BloombergNEF: Scénář transformace elektroenergetiky ČR

V této infografice dáváme základní přehled o jednom scénáři transformace české elektroenergetiky do roku 2030.

Jak číst tento graf

Stav v roce 2019 a stav v roce 2030 podle tohoto scénáře srovnáváme ve dvou hlavních parametrech:

1. Instalovaný výkon (dole): Tento parametr zachycuje, jaké elektrárny máme a můžeme v budoucnu mít. Tedy kolik bude v Česku konvenčních elektráren na uhlí nebo na plyn, kolik solárních panelů a kolik větrných elektráren, kolik bioplynových stanic, kolik tepláren na biomasu, apod. Čtverečky zobrazují instalovaný výkon, ale nijak nevypovídají o zastavěné ploše, která by byla pro každý typ elektráren jiná.
2. Výroba elektřiny (nahoře): Tento parametr zachycuje, kolik které zdroje elektřiny skutečně dodají do přenosové soustavy. Formálně je to tzv. čistá výroba, která nepočítá elektřinu, kterou elektrárny samy spotřebují. Snížení celkové výroby znamená, že se (vlivem úspor) sníží spotřeba, že se sníží čistý export nebo že dokonce budeme více elektřiny dovážet než vyvážet. Spotřeba je odvozená jako rozdíl výroby a čistého exportu (tedy formálně jde o součet tzv. čisté spotřeby, ztrát v sítích a ztrát při provozu přečerpávacích elektráren).

Koeficient využití: Množství vyrobené elektřiny není přímo úměrné instalovanému výkonu, protože každý typ zdroje má jiné možnosti a jinou roli v systému. Např. stávající jaderné elektrárny se vyplatí provozovat v nepřetržitém provozu. Jejich provozní náklady jsou relativně nízké a jejich potřebné technologické odstávky jsou krátké, proto většinu času vyrábějí na hranici svého instalovaného výkonu. V technickém jazyce to znamená, že jejich koeficient (ročního) využití se blíží 100 %. Naopak solární elektrárny vyrábějí na hranici svého instalovaného výkonu jen při ideálních podmínkách (slunce kolmo k panelu, jasná obloha). Spoustu času panely nevyrábí vůbec (v noci) nebo vyrábí málo (zataženo), proto je jejich koeficient využití blízko 10 %. Elektrárny na zemní plyn by mohly fungovat nepřetržitě, ale plyn je na výrobu elektřiny poměrně drahý a současně je možné je velmi rychle zapínat a vypínat. Proto ve scénářích s velkým množstvím obnovitelných zdrojů, jejichž dodávky závisí na počasí, se vyplatí používat plynové elektrárny jako záložní zdroj. Takový zdroj primárně vyrábí, když nesvítí nebo nefouká nebo když například dojde k odstávce některého z jaderných bloků. Proto je jejich koeficient využití výrazně nižší, než třeba právě u jádra.

Emise skleníkových plynů: Postupný odklon od fosilních zdrojů a nejvíce pak od uhlí znamená snížení emisí skleníkových plynů. Každá studie takové snížení počítá pomocí vlastní metodiky (a nebo nepočítá vůbec). Proto pro všechny studie uvádíme náš výpočet snížení emisí, založený na rozdílu v mixu výroby mezi lety 2019 a 2030 a na emisních koeficientech od IPCC. Více o metodice výpočtu najdete níže.

V čem se scénáře shodují

Všechny tyto scénáře ukazují, že významný odklon od uhlí jako primárního zdroje elektřiny je proveditelný, resp. že překážky k takovému odklonu nejsou na úrovni bezpečnosti dodávek nebo stability přenosové soustavy. Potenciální překážky mohou zůstávat na úrovni nižší infrastruktury distribuční sítě, alokace investic, lidských zdrojů, legislativy nebo vůle ke změně.

Scénáře také do roku 2030 ve svých hlavních variantách nepočítají s velkým rozvojem skladování elektřiny nebo výroby zeleného vodíku.

Scénáře se také shodují v instalovaném výkonu jaderných a vodních elektráren. U těchto zdrojů je dlouhý proces výstavby, a proto žádný ze scénářů neočekává do roku 2030 podstatné změny. Rozšíření elektrárny v Dukovanech bude dokončeno nejdříve v roce 2036 (pokud k němu vůbec dojde). Stejně tak nelze očekávat v další dekádě stavbu podstatné vodní elektrárny, některé scénáře počítají s mírným rozvojem v oblasti malých vodních elektráren.

Metodické komentáře ke grafice

Rozdělení zdrojů do kategorií: rok 2019

Pro výrobu za rok 2019 vycházíme z dat Energetického regulačního úřadu (ERÚ) a uvažujeme množství vyrobené elektřiny z dané suroviny nehledě na typ elektrárny, ve které byla vyrobena. Pro instalovaný výkon v roce 2019 vycházíme z dat ERÚ a státní akciové společnosti OTE, která má v Česku roli operátora trhu s elektřinou a plynem. Jednotlivé kategorie určujeme takto:

• Uhlí: Pro instalovaný výkon uvažujeme všechny tzv. parní elektrárny kromě těch, kde probíhá spalování čisté biomasy a kromě spaloven komunálního odpadu (obě výjimky podle registru OTE). Jako uhelné elektrárny a teplárny tedy uvažujeme i ty, ve kterých probíhá spoluspalování biomasy (poměrně časté) nebo spoluspalování zemního plynu či ostatních plynů (např. důlních plynů, vysokopecních plynů, aj.).
• Plyn: Pro instalovaný výkon uvažujeme malé plynové kogenerační jednotky (teplárny, které vyrábějí i elektřinu) a velké paroplynové elektrárny včetně těch, které spalují koksárenský plyn vyrobený z uhlí. Ve výrobě uvažujeme jak zemní plyn, tak všechny ostatní plyny (koksárenský, důlní, vysokopecní, aj.). Část z těchto ostatních plynů se fakticky spoluspaluje v uhelných elektrárnách (viz výše).
• Hydro: Z této kategorie vyřazujeme přečerpávací elektrárny. Důvody jsou tři: (1) Některé ze studií neudávají výrobu v přečerpávacích elektrárnách. (2) Žádná ze studií nepočítá s výstavbou nových přečerpávacích elektráren, a tak jsou pro srovnání spíše nezajímavé. (3) Uvedení jejich výroby by bylo zavádějící, když nemáme prostor současně také ukázat jejich (ještě vyšší) spotřebu.
• Biomasa: Pro instalovaný výkon uvažujeme pouze elektrárny v registru OTE v kategorii spalování čisté biomasy. Pro výrobu uvažujeme veškerou elektřinu z biomasy včetně úměrné části vyrobené ze spoluspalování.
• Bioplyn: Data o instalovaném výkonu bioplynových stanic pochází z registru OTE. Výroba z bioplynu probíhá téměř výhradně v těchto zařízeních, a tak dobře odpovídají instalovanému výkonu.

Kromě toho zbývá malá kategorie ostatních zdrojů, které mnohé ze scénářů vůbec neuvažují. Tyto zdroje tedy v grafikách pro přehlednost nezobrazujeme (ale uvádíme je v celkovém součtu vyrobené elektřiny). Jejich instalovaný výkon je asi 320 MW, tedy asi 1,5 % celkového výkonu. Tento výkon odpovídá spalovnám odpadu a dalším malým kogeneračním jednotkám, ke kterým nemáme dostupná data. Ostatní výroba je 0,27 TWh, tedy jen asi 0,3 % celkové výroby. Zde zahrnujeme komunální a průmyslový odpad, odpadní teplo, topné oleje a ostatní kapalná paliva. Tedy výroba opět přímo neodpovídá zdrojům, ale v celkovém pohledu je tato kategorie zanedbatelná.

Rozdělení zdrojů do kategorií: rok 2030

Oproti číslům ve studii upravujeme výrobu vodních elektráren tak, aby byla porovnatelná s dalšími elektroenergetickými studiemi, tj. vynecháváme přečerpávací elektrárny. Pro samotné vodní elektrárny tedy odvozujeme plánovanou výrobu od současného koeficientu využití a plánovaného instalovaného výkonu.

Emise skleníkových plynů

Většina z pokrytých studií nějakým způsobem počítá emise CO₂ v energetice a jakého snížení dosáhne jejich scénář v roce 2030. Takové odhady typicky stojí na emisních koeficientech, tedy kolik gramů CO₂ (nebo CO₂eq) se vyprodukuje hrubou výrobou 1 kWh elektřiny. Emisní koeficienty jsou dvojího druhu:

1. Přímé emise zahrnují jen provoz elektrárny (u fosilních zdrojů to je hlavně CO₂ vypouštěný při spalování).
2. Emise celého cyklu navíc zahrnují emise spojené se stavbou elektrárny a výrobou jejích komponent (např. tavení křemíku pro solární panely), emise spojené s těžbou a úniky skleníkových plynů při těžbě a transportu surovin (např. u zemního plynu).

Úsporu v emisích skleníkových plynů produkovaných na českém území nejlépe vyjadřují emise přímé (příp. doplněné o emise související s těžbou uhlí). Takovéto národní emise srovnáváme v mnohých našich textech a také se na ně vztahují emisní cíle Evropské unie a Česka.

Na druhou stranu emise celého cyklu lépe vystihují český přínos v kontextu celosvětových emisí. Fakta o klimatu se přiklání k tomuto druhému pohledu z několika důvodů:

• Není hodnotné snižovat české emise za cenu výrazného navýšení emisí jinde. Proto se naše metrika snaží zachytit i takové případné navýšení jinde.
• Scénáře transformace elektroenergetiky stojí na výrazném zvyšování podílu obnovitelných zdrojů, jejichž přímé emise jsou téměř nulové. Přímé emise tedy do určité míry těmto zdrojům oproti konvenčním fosilním zdrojům straní. Emise celého cyklu jsou v tomto ohledu férovější.

Pro výpočet emisí tedy používáme emisní koeficienty celého cyklu, konkrétně mediánové hodnoty z páté hodnotící zprávy IPCC (viz Tabulka A.III.2 v příloze III).

O studii BloombergNEF

Scénář od agentury BloombergNEF vznikl v rámci studie Decarbonization of Eastern Europe’s Energy Mix Key to Higher EU Climate Goals (Dekarbonizace energetických mixů východní Evropy klíčem k vyšším klimatickým cílům EU), která byla zveřejněna v listopadu roku 2020. Tato studie navazovala na předchozí obšírnější studii Investing in the Recovery and Transition of Europe’s Coal Regions (Investice do obnovy a transformace evropských uhelných regionů) z června roku 2020. Obě studie zkoumají stejný model, novější studie ale bere v potaz vyšší emisní cíle EU a tedy předpokládá v průběhu následující dekády výrazně vyšší ceny emisních povolenek. My z této studie vybíráme scénář pro cíl 55% snížení emisí oproti roku 1990, který je odsouhlasený v rámci EU.

Zaměření scénáře a použitá metodika

Zmíněná studie se zabývá možností přechodu k nízkouhlíkovému hospodářství ve vybraných státech EU, které mají vysoký podíl fosilních zdrojů na výrobě elektřiny, ale přitom stále nemají stanovený termín odstavení uhelných elektráren. Ve výsledku tak modeluje proces přechodu na čistou výrobu elektřiny pro Polsko, Česko, Rumunsko a Bulharsko v horizontu roku 2030.

Scénář vychází z vlastní metodiky, tzv. New Energy Outlook. Ta je postavena na stávajících schématech (neuvažuje nové mechanismy podpory), přičemž určuje ekonomické faktory a body zvratu, které formují výsledný stav.

V daném případě se jedná o srovnání sdružených nákladů na výrobu elektřiny (včetně ceny uhlíku, respektive uhlíkových povolenek, obchodovaných v rámci systému ETS), dostupnost jednotlivých zdrojů elektřiny a provozní podmínky, které stanovují jejich využití v čase.

Výrobní mix je řešen pomocí vlastního modelu NEFM, jehož cílem je minimalizovat systémové náklady při splnění špičkové poptávky. Prognóza spotřeby elektřiny je poté založena na vlastních scénářích, které berou v úvahu zejména očekávaný vývoj HDP, mimo jiné i s ohledem na probíhající pandemii koronaviru.

Ve studii nejsou zmíněny žádné bližší detaily ohledně modelování elektrizační soustavy a to jak na úrovni ČR, tak na úrovni případných vyšších celků.

Výsledky scénáře

Výsledný mix počítá s úplným odklonem od uhlí už od roku 2027, založený čistě na ekonomických vlivech. Dále počítá s výrazným zvýšením výkonu větrných elektráren (nejvíce z uvedených scénářů).

Pro využití obnovitelných zdrojů jsou klíčové tzv. body zlomu, které určují okamžik, kdy se výroba z těchto zdrojů (včetně počáteční investice) stává levnější, než výroba ze stávajících fosilních elektráren. V případě větrných elektráren tak BloombergNEF počítá s jejich rozvojem hned od začátku dekády, zatímco u solárních elektráren předpokládá největší nárůst až po roce 2025.

Předpokládané náklady na výstavbu nových zdrojů jsou dle scénáře 16,9 mld €. Investice do infrastruktury a investice do střešní fotovoltaiky scénář nemodeluje.

Je třeba poznamenat, že tento scénář transformace stojí na několika předpokladech, které se vymykají z rámce ostatních srovnávaných scénářů:

• Předpokládá výrazně nejvyšší cenu emisních povolenek. Pro srovnání, v roce 2030 jde o téměř 80 € za tunu, zatímco scénář Ember uvažuje jen 32 € za tunu a scénář McKinsey jen 27 € za tunu (tyto konzervativní odhady ovšem skutečná cena výrazně překročila už v první polovině roku 2021).
• Umožňuje velmi rychlý rozvoj obnovitelných zdrojů. Například už v roce 2030 instalovaný výkon větrných elektráren mírně překračuje celkový optimistický realizovatelný potenciál větrné energetiky ČR podle studie Ústavu fyziky atmosféry.

Tento scénář lze tedy brát jako exploraci ekonomických tlaků při vysokých cenách emisních povolenek a jejich důsledky za předpokladu společenské vůle pro rychlý rozvoj obnovitelných zdrojů.