ENERGETIKA: Kam se poděl zdravý rozum?

Uveřejněno dne 15 listopadu 2021 000 10:14

Výroba a rozvod elektrické energie a ekonomika energetiky se vyučují na technických univerzitách jako několikaleté kurzy samostatných specializací. Ve zblázněné postmoderní době se však společenské ovládání energetiky dostalo do područí ignorantů ovlivněných ideologickým myšlením.

Náznaky pomatenosti se začaly ukazovat již před několika léty. Tehdy jsem publikoval kratičký text „Kdo zastaví to vrtulové šílenství“. Dnes je viditelně o mnoho hůř. Vrší se na sebe záměry a realizace nekompetentních zásahů a hrozí zhroucení funkčnosti výrobního odvětví s generálními společensky negativními důsledky. Vzdělané autority oboru k tomu v populárním tisku mlčí jak ryby, aby si nezadaly v ovzduší politické korektnosti. Když jsem si večer 16. 10. v pozdějších hodinách na ČT vyslechl při rozhovoru s redaktorem závěrečnou formulaci Václava Bartušky, jak je naší nadějí pro bližší budoucnost mix zdrojů složený z jaderných a obnovitelných zdrojů, selhalo mi ovládání a rozhodl jsem se znovu psát.

Mám výhodu, že věk mě chrání před následky možné ostrakizace. Již mi neublíží. Je kumšt vyslovit ignoranci, která by trumfla vyslechnutou formulaci. Není divu. Václav Bartuška, nyní ve funkci diplomata, velvyslance pro energetickou bezpečnost ČR, je původně spisovatel, publicista. Nespravedlivé je, že jmenuji pouze jej. Srovnatelných expertů i významných rozhodujících politiků na postech doma i v zahraničí jsou přehršle. Jak je to možné, by mělo být nepochopitelné každému, kdo zvládl trojčlenku. Sám nepatřím k odborníkům oboru, ale celý profesní život jsem se pohyboval v rámci energetiky a načichl jsem jejími zákonitostmi a mé realizace v ní nesměly narazit na technické nesrovnatelnosti.

Mám-li nyní za sebou vyplavení adrenalinu, pokusím se heslovitě a nesystematicky, na přeskáčku naznačit, jaké různé aspekty musí brát do úvahy v oboru odborně připravení a racionálně myslící lidé. Snad přivedu alespoň některé z čtenářů k zamyšlení a hledání věcných stanovisek.

1/ Úkolem energetiky, jako výrobního odvětví, je dodat spotřebitelům jimi požadované výkony/energie, a to za nejnižší cenu a v požadované kvalitě. Výkony/ energie nízkopotenciální (jako pro topení), tak vysokopotenciální pro technologie a elektrickou energii. Kvalita zahrnuje, že i bez výpadků nad stanovenou míru a bez vnucených omezení. Úkolem energetiky není angažovat se v šetření energií, to je přirozenou úlohou odběratelů.

2/ Energie, která je dostupná nějakému společenství, limituje úroveň jím dosažitelné civilizace. Nejzřetelněji to vyjádří roční spotřeba kilowatthodin na hlavu. Pro řádovou představu, pohybuje se to pro elektřinu od 20. 000 kWh (Norsko) po nulu. My, velmi orientačně, 7000 – 8000 kWh na obyvatele a rok v slušném středu.

3/ Energie se ve vlastním slova smyslu nevyrábí, nýbrž se transformuje z toho kterého primárního zdroje. Energie lze těžit, ve zkratce řečeno, „z čehokoliv“. Z lejna, chrastí, dřeva, uhlí, ropy, nukleárních procesů, vody, větru, ze slunce (solárně), geotermálně, hydrotermálně (zvláště z vrstvy mořské hladiny), ze slapových dějů, atd. Rozhodující je, zda je to ekonomické, jaká je celková okamžitě dostupná, ale hlavně absolutní světová kapacita takového primárního zdroje pro celkovou populaci lidí, dále jaké jsou nechtěné vedlejší účinky a rizika plynoucí z jednotlivých typů. Samozřejmě, který typ je společenství dostupný místně. Takové zhodnocení roztřídí primární zdroje na rozhodující a efemérní. To, co se může zdát jako dobrý zdroj, je z globálního hlediska bezvýznamné nebo neekonomické a civilizačně brzdící. Takto posouzeno, jsou primární zdroje energie pro celkovou současnou a výhledovou lidskou populaci žijící alespoň na slušné civilizační úrovni, když ne nedostupné, tak alespoň velmi napjaté.

4/ Při rozhodování o typu využívaných primárních zdrojů energie je pro společenství životně důležitá také politická bezpečnost původu zdroje. Hrozí navázání na nežádoucí kulturně politické prostředí. Diverzifikace zdrojů podle geopolitických hledisek je nezbytná. Situace ve světě nejsou zaručeně stabilní.

5/ Elektroenergetická soustava je objekt bez významnější setrvačnosti a dodávka výkonů musí být v každém okamžiku v rovnováze s odběry, a to v rámci zlomků sekundy. Jaké výkony musí výrobci dodávat do sítě, při tom určují odběratelé a náhodné poruchy. Operátor energetické sítě zajišťuje likvidaci nerovnováhy vznikající ze dvou odlišných důvodů:
a) Od statisticky náhodného připínání a odpínání odběrů, od poruch na straně výroby a od vlivu napojených energetických sítí našeho zahraničního okolí. Činí to v rámci tzv. regulace kmitočtu (odchylka kmitočtu od normálu je okamžitým indikátorem nerovnováhy).
b) Od potřeby naplnit tzv. denní diagram zatížení, což je typický denní chod pomalé proměnlivosti zatížení soustavy, který má graficky tvar „hřbetu dvouhrbého velblouda“. Prvním hrbem je ranní a dopolední, druhým večerní. Sedlo mezi nimi může klesat až k 40 % maxim hrbů. Průběh křivky je navíc sezónně závislý. V naší síti se pohybuje v absolutních číslech někde mezi 5 000 až 11 000 MW. K naplnění tohoto veledůležitého úkolu jsou potřeba kromě zdrojů tzv. základního zatížení i zdroje, které jsou schopné přiměřeně rychle velkých změn výroby o desítky procent. Jsou to zdroje schopné dodávat „regulační výkon“. Technologicky jsou k tomu připravené jen některé typy. Jednoznačně systémové hydroelektrárny a přečerpávací vodní elektrárny. Pak paroplynové výrobny a některé bloky uhelné, ne všechny. K takové práci jsou nevhodná technologická zařízení s masívními ocelovými částmi, zvláště ne jaderné bloky. Masivní části se musí chránit před vznikem nepřípustného teplotního pnutí v masívních částech.

S ohledem na rozdíl mezi minimem a maximem denního diagramu a s přihlédnutím, že do sítě jsou zapojeny i jednotky s velkým jmenovitým výkonem (440, 1000 MW), které mohou náhodně poruchově vypadnout a vyvolat velkou okamžitou nerovnováhu, musí mít operátor energetické sítě k dispozici značné zdroje regulačního výkonu v teplé rezervě. Zdroje s věternými turbinami a solární panely se k řízení rovnováhy sítě nedají použít vůbec. V sítí jsou ekologické zdroje jen příčinou výpadků/nerovnováhy a musí být zálohovány regulačním výkonem v plné velikosti svého instalovaného výkonu. Kombinace čistě jaderných a obnovitelných zdrojů je tedy zcela nevhodná pro vybudování funkční energetické sítě.

6/ Elektroenergetická síť je sama o sobě soustavou bez kapacity. Jelikož okamžitá nerovnováha mezi spotřebou a výrobou musí být zlikvidována extrémně rychle, aby nedošlo k zvláště hlubokému poklesu kmitočtu, musí proto mít cílevědomě vybudované také akumulátory energie schopné okamžitě dodat požadované regulační výkony. Jedinými dnes dostupnými akumulátory jsou přečerpací vodní elektrárny a retenční zásoba hydroelektráren. Pro regulaci kmitočtu též i tepelné kapacity tepelných zdrojů. Využívají pásmo asi +/- 2 % jmenovitého výkonu prakticky všech momentálně zapojených výrobních kapacit. Je to však na úkor snížení využitelnosti jejich instalovaného výkonu.

Regulační výkon jak pro formování denního diagramu zatížení, tak pro regulaci kmitočtu je proto nákladný. A na dlouho do budoucna jsou pro regulační výkon elektroenergetických sítí rozhodující tepelné elektrárny. Síť složená bez nich je dnes nemyslitelná. Masové nasazení obnovitelných zdrojů vzhledem k jejich nevyužitelnosti k regulaci rovnováhy a nízké roční využitelnosti bez spolupráce s tepelnými zdroji by vedlo k nutnosti začlenit do energetické soustavy dodnes technicky nedostupné akumulační kapacity fantasmagorického rozsahu, akumulátorů elektrických či chemických úložišť. U akumulátorů však dnes nejsou k dispozici ani studie o celosvětově globální absolutní dostupnosti technologicky potřebných prvků. Akumulační kapacita vodních elektráren je omezená zemským reliéfem. U nás prakticky vyčerpaná.

Pro hrubou orientaci čitatele uvedu několik čísel procentního využití instalovaného výkonu typických zdrojů. Věterné turbiny tak 12 %, solární zdroje 17 %, tepelné fosilní elektrárny 69 %, jaderné 80 %. Příčina u různých typů vyplývá z vlastností technologie, ze způsobu jejich zařaditelnosti do výroby, z pohotovosti pro regulační výkon a z doby pro údržbu a opravu jejich poruch.

7/ K otázce nasazování zdrojů z hlediska ekonomičnosti. Má-li dodavatel na krytí požadované spotřeby k dispozici zdroje o rozdílných výrobních nákladech, nasazuje nejdříve (a na nejdelší dobu) zdroje nejekonomičtější a postupně zapojuje podle potřeby nejbližší nákladnější (v ekonomii obecně platné pravidlo tzv. poměrných přírůstků). Tato všeobecně známá zásada ekonomie je flagrantně porušována přednostním zařazením obnovitelných zdrojů. Výrobní náklady kilowatthodiny v jaderných a tepelných elektrárnách je u nás celospolečensky na hladině 1 Kč za kWh. U obnovitelných násobná. Při blahovolném posouzení tři až pět krát vyšší. Jako důkaz a přiznání této skutečnosti se podívejte na svůj účet za dodávku elektřiny do domácnosti. Tam na položku přirážky za ekologické zdroje. Kromě toho jsou celé zálohovány trvale čekajícím regulačním výkonem, který je násobně levnější a přesto se mu nedává přednost.

8/ Při nesoudném myšlení se nadvýroba elektřiny nad naši vlastní spotřebu a pak její vývoz kritizuje. Výtka racionálně zcela neobhajitelná. Jaký je principiální rozdíl prodeje výrobku „automobil“ do zahraničí oproti výrobku „kilowatthodina“? Je to při tom výrobek se značnou přidanou hodnotou, například oproti nezpracovanému dřevu, které se vyváží.

9/ Vyhnout se je potřeba deformaci trhu mimoekonomickými zásahy, dotacemi, povolenkami a kompenzacemi. Nedodržuje se v současné ideologizované energetice. Kdo si zničí nástroj ceny jako jediného dostupného prostředku optimalizace složité úlohy, odsuzuje se k ekonomickému nezdaru a ztrátám vedoucím k zchudnutí.

10/ K odmítání jaderných zdrojů kvůli hrozícímu riziku a z pozice předběžné opatrnosti. Každá lidská činnost bez výjimky kromě požadovaného kladného efektu nese sebou i rizika. Posuzování těchto rizik je u závažných oborů předmětem odborného číselného ohodnocení. U jaderné energetiky, právě tak jako u chemických výrob, ale třeba i v letectví, etc., je nařízena zákonem. Jen takové odborné hledisko je relevantní. Fandění některým typům technologií sloganem „kdo se bojí, kálí v síni“ však také není na místě. A potřeba je nepředpojatě číst výsledky. Nese-li nějaká technologie riziko ohodnocené příkladně třeba ztrátou jednoho lidského života denně a u porovnávané jde v průměru o ztrátu 365 životů jednou ročně, nejde o rozdílná rizika. Nemůže jít u prvního případu o přijatelné riziko (automobilismus ČR) a u druhého o nepřijatelnou událost, mající za následek vyřazení dané technologie (třeba hypotetické chemické výroby). Touto větou netvrdím, že riziko na takové úrovni má být akceptovatelné. Navádím k racionálnímu posuzování. Riziko z provozu jaderných zdrojů, i přes známé incidenty, hodnocené ztráty životů i finančně, nezavdává rozumnou příčinu k jejímu zavržení.

11/ Promyslete, že je užitečné vědomě zapomenout na dětinskost tzv. distribuované energetiky, na zásobování prostorově rozptýlenými malými zdroji. Z předešlých poznámek je snad zřejmé, že energetická síť se musí promyšleně centrálně řídit. Kromě toho zdroje malého jmenovitého výkonu jsou z podstaty méně ekonomické než technologicky podobné větší. Jejich menší ekonomičnost je z celospolečenského hlediska ztrátou. Zvětšování jmenovitého výkonu zdrojů ve 20. století z hodnot od jednotek megawatt k 1500 – 2000 MW není svévole, nýbrž cílené úsilí dosáhnout lepší účinnosti a výrobních i investičních nákladů na vyrobenou jednotku produktu. Omezení velikosti výrobní jednotky shora má však pro konkrétní síť rozumný důvod. Poruchový výpadek výkonu velké jednotky vzhledem k celkovému zatížení soustavy musí být bezpečně zregulovatelný.

Dodávky výkonu z přirozeně malých ekologických zdrojů má i jiný neodstranitelný handicap. Spočívá v transformaci primární energie na elektřinu z řídkých primárních zdrojů. Tok výkonu jednotkou plochy zařízení je malý. Směšně malý při srovnání s tepelnými zdroji (jaderný reaktor, kotel). Pro koncentraci většího výkonu se musí zvětšovat jejich fyzická velikost. Hmoty technologie a zábor stavební plochy jsou relativně větší. Nahradit jeden temelínský blok solární baterií vyžaduje zábor řádově 50 km2. Odhad investice 125 miliard Kč bez zahrnutí akumulací na vykrytí období, kdy je zařízení mimo produkci, bez ceny za zábor, doby životnosti a ceny za jejich likvidaci po dožití.

12/ K elektroautům. Jezdí v posledku na uhlí a zemní plyn. Představují novou dodatkovou zátěž energetické soustavy, a ta může být v současných soustavách vyregulována výkonem jen z nich. Primární teplo v tepelných energetických zdrojích se přitom transformuje na elektrickou práci s účinností do 44 % (dáno hranicí z Carnotova cyklu). Ztráty v rozvodu energie ke spotřebiteli odhadněme dosti přesně na 4 %. Ztráty v nabíjecím /vybíjecím cyklu akumulátorů auta budou k 15 %. Elektromotor auta promění energii na mechanickou práci se ztrátou asi 2%. Tedy z primárního tepla v elektrárně se na mechanickou práci v autě promění tak 33 až 35 %. Účinnost přímé proměny primárního tepla na mechanickou práci auta v pokročilém výbušném motoru je kolem 35 %. Kde je tedy deklarovaný přínos elektroauta, navíc když uvážíme jeho globálně nezvládnuté množstevní nároky na elementy akumulátorů a vysokou cenu?

K žádné z výše uvedeným otázek se jako neodborník (praktický kybernetik) nechci/nebudu dále vyjadřovat. Uvažte také, že píšu popaměti, bez nahlížení do aktuálních statisticky doložitelných zdrojů. Posouzení mého textu a zodpovědnost za zaujetí vlastního stanoviska je na vás. Žádejte doplnění a kritiku od profesně a akademicky kompetentních autorit. Děkuji za pochopení.

Zdroj

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

TOPlist