Soláry a trochu fyziky pro sedmou třídu

Instalovaný výkon solárních elektráren v ČR bude koncem roku odpovídat třem blokům jaderné elektrárny v Dukovanech. Znamená to, že vyrobí stejné množství elektřiny?

Rád bych se mýlil, ale poměrně velké procento příznivců obnovitelných zdrojů by zřejmě bez naprostého zaváhání na vznesenou otázku rezolutně odpovědělo: „Ano, protože oba zdroje mají stejný výkon“.

Správnou odpověď lze nalézt v učivu fyziky sedmé třídy základní školy. Práce = výkon x čas. Vyrobená elektrická energie je dána nejenom instalovaným výkonem, nýbrž i dobou provozu elektrárny. Větší teoretický základ skutečně nepotřebujeme.

Člověk nemusí být žádný znalec, aby zjistil, že doba provozu a výkon výše uvedených Dukovan jsou v zásadě omezeny pouze technickými faktory (odstávka na výměnu paliva, poruchy), zatímco u solárních a větrných elektráren tyto parametry určuje matka příroda. Už na základě sumarizace těchto elementárních faktů lze předpokládat, že obnovitelné zdroje nemohou v průběhu roku „odpracovat“ tolik hodin a s takovým využitím, jako zdroje na fosilní paliva nebo jaderné elektrárny. Tudíž při stejném instalovaném výkonu musí vyrobit méně energie. Pro čtenáře puntičkáře – samozřejmě za předpokladu bezproblémových dodávek paliva pro příslušné elektrárny.

Ilustrativní graf srovnávající výrobu elektřiny v německých větrných elektrárnách v průběhu roku 2009 s výrobou vybrané jaderné elektrárny lze nalézt na níže uvedeném obrázku:

Porovnání výroby ve vybrané jaderné elektrárně a větrých elektrárnách.
Vodorovná časová osa: leden – prosinec 2009
Svislá osa:
Šedá – souhrnná výroba německých větrných elektráren [%]
Žlutá – výroba v JE Neckarwestheim II [%]; (bílá v 8/2009 – odstávka pro výměnu paliva)
Zdroj: EnBW

Vidíme, že jaderná elektrárna pracovala po celý rok v základním pásmu denního diagramu zatížení, tzn. na 100% výkonu, samozřejmě s výjimkou srpnové odstávky pro výměnu paliva. Pro doplnění uvádím, že pro většinu (nejenom) německých jaderných elektráren by bylo možné prezentovat velmi podobný graf. Větrné elektrárny sumárně pracovaly dle aktuálních klimatických podmínek v rozmezí cca 3%-70% instalovaného výkonu. Obdobný diagram výroby solárních elektráren by byl ještě „fragmentovanější“, s větším rozptylem mezi minimální a maximální hodnotou, s ještě prudšími změnami v čase a výrazným sezonním vlivem.

Veškeré technické a netechnické faktory, které omezují možnosti energetického zdroje vyrábět elektřinu, jsou vyjádřeny pomocí tzv. koeficientu využití instalovaného výkonu (koeficient způsobilosti, pracovní disponibilita). Tento koeficient vypočteme jako procentní podíl skutečně vyrobeného množství elektřiny za rok k teoreticky možné roční výrobě (tj. instalovaný výkon x 365 dní x 24 hodin). Pokud by nějaký zdroj vyráběl elektřinu po celý rok na plném výkonu a bez jakéhokoliv přerušení dodávky, dosáhl by hodnoty 100%. V českých podmínkách v průměru dosahuje tento koeficient pro solární elektráry cca 12%, větrné cca 15-25% a jaderné cca 85%. Pro příznivce obnovitelných zdrojů mohu zdůraznit, že vysokého koeficientu principielně mohou dosahovat všechny elektrárny, jejichž provoz bezprostředně nezávisí na klimatických vlivech, samozřejmě jaderné, uhelné, plynové, ale např. i elektrárny spalující biomasu a geotermální, avšak nikoliv solární nebo větrné.

Porovnáním koeficientů zjistíme, že v českých poměrech lze z 1 MW instalovaného výkonu jaderné elektrárny vyrobit zhruba 7x více energie než v solární elektrárně a zhruba 3,5x více než ve větrné elektrárně. Za těchto podmínek by bylo (čistě hypoteticky) možné nahradit jeden temelínský blok s instalovaným výkonem 1000 MW např. solárními elektrárnami o výkonu 7000 MW, přičemž docílíme stejné roční výroby elektřiny.

A zde je právě zakopán pes. Uvedených hypotetických solárních 7000 MW by sice za rok vyrobilo tolik, co 1000 MW v Temelíně, ale v některých případech (velmi zřídka a nahodile) by se aktuální dodávaný výkon do elektrizační soustavy mohl skutečně blížit hodnotě 7000 MW a někdy (často a nahodile) by zdroje nevyráběly lautr nic. Obě krajní varianty jsou děsivou noční můrou pro provozovatele přenosových a distribučních sítí.

Z tohoto „fyzikálního podhoubí“ vyrůstá poněkud přezíravý postoj energetiků k solárním elektrárnám, především fotovoltaickým. Nicméně je neoddiskutovatelné, že solární energetika, a obnovitelné zdroje obecně, mají budoucnost před sebou, ovšem pouze ve vhodných klimatických podmínkách a jako jeden z fragmentů budoucího energetického mixu, nikoliv jako univerzální a všespasitelné řešení, jemuž omezení technokrati brání v rozletu.

ZDROJ