Klimatická změna
Změnu klimatu, zapříčiněnou lidskou aktivitou, potvrzuje 97 % všech vědců na světě z oboru klimatologie. Hlavní vliv na oteplování planety mají skleníkové plyny, které se dostávají do atmosféry na základě lidské činnosti, v nichž zabírá největší objem CO2. Při zvyšování objemu CO2 v atmosféře (dnes již více než 400 ppm oproti 320 ppm v roce 1960) se navyšuje
i teplota planety. Od začátku průmyslové éry, tj. tak od roku 1850, se průměrná teplota navýšila do roku 2016 již o 1,3 °C. Účastníci Světové klimatické konference 2015 v Paříži a poslední loňské konference v Bonnu se domluvili na maximální hranici nárůstu teploty do 2 °C, nejlépe jen do 1,5 °C. Jelikož nárůst teploty se stále zrychluje, je nutné zastavit co nejrychleji vypouštění CO2 do atmosféry z uhelných a plynových elektráren, z různých topenišť a z automobilů. Nutné je nejpozději do roku 2030 zredukovat vypouštění CO2 o nejméně 80 %. Navýšením teploty oceánu se odpaří stále více vody a výsledkem jsou stále silnější místní srážky a bouře. V loňském srpnu napršelo v Houstonu během 2 dnů 1320 mm srážek, což je příklad extrémních klimatických výkyvů. Se zvýšenou teplotou roztávají ledovce a mohou zapříčinit do roku 2100 zvýšení hladiny oceánů a moří až o jeden metr, to může mít za následek zánik některých přímořských oblastí. Již nyní je na zeměkouli
23 milionů běženců, kteří utíkají před suchem, které se rozšiřuje změnou klimatu.
Bohužel o nutnosti snížení a zamezení vypouštění CO2 do ovzduší se stále jen mezi státy a politiky jedná, ale zatím se velice málo prosazují opatření k docílení závazků z Pařížské klimatické konference. V České republice se o našich závazcích moc ani neví, v Německu se nově tvořící vláda dohodla, že svoje klimatické závazky nesplní a zřejmě bude pokutováno Evropskou komisí, prezident Trump chce vystoupit z klimatické dohody. Všichni pravděpodobně čekají, až bude ještě hůř a už vůbec nikdo nebude pochybovat o správnosti varování klimatologů.
Na základě tohoto neutěšeného stavu se rozhodlo několik internacionálních iniciativ snížit vypouštění CO2 do ovzduší. Nejznámější je globální iniciativa Global 100% RE (renewable energy = obnovitelná energie), která má za cíl dosáhnout zásobování energií jen (tj. 100 %) z obnovitelných zdrojů energie (převážně ze slunce a větru). V této platformě se již spojilo přes 1000 měst (např. Vancouver, Barcelona, San Francisco, Aspen, Kodaň, Malmö, Mnichov) a 48 zemí (např. Costa Rica, Dánsko, Švédsko). Tyto města či regiony si stanovily cíl dosáhnout zásobování elektřinou, teplem nebo dopravu jen z obnovitelných zdrojů energie do určitého data (např. 2025 či 2030). Jeden z hlavních podporovatelů je i známý herec Leonardo DiCaprio. Více informací lze najít přes internet www.go100re.net
Jinou cestou řešení problému může být čekání na zázrak. Ne sice zázrak, ale technický pokrok může náš palčivý problém planety pomoci vyřešit. Záleží jen na nás, zda se necháme jen překvapit anebo uchopíme tuto situaci jako příležitost pro vytvoření nové energetiky a změníme dosavadní energetické paradigma a současně zachráníme zemi před katastrofálním oteplením a extrémní změnou klimatu.
Disruptivní inovace
Pojem disruptivní inovace používá od roku 1997 Clayton M. Christensen, profesor na Harvards Business School. Definuje jí jako radikální změnu technologie, která překonává a vytlačuje technologii stávající.
Pro oblast Energetiky a Dopravy použil tento pojem Tony Seba v knize “Clean Disruption of Energy and Transportation“. V následujícím se pokusím na základě této knížky vysvětlit, proč je možné doufat, že se nedožijeme katastrofy planety, kdy při dosavadním chování „dále tak jak doposud v energetice“ by znamenalo oteplení planety do roku 2100 o 4 – 5 °C.
Na příkladu zavedení barevné televize na trh lze popsat základní atributy disruptivní inovace.
Základem každé disruptivní inovace je soustavné snižování ceny technologie resp. zvyšování výkonu a kvality při konstantní ceně. S větším uplatněním na trhu se dále snižuje cena technologie. Doba trvání takovéto disruptivní inovace, tj. od zavádění na trhu až po cca. 80% nasycení, se pohybuje mezi 10 až 15 lety.
Tony Seba to demonstruje na fotkách z New Yorku, 5th Avenue z roku 1900, kde je na ulici jediné auto mezi mnoha koňskými povozy a z roku 1913, kde je ulice už jen plná aut. Jen během 13 let proběhla výměna koňských povozů za automobily. Dnes jezdí po ulicích zatím jen jednotlivé elektromobily. Dojde ke stejnému převratu jako na začátku 20. století? Je to dost možné. Většinou se rychlost disruptivní inovace podcení. Zvláště se jedná o firmy, které lpějí na staré technologii a jsou pak překvapeny svým bankrotem. Známé příklady jsou např. přechod z centrálních na personální počítače (firma IBM), přechod z film-fotografie na digitální fotografii (Kodak), z mobilního telefonu na smart telefon (Nokia), z poštovního dopisu na E-mail.
Pro disruptivní inovaci lze použít výrok Mahatma Gandhia: „ Nejdříve tě ignorují, pak se ti vysmívají, pak proti tobě bojují, nakonec zvítězíš“.
Disruptivní inovace v energetice a dopravě
Nové technologie v energetice a dopravě jsou hlavně fotovoltaiky, Li-Ionové baterie a elektromobily. Tyto technologie lze rozšířit ještě o ostatní obnovitelné zdroje jako vítr, geotermie, vodu a biomasu, dále o ostatní akumulaci energie, přeměnu elektřiny na vodík (power to gas), inteligentní decentralizované distribuční sítě a síť dobíjecích míst pro elektromobily a autonomní řízení elektromobilů.
Při těchto disruptivních inovacích se jedná o přechod energetiky a dopravy od vyčerpatelných zdrojů k nevyčerpatelným
Vyčerpatelné zdroje |
Nevyčerpatelné zdroje |
technologie je závislá na surovinách (uhlí, zemní plyn, ropa, uran) |
čistá a levná energie (sluneční záření, vítr, voda, vlny, geotermie) |
zásoby na 150 let |
zásoby na 5 000 000 000 let |
energie získávaná pálením a štěpením surovin |
energie získávaná transformaci nesurovinových zdrojů |
vznik zdraví a přírodě škodlivých odpadů |
bez odpadů |
potenciál:na hranici možnosti současné spotřeby |
potenciál:ze slunce dopadá na Zemi 10 000x víc energie, než potřebujeme |
špinavá energie 500 – 1500 g CO2/kWh |
čistá energie 5 – 50 g CO2/kWh |
zdroje jsou centralizované, hierarchicky organizované, netransparentní, potřebují velký kapitál, na málo místech, přenos na velké vzdálenosti |
zdroje jsou decentrální, mobilní, inteligentní, participativní, každý může každého financovat celoplošné pokrytí, lokální, regionální 100% zásobení |
podnikatelský model založen na nedostatku, plenění, ničení přírody |
přebytek energie je k dispozici, šetrné k přírodě |
Fotovoltaika
Ceny fotovoltaických (FV) panelů stále klesají. V České republice se tento rychlý proces klesajících cen projevil zvláště v letech 2009 – 2010. Bohužel nebyla politická vůle k upravení výkupních cen za vyrobenou elektřinu podle aktuálních cen
FV-panelů. Jediné řešení pak bylo ukončení další provozní podpory pro fotovoltaiku. Jelikož se podpora obnovitelných zdrojů promítá do ceny elektrické energie každého odběratele, byly a jsou obnovitelné zdroje většinou spotřebitelů v ČR odsuzovány. To, že nás podle studie vypracované na Universitě Karlově stojí 17 uhelných elektráren ročně 51 miliard CZK ze státního rozpočtu nikomu zřejmě nevadí?
Ceny FV-panelů klesají soustavně. V USA se cena z roku 1970 ze 100 USD/W snížila do roku 2013 na 0,65 USD/W. Snižování cen se však nezastavilo a probíhá i nadále. Podle Seba se při každém zdvojnásobení instalovaných fotovoltaiek sníží cena o 22 %. Již v tomto desetiletí se bude 40 až 50 milionů domácností v USA rozhodovat, zda chtějí výhodnou solární elektřinu z fotovoltaiek a nebo dražší ze sítě. Jestliže se ekonomická kritéria spojí s klimatickými, pak mohou vzniknout lokální iniciativy jako např. ve městě Lancaster se 155 000 obyvateli, 130 km od Los Angeles, kde každá nová budova musí mít vlastní fotovoltaiku. Seba předpovídá, že když náklady na fotovoltaiky klesnou pod tzw. „point of no return“, mohou být instalovány miliony fotovoltaiek a konvenční elektrárny dostanou v Investiční branži pak přívlastek „Stranded Assets“ – investiční ruina. Odpůrci pokroku tomu můžou zabránit pouze na úrovni právní, politické či regulatorní. Tím se však celosvětový rozvoj nezastaví, ale zabrzdí technický pokrok jen v regulatorních ekonomikách, které pak těžko budou dohánět ujíždějící vlak.
Do roku 2016 bylo celosvětově instalováno cca 307 GWp fotovoltaiek, v posledním roce k tomu přibylo dalších více než
100 GWp. Jen samotná Čína investovala 53 GWp.
Vývoj cen při veřejných větších aukcích na fotovoltaiky přináší publikace od agentury IRENA: “REthinking Energy 2017“.
Ceny za dodávky elektřiny z fotovoltaiek , které budou instalovány v Chile a Dubaji se dostaly již pod 30 USD/MWh.
Jelikož fotovoltaiky dodávají elektřinu jen při slunečním záření, je logické doplnění těchto zdrojů akumulací do baterií, které po nabití umožní dodávky elektřiny i mimo dobu slunečního záření. Jedná se o další disruptivní inovaci, která se v kombinaci s fotovoltaikou může navzájem podporovat. Akumulace energie zvyšuje nezávislost, která nadále zrychlí celosvětové prosazení fotovoltaiek jako standardní čistý zdroj energie oproti konvenčním elektrárnám na fosilní paliva.
Baterie
Dodnes, když se hovoří o větší akumulaci elektřiny, tak se většinou myslí na přečerpávací vodní elektrárny. Mezitím se však začala rozvíjet technologie ukládání elektřiny do Li-ion baterií.
Hlavní dodavatelé elektřiny i v ČR nabízejí od loňského roku menší Li-ion baterie do 10 kWh ve spojení s fotovoltaikami do
10 kWp pro rodinné domy. Na tuto investici lze dokonce získat investiční podporu „Zelená úsporám“ až ve výši 150 000 Kč.
Na světovém trhu jsou nabízeny i větší bateriové systémy s kapacitou několika stovek kWh až do několika MWh. V ČR jsou momentálně instalované dvě 1 MWh baterie. Jednu z doposud největších baterií na světě dodala firma Tesla do jižní Austrálie o výkonu 100 MW a kapacitě 129 MWh. Při výpadku uhelné elektrárny koncem loňského roku dodala přesvědčivě tato baterie během 140 ms výkon 100 MW do sítě. V letošním lednu při extrémních špičkových cenách na denním trhu vydělala firma, která tu to baterii vlastní, během dvou dnů 800 000 USD tím, že nabízela elektřinu v optimálních hodinách z baterie. Velké bateriové systémy jsou podstatně rychlejší a tím také vhodnější pro primární regulaci přenosové soustavy než klasické točivé generátory.
Pro Li-ion baterie platí stejný princip vývoje cen jako pro ostatní disruptivní inovace. V roce 2010 stála 1 kWh baterie 1000 USD, podle Tony Seba se cena snižuje a do budoucna bude snižovat ročně o 16 %. I Bloomberg New Energy Finance (BNEF) prognostikuje pokles ceny až o 19 % při zdvojnásobení výroby. To znamená, že v roce 2030 lze počítat s cenou za 1 kWh mezi 30 a 70 USD. Při této ceně lze předpokládat enormní rozšířením baterií. Lze také počítat s náhradou Lithia za jiný případně rozšířenější prvek.
Pro novou energetiku, kdy základní zdroje elektřiny budou fotovoltaiky a větrné elektrárny, jsou bateriové systémy nepostradatelné pro vyrovnávání krátkodobých výkyvů výroby. Nyní již existuje výrobní roční potenciál pro baterie o kapacitě 140 GWh. Hlavní výrobci jsou Čína, USA a Jižní Korea. V plánu je další výstavba výrobních kapacit ve výši 173 GWh, z čehož jen samotná Čína plánuje 130 GWh nových kapacit. Převezme Čína i v bateriích vedoucí roli ve vývoji této technologie?
Elektromobily
Další uplatnění baterií je v elektromobilech. Elektromobily představují zřejmě nejrazantnější disruptivní inovaci. Nejenom, že budou elektromobily čím dál tím lacinější, ale i jejich provoz je lacinější. Celá konstrukce elektromobilu je podstatně jednodušší, elektromotor je méně složitý než spalovací motor, nepotřebuje např. chladič, výfuk, různá čerpadla. Při použití dvou popř. čtyř elektromotorů je i spolehlivější při výpadku jednoho motoru. V USA spotřebuje jedno klasické auto 3 000 USD za palivo ročně. Elektromobil oproti tomu jen 300 USD, čili 10 x méně. V českých poměrech při průměrném ročním najetí 15 000 km je cena paliva při spotřebě 6 – 7 litrů na 100 km 30 000 CZK za rok. Elektromobil spotřebuje za rok 3 MWh, což činí 3 000 – 12 000 CZK za rok. Spalovací motor dále využije cca 20 % energie paliva, elektromobil cca 90 % z dodané elektřiny. Elektromobil má cca 100 x méně pohyblivých částí a nepotřebuje výměnu oleje. Údržba je pak také nejméně 10 x lacinější. Na základě těchto nízkých provozních nákladů elektromobilů se nabízejí různé prodejní modely jako např. při koupi nového elektromobilu nabíjení elektromobilu a údržba pro určitý čas, např. 5 let zdarma. Toto všechno jsou výhody, které přesvědčí zákazníky přejít na elektromobil ještě dříve, než jeho cena klesne pod cenu aut se spalovacím motorem. Tony Seba je přesvědčen, že zavedení elektromobilů proběhne nejméně tak rychle jako přechod z koňských povozů na automobily.
Základní myšlenkou je využití elektřiny pro elektromobily zásadně jen z obnovitelných zdrojů. Tony Seba vypočítává, že při uplatnění fotovoltaiek pro všechny elektromobily, které by nahradily dosavadní auta, by potřená plocha pro fotovoltaiky byla v porovnání k plochám, které potřebují olejářské a plynařské firmy včetně přepravních potrubí, jen 0,2 % z této plochy.
V některých větších městech, kde znečištění ovzduší automobilovou dopravou překračuje limitní hodnoty, se brzy při uplatňování evropské direktivy 2008/50/EG dočkáme zákazu vjezdu automobilů se spalovacími motory do center. Alternativou pak bude zase hlavně elektromobil, přičemž poptávka po nich může být tímto stimulována. Taxíky a městské autobusy jsou ideální na přechod k elektromobilitě. V Čínském městě Shenzhen (12 mil. obyvatel) vyměnili během několika pár let všechny, tj. 16 500 autobusů, za elektrobusy, ve městě dále jezdí již 17 000 (63 %) elektrotaxíků. Číňané vyrobili vloni téměř 1 milion elektromobilů, závod na výrobu elektrobusů již budují v Maďarsku. Kdy začne čínská automobilka BYD dodávat elektromobily do Evropy je jen otázkou interní strategie. Zda evropské zavedené automobilky včetně Škody AUTO včas nabídnou vlastní elektromobily za konkurenceschopnou cenu, se necháme v příštích několika letech překvapit. Slovy Tony Seba lze říci: elektromobily tu budou dříve, než si myslíme.
Globální energetický systém spočívající na 100 % obnovitelných zdrojů energie
Než se dostaneme k nějakému závěru, kde budou zohledněny právě popsané stěžejní disruptivní inovace v energetice, je dobré se ještě seznámit se studií, která byla vloni vypracována Universitou v Lappeenranta ve Finsku ve spolupráci s Energy Watch Group a představena na klimatické konferenci v Bonnu. Jedná se o celosvětový model, ve kterém bude v roce 2050 celosvětová dodávka elektřiny spočívat pouze na obnovitelných zdrojích energie. Celou studii je možné získat přes internet: https://energywatchgroup.org/wp-content/uploads/2017/11/Full-Study-100-Renewable-Energy-Worldwide-Power-Sector.pdf
Jedná se o model, který posuzuje každou hodinu poptávku a dodávku elektřiny ve světě celý rok. Model pracuje s prognózou, že se počet obyvatel zvýší ze 7,4 na 9,7 miliard a poptávka po elektřině se zvýší z 24 310 TWh na 48 800 TWh v roce 2050. Průměrná cena elektřiny (podle LCOE, metodika používaná světovým finančním institutem Lazard) se sníží ze dnešních 70 €/MWh na 52 €/MWh. Hlavní komponenty celého systému budou fotovoltaiky se 69 % a bateriové systémy, dále větrné elektrárny s 18 %, vodní elektrárny s 8 % a bioenergie se 2 %. Celkově v oboru obnovitelných zdrojů energie vznikne 36 milionů pracovních míst. Tato studie bude letos do konce roku ještě rozšířena o potřebu energie v dopravě a vytápění/chlazení.
Plánujeme, že tento model a jeho výsledky budou představeny přímo autory na konferenci v Praze 4. 5. 2018. Pokusíme-li se projektovat tuto studii na Českou republiku, pak by mohl adekvátní model vypadat následovně:
Vývoj čisté spotřeby elektřiny z 61 TWh na 84 TWh v roce 2050.
Složení: 43 % fotovoltaiky = 36 TWh (12 TWh + 24 TWh prosumer) nutný výkon 36 000 MWp znamená potřebnou plochu 25 000 ha, k porovnání: zastavěná plocha budov a dvorků v ČR je 130 000 ha
28 % větrné el. = 24 TWh nutný výkon 10 – 12 000 MW (= 4 000 větrníků po 2,5 MW)
zbytek biomasa, voda, geotermie
Podpora: akumulace do baterií 14 TWh, při 280 cyklech za rok představuje kapacitu 50 000 MWh
Výhled pro dopravu: při přechodu na 100% elektromobilitu je potřeba pro 5 000 000 aut x 15 000 km/r x 20 kWh = 15 TWh, což představuje 10 000 ha potřebné plochy pro fotovoltaiky. K porovnání: řepka se pěstuje v ČR na 520 000 ha. Potřebná plocha pro fotovoltaiky, které vyrobí elektřinu jako náhradu za dosavadní paliva pro automobily, znamená nanejvýše 2 % z této plochy.
Nová energetika
Na jedné straně je extrémně rychlý vývoj nových technologií, jež byly popsány jako stěžejní inovace, které se navzájem doplňují. Cena elektřiny vyrobené z obnovitelných nevyčerpatelných zdrojů energie se stále snižuje a je již nižší než cena z konvenčních elektráren, které jsou založeny na plenění vyčerpatelných zdrojů a ničení přírody a klimatu. Podíl výroby elektřiny v ČR z OZE se pohybuje posledních pět let stále jen kolem 13 %. Na druhé straně jsou uhelné, plynové a atomové elektrárny, které dodávají stále dražší elektřinu. Podíl této klasické energetiky z vyčerpatelných zdrojů se drží v ČR na 87 %. Vývoj průměrných světových cen elektřiny podle technologie zdroje a roku výstaby sestavuje již dlouhodobě finanční institut Lazard. Frapantní je soustavný nárůst cen elektřiny z atomových elektráren. Přičemž zde ještě nejsou započítané všechny náklady na likvidaci jaderného odpadu a samotných odstavených elektráren a pojištění proti možné havárii, které žádná pojišťovna nepřevezme. Cena elektřiny z atomové elektrárny se vyšplhala již na 148 USD/MWh, z fotovoltaiky a větru se pohybuje kolem 50 a 45 USD/MWh.
Disruptivní inovace, které podle provedených úvah velice pravděpodobně v příštích 10 - 15 letech proběhnou, by měly totálně změnit pozice velkých světových firem. Jedná se o těžební, energetické a olejářské firmy, možná i o největší automobilky. Tyto společnosti se budou zajisté snažit svoji pozici a technologii držet co nejdéle, pak může být jejich budoucnost podobná Kodaku. Technický vývoj se dá sice přibrzdit, ale ne zastavit. Kdo se tomuto vývoji co nejdříve přizpůsobí a chopí se příležitosti tento vývoj vlastními aktivitami podporovat, ten bude v budoucnu také patřit k aktivním tvořivým podnikatelům a ne k poraženým.
To samé platí i pro rozhodnutí vlád jednotlivých zemí. Tyto vlády mohou rozhodnout o dlouhodobé prosperitě zemí, tím že nepodlehnou enormním tlakům mocných koncernů, ale podpoří úpravou rámcových podmínek, jako je nová legislativa pro zavedení inovativních technologií a nových obchodních modelů a zároveň podpoří investice do nových inovačních technologií. V ČR by mohly vědecká pracoviště a např. i Akademie věd ČR přesunout své těžiště z atomové energie na obnovitelné zdroje energie, akumulaci energie, technologii power to gas, inteligentní decentralizované distribuční sítě (Průmysl 4.0 pro energetiku), elektromobilitu a autonomní řízení. V těchto oblastech je obrovský inovační potenciál. I podpora státu by měla jít tímto směrem.
Česká republika se může stát vedoucí silou v Evropské unii při přechodu na inovativní novou nevyčerpatelnou energetiku
a zároveň může být motorem pro ochranu klimatu. Stačí jen realizovat sny pana premiéra Babiše: „…pojďme vytápění uhlím
a také topnými oleji úplně zrušit. …Brzy se připojíme na Slunce,… Fotovoltaické panely na každé střeše…Větší solární elektrárny… v bývalých průmyslových a těžebních lokalitách… Domy si vybavíme vysokokapacitními bateriemi a doma vyrobenou elektřinu bude možné skladovat nejen přes noc, ale mnoho dní. Nejsilnější myšlenka budoucí energetiky tedy zní: malé lokální zdroje. Každý dům, každá obec bude taková malá elektrárna a teplárna v jednom. …dotujeme elektromobily...“
Ještě je nutné dodat: vyvarujme se v energetice „Stranded Assets“ – investičním ruinám!
Zdroje:
Tony Seba: Clean Disruption of Energy and Transportation, 2014
Toni Seba: Clean Disruption, Presentation to: Swedbank, Oslo, Norway, 17 March 2016
IRENA: REthinking Energy 2017
https://energywatchgroup.org/wp-content/uploads/2017/11/Full-Study-100-Renewable-Energy-Worldwide-Power-Sector.pdf
https://www.lazard.com/perspective/levelized-cost-of-energy-2017
Andrej Babiš: O čem sním, když náhodou spím, 2017
Dr.-Ing. Luděk Pitra, Happy Battery s.r.o., únor