Resilience – energetická odolnost společnosti

Energetická odolnost – resilience, není pouze vlastností technickou, jak je často vnímána. Je zásadní HODNOTOU současné společnosti. Pokud tuto „samozřejmou“ vlastnost neudržíme, jako třeba při blackoutu nebo větším deficitu energetické výroby, tak tato společnost končí a začíná její rozvrat do jiného, méně vyspělého typu společnosti, který je provázený krátkodobými vážnými problémy včetně anarchie a rabování, a dokonce i ztrát na životech, jak se ukázalo letos ve Španělsku. Resilience začíná „od nuly“, tedy že nám elektřina a další zdroje fungují, a končí u komfortu, kde máme přebytek zdrojů a můžeme si koupit ten nejlevnější, což už dnes přes veškeré „tržní“ deklarace není pravda.

Druhým nezbytným aspektem jsou znalosti a dovednosti a z nich vyplývající kritické technologie, jakým je např. často uváděná výroba čipů, ale dřív jimi byla např. výroba oceli, protože samotné železo je poměrně měkké a jinak obtížně využitelné, proto i přechod od prvních železných výrobků k masivní výrobě trval v letech 1800-1000 před naší érou skoro tisíc let.

Energie od první průmyslové revoluce byla nejprve energií páry, poté převládla elektřina. Ta je v průmyslovém a celospolečenském měřítku disciplínou starou zhruba 100 let. Vývoj výroby a spotřeby elektřiny je zobrazen na následujícím obrázku

Převzato z publikace Perspektivy české energetiky

Na obrázku je dobře vidět následující společenský vývoj:

• První republika za svoji existenci zdvojnásobila produkci elektřiny, propojila jednotlivé zdroje a zasíťovala zemi. Srovnejme dobu trvání První republiky (21 let) s dobou od Sametové revoluce (36 let), kdy jsme nebyli schopni postavit ani jeden nový jaderný zdroj.
• Nárůst výroby a spotřeby elektřiny pokračuje i za Protektorátu, zejména byla dostavěna elektrárna ve Štěchovicích jako zdroj pro výrobu nacistické atomové bomby. Mírný pokles je naopak po roce 1945 v důsledku vysídlení průmyslu v pohraničí.
• Dnešní Československo (Čechy + Slovensko) má současnou spotřebu něco přes 100 TWh, tedy spotřeba za sto let stonásobně vzrostla.
• Spotřeba šedesátých let je přitom oproti tomu zhruba třetinová a sedmdesátých let poloviční, přitom jsme i tehdy žili v plném komfortu v průmyslovém státě s tramvajemi, elektrifikovanou železnicí, televizemi, ledničkami a pračkami. Určitý moment energetické „nehospodárnosti“ je průvodním jevem naší současné civilizace, avšak při hrubém a nevhodném zásahu můžeme tuto úroveň civilizace velmi snadno zrušit.
• Současná spotřeba osciluje: zavírá se těžký průmysl, otevírají se hypermarkety, covidový lockdown spotřebu snižuje a po něm zase narůstá.

V současnosti si musíme klást otázku, na jakou úroveň je nutno držet energetickou samostatnost tak, abychom v případě evropských výpadků neměli problém. Experti se shodují, že by to mělo být alespoň 90 % naší současné potřeby (s plným zajištěním, nepočítáme zdroje ve výpadku a v opravě), 10 % umíme nějakým způsobem ušetřit a zvládnout. Větší výpadky a nedostatky by nás už mohly posunout do období před sovětskou nebo dokonce před německou okupací, jak je znázorněno na obrázku.

Distribuovaná resilience

Historicky nebyla naše energetická soustava nikdy koncipována takovým způsobem, aby 100 % nebo i významné majoritní množství energie vznikalo mimo aglomerace nebo mimo strategické podniky anebo dokonce v zahraničí a bylo do těchto strategických míst dováženo. Naopak prvorepubliková soustava vznikla postupnou integrací městských, závodních a také zemědělských elektráren do jednoho propojeného systému. Za Kubínovy éry v 70. a 80 letech minulého století pak byly budovaným řešením menší kogenerační zdroje, které dodávaly elektřinu do areálu továrny i do sítě a současně dodávaly průmyslové teplo i vytápěly okolní sídliště.

Varovný příklad je nejenom z hlavního města Prahy, ale i z litvínovské chemičky, při odpovídající dodávce elektřiny ze závodního zdroje (resilienci podniku) nemuselo dojít k významným ekologickým i hmotným škodám. Toto se dotýká všech strategických a chemických továren, v současnosti tedy především firem Orlen, Agfrofert a zbrojního průmyslu, ale i řady dalších podniků.

Praha je hlavním městem nejenom s vlastní kritickou infrastrukturou, ale je zde i řada ústředních orgánů státní správy a také silové složky, jakými jsou generální štáb české armády, velitelství hasičů a integrovaného záchranného systému nebo velitelství policie, dále vedení dalších síťových infrastruktur: plynové, silniční, železniční, telekomunikační apod., a dále ústřední nemocnice a další potřebná infrastruktura. Žádný z těchto prvků nemůže zůstat bez energie. Z analýzy odborníků a nedávných zkušeností vyplývá, že bavit se o tom, zda do Prahy v případě kolapsu naší elektrizační soustavy dovezeme elektřinu z Německa, z Mělníka nebo z některé jiné elektrárny na území ČR a co z toho bude „levnější“ v této situaci nedává smysl. V tomto smyslu byl minulý blackout velkým poučením i demonstrací, jak fyzikální zákony fungují doopravdy, a Praha potřebuje vlastní energetický zdroj, který stále nemá, o minimálním výkonu alespoň 300 MW (tj. polovina minimálního zatížení Prahy, zbytek může vzniknout integrací lokálních zdrojů).

Nejde tedy jen o celkovou bilanci, ale i o rozumný design celé soustavy a jejích rezervních výkonů tam, kde mohou fungovat lokání energetické ostrovy v době celkového výpadku. Města a strategické podniky jsou toho dobrým příkladem, ale v praxi jde vybudovat i takový „domácí“ malý ostrov s využitím fotovoltaiky a akumulace nebo i menší větrné elektrárny. K tomu jsou obnovitelné zdroje energie obzvláště vhodné, protože domácí malý modulární reaktor si v současnosti těžko postavíme i ve větší továrně.

Inženýři potřebují společenské zadání

Takovým společenským zadáním není určitě „plnění závazků EU“. Součástí základní smlouvy EU v energetice je princip, že každý členský stát má právo si určit svůj vlastní energetický mix. Současná evropská energetická politika tímto popírá samotný princip svého stvoření. O tom svědčí i program současné vládní koalice odmítnout další vlnu emisních povolenek, které navíc vedou spíše ke zdražování a spekulativním ziskům, než k ekologickým cílům a předsevzetím.

Společenské zadání odpovídajícího technického stavu můžeme jednoduše demonstrovat na kritériu LOLE, z anglického „loss of load energy“. Jde o stavy, kdy elektrizační soustava již vyčerpala veškeré své regulační rezervy a ocitá se v deficitu, nebo v současnosti i v nezvládnutelném přebytku. LOLE ještě neznamená blackout:

• Pokud je u nás nedostatek v okolních státech přebytek nebo i dostupná regulace, například při výpadku Temelína, jde pouze o jakési „uklouznutí“, mírný delikt, který se poměrně rychle narovná souborem dispečerských opatření.
• Pokud v okolí není kde brát, je možné ještě vypínat, aby se nám soustava nerozpadla. Říká se tomu „rolling blackout“, řízené odepínání čtvrtí, zastavíme metro, vlaky a tramvaje, odstavíme továrny apod. I takto lze provozovat soustavy, říká se tomu také „indický model“, rovněž v řadě jiných končin světa jde v sítích proud jen občas a kavárničky v ulicích mají vlastní elektrocentrály.

Například v době výpadku Temelína, kdybychom nebyli schopni nic dovézt ani najet jiné zdroje, bychom mohli vypnout celou Prahu a Brno a pokračovat dále v provozu zbytku republiky. Má někdo z čtenářů představu, jak by se takovéto opatření realizovalo a co by způsobilo?

Rok má 8760 hodin. Původní LOLE jsme měli v jednotkách hodin, tedy jde o krátkodobé intervaly, kdy byla nevybilancovaná soustava.  Na následujících obrázcích (zdroj archiv autora) je vidět celková historická pravděpodobnost výpadků soustavy po dostavbě Temelína, kdy vypadávají spíše menší zdroje 200 nebo 500 MW, Temelín má výpadkovost poměrně malou a velké výkony přes 1000 MW nám prakticky nechybí.

Normativ spolehlivosti ESČR do dostavbě Temelína / Zdroj: archiv autora
Omlouváme se za sníženou kvalitu převzatých materiálů.

LOLE, nevybalancovanost takovéto soustavy, je pak v jednotkách hodin občas v některém týdnu, deficit netrvá déle jak 2 hodiny. Křivka LOSRE na následujícím obrázku je ztráta regulační schopnosti soustavy, znamená tedy stav, kdy když soustava dostane po jednom výpadku ještě další „ránu“, propadne se do deficitu. Podobný příklad jsem měli, když po výpadku vedení V411 vypadla ještě elektrárna Ledvice v době 2 minut po výpadku vedení, tedy v době, než stačil ústřední dispečink regulovatelnost soustavy obnovit. Výsledek většina z nás viděla i zažila.

Normativ spolehlivosti ESČR do dostavbě Temelína / Zdroj: archiv autora
Omlouváme se za sníženou kvalitu převzatých materiálů.

Současný stav LOLE v Německu je ale v desítkách hodin a předpovědi a simulace odborníků varují i ve stovkách hodin. Elektrizační soustavě našich sousedů schází nejenom propojení mezi oběma dřívějšími německými státy, ale i tzv. výkon v základním pásmu, tedy celodenní pásmo, které dodávají především jaderné zdroje, a nahrazují je zdroji imtermitentními, občasnými, které závisí na počasí. Když nesvítí a nefouká, nemá kdo vyrábět, ale spotřeba elektřiny se na to neptá.

• Je trh a dovoz zdrojem elektrické energie pro Českou republiku, zejména v době, kdy v Německu (ani u nás) nesvítí a nefouká? Pokud nám toto někdo tvrdí, ať už z Bruselu nebo od lokálních ideologů, je to on, kdo nám tu elektřinu i za takovýchto podmínek dodá a přebere nejenom politickou, ale i ekonomickou zodpovědnost za případné nedodávky?
• Pokud má eletrizační soustava u našich sousedů vážné problémy už v současnosti a její spolehlivost se zhoršuje, máme se jako inženýři chystat na to, že budeme vypínat městské čtvrti, továrny a veřejnou dopravu?

Pokud takovéto společenské zadání dosud nemáme, nelze je suplovat ani plíživým „plněním závazků EU“, pokud by k takovýmto konsekvencím mohlo vést. V praxi jde jak o uzavírání funkčních zdrojů bez náhrady, tak i překotnou výstavbu zdrojů, které způsobují nestabilitu celé soustavy, zatímco ty „stabilizátory“ se uzavírají. Toto platí především pro rozsáhlé solární a větrné parky, nikoli pro lokální, obecní a průmyslové instalace OZE. Navíc za ty větrné parky žádají investoři garanci výkupní ceny kolem 3,50 Kč za jednu kilowatthodinu po dobu dvaceti let, což je desetinásobek výrobní ceny současné jaderné energie a pětinásobek se započtením vstupní investice do nových jaderných zdrojů. Žádají tedy ve srovnání s jadernou energií zdroje pětkrát až desetkrát dražší a nestabilní.

Problém pro současnou vládní koalici

Máme tedy jako odborníci vážné téma pro nově se tvořící vládu nejenom stran emisních povolenek. Vývoj jde tak rychle, že případné blackouty a deficity mohou nastat již během jednoho až tří let, to znamená po dobu mandátu této vlády. Krom nepřistoupení na druhou vlnu emisních povolenek, což je spíše závazek ekonomický a sociální, tedy nezpůsobit energetickou chudobu, je zde důležitý také požadavek technický: nepodlomit bez náhrady energetickou soběstačnost České republiky a také nenarušit stabilitu našich elektrických sítí.

Dovoz elektřiny z technicky i cenově nestabilního evropského prostředí, kdy si nejsme jisti odkud, není určitě stabilním zdrojem elektřiny pro naši zemi. Jestliže nám někdo zejména v době, kdy v Německu (ani u nás) nesvítí a nefouká, tvrdí, že budeme elektřinu i v takové situaci dovážet, ať už je z Bruselu nebo od lokálních ideologů, je to on, kdo nám tu elektřinu i za takovýchto podmínek dodá a přebere nejenom politickou, ale i ekonomickou zodpovědnost za případné nedodávky? A kdyby nastal blackout, tak i za případné škody na zdraví?

Pro „ekologické“ ideology snad jen dodávám, že pokud sečteme dohromady letní přebytky a zimní nedostatek, dostaneme dohromady v bilanci výroby a spotřeby za celý rok číslo, které vypadá obstojně. Ve skutečně jde o letní nestabilitu vlivem uměle vytvářených přebytků a přetoků a zimní nedostatek vlivem deficitů zdrojů v soustavě, tedy výsledkem je špatná bilance jak v zimě, tak i v létě. Fyzikálním zákonům ideologie ani neodborné výpočty, které částečně posloužily jako základ těchto dovozních teorií, poručit neumí. Rozdíl je v tom, že nám v létě bude soustava občas padat sama od sebe z důvodu přetěžování a regulační nestability, kdežto v zimě ji budeme schopni v době nedostatku „řídit“ vypínáním průmyslu, dopravy a městských čtvrtí. (v materiálu byly použity i některé texty o resilienci Václava Cílka z připravované monografie)

Autorem komentáře pro Solární magazín je energetický expert Ing. Hynek Beran