Skeptici obnovitelných zdrojů energie tvrdí, že větrná a solární energie nemůže být kvůli své proměnlivosti základem spolehlivé elektrické sítě. Rozšíření obnovitelných zdrojů a nové metody řízení a skladování energie však mohou vést ke spolehlivé a čisté rozvodné síti.
Vzhledem k tomu, že větrná a solární energie dramaticky zlevnila a jejich podíl na výrobě elektřiny roste, šíří skeptici těchto technologií několik mýtů o obnovitelných zdrojích energie a elektrické síti. Tyto mýty spočívají v následujícím: Spoléhání se na obnovitelné zdroje energie způsobí, že dodávky elektřiny nebudou spolehlivé.
Loni v létě někteří komentátoři tvrdili, že výpadky elektřiny v Kalifornii byly způsobeny „přerušovaností“ obnovitelných zdrojů energie, zatímco ve skutečnosti byla hlavní příčinou kombinace extrémní vlny veder pravděpodobně vyvolané změnou klimatu, chybného plánování a nedostatku flexibilních výrobních zdrojů a dostatečného skladování elektřiny. Během kruté zimy v Texasu guvernér Greg Abbott neprávem obvinil větrnou a solární energii z rozsáhlého výpadku sítě státu, který byl mnohem větší než v Kalifornii. Ve skutečnosti obnovitelné zdroje energie překonaly předpověď provozovatele sítě během 90 % výpadku a ve zbytku zaostaly maximálně o jednu patnáctinu za plynovými elektrárnami. Většinu výpadků elektřiny ve státě způsobily jiné příčiny – například nedostatečně zabezpečené elektrárny a výpadky zemního plynu kvůli zamrzlým zařízením.
V Evropě je obvyklým cílem Německo, částečně kvůli jeho politice Energiewende (energetické transformace), která přechází od fosilních paliv a jaderné energie k efektivnímu využívání a obnovitelným zdrojům. Nově zvolená německá vláda plánuje urychlit první a dokončit druhou z nich, ale někteří kritici varovali, že Německo naráží „na limity obnovitelných zdrojů“.
Ve skutečnosti je zcela možné udržet spolehlivý systém výroby elektřiny založený na obnovitelných zdrojích energie a kombinaci dalších prostředků, včetně zdokonalených metod řízení a skladování energie. Jasnější pochopení toho, jak spolehlivě řídit dodávky elektřiny, je nezbytné, protože klimatické hrozby vyžadují rychlý přechod na obnovitelné zdroje, jako je solární a větrná energie. Tento přechod urychlují prudce klesající náklady – podle odhadů společnosti Bloomberg New Energy Finance jsou solární a větrné elektrárny nejlevnějším zdrojem pro 91 % světové elektřiny -, ale brzdí ho dezinformace a mýty.
Mýtus č. 1: Síť, která se stále více spoléhá na obnovitelné zdroje energie, je nespolehlivá.
Vycházíme-li z klišé „V Boha věříme, všichni ostatní přinášejí data“, stojí za to podívat se na statistiky spolehlivosti sítě v zemích s vysokým podílem obnovitelných zdrojů. Ukazatelem, který se nejčastěji používá k popisu spolehlivosti sítě, je průměrná doba trvání výpadku elektrické energie, kterou zažije každý zákazník za rok, metrika známá pod jazykolamným názvem „System Average Interruption Duration Index“ (SAIDI). Na základě tohoto ukazatele se Německo – kde obnovitelné zdroje dodávají téměř polovinu elektřiny – může pochlubit sítí, která je jednou z nejspolehlivějších v Evropě a na světě. V roce 2020 činil SAIDI v Německu pouhých 0,25 hodiny. Lépe si v Evropě vedlo pouze Lichtenštejnsko (0,08 hodiny) a Finsko a Švýcarsko (0,2 hodiny), kde výroba elektřiny z obnovitelných zdrojů v roce 2020 činila 38 % (předstihla světovou úroveň 29 %). Země jako Francie (0,35 hodiny) a Švédsko (0,61 hodiny) – obě mnohem více závislé na jaderné energii – si vedly z různých důvodů hůře.
Spojené státy, kde obnovitelné zdroje a jaderná energie zajišťují zhruba po 20 procentech elektřiny, měly v roce 2020 pětkrát vyšší míru výpadků než Německo – 1,28 hodiny. Od roku 2006 se podíl obnovitelných zdrojů na výrobě elektřiny v Německu téměř zčtyřnásobil, zatímco míra výpadků se snížila téměř o polovinu. Podobně se stala stabilnější i rozvodná síť v Texasu, kde se kapacita větrné energie od roku 2007 do roku 2020 šestinásobně zvýšila. V současnosti Texas vyrábí více větrné energie – přibližně pětinu své celkové elektřiny – než kterýkoli jiný stát v USA.
Mýtus č. 2: Země jako Německo se musí i nadále spoléhat na fosilní paliva, aby stabilizovaly síť a podpořily proměnlivou větrnou a solární energii.
Oficiální údaje opět hovoří jinak. Mezi lety 2010 – rokem před havárií jaderné elektrárny v japonské Fukušimě – a 2020 klesla výroba elektřiny z fosilních paliv v Německu o 130,9 terawatthodin a výroba elektřiny z jaderných elektráren o 76,3 terawatthodin. Ty byly více než kompenzovány zvýšenou výrobou z obnovitelných zdrojů (149,5 terawatthodin) a úsporami energie, které v roce 2019 snížily spotřebu o 38 terawatthodin, než pandemie snížila i hospodářskou aktivitu. Do roku 2020 se emise skleníkových plynů v Německu snížily o 42,3 % pod úroveň roku 1990, čímž byl překonán cíl 40 % stanovený v roce 2007. Emise oxidu uhličitého jen z energetického sektoru klesly z 315 milionů tun v roce 2010 na 185 milionů tun v roce 2020.
S tím, jak se v Německu neustále zvyšoval podíl elektřiny z obnovitelných zdrojů, se zlepšovala spolehlivost sítě a výrazně se snižovalo spalování uhlí a emise skleníkových plynů.
V Japonsku bylo po několikanásobném roztavení reaktorů ve Fukušimě trvale nebo na dobu neurčitou uzavřeno více než 40 jaderných reaktorů, aniž by se podstatně zvýšila výroba elektřiny z fosilních paliv nebo emise skleníkových plynů; úspory elektřiny a obnovitelné zdroje energie kompenzovaly prakticky celou ztrátu, a to navzdory politice, která obnovitelné zdroje potlačovala.
Mýtus č. 3: Protože sluneční a větrná energie může být vyráběna pouze tehdy, když svítí slunce nebo fouká vítr, nemůže být základem sítě, která musí dodávat elektřinu 24 hodin denně, 7 dní v týdnu, po celý rok.
Proměnlivý výkon je sice problém, ale není to nic nového ani nijak zvlášť obtížně zvládnutelného. Žádná elektrárna nepracuje 24 hodin denně, 7 dní v týdnu, 365 dní v roce a provoz sítě vždy zahrnuje řízení proměnlivé poptávky v každém okamžiku. I bez solární a větrné energie (které obvykle pracují spolehlivě v různých časech a ročních obdobích, takže výpadky jsou méně pravděpodobné) se mění veškerá dodávka elektřiny.
Sezónní výkyvy v dostupnosti vody a stále častěji i sucho snižují produkci elektřiny z vodních přehrad. Jaderné elektrárny musí být odstaveny kvůli doplnění paliva nebo údržbě a velké fosilní a jaderné elektrárny jsou obvykle mimo provoz zhruba 7 až 12 % času, některé i mnohem více. Dodávky paliva do uhelné elektrárny mohou být přerušeny vykolejením vlaku nebo poruchou mostu. Jaderná elektrárna nebo její flotila může být nečekaně odstavena z bezpečnostních důvodů, jako tomu bylo v případě největší japonské elektrárny v letech 2007 až 2009. Každá francouzská jaderná elektrárna byla v roce 2019 v průměru odstavena na 96,2 dne z důvodu „plánované“ nebo „vynucené nedostupnosti“. V roce 2020 se tento počet zvýšil na 115,5 dne, kdy francouzské jaderné elektrárny vyrobily méně než 65 % elektřiny, kterou teoreticky mohly vyrobit. Při porovnání očekávaného a skutečného výkonu by se dalo dokonce říci, že jaderná energie byla v roce 2020 nejproblémovějším zdrojem elektřiny ve Francii.
Faktory související s klimatem a počasím způsobily několikanásobné přerušení provozu jaderných elektráren, které se v posledním desetiletí stalo sedmkrát častějším. Dokonce i obvykle stabilní výkon jaderných elektráren může náhle a dlouhodobě selhat, jako v Japonsku po havárii ve Fukušimě nebo na severovýchodě USA po regionálním výpadku proudu v roce 2003, který vyvolal náhlé odstávky, v jejichž důsledku devět reaktorů několik dní nevyrábělo téměř žádný proud a trvalo téměř dva týdny, než se vrátily k plnému výkonu.
Všechny zdroje energie tak budou někdy nedostupné. Řízení sítě se musí s touto skutečností vyrovnat stejně jako s kolísající poptávkou. Příliv většího množství energie z obnovitelných zdrojů na této skutečnosti nic nemění, i když se mění způsoby, jak se s proměnlivostí a nejistotou vypořádat. Moderní provozovatelé sítí kladou důraz spíše na diverzitu a flexibilitu než na nominálně stabilní, ale méně flexibilní „základní“ výrobní zdroje. Diverzifikovaná portfolia obnovitelných zdrojů neselhávají tak masivně, dlouhodobě a nepředvídatelně jako velké tepelné elektrárny.
Účelem elektrické sítě není pouze přenášet a distribuovat elektřinu podle kolísání poptávky, ale také zálohovat nefunkční elektrárny elektrárnami funkčními: to znamená zvládat intermitenci tradičních fosilních a jaderných elektráren. Stejným způsobem, ale snadněji a často s nižšími náklady, může rozvodná síť rychle zálohovat předvídatelné výkyvy větrných a solárních fotovoltaických elektráren jinými obnovitelnými zdroji, jiného druhu nebo na jiných místech nebo obojím. to se stalo snadnějším díky dnešní mnohem přesnější předpovědi počasí a rychlosti větru, což umožňuje lépe předvídat výkon proměnlivých obnovitelných zdrojů. Místní obnovitelné zdroje nebo obnovitelné zdroje na místě jsou ještě odolnější, protože z velké části nebo zcela obcházejí rozvodnou síť, kde začínají téměř všechny výpadky napájení. A moderní elektronika spolehlivě provozuje miliardovou síť v Jižní Austrálii jen na slunci a větru po celé dny, bez uhlí, vody, jádra a maximálně s 4,4 procenty výroby zemního plynu, které v současnosti vyžaduje regulátor sítě.
Většina diskusí o obnovitelných zdrojích se zaměřuje na baterie a další technologie skladování elektrické energie, které mají zmírnit variabilitu. To není překvapivé, protože baterie se rychle zlevňují a jsou široce využívány. Zároveň se stále objevují nové technologie skladování s různými vlastnostmi; globální databáze skladování energie amerického ministerstva energetiky uvádí 30 druhů, které jsou již nasazeny nebo ve výstavbě. Mezitím existuje mnoho jiných a levnějších způsobů, jak se vypořádat s proměnlivými obnovitelnými zdroji energie, než jsou obří baterie.
Kromě obřích baterií existuje mnoho levnějších a bezuhlíkových způsobů, jak se vypořádat s proměnlivými obnovitelnými zdroji.
Prvním a nejdůležitějším je energetická účinnost, která snižuje poptávku, zejména v obdobích špičkové spotřeby. Budovy, které jsou účinnější, potřebují méně vytápění nebo chlazení a mění svou teplotu pomaleji, takže mohou déle využívat vlastní tepelnou kapacitu, a tak udržovat komfort s menší spotřebou energie, zejména v obdobích špičkového zatížení.
Druhou možností je flexibilita poptávky nebo odezva na poptávku, kdy energetické společnosti kompenzují zákazníkům elektřinu, kteří na požádání sníží svou spotřebu – často automaticky a nepozorovaně – a pomáhají tak vyrovnávat nabídku a poptávku. Jedna nedávná studie zjistila, že USA mají 200 gigawattů nákladově efektivního potenciálu flexibility odběru, který by mohl být realizován do roku 2030, pokud se bude aktivně usilovat o účinnou odezvu na straně poptávky. Největším poučením z nedávných výpadků v Kalifornii by mohlo být větší uznání potřeby reakce na poptávku. V návaznosti na problémy posledních dvou let zavedla kalifornská komise pro veřejné služby program nouzového snižování zatížení, který navazuje na dřívější snahy o reakci na poptávku.
Některé důkazy naznačují ještě větší potenciál: Hodinová simulace texaské sítě pro rok 2050 zjistila, že osm typů odezvy na poptávku by mohlo eliminovat prudký nárůst poptávky po elektřině v časných večerních hodinách, kdy slábne sluneční záření a stoupá zatížení domácností. Například v současnosti dostupná technologie skladování ledu zmrazuje vodu pomocí levnější elektřiny a chladnějšího vzduchu, obvykle v noci, a pak led používá k chlazení budov během horkých dnů. To snižuje poptávku po elektřině z klimatizace a šetří peníze, mimo jiné proto, že skladovací kapacita pro vytápění nebo chlazení je mnohem levnější než skladování elektřiny pro jejich dodávku. Stejně tak, aniž by se změnily jízdní návyky, lze inteligentně nabíjet mnoho elektrických vozidel v době, kdy je elektřiny více, je cenově dostupná a obnovitelná.
Třetí možností, jak stabilizovat rozvodnou síť při nárůstu výroby energie z obnovitelných zdrojů, je rozmanitost, a to jak geografická, tak technologická – větrná energie na pevnině, větrná energie na moři, solární panely, solární tepelná energie, geotermální energie, vodní energie, spalování komunálního nebo průmyslového či zemědělského odpadu. Myšlenka je jednoduchá: Pokud některý z těchto zdrojů na jednom místě v daném okamžiku nevyrábí elektřinu, je pravděpodobné, že ji budou vyrábět jiné.
A konečně, některé formy skladování, například baterie pro elektromobily, jsou již dnes ekonomicky výhodné. Simulace ukazují, že klimatizace v budovách se zásobou ledu a inteligentní nabíjení elektromobilů, které jsou 96 % času zaparkované, do sítě a ze sítě by mohly Texasu v roce 2050 umožnit využívat 100 % elektřiny z obnovitelných zdrojů, aniž by potřeboval obří baterie.
Vybereme-li mnohem těžší případ, často se tvrdí, že „temné zimy“ evropských zim potřebují pro plně obnovitelnou elektrickou síť mnohaměsíční bateriové úložiště. Špičkoví němečtí a belgičtí provozovatelé rozvodných sítí však zjistili, že Evropa by potřebovala pouze jeden až dva týdny záložního paliva získaného z obnovitelných zdrojů, které by zajišťovalo pouze 6 % zimního výkonu – což není velký problém.
Závěr je jednoduchý. Elektrické sítě si dokáží poradit s mnohem většími podíly obnovitelné energie s nulovými nebo mírnými náklady, a to je známo již delší dobu. Některé evropské země s malou nebo žádnou vodní energií již dnes získávají zhruba polovinu až tři čtvrtiny elektřiny z obnovitelných zdrojů, přičemž spolehlivost sítě je lepší než v USA. Je čas překonat mýty.
Amory B. Lovins je mimořádným profesorem stavebního a environmentálního inženýrství na Stanfordově univerzitě a spoluzakladatelem a emeritním předsedou Rocky Mountain Institute. M. V. Ramana je vedoucím Simonsovy katedry odzbrojení, globální a lidské bezpečnosti a ředitelem Liuova institutu pro globální otázky na Škole veřejné politiky a globálních záležitostí na Univerzitě Britské Kolumbie ve Vancouveru v Kanadě.
https://e360.yale.edu/features/three-myths-about-renewable-energy-and-the-grid-debunked
Obrázek 1: Horní graf znázorňuje denní produkci solární energie (žlutá čára) a poptávku po ní z různých zdrojů pro domácnosti. Spodní graf ukazuje, jak sladit poptávku s nabídkou, a to spuštěním zařízení uprostřed dne, kdy je solární výkon nejvyšší. ROCKY MOUNTAIN INSTITUTE
Yale Environment 360 je americký online magazín zaměřený na environmentální žurnalistiku. Zahrnuje původní zprávy, analýzy, rozhovory a multimediální obsah. Yale Environment 360 je publikován Yale School of the Environment na Yale University, ale je redakčně nezávislý.
Pozn. Ano, dalo by vyrobit z Raspberry zařízení , které by si přečetlo ceny energie z webu na následující den a podle v aplikaci zvolených limitů mezních cen a priorit vypínalo a zapínalo spotřebiče nebo okruhy a operativně přesouvalo jejich start-stop. To by snad vyhovovalo jak energetikům, protože zploštění tzv. „kachní křivky“ je žádoucí a snížilo by náklady systémových služeb. Spotřebitelům a spotřebitelům-výrobcům (prosumerům), kteří by v době špiček energii nespotřebovávali, protože je drahá, by takové zařízení přineslo nejen úspory, ale i vyšší výdělek, případné nevyužité přebytky by mohli prodat a poskytnout obchodníkům v okamžiku, kdy ji lze obchodovat za lepší ceny pro obchodníka i výrobce.