Ako bolo napísané v článku v minulom čísle, Slovensko má technický potenciál zásobiť všetkých spotrebiteľov len z OZE. Má to však zmysel riešiť okamžite?

Pred hľadaním odpovede z nadpisu článku si musíme ujasniť, v akom sme stave. To znamená, aký má Slovensko v súčasnosti technický potenciál produkcie elektriny a koľko sa jednotlivé technológie výroby na spotrebe elektriny podieľajú.

Súčasná skladba výroby elektriny

Prvý bod je zistenie aktuálneho inštalovaného výkonu všetkých elektrární. Na tento účel veľmi dobre poslúžia údaje od prevádzkovateľa prenosovej sústavy – SEPS a.s. Tu využijem ročenku ich Slovenského elektroenergetického dispečingu (SED) v Žiline.

Inštalovaný výkon

Na Slovensku máme pomerne širokú zastúpenosť technológií na výrobu elektriny.

	Rozdelenie podľa palív	Výkon [MW]	Podiel [%]
1	Jadro	1 940	24,72
2	Voda	2 537	32,33
3	Zemný plyn	1 121	14,28	Fosílne palivá
4	Hnedé uhlie	458	5,84
5	Mix palív	422	5,38
6	Ropa	255	3,25
7	Čierne uhlie	220	2,80
	FP celkom	2 476	31,55
8	Slnko	530	6,75	Obnoviteľné zdroje
9	Biomasa	224	2,85
10	Bioplyn	105	1,34
11	Vietor	3	0,04
12	Iné OZE	14	0,18
	OZE celkom	876	11,16
13	Ostatné	19	0,24
	Spolu	7 848	100,00

Tabuľka č. 1: Inštalovaný výkon elektrární Slovenska v roku 2016
Zdroj: Ročenka SED 2016

Ako vidno, tak najväčší podiel výkonu majú vodné elektrárne – malé (MVE) do 10 MW aj veľké (VVE) nad 10 MW inštalovaného výkonu. Ich celkový výkon je 2 537 MW, a to predstavuje podiel 32,33 %. Druhý najvyšší výkon majú naše jadrové elektrárne – 1 940 MW, čo je až 24,72 %. Zvyšok predstavujú najmä elektrárne s primárnou energiou vo fosílnych palivách – 31,55 % (2 476 MW). OZE majú pomerne malý podiel – 876 MW, čo je 11,16 %.

Pomer výroby zdrojov na spotrebe

Keď sa však pozrieme na výrobu elektriny z pohľadu jej podielu na spotrebe, tak vidíme iné podiely.

Slovensko v roku 2016 malo spotrebu nad úrovňou 30 TWh (presne 30,103 TWh (viď obr. 1.). Z tohto objemu takmer polovinu vyrobili jadrové elektrárne: 14,774 TWh (49,08 %). Z fosílnych palív pochádza 5,319 TWh – 17,67 %. Až na tretie miesto sa posunuli vodné elektrárne s 16,09 % (4,844 TWh). OZE zabezpečili iba 2,430 TWh a to je len 8,07 % zo spotreby. V minulom roku sme importovali dokonca viac elektriny, ako sa jej vyrobilo v OZE – 2,651 TWh (8,81 %).

Príčin pre takéto rozdelenie ja samozrejme viac. Pod pomerne vysoké saldo (import elektriny) sa podpísala aj jej cena. Z hľadiska zdrojov by sme si elektrinu vedeli vyrobiť všetku doma. Avšak je lacnejšie ju nakúpiť u našich susedov namiesto jej výroby v našich elektrárňach.

Pri hľadaní odpovede na nízhouhlíkovú a OZE energetiku sa samozrejme budeme pozerať po nahradení elektriny z fosílnych palív (5,319 TWh) a pokiaľ možno aj na výrobu, ktorá by bola lacnejšia ako elektrina od susedov (2,651 TWh).

Maximálny a minimálny priebeh dennej spotreby

Pri rozvahách, ako efektívne nahradiť fosílne elektrárne je, okrem výkonu a spotreby, dôležité poznať aj bežný profil spotreby. V tomto článku sa zameriam len na dve hraničné hodnoty spotreby: profil v dni s maximálnou spotrebou a v dni s najmenšou dennou spotrebou. Takáto informácia nám umožní aspoň rámcovo uvažovať o rôznych náhradách.

V obrázku č. 2 môžeme vidieť profil spotreby v týchto dvoch dňoch. Pre ilustráciu je do grafu z SED-u zakreslený približný profil výroby jadrových elektrární a slovenských fotovoltických elektrárni (inštalovaný výkon 530 MW, produktivita cca 1 180 kWh/kWp).

Ako vidno z obrázku č. 2, tak súčasný podiel jadrových elektrární a existujúcich fotovoltickýh zdrojov v žiadnom prípade nestačí na pokrytie spotreby slovenských domácností a podnikov (celkovú spotrebu) ani v dňoch minimálneho odberu. Preto je potreba hľadať ďalšie vhodné zdroje. Logické je využiť vysoký potenciál vodných elektrární.

Aké zdroje elektriny sú na Slovensku k dispozícii

V minulom článku som stanovil rozmery inštalovaných zdrojov potrebných na pokrytie celej spotreby Slovenska pomocou fotovoltiky, bioplynu a veternej energie. To samozrejme nie sú jediné obnoviteľné zdroje k dispozícii.

Vodné zdroje

Slovensko má silný potenciál vo vodnej energii. Už teraz je nainštalovaných 2 537 MW (zdroj SEPS a.s.), čo predstavuje 32,33 % všetkých slovenských zdrojov. Iný zdroj (Ministerstvo životného prostredia) však uvádza inštalovaný výkon iba 1 713,2 MW vo VVE a 70,16 MW v MVE. Celková ročná výroba sa podľa tohto zdroja (Koncepcia využitia hydroenergetického potenciálu vodných tokov SR do roku 2030) pohybovala na úrovni 4,731 TWh. Hodnota produkcie sa našťastie líši iba málo, tak rozdiel v inštalovanom výkone zanedbám.

Treba však povedať, že potenciál vodnej energetiky má svoje pevné limity a často je rozširovanie spojené s odporom verejnosti a environmentálnych ochrancov. Slovenská vláda v počiatku tohto roku prijala aktualizovanú „Koncepciu využitia hydroenergetického potenciálu vodných tokov SR do roku 2030“ (rokovania.sk). Tento materiál však už neráta so zásadným rozširovaním vodných elektrární. Pre malé vodné elektrárne je identifikovaný potenciál 150 MW a pri veľkých vodných elektrárňach iba 4 lokality s celkovým výkonom 241 MW.

Zásadný priestor pre navyšovanie podielu vodnej energie je možné nájsť v zvýšení výkonnosti súčasných VE. Podľa údajov SED vodné elektrárne majú výkonnosť iba 1 710 kWh/kW. To predstavuje kapacitný faktor necelých 20 % (19,52 %), pričom bežne MVE dosahujú výkonnosť cez 3 000 kWh/kW (kapacitný faktor okolo 34 %). VVE vedia dosahovať dokonca vyšších hodnôt. Zvýšením tohto parametru by sme mohli dosiahnuť produkciu VE až o 3 TWh ročne.

Fotovoltika

Pri fotovoltike je zo spoločenského pohľadu vhodné uvažovať s jej širokým využitím iba v dvoch prípadoch: na budovách a pri využití na tzv. brown fieldoch. Ostatné spôsoby by znamenali „zaberanie“ pôdy, ktorá je využiteľná na poľnohospodárske a lesnícke účely. To je pri fotovoltike zbytočné.

Podľa údajov Štatistického úradu SR je na Slovensku 925 482 domov s jedným bytom (rodinný dom). Technický potenciál bežného domu predstavuje inštaláciu medzi 1 až 10 kW výkonu. I pri najmenej optimistickom odhade (1 kW inštalácia) je potenciál striech rodinných domov na úrovni 925 MW výkonu.

Nie každý dom bude v budúcnosti mať fotovoltickú strechu. V každom prípade samotné strechy slovenských rodinných domov poskytujú potenciál na úrovni cez 500 MW. Pri priemernej produkcii pod úrovňou optimálnych pozemných inštalácií – povedzme 1 000 kWh/kWp, ide o produkciu 500 GWh ročne.

Ďalej je tu 35 995 dvojbytových domov a 942 928 bytov v domoch s viac ako troma bytmi. Toto je potenciál striech na ďalšie státisíce strešných fotovoltík s výkonom medzi 1 až 50 kW. A pre rozmer článku nie je možné riešiť štatistiku inštalovania fotovoltických elektrárni na priemyselných objektoch a verejných budovách. Tieto dve kategórie striech poskytujú potenciál stoviek MW výkonu.

Pri plnom využití väčšej časti striech na Slovensku by sa vedelo vyprodukovať minimálne 1 TWh elektriny ročne.

Bioplyn a biomasa

Podľa evidencie Úradu geodézie, kartografie a katastra SR je na Slovensku 1 415 653 ha ornej pôdy. Technický a skúšobný ústav pôdohospodársky v Rovinke spracoval v roku 2010 správu o úlohe „Využitie poľnohospodárskej biomasy na energetické účely a jej vplyv na trvalo udržateľný rozvoj“. Nakoľko je to ústav, ktorý sa problematike rozumie na ďaleko vyššej úrovni ako ja, tak použijem záver ich správy:

Druh biomasy	Možná ročná produkcia [t]	Energetický ekvivalent [GWh]
Biomasa na spaľovanie	4 990 200	18 845
Bioplyn z exkrementov	11 357 600	2 366
Bioplyn z TTP	3 200 000	2 138
Kvapalné biopalivá	200 000 ha	6 100
spolu		29 449

Tabuľka č. 2: Celkový energetický potenciál poľnohospodárskej biomasy
Zdroj: TUSP.sk

Odhady množstva neobrábanej úrodnej poľnohospodárskej pôdy sa pohybujú v rozmedziach 250 000 až 450 000 ha. Pri jej plnom využití ide o potenciál približne 1 GW bioplynnových inštalácií s celkovou produkciou do 8 TWh.

Vietor

Do rozboru väčšieho nasadenia veľkej veternej energetiky sa ani nebudem púšťať. Ide o značne kontroverznú tému medzi bežnou populáciou. V súčasnej dobe vidím pozíciu vetra skôr v mikro inštaláciách (do 5 kW výkonu) na špecifických miestach rodinných domov a farmárskych usadlostí.

Ostatné primárne zdroje

Do tejto oblasti spadajú všetky ostatné obnoviteľné zdroje. Ako prvý by som rád spomenul oblasť „Waste to Energy“ – premenu nerecyklovateľného odpadu na energiu. Medzi tento odpad patria potravinové zvyšky, biologicky rozložiteľný odpad (BRKO), spracovanie plastov a pod.

Druhým „spiacim obrom“ je využitie geotermálnej energie. Či už ide nízko potenciálové teplo (napr. tepelné čerpadlá a termálna voda), alebo o hĺbkové geotermálne teplo (hĺbky 3 až 10 km).

Smerovať k 100 % OZE alebo stačí nízkouhlíková energetika?

I napriek záveru z minulého článku o technickom potenciáli OZE, kde sa ukazovalo, že Slovensko má na svojom území potenciál na značne vyššiu produkciu OZE, ako je jeho spotreba, nie je v súčasnej dobe reálny rýchly prechod na 100 % OZE. Z hľadiska spoločenských a aj ekonomických pomerov to nie je ani žiaduce. Dôležitejší trend je prejsť na tzv. nízkouhlíkovú energetiku.

Slovensko má v súčasnej dobe takmer 2 GW jadrových zdrojov, ktorých technická životnosť je ešte minimálne 25 rokov. EMO 3 a 4 po svojej dostavbe bude mať životnosť minimálne 30 rokov. Takto pribudne ďalší 1 GW výkonu a produkcia jadrovej elektriny sa dostane nad úroveň bežnej minimálnej okamžite spotreby (približne 2300 MW v letnom období).

Slovenské jadrové elektrárne budú schopné od roku 2019 poskytovať 2 300 MW kontinuálneho výkonu a od roku 2020 až 2800 MW kontinuálneho výkonu. Už len spustenie týchto dvoch nízkouhlíkových generátorov by vedelo zabezpečiť úplné odstavenie fosílnych zdrojov. Tým by sme mohli na Slovensku od roku 2020 hovoriť o kompletnej nízkouhlíkovej energetike.

Vzhľadom na prevládajúci svetový trend – rozširovanie OZE a čistých technológií, však nie je prezieravé sa uspokojiť len s tým, že nám nízkouhlíkovú energetiku vyrieši „jadro“. Navyše samotný primárny zdroj pre jadrovú energetiku je importovaná surovina. Preto postupné rozširovanie vlastných OZE môže mať viacero kladných dôsledkov:

1. zvyšujúca sa energetická sebestačnosť,
2. menší import primárnych zdrojov dovoľuje financie, ušetrené za tieto vstupy, použiť v našom hospodárstve,
3. zvyšujúca sa technologická úroveň našich energetických expertov a priemyslu s možnosťou ďalšieho exportu know-how,
4. distribúcia zamestnanosti mimo hlavného mesta (obsluha 1 MW bioplynnovej elektrárne je cca 6 ľudí),
5. robustnejšia energetická sústava, odolávajúca lokálnym výpadkom,
6. rozširujúca elektromobilita prinesie nezanedbateľné zvýšenie celkovej spotreby elektriny a najmä potrebu vyššieho, krátkodobého príkonu na celom území republiky.

Tieto ale aj mnohé ďalšie benefity vedú k záveru výhodnosti postupného budovania širšieho zastúpenia OZE v slovenskej energetike.

Ako dosiahnuť nízkouhlíkovú a OZE energetiku

Záver z predchádzajúcej kapitoly vyzerá jednoducho. Bohužiaľ sebou nesie množstvo nevyhnutných dôsledkov. Na dosiahnutie tejto zmeny bude potrebné riešiť viacero opatrení. Pozrime sa na niektoré.

Zvyšovanie energetickej efektívnosti ako prvotná fáza

Analýza budúcej energetiky vychádzala z údajov súčasnej spotreby elektriny. Ako však ukazujú mnohé štúdie (napr. “Energetické koncepcie pre 4 mikroregióny v regióne Poľany” – cepa.priateliazeme.sk), tak je nevyhnutné spotrebu najskôr znížiť nástrojmi energetickej efektívnosti a až následne riešiť nové energetické zdroje.

Akumulácia a dynamické riadenie zdrojov a spotreby

Jadrová energetika ale aj fotovoltické elektrárne sú zdroje, ktorých profil výroby v zásade neodpovedá požiadavkám okamžitej spotreby. Jadrová elektráreň sa ťažko reguluje a FVE má naopak vysoko dynamický priebeh zmeny výkonov. Pre oba typy zdrojov (ale nie len pre nich) bude potrebné zabezpečiť značný rozsah akumulácie elektriny.

Akumulácia bude riešená na všetkých stupňoch spotrebiteľov a elektrickej sústavy – od veľkých prečerpávacích vodných elektrární (Čierny Váh alebo Liptovská Mara – 100 a viac MW výkonu), cez batériové úložiská v uzloch distribučných sústav (1 až 10 MW pri 5 až 100 MWh kapacity), až k malým rodinným batériovým systémom (jednotky a desiatky kWh kapacity). Tie budú riešiť najmä efektívne nakladanie s prebytkami malých rodinných fotovoltík.

Druhým spôsobom, ako dosiahnuť zosúladenie kriviek výroby a spotreby, bude dynamická tarifikácia. V čase vysokej nadvýroby, ktorú nebude možné efektívne uskladniť, sa dynamicky a automatizovane zmení cena elektriny. V týchto časoch bude môcť dochádzať k záporným cenám elektriny. Zákazníci (vďaka rozvinutej IT technológii) budú motivovaní takúto elektrinu odobrať a neskôr pre seba použiť. Naopak v čase vysokého nedostatku zdrojov sa bude môcť cena silovej elektriny vyšplhať do násobkov súčasnej ceny. Takýmto spôsobom sa časť nevyhnutnej regulácie elektrizačnej sústavy prenesie na plecia množstva spotrebiteľov. Pre prenosovú a distribučné sústavy to prinesie pomerne lacný spôsob regulácie a pre spotrebiteľov zasa možnosť využitia lacnejšieho nákupu elektriny.

Rozvoj chytrých bunkových sieti – Smart grid

Súčasná elektrizačná sústava využíva malé množstvo zdrojov a široké množstvo spotrebiteľov po celej republike. Rozvojom malých zdrojov, určených prednostne pre vlastnú spotrebu (teraz najmä fotovoltika, časom aj iné zdroje), sa z jednosmerných tokov energie od veľkých výrobcov k všetkým spotrebiteľom stáva sústava (takmer) chaotických tokov elektriny.

Popri pojmu Smart Grid sa stále viac rozširuje pojem „prosumer“ – producent a consumer (spotrebiteľ) v jednom. Vyrábať elektrinu na akejkoľvek úrovni spotreby už nie je problém. To však začína vylučovať centrále riadenie z jedného dispečingu. A tu sme u logického záveru – vzniknú a budú sa rozširovať bunkové, takmer autonómne mikro sústavy (Smart Gridy). Tie budú zahŕňať množiny spotrebiteľov a malých výrobcov navzájom prepojených a lokálne riadených. A iba celkový nedostatok (či prebytok) elektriny bude riešený nákupom z vonkajšieho prostredia tejto mikro sústavy.

Záver

Energetika blízkej budúcnosti bude vyzerať úplne inak ako dnešná. Rýchlosť zmien bude značne závisieť aj na prístupe rôznych častí štátu. Súčasná energetická legislatíva je proti trendom pomerne negatívne – konzervatívne – nastavená. Štátne orgány (napr. ÚRSO) alebo pološtátne energetické spoločnosti zatiaľ nevidia potrebu budúcich zmien a ich prístup skôr ukazuje, že trend zmien chcú spomaliť.

Pred Slovenskom, obyvateľmi, spotrebiteľmi, ale aj vedením štátu ležia výzvy, ktoré sú zatiaľ prehliadané.

Tento článok rieši, ako by mohla vyzerať energetika za 3 až 5 rokov: nízkouhlíková s vysokým podielom OZE (aj cez 35 %). Popisuje možnosti sa na takú úroveň dostať. Pred nami je množstvo legislatívnych, technických aj ľudských zmien. Tie by mali prebiehať s vysokým tempom. Inak nebude prechod na novú energetiku možné zrealizovať. A cenu za toto meškanie zaplatí najmä spotrebiteľ.

Ale namiesto toho, aby sme rozprávali, čo bude treba za tento čas riešiť a meniť, tak by sa už štát mal zaujímať čo bude s energetikou za 15 a viac rokov. Súčasné jadrové zdroje sa začnú približovať svojej technickej životnosti. Obnoviteľné zdroje, ktoré sa prekotne rozvinuli v rokoch 2009 až 2011, sa budú blížiť koncu životnosti. Po roku 2026 sa môže stať, že zo sústavy behom roku a pol vypadne viac ako 350 MW fotovoltík (len cca 400 GWh elektriny). V ďalšom roku bude (z ekonomických dôvodov) končiť cez 100 MW bioplynu – okolo 800 GWh elektriny. Ak za tú dobu na jednej strane dôjde k úplnému odstaveniu, až zrušeniu, fosílnych zdrojov a súčasne na druhej strane nedôjde k rozvoju iných (OZE) zdrojov, tak sa dostaneme do značného stresu a možno až neriešiteľnej situácie.

 

Uverejnené v magazíne Pro-Energy.

Článok je stále iba úvodom k podstatne širšej problematike a bude mať pokračovanie. Akékoľvek pripomienky si rád prečítam v diskusii. Obrázok na titulke: FVE MOCHOVCE Zdroj Slovenské elektrárne, a.s.