Širší pojetí energetické soběstačnosti obce
Doc. Ing. Václav Beran, DrSc.
Fakulta stavební ČVUT v Praze
Energetická soběstačnost obcí je pojem, který má širší
souvislosti. Vznikl z ekonomické úvahy a pragmatické potřeby. Česká
republika je jednou ze zemí, kde dosud nevznikla naléhavá potřeba
energetického samozásobování. Nevznikl dosud krizový stav, v němž
nebylo možné plnit dodávky spotřebiteli. Nenastala dosud rozsáhlá
několikadenní havarii zásobovací energetické sítě. Nebyly zasaženy
výrobní podnikové kapacity pro kritický nedostatek energií.
S uváděnými stavy však jsou v mnoha zemích větší, vesměs
negativní zkušenosti. Nutnost zásobovat se ve špičkových odběrech
elektrickým proudem individuálně, nebo prožívat restrikce v
zásobování, jsou známé. Jsou nebo byly běžně praktikovány v celé
řadě zemí (Jihoafrické republice, Libanonu, Iraqu, Moldavii, …).
Situace nazvané jako black-out jsou velmi známé i z Kanady, USA,
Italie, …. .
Po bližším prostudování smlouvy s dodavatelem el. proudu pro
vaši domácnost zjistíte, že právní nárok na zásobování nevzniká.
Nejste chráněni odpovědností za plnění a případně vzniklé
škody.
Motivace - ceny energií za 1 kWh vybrané země EU
Ceny za 1 kWh elektrické energie se v jednotlivých zemích EU
liší. Zdánlivě se nejedná se o velké rozdíly v ekonomické zátěži
domácnosti a podniků, nicméně ve vztahu k disponibilním příjmům
domácností se jedná o zátěž, kterou nelze pominout. Její vývojový
trend ve všech zemích EU je dlouhodobě rostoucí. Mezi
nízkonákladové patří Bulharsko a mezi vysokonákladové patří
Německo. Faktor diference v ceně je cca 3. Porovnání v příjmové
části ponecháme vlastnímu dohledání čtenáři. Data jsou k dispozici
na web stránkách Českého statistického úřadu a Eurostatu.
EU-27
Cena elektrické energie za kWh (2009): 0,163 Euro Cena
elektrické energie za kWh (2010): 0,171 Euro
Euro-Zóna (EA-16)
Cena elektrické energie za kWh (2009): 0,171 Euro Cena
elektrické energie za kWh (2010): 0,179 Euro
Bulharsko
Cena elektrické energie za kWh (2009): 0,082 Euro Cena
elektrické energie za kWh (2010): 0,083 Euro
Česko
Cena elektrické energie za kWh (2009): 0,139 Euro Cena
elektrické energie za kWh (2010): 0,139 Euro
Německo
Cena elektrické energie za kWh (2009): 0,229 Euro Cena
elektrické energie za kWh (2010): 0,244 Euro
Švédsko
Cena elektrické energie za kWh (2009): 0,165 Euro Cena
elektrické energie za kWh (2010): 0,196 Euro
Významný je trend k změně zásobovacího modelu obcí a regionů.
Celosvětový trend v posledních třiceti letech sledoval myšlenku
lokální odpovědnosti za realizovanu výrobu, její racionalitu,
efektivnost a eficienci (čtěme ekologickou, sociální, komunální),
tak i v oblasti energetické se stále častěji objevuje myšlenka
diversifikace centralizovaných zdrojů elektrické energie. Myšlenka
sama o sobě nepřekvapuje, její provedení však vyžaduje nová
technická řešení. Dosud pro ně nebylo zajištěno technické
prostředí. Chybí motivace a v jejím důsledku také inovace a
kapitálová podpora náročného vývoje. Jednou ze silných motivací je
jaderná bezpečnost, která v posledních desetiletích neustále
přináší negativní zkušenosti. Havárie jaderných reaktorů vedou k
nutnosti dlouhodobé (po generace) vysídlení obyvatelstva. Pro
měřítka ukrajinské havárie není v ČR prostor. Radiační zóna v různé
intenzitě je vymezena v ukrajinské havárii v rozmezí cca 500x350
km. Havárie v Japonsku nebyla ani po 6 měsících uvedena do stavu,
který by bylo možné označit „pod kontrolou“.
Zdroj: www.zpravy.e15.cz
Obr. 1. Poškozené reaktory Fukušima březen 2011.
Na druhé straně motivace pro změnu formou decentralizovaných
zdrojů elektrické energie má svůj vlastní vývoj. Po zastavení
provozu některých atomových elektráren v Německu, ochotě přijmout
zvýšené náklady na vytvoření kapitálových zdrojů vrací se ekonomika
k běžné agendě – minimalizaci nákladů. Poptávka po zelené energii a
certifikované zelené energii demonstrovaná po havárii v Japonsku se
vrací do původní úrovně, viz obr. 2. Je evidentní, že musí
nastoupit nové praktické kroky. Nové technicko-ekonomické
strategie. Decentralizace výroby je jedním z takových dlouhodobých
kroků.
Údaje jsou v procentech
Poptávka „šedivá el. energie“
Poptávka ekologická el. energie
Poptávka ekol. energie s certifikátem
Obr. 2. Vývoj poptávky po ekologické el. energii v průběhu roku
2011 Německo.
Zdroje energií – historický vývoj
Zdroje energií jsou pro rozvoj společnosti daným limitem, viz
tab. 1. V každé vývojové etapě byly dosud k dispozici pouze omezené
výrobní zdroje – materiálové, potravinové, energií, informací.
Podle toho také každá vývojová etapa vypadala – tedy formovala své
možnosti.
Zdroj energie
kW
Člověk
0,14
Mula
0,27
Kůň
1,36
Vodní mlýn 11. století
4,08
Větrný mlýn 17. století
13,60
Wattův motor r. 1765
135,96
Parní stroj r. 1850
13596,22
Vodní elektrárny r. 1930
135962,16
Rakety r.1955
1359621,62
Tabulka 1
Energetický plán obce Pratteln – vzorový příklad
Plán energetického zajištění obce vychází z dlouhodobé koncepce
stavební a energetické. Je stanoven jako urbanizační a rozvojový
koncept. Podrobnost je vázána na územní plán, objekt, okrsek, viz
obr. 3 a obr. 4.
V koncepci komplexního energetického rozvoje stanovuje obec
následující cíle (zkráceně česky, originál německy):
a) Racionalizace neobnovitelných a využití obnovitelných
zdrojů
Mit einer Energieplanung der Gemeinden sollen günstige
Rahmenbedingungen für den rationellen
Einsatz nichterneuerbarer Energien, die Nutzung erneuerbarer
Energien und die Nutzung lokaler
Abwärmequellen geschaffen werden.
b) Dlouhodobé zajištění vlastní výroby elektřiny z vodních
zdrojů. Specielně malé vodní elektrárny.
Langfristige Sicherung der eigenen Stromproduktion aus
Wasserkraft bzw. deren Bezug, speziell
auch Kleinwasserkraftwerke.
c) Ekologické využití dřevní hmoty.
Die Verwendung von Holz für die Energiegewinnung wird, unter
Einhaltung der ökologischen Ziele, gefördert.
d) Výstavba tepelně energetických zařízení, teplo životního
prostředí a hloubkové geotermální teplo.
Ausbau der WKK (Wärme-Kraft-Kopplung) und Wärmepumpenanlagen,
insbesondere mit Erdsonden zur Nutzung von Umweltwärme und
Tiefengeothermie.
e) Průběžná výstavba tepelných a elektro - solárních
kolektorů.
Kontinuierlicher Ausbau der durch Solarenergie erzeugten Wärme
(Sonnenkollektoren) und Elektrizität. (Photovoltaikanlagen).
f) Vyčerpání možností potenciálu biomasy.
Das wirtschaftlich nutzbare Biomasse-Potenzial wird
ausgeschöpft. Der Bau von Biomasseanlagen
wird regional koordiniert und gefördert.
g) Podpora výstavby větrných elektráren v rámci okresu.
Die Realisation von Windkraftanlagen im Kantonsgebiet wird
unterstützt.
Obr. 3. Území s potenciální potřebou připojení k zásobování
teplem (žlutě vyznačeno), existující připojené objekty (červeně),
zájem projevující okrsky (růžové zbarvení).
Obr.4. Prioritní oblasti. Energie dřevo (Holzenergie), Teplo ze
splaškové a dešťové kanalizace (Abwasserwärme). Zasíťování
(Vernetzung). Červeně stávající tepelné sítě.
Cena 1 kWh elektrické energie
Za měřítko energetické náročnosti bývá používána 1 kWh a její
cena. Zdrojem vůči kterému je cena paradoxně poměřována, je bytová
zásuvka.
Uvedená měřítka však jsou relativní a velmi často značně
nekorektní. Není standardní bytová zásuvka, není standardní bytová
sazba. Existují pouze dočasně platné dohody o dodávce elektrické
energie, jejich tarify jsou různé podle jednotlivých regionů v EU
(viz. úvodní přehled).
Existují však i jiné pohledy na vyhodnocení ceny 1kWh
elektrického proudu. Zachycující externality, jimiž je výroba
elektrického proudu zatížena. Jsou jimi emise skleníkových plynů,
jaderné emise, rizika jaderné bezpečnosti, změny klimatu, zábory
půdy pro těžbu fosilních paliv, zátěže z těžby uranu,
zdravotní zátěže apod.
Striktně cenový pohled vede ve svém důsledku k diferenciaci
cen dle finálního užití energie. Jiné cenové relace budou u
spotřeby v průmyslu, domácnosti, spotřební elektroniky
apod.
V grafu obr. 5 je uveden srovnávací přepočet ceny pro
některé vybrané spotřeby.
Obr. 5. Přehled cen 1kWh pro různé finální spotřeby.
Podrobnější náhled a výchozí data jsou uvedena v tab.
2.
Zdroj: J. Karásek 2010
Pokud respektujeme logaritmickou stupnici znázornění
na obr. 5, jsou cenová data pro jednotlivé druhy použití
(funkce) velmi diferencující. Uchovávání energie – konzervace
energie je jeden ze samostatných problémů energetické
soběstačnosti. Problém sám se týká jak způsobu ukládání přebytečné
energie, tak možného managementu disponibilního energetického
mixu.
Výkonnost jednotlivých způsobů ukládání (konzervace) energie je
jejich nákladnost (investiční náročnost) představují v mnohém
spojité nádoby.
Na obr. 6 je přehledně znázorněno rozložení různých tapů
elektrochemický akumulátorů z hlediska jejich schopnosti
uložit energii. Jednotlivé typy baterií ve vztahu energie (W/kg) a
specifické energie Wh/kg lze řadit od nejnižších výkonů po nejvyšší
hrubě (různá technická provedení) takto:
· olovo-kyselina, do 300 W/kg a 25Wh/kg,
· NiCd,
· NiMH,
· NaNiCl,
· Li-Polymer,
· Li-Ion, do 180 Wh/kg při nízkých specifických energiích 10W/kg
.
Investiční náročnost konzervace energie
Dlouhodobá konzervace energie je problematická. Pro malé vodní
elektrárny představuje další investiční náklady. Nicméně pro
krátkodobou konzervaci energie jsou vývojové předpoklady dalšího
zlepšení, některé jsou již v současnosti k dispozici.
Obr. 6 znázorňuje investiční náročnost v současnosti
dostupných způsobů konzervace elektrické energie v centech/kWh
výstupu a pořadí jednotlivých způsobů konzervace. Zohledněny jsou
rovněž životní cykly nabití a vybití.
Zdroj: H. Ibrahima,b,, A. Ilincaa, J. Perronb: Energy storage
systems—Characteristics and
Comparisons.
Obr. 6 Investiční náročnost cyklů nabití a vybití jednotlivých
druhů baterií.
Pro zajištění náročnější průmyslové konzervace energie
v řádu hodin je efektivní způsob přečerpávacích vodních
elektráren. Schématicky obr. 7. Pro konzervace energie v řádu
minut nebo dokonce vteřin jsou k dispozici jiná investičně
efektivnější řešení (baterie, kondenzátory, setrvačníky,...). Pro
potřebu individuálního spotřebitele jsou k dispozici například
dříve uváděné typy baterií.
Zdroj: H. Ibrahima,b,, A. Ilincaa, J. Perronb: Energy storage
systems—Characteristics and
Comparisons.
Obr. 7 Průmyslová konzervace energie.
Pokud si doplníme obr. 7 o další disponibilní druhy energie jako
je Fotovoltaik, vodní zdroj, biozdroj dostáváme se k řešení,
které by mohlo vytvářet relativně samostatný energetický ostrovní
provoz.
VýrobekPopisCena včetně provozuZískaná
energie
Cena na kWh
KčkWhKč/kWhpozn.
Baterie do hodinekhodinková baterie, Zn-Ag2O, 11,6x3,05 mm,
1,55V, 0,085Ah37,25 0,00013175282.732,45
Baterie AAAA Alkalická baterie LR6 1,5V, 2500mAh10,50
0,003752.800,00
Akumulátorová baterie AASANYO akumulátor AA tužkové NiMH
2700mAh,
200 nabití, 6 hodin nabíjení123,30 0,81152,23
Baterie do mobilního
telefonu
Li-Ion polymerová baterie kapacita 1320 mAh, 200
nabití, 2 hodiny nabíjení746,06 0,9768763,78
Baterie do notebookuLi-Ion polymerová baterie kapacita 1320 mAh,
200
nabití, 2 hodiny nabíjení2.904,60 14,208204,43
Elektrický proud
domácnost
elektrický proud cena za 1 MWh v Praze nad 3x35
A do 3*32 A, měsíčně4.752,55 1.037,04 4,58
Vodní elektrárna
přečerpávací elektrárna dlouhé stráně, ročně
240.000.000,00 9978000000,24