobily, dodávat tepelnou energii dokonce i ocelárnám, atd. Například švédská elektrárenská a ocelářská společnost Vattenfall plánuje první ocelárnu na světě, v níž se k výrobě oceli bude využívat obnovitelný vodík. Jiný způsob vyrovnávání rozdílů mezi spotřebou a dodávkou elektřiny je výstavba dálkových vysokonapěťových sítí stejnosměrného proudu – HVDC (High Voltage Direct Current), které by mohly navzájem propojovat i celé kontinenty. V roce 2018 má být v Číně uvedena do provozu první taková síť o kapacitě 12 GW o délce 3 324 km. Bude přenášet elektřinu ze slunečních a větrných farem na severozápadě do megaměst na východním pobřeží. Výstavba mezikontinentálních sítí je ale geopolitický a kulturní problém, protože státy budou muset důvěřovat dovážené energii, a to minimálně tak, jak důvěřují dnes zemím vyvážejícím ropu. Německý regulátor schválil tři vedení HVDC, aby pomáhala vyrovnávat rozdíly výroby elektřiny z větrných elektráren na severu a ze slunečních elektráren na jihu. Přislíbil, že to bude hotové do roku 2022, kdy budou vyřazeny z provozu všechny jaderné elektrárny. Avšak pod tlakem veřejnosti německá vláda slíbila, že elektrické kabely budou vedeny pod zemí, což oddálí výstavbu do roku 2025. Takovéto a podobné problémy spolu s ekonomickými těžkostmi mohou logicky vést k oddálení přechodu na stoprocentní výrobu energie z obnovitelných zdrojů. Reálná otázka proto nezní, zda toho lze dosáhnout, ale zda se to (vzhledem k rychlosti postupu globálního oteplování) zvládne včas.

Zdroj: Peter Pairley: How to keep the lights on without blowing the planet. New Scientist, 2018, č. 3181, s. 27-31

Grafy na obrázku:

č. 1: K dosažení stoprocentního podílu elektřiny z obnovitelných zdrojů v Evropě do poloviny 21. století by bylo nutno zvýšit instalovaný výkon z 537 GW v roce 2017 na 2055 GW.

č. 2: Sluneční a větrná energie jsou největší obnovitelné zdroje, ale jsou to také zdroje  s největší variabilitou. Dokladem toho je i graf z Německa, ukazující průběh denní výroby elektřiny v letním a v zimním dni.