McKinsey: 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.

Studie se také odlišuje v kategorizaci bioplynu, který oproti nám zařazuje do kategorie plyn. Přesné množství bioplynu ve scénáři není známé a dle vyjádření autorů je toto množství velmi malé, a tak jsme hodnoty ve scénáři neupravovali. Kategorie plyn zde tedy zahrnuje i malé množství bioplynu a kategorie biomasa a bioplyn ve skutečnosti zahrnuje pouze biomasu.

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).

Pro studii McKinsey je ještě třeba zdůraznit, že ukazujeme úsporu emisí pouze z výroby elektřiny. Studie zahrnuje také transformaci dalších odvětví, která vede k celkovému snížení emisí o 55 % do roku 2030. Tyto celkové úspory infografika nevyčísluje (pro srovnatelnost s dalšími scénáři).

O studii McKinsey

McKinsey je mezinárodní konzultační společnost, jejíž aktivity tematicky pokrývají širokou škálu odvětví. V roce 2008 česká pobočka této společnosti vydala zprávu „Náklady a potenciál snižování emisí skleníkových plynů v České republice“, na kterou tato současná studie navazuje. Kromě České republiky McKinsey připravuje optimální scénáře dekarbonizace i pro další země, např. Nizozemsko či Polsko.

Zaměření scénáře a použitá metodika

Cílem této studie bylo představit nákladově efektivní scénář snížení emisí skleníkových plynů České republiky odpovídající očekávaným cílům Zelené dohody pro Evropu. Studie se věnuje dekarbonizaci ve všech hlavních odvětvích produkujících skleníkové plyny, tedy energetice (včetně teplárenství), průmyslu, zemědělství, odpadovému hospodářství, zemědělství, využívání půdy (LULUCF), dopravě a budovám.

Pro každou kategorii studie představuje separátně scénář do roku 2030 a scénář do roku 2050, přičemž scénáře do roku 2030 souhrnně dosahují snížení emisí o 55 % (v souladu se Zelenou dohodou pro Evropu) a scénáře do roku 2050 vedou ke klimatické neutralitě České republiky.

Pro určení optimálních scénářů v každém odvětví autoři vycházejí z jiných dosud publikovaných studií a používají vlastní nástroj společnosti McKinsey nazvaný Decarbonization Pathways Optimizer. Tento nástroj čerpá z více než 500 modelů z různých odvětví a hledá optimální scénář dekarbonizace, přičemž zohledňuje dostupnost zdrojů, dodavatelské řetězce, zaváděné technologie i případná omezení. Důraz je kladen na osvědčené technologie, případně technologie, které se s vysokou mírou pravděpodobnosti začnou využívat v blízké budoucnosti.

Modely ve studii vycházejí z předpokládaných cen komodit, nákladů na emisní povolenky v rámci systému EU ETS a nákladů na technologie. V případech, kdy lze vzít v úvahu více cenových scénářů, studie volí konzervativnější odhady. Pro rok 2030 tedy studie předpokládá cenu povolenek v rámci EU ETS ve výši 27 EUR za tunu a cenu zemního plynu 22 EUR/MWh (pro srovnání, novější studie BloombergNEF předpokládá pro stejný rok cenu okolo 80 EUR za tunu).

Výsledky scénáře

Ze studie vyplývá, že snížení množství emisí do roku 2030 o 55 % by vyžadovalo dodatečné investice ve výši 500 miliard Kč (18 miliard EUR) během tohoto desetiletí. To v nadcházející dekádě zhruba odpovídá každoroční investici ve výši 1 % HDP. Současně však autoři studie dodávají, že většina těchto investic se nakonec zaplatí (nebo dokonce přinese zisk), protože nově zaváděné technologie umožní snížení provozních nákladů. Pro srovnání, do odsíření uhelných elektráren a odstraňování škod na životním prostředí po pádu komunistického režimu bylo v ČR na začátku 90. let investováno zhruba 1,5 % HDP ročně.

Celkově tento scénář ukazuje, že snížení emisí o 55 % do roku 2030 je realistické. Primárními opatřeními, která lze ke splnění cíle do roku využít 2030, jsou snížení závislosti země na uhlí při výrobě elektřiny a tepla a omezení těžby uhlí. Snížení výrobních kapacit uhelných elektráren by bylo zčásti kompenzováno výrazným nárůstem kapacit na výrobu elektřiny z obnovitelných zdrojů a nárůstem kapacit výroby ze zemního plynu. Tato opatření v energetice by sama způsobila naplnění cílů do roku 2030 ze tří čtvrtin; zbylé úspory emisí mohou být dosaženy v průmyslu, dopravě a snižování energetické náročnosti budov.

Podle nákladově optimálního scénáře bude množství zbytkových emisí v roce 2050 činit 17 Mt CO2e, což bude kompenzováno 9 Mt CO2e záporných emisí z odvětví, která se zabývají využíváním půdy (LULUCF). Zbylých 8 Mt CO2e emisí by muselo být zredukováno prostřednictvím zachycování, využívání a ukládání CO2 (CCS). I kdyby však technologie CCS nebyly do roku 2050 k dispozici v požadovaném měřítku, poklesly by v porovnání s výchozím rokem 1990 emise skleníkových plynů o více než 95 procent.

Podle studie bude dosažení klimatické neutrality v roce 2050 vyžadovat v letech 2031–2050 dodatečné investice ve výši 4 bilionů Kč (tj. 150 miliard EUR), což odpovídá přibližně 4 procentům HDP za uvedené období. Tyto investice budou nutné k rozsáhlé elektrifikaci dopravy a systémů vytápění a chlazení, ke změně technologií v průmyslu, ke zvyšování kapacity zařízení na výrobu obnovitelné energie, dokončení výstavby plánovaných nových bloků jaderných elektráren v souladu s Národním investičním plánem ČR, ke snížení energetické náročnosti budov v celé ČR a budování úložišť uhlíku, jichž bude zapotřebí k vyrovnání zbytkových emisí skleníkových plynů.

I když jsou podle studie náklady na dosažení nulové bilance do roku 2050 značné, příštích třicet let přinese významné příležitosti k modernizaci, neboť velká část stávající infrastruktury a průmyslových zařízení dospěje ke konci své životnosti. Chceme-li mít možnost dosáhnout do roku 2050 čisté nulové bilance, musí být některé změny v plném proudu již ke konci 20. let 21. století. Do roku 2030 je třeba výrazně pokročit zejména v následujících oblastech: přechod od fosilních paliv k elektřině v dopravě, výrazné rozšíření kapacity obnovitelných zdrojů energie, snižování energetické náročnosti budov a nalezení dlouhodobého řešení pro české teplárenství.