Článek
V tomto článku se podíváme na ekonomiku vzájemně se kanibalizujících OZE zdrojů a ukážeme si proč tyto zdroje budou stále potřebovat dotace (ať už ve přímé nebo skryté, před občanem dovedně maskované). Přičemž bych čtenářům rád připomenul, že svého času (v době přípravy zákonů jejichž výsledkem byl známý Solární tunel) nám bylo tvrzeno, že OZE budou potřebovat dotace a různá zvýhodnění po dobu deseti patnácti let a pak již zcela etablované budou svojí efektivitou drtit klasické zdroje jako jaderné a fosilní elektrárny. Pro pobavení čtenářů jsem k nadpisu vložil snímek stránky Španělských Zelených, kteří díky celostátnímu výpadku energie způsobené soláry museli zrušit svoji antijadernou akci.
Nejprve bude třeba aby se čtenář seznámil s několika pojmy. Těmito pojmy budou především „Capture price“ spolu s „Capture rate“. Nicméně bude třeba se podívat i na jiné. Tyto pojmy se používají k hodnocení tržní ceny energetického projektu – elektrárny.
Nyní si tedy vyložíme tyto základní pojmy, než začneme analyzovat příslušné grafy.
Tržní hodnota angl. Market value je metrika měřící specifickou hodnotu elektřiny dodávané do sítě konkrétním závodem, výrobní technologií nebo primárním zdrojem energie jako celkem. Jako referenční hodnota se používají aktuální spotové tržní ceny na burzách s elektřinou. Tržní hodnota je důležitým ukazatelem pro výpočet ekonomické hodnoty elektráren.
Související klíčové údaje jsou Capture price a Capture rate. Tyto pojmy spolu s předcházejícím pomáhají pochopit, proč vyšší podíl elektřiny z obnovitelných zdrojů vede k nižším výnosům a jaké důsledky to má pro energetickou transformaci.
Cost vs. Value neboli rozdíl mezi Cenou a hodnotou
Pod pojmem cena zde míníme především cenu vyprodukované elektrické energie na trhu, ale také to mohou být pro nás náklady na výrobu této energie, zatímco hodnotou je pro nás hodnota zdroje této energie nebo také ekonomické vyjádření užitečnosti zdrojem vyprodukované energie.
Náklady na variabilní obnovitelnou energii (Variable Renewable Energy čili VRE) , tj. především větrnou a solární energii, za poslední desetiletí výrazně klesly (viz obrázek č.1 jedná se ceny v USD na příkladu v US realizovaných projektů). I když se to nepochybně zdá jako dobrá zpráva pro snahu o snížení emisí skleníkových plynů z našeho energetického systému, investoři, kteří financují nebo provozují větrné a solární elektrárny, se na to dívají z jiného úhlu (Tedy pokud tyto elektrárny nejsou dotovány, tj. pokud reálná investiční rizika nepřebírá stát – tedy pokud to nezaplatí daňový poplatník). Pro posouzení konkurenceschopnosti elektrárny na obnovitelné zdroje energie a jejích potenciálních zisků je zásadní vztah mezi náklady životního cyklu a návratností.
Obr.č.1 Ceny LCOE od Lazards (modrá barva) a ceny na aukcích na obnovitelnou energii (oranžová barva). (Zdroj:http://dx.doi.org/10.2139/ssrn.3741232 )
Nyní se tedy musíme podívat, jak měřit hodnotu obnovitelných zdrojů. Právě k tomu použijeme již zmiňovaný termín Capture price. Termín Capture price bývá v českých textech nazýván realizovaná (dosažená) cena nebo průměrná realizovaná cena.
„Capture price“ je často používaným měřítkem pro tržní hodnotu. Vypočítává se jako objemově vážená průměrná cena, za kterou lze elektřinu z konkrétního zařízení prodat na trhu za určité období (např. jeden rok). Pokud se cena zachycování zvýší, má tržní hodnota výrobního závodu tedy v našem případě elektrárny tendenci růst. Tržní hodnota však závisí také na množství elektřiny z této elektrárny, které lze skutečně prodat za „Capture price“. Dočasně vysoká tržní cena elektřiny totiž zvyšuje příjem provozovatele a tím i tržní hodnotu elektrárny pouze tehdy, pokud elektřinu zároveň vyrábí a dodává do sítě.
Příslušný vztah vypadá takto:
Capture price bývá česky označována jako realizovaná (dosažená) cena nebo průměrná realizovaná cena. Jedná se tedy o tzv. volume-weighted average price.
Například větrná farma, která vyrábí elektřinu převážně v době mimo špičku, může získat nižší cenu zachycování ve srovnání se solární farmou, jejíž produkce odpovídá lokální špičce polední poptávky (ke strojům v továrnách a lednicím v bytech se přidají sporáky vařící oběd, viz Obr.č.2), když jsou ceny vyšší. Pokud však je na trhu velké množství solárních farem, jež vyrábějí v poledne (viz nejnižší graf na Obr.č.3), tak naopak solární farmy budou mít problém s prodejem. Tento nesoulad může výrazně ovlivnit výnosy a dlouhodobé finanční plánování. Na posledním dolním grafu na Obr.č3 byla již byla produkce ve stejný čas vyrábějících solárních elektráren tak vysoká, že došlo již k ohrožení stability sítě, na grafu je viditelná tzv. kachní křivka a kdybyste nevěděla proč se tak jmenuje koukněte se na Obr.č.4. Zde je třeba dodat, že náklady na stabilizaci a řízení (redispečink) sítě samozřejmě bude platit spotřebitel nebo daňový poplatník (což jsou ve většině případů jedna a tatáž osoba) a nikoliv majitel solární elektrárny.
Na grafech na Obr.č3 zároveň vidíme, že v noci neklesne spotřeba energie na ta minima jako na idealizovaném Obr. Č.2 pro domácnosti, protože průmysl potřebuje pracovat 24 hodin denně atd., viz Obr.č.3 prostřední graf.Capture price bývá česky označována jako realizovaná (dosažená) cena nebo průměrná realizovaná cena. Jedná se tedy o tzv. volume-weighted average price.
Například větrná farma, která vyrábí elektřinu převážně v době mimo špičku, může získat nižší cenu zachycování ve srovnání se solární farmou, jejíž produkce odpovídá lokální špičce polední poptávky (ke strojům v továrnách a lednicím v bytech se přidají sporáky vařící oběd, viz Obr.č.2), když jsou ceny vyšší. Pokud však je na trhu velké množství solárních farem, jež vyrábějí v poledne (viz nejnižší graf na Obr.č.3), tak naopak solární farmy budou mít problém s prodejem. Tento nesoulad může výrazně ovlivnit výnosy a dlouhodobé finanční plánování. Na posledním dolním grafu na Obr.č3 byla již byla produkce ve stejný čas vyrábějících solárních elektráren tak vysoká, že došlo již k ohrožení stability sítě, na grafu je viditelná tzv. kachní křivka a kdybyste nevěděla proč se tak jmenuje koukněte se na Obr.č.4. Zde je třeba dodat, že náklady na stabilizaci a řízení (redispečink) sítě samozřejmě bude platit spotřebitel nebo daňový poplatník (což jsou ve většině případů jedna a tatáž osoba) a nikoliv majitel solární elektrárny.
Na grafech na Obr.č3 zároveň vidíme, že v noci neklesne spotřeba energie na ta minima jako na idealizovaném Obr. Č.2 pro domácnosti, protože průmysl potřebuje pracovat 24 hodin denně atd., viz Obr.č.3 prostřední graf.
Obr.č.2 Na tomto obrázku vidíme spotřebu elektrické energie anglosaské domácnosti a idealizovanou produkci solární elektrárny. Ve srovnání s Čechy později odcházejí do práce nebo školy a také se vracejí později. Samozřejmě v reálu nám někdy solár pracují krásně a jindy ne viz Obr.č.3. (Zdroj :
Obr.3 Na tomto obrázku vidíme produkci solárních elektráren za různých situací: Horní snímek ukazuje výrobu solárů za velmi nepříznivých podmínek, tady máme velmi dobrou šanci naši produkci prodat, ale vyrábíme velmi málo, skoro nic. A zcela se míjíme s maximem poptávky. Na prostředním snímku vyrábíme a prodáváme i když to není žádná hitparáda. A na dolním snímku potom solární elektrárny vyrábí jako divé, vyrábíme dokonce více než je poptávka, a navíc se zcela se míjíme s večerním maximem spotřeby. Ba co víc, soláry vyrábí tak moc, že dochází k ohrožení stability sítě. Tento jev popisuje tzv. kachní křivka neboli Duck curve, viz Obr.č.4. Přičemž náklady na stabilizaci a řízení sítě samozřejmě bude platit spotřebitel nebo daňový poplatník a nikoliv majitel solární elektrárny. Tyto grafy jsem převzal z článků pana Petra Duška.
Obr.č.4 Na tomto obrázku grafu, jenž ukazuje vliv solární elektráren pracujících synchronně v závislosti na počasí na stabilitu sítě. Obrázek vznikl aproximací ze státu West Australia a ukazuje také vliv rostoucího podílu solárů v různých po sobě následujících letech. Tento obrázek je často využíván v textech věnovaných energetice a z něho jasné původ názvu křivky.
Nyní se tedy vrátíme k ekonomickým otázkám
Na základě jednoduchých úvah jsme dospěli k závěru, který nám říká „Čím více obnovitelných zdrojů zapojíme do sítě, tím méně pro spotřebitele cenné/ užitečné energie můžeme prodat“.
Ve skutečnosti k tomu samému, k čemu jsme dospěli my s využitím tzv. selského rozumu dospávají i různí analytici věnující se trhu s energiemi. Tyto analýzy nám ukazují že v posledním desetiletí se projevila negativní korelace mezi cenou a objemem výroby neřiditelných obnovitelných zdrojů tedy: „massive expansion of Variable Renewable Energy in the last decade has displayed a negative correlation between price and production volume“. Ve skutečnosti jde o standardní vztah mezi nabídkou a poptávkou: pokud se nabídka pro danou úroveň poptávky zvýší, tržní cena za jednotku klesá a naopak.
V případě větrných a solárních elektráren je však tento efekt umocněn tím, že jejich produkční potenciál závisí na počasí. Výsledkem je, že všechny systémy, alespoň v poměrně velkých geografických oblastech, generují velké nebo naopak malé množství elektřiny současně. V důsledku toho nabídka výroby větrné a solární energie obvykle v příslušných obdobích výrazně stoupá a klesá, což zase systematicky vede k silným cenovým výkyvům na trhu s elektřinou. Elektřina z elektráren VRE má tedy obzvlášť malou hodnotu v dobách, kdy jí mohou vyrobit hodně (více podrobností naleznete například v článku: The market value of variable renewables: The effect of solar wind power variability on their relative price jenž naleznete pod tímto odkazem https://neon.energy/Hirth-2013-Market-Value-Renewables-Solar-Wind-Power-Variability-Price.pdf). Rád bych dodal, že jsem použil materiál nikoliv kritika ale propagátora energetiky založené 100% na OZE. Neboť jsem byl jiným propagátorem OZE obviněn v jedné diskuzi, že tyto umělé pojmy jako Capture price a Capture rate byli vynalezeny propagátory jaderných elektráren aby mohli kritizovat fotovoltaiku.
A čím více kapacity obnovitelných zdrojů je instalováno, tím silnější je tento efekt. Jenž známe také jako „kanibalizační efekt “ obnovitelných energií. K tomuto efektu dochází nejen v národním měřítku, ale také přes hranice zemí, když jsou sítě propojeny, jak je vidět v Evropě. Právě tento přeshraniční efekt je velmi důležitý pro nás Čechy, neboť naším sousedem jsem dva státy na jejichž území se instalují ve zcela extrémních počtech. Tedy tyto instalace u sousedů budou dále zhoršovat ekonomiku provozu zdrojů OZE instalovaných na našem území.
Výsledkem jsou potom i záporné ceny elektřiny které však v případě fotovoltaiky mizí okamžitě po západu slunce, viz Graf na Obr.č.5. V našem případě se jedná o druhý červenec roku 2023. Obdobná případ pro větrné elektrárny vidíme na Obr.č.6.
Obr.č.5 Prudký nárůst záporných cen elektřiny spojený s příznivými podmínkami pro solární elektrárny 2.6.2023.
Obr.č.6 Vznik záporných cen za podmínek vhodných pro větrné elektrárny (Zdroj: Agora Energiewende).
Ale pozor, když nefouká a nesvití tak mohou ceny vyskočit do zázračných výšin. Na následujícím snímku vidíme extrémní hodnoty v době Dunkleflaute, viz Obr.č.7. Vzhledem k propojenosti ČR s německým trhem vidíme následnou cenovou explozi i u nás, viz Obr.č.8.
Obr.č.7 Extrémní ceny 11 a 12 prosince 2024 na německé burze.
Obr.č.8 Na tomto snímku vidíme nejvyšší cenu v elektřiny v ČR v období prosince 2024 jež koreluje s cenou elektřiny v Německu zaplaveném OZE zdroji, jež si náhodou udělali společnou dovču.
Vzhledem k tomu, že dvojice posledních dvou grafů nám ukázala vzájemnou závislost cen ve dvou sousedních státech bylo by vhodné se na tento jev podívat v čase, jak výskyt těchto extrémů rostl v čase. Jako příklad zvolíme Dánsko, což je stát jenž má velmi dlouhou tradici využití větrné energie. Na následujícím grafu vidíme, jak roste počet extrému v průběhu roku, viz Obr.č.9.
Obr.č.9 Rostoucí počet extrémních „průměrných“ spotových cen v čase. Je zřejmé že počet extrémů v čase roste stejně tak jako v čase roste podíl obnovitelných zdrojů v Dánsku a u jeho sousedů od nichž kupuje energii v době kdy v Dánsku nefouká. Jak překvapivé například v Německu nefouká zrovna ve stejnou dobu! Rok 2022 je potom ovlivněn válkou. (Zdroj: https://energinet.dk/).
Na obrázku č.9 vidíme, jak v průběhu času, v němž zároveň klesal podíl řiditelných zdrojů a rostl podíl větrníků jak v Dánsku, tak i u sousedů docházelo k nárůstu počtu extrémních cen v obou směrech. Další dvojice grafů, jež ukazuje vznik fluktuací dánských cen je na Obr.č.10
Obr.č.10. Vznik fluktuací dánských cen a výroba větrných elektráren v horním grafu a dole vidíme výměnu EE se sousedy.(Zdroj: https://energinet.dk/).
Nyní konečně našel čas abychom se podívali na další termín, a to Capture rate.
Je zřejmé že řiditelná elektrárna (plynová, vodní, jaderná uhelná) může v určitý čas na požádání zvýšit svůj výkon, pokud tedy už nepracovala na maximum a prodávat energii v době kdy jí potřebujeme, respektive, když je na trhu po ní poptávka a ceny jsou vysoko. Tohoto solární ani větrné elektrárny nejsou schopny, a naopak jsou jejich prodeje postiženy vzájemnou kanibalizací a tyto elektrárny často prodávají v období nízkých cen. To ovšem znamená, že pokud nebude solární či větrná (obecně neřiditelná) elektrárna nebude moci prodávat s odpovídajícím ziskem a pokud je takových solárních a větrných elektráren mnoho mohou se stát i ztrátovými (pokud jim nebude zisk dorovnán jinou netržní cestou). Podnik, jenž ale nemá zaručen zisk nebo je méně výdělečný by měl mít i nižší tržní cenu. To vše znamená, že tržní hodnota elektráren VRE/OZE je obecně považována za nižší než u konvenčních elektráren. Porovnáním tržní hodnoty větrné a solární energie s tržní cenou základního zatížení (baseload market price - cena, za kterou by se v průměru dostala elektrárna s nepřetržitým provozem základního zatížení), dostaneme takzvaný value factor , také známý jako Capture rate .
Příslušný vzorec pro Capture rate můžeme zapsat takto
Nyní se podíváme několik obrázků, jež ukazují klesající hodnotu Capture rate s rostoucím podílem OZE na trhu. Jedná se tedy o nepřímou úměru mezi Capture rate a podílem určitého typu OZE.
Obrázek níže (viz Obr.č.11) ukazuje grafy pro capture rate pro solární elektrárny vlevo v oranžové barvě a vpravo v modré barvě pro větrné elektrárny. V případě obou grafů je hodnota capture rate uvedena na ose y a podíl solární, respektive větrné energie je uveden na vodorovné ose. Vodorovná osa potom označená číslem 100% potom označuje tržní cenu základního zatížení.
Obr.č.11 Klesající hodnota capture rate pro solární a větrné elektrárny v různých státech s rostoucím podílem těchto zdrojů zapojených v síti. Grafy pocházejí z práce: Halttunen, Krista and Staffell, Iain and Slade, Raphael and Green, Richard and Saint-Drenan, Yves-Marie and Jansen, Malte, Global Assessment of the Merit-Order Effect and Revenue Cannibalisation for Variable Renewable Energy. Available at SSRN: https://ssrn.com/abstract=3741232 (Zdroj:http://dx.doi.org/10.2139/ssrn.3741232 )
Z obrázku je zřejmé, že míry zachycení obou fotovoltaických a větrných jsou téměř vždy téměř ve všech kótovaných zemích pod 1, tj. pod paritou k základní ceně tedy k baseload market price. Přes určité rozdíly mezi jednotlivými zeměmi je trend jasný; čím vyšší je podíl obnovitelných zdrojů na výrobě elektřiny, tím levnější je elektřina a tím méně hodnotná elektrárna. Větrné a solární elektrárny proto na volném trhu s elektřinou systematicky dostávají nižší platby než klasické elektrárny. Tedy to je důvod proč by banky nepůjčili investorům za dobrých podmínek, neboť nebudou očekávat, že daná elektrárna bude vydělávat na volném trhu.
Jasně se zde ukazuje, proč mluvíme o „levné elektřině“ z obnovitelných zdrojů.
Teoreticky bychom se tomuto mohli v případě příslušné elektrárny vyhnout, kdybychom nainstalovali baterie, a prodávali pak v době zvýšené poptávky, ale ty značně prodraží daný projekt. Zatím velká část OZE elektráren vydělává tak, že jim vůbec nevadí, že jejich elektřina má zápornou cenu, protože provozovatel distribuční sítě jí musí vykoupit. V případě výkupních cen má povinně vykupující povinnost od výrobce elektřiny z OZE vykoupit veškerý objem elektřiny naměřené v předávacím místě výrobny elektřiny a distribuční nebo přenosové soustavy a dodané do elektrizační soustavy za cenu stanovenou aktuálním cenovým výměrem. Přičemž toto je určenu u nás tzv. zákonem o podporovaných zdrojích energie.
Nyní se podíváme na případ klesajícího capture rate v EU (jmenovitě Francie, Belgie a Dánsko, v závislosti na čase, neboť ve všech státech se otevírali nové solární (tedy jejich podíl v čase rostl) a provedeme srovnání s jadernou energetikou Francie a Belgie, viz Obr.č.12. V pravé části tohoto grafu potom vidíme kumulativní hodnoty instalovaných solárních a jaderných provozů v celé EU. Opět je zřejmé, že s rostoucím podílem OZE by se nově budované elektrárny, a to ať už větrné, tak i solární měli stát méně výdělečnými, pokud ne přímo prodělečnými.
Obr.č.12 Tento graf ukazuje pokles Capture rate solárních elektráren v čase a jeho srovnání s Capture rate jaderných elektráren. Jedná se o státy Belgie, Dánsko a Francie. Na pravé straně potom vidíme jejich podíl v evropském mixu, zde se však jedná i o jiné státy než jmenované (Zdroj : Jens Christiansen, data ENTSOE- E).
Nyní se podíváme na realitu České republiky, v před nedávnem byl přijat tzv. Lex OZE III a plánuje se rozsáhlá expanze větrných elektráren. Často se setkáváme s argumentem, že je mají Němci a také Rakušané, a tudíž je třeba je budovat v ČR. Nejprve se podíváme na příklad Německa a zde nám výborně poslouží článek publikovaný v Neue Zürcher Zeitung , tento článek se jmenuje Windkraft In Deutchland: Grosse Versprechen kleine Ertrage tedy něco jako Větrná energie v Německu: velké sliby malá výnosy. Článek si můžete přečíst na tomto odkazu:
Co je pro nás důležité? Tento článek obsahuje mapu s 18000 německými větrníky na rozmístěnými na celém území Německé spolkové republiky a tyto větrníky jsou označeny různými barvami. Ty zelené větrníky se nacházejí ve větrných oblastech často blízko u moře a ty červené jsou naopak často v sousedním Bavorsku a ty jsou naopak ztrátové. Mapu zpracovaly experti z technické univerzity Eidgenössische Technische Hochschule v Curychu (ETH). Mapa nám jasně ukazuje, že tam kde opravdu často fouká má elektrárna šanci vydělat, ale tam kde jsou jen slabé větry je silně závislá na dotacích. Obecně výkon větrné elektrárny roste s třetí mocninou rychlosti větru, a tudíž se snažíme najít optimální výšku stožáru větrné elektrárny a umístit jí na nějaká kopec, horský hřeben nebo do vhodně orientovaného horského sedla. Ale lepší obecně bývají severní přímořské roviny, jak je zřejmé jak z mapy v článku, tak i z této mapy Obr.č.13. Zde je třeba uvésti, že od určité výšky stožáru začne velmi dynamicky narůstat jeho cena.
Obr.č.13 Větrná mapa Německa pro stožár výšky 120m a 140m
Jak je zřejmé především v Bavorsku, jež je morfologií své krajiny velmi podobné velké části ČR jsou podmínky nevhodné pro větrné parky a ve srovnání se severem prodělečné. Je to také dáno nízkým kapacitním faktorem bavorských větrných elektráren v porovnáním s těmi na severu. Dalším státem v sousedství je Rakousko, jež skutečně instalovalo velké množství větrníku v nížinné oblasti kolem Vídně, což je používáno jako argument pro stavbu elektráren na Moravě. Nicméně jedná se o specifickou oblast otevřenou do Pannonské nížiny, jež má velmi specifické podmínky a například v horním Rakousku to už není s výstavbou tak divoké.
Zde bych citoval jeden ze závěrů Ústavu fyziky atmosféry AV ČR: "Specifikem je území východně od Vídně, kde jsou podmínky mimořádně příznivé, a to jak větrností, tak charakterem krajiny. Dosud se výstavba VtE koncentrovala do nejvíce větrných lokalit, zatímco většina území včetně „středně“ větrných míst se nevyužívá. V praxi je tedy nastavena hranice rentability výše než v České republice. “ Celý text je dostupný zde https://www.ufa.cas.cz/DATA/vetrna-energie/Potencial_vetrne_energie_2020.pdf,
Celý můj text pojednává o ekonomice provozu, a to co je pro nás důležité, nové české větrníky budou soupeřit na trhu s větrníky jež byly vybudovány v mnohem vhodnějších podmínkách, tedy těch u Baltu a Severního moře, v nížinách Pomořan nebo v Panonské nížině, jejich kapacitní faktor (Capacity factor) bude nižší často i méně než poloviční. Tudíž jejich individuální Capture rate a Capture price bude v porovnání s konkurencí dost ubohý. Jen těžko se dočkám toho, že by český větrník vyvážel svoji energii například do Meklenburska. Tady Vás určitě napadne, že sice nebudeme moci vyvážet větrnou energii, ale můžeme na sever exportovat energii solární. To už vypadá poněkud realističtěji! Až do té chvíle, než si uvědomíte, že vašim sousedem je Zelené Německo! Tedy stát, na jehož území se budují OZE zdroje všude v neomezeném množství! Na následujícím snímku (Obr.č.14) vidíme obrazovku lokální kontroly produkce v solárních elektrárnách. Jedná se o příklad zemského okresu Rottal-Inn. Zde bylo dosaženo produkce 923% spotřeby a to především pomocí místních solárních elektráren.
Obr.č.14 Obrazovka produkce elektrické energie v okresu Rottal-Inn dokonale ukazuje efekt předimenzované fotovoltaiky, kdy vedle elektráren na polích a loukách máme i mnoho balkonových elektráren (Zdroj: Stefan Chiemgau, Energie&Vorsorge).
Prostě když svití nebo fouká, či dokonce fouká a svití dohromady ceny jsou do záporu, ale když nesvití a nefouká máme problém. Jak nám potom ukazuje následující graf ono typicky fouká nebo nefouká (respektive svítí nebo nesvítí) v několika sousedních státech najednou, viz dvojice následujících grafů na Obr. Č.15 a 16. Z přiložených grafů je zřejmé, že možnost nahradit výpadky větrné energie v jednom státu energií z dovozu je poněkud omezena.
Obr.č.15 Využití kapacity větrných elektráren v průběhu prosince 2024 v Dánsku, Polsku, Německu, Nizozemí a Belgii. Jak vidíme možnost nahradit výpadky větrné energie v jednom státu energií z dovozu je poněkud omezena.(Zdroj: https://energinet.dk/).
Obr.č.16 Využití kapacity větrných elektráren v průběhu listopadu2024 v Dánsku, Německu, Nizozemí a Belgii (Zdroj: https://energinet.dk/).
Nyní se opět vrátíme k rozvoji našich českých OZE zdrojů, zvláště pak plánovaných větrných elektráren.
Zde si můžeme zjistit něco výzvách věnovaných OZE zdrojům, a to větrným elektrárnám: apiagentura.gov.cz/cs/podporovane-aktivity-optak/obnovitelne-zdroje-energie/obnovitelne-zdroje-energie-vetrne-elektrarny-vyzva-ii/
Pro nás zajímavou informací je požadovaný koeficient využití (kapacitní faktor) nových projektů:
„Stanovena poměrná doba ročního využití instalovaného výkonu za dobu předpokládané životnosti musí splňovat minimálně hodnotu 22,831 % (v I. výzvě bylo 25 %).“ Jak vidíme ten požadovaný postupně klesá, ale co je ještě zajímavější jedná se o teoreticky projektovaný faktor využití, respektive faktor využití v předloženém projektu. Následně se zde již píše „Průměrná doba ročního využití instalovaného výkonu za dobu prvních 5 let provozu splňuje minimálně hodnotu 15 %, což je hodnota zohledňující volatilitu větrných podmínek v období 20ti let předpokládané doby životnosti a odpovídá době ročního využití max. instal. výkonu ve výši cca 1 300 hodin.“ Tedy nově vybudované elektrárny vůbec nemusí mít požadovaný kapacitní faktor, neboť faktor, jež teoreticky mohl být kontrolován je jen 15%. Přitom ani zde nejsou ani nikde jinde nejsou uvedeny žádné sankce za nedodržení parametrů projektu.
Jak vidíte budou mít nové české OZE jen malou šanci vydělávat na nedeformovaném trhu bez dotací ať už provozních nebo investičních, zaručeného výkupu atd.
Ale není všechno velké množství náhodně pracujících zdrojů vytváří i další náklady. Je zřejmé, že záložní zdroje, jež pracují jen občas budou mít sami zhoršenou ekonomiku provozu a nejen to. Další náklady vznikají při samotném řízení sítě. Tu samotnou dělíme na elektrickou přenosovou trojfázovou soustavu a elektrickou distribuční soustavu. Elektrická přenosová trojfázová soustava slouží pro přepravu elektrické energie na dlouhé vzdálenosti (dá se přirovnat k dálniční síti, jejíž sjezdy ústí do spletitější podřazené silniční sítě, tj. elektrické distribuční soustavy, směřující k cíli cesty). Elektrická distribuční trojfázová soustava o střídavém napětí je struktura pro distribuci elektrické energie ke koncovým odběratelům (domácnosti, firmy) napájená především z přenosové soustavy a dále z elektráren pracujících přímo do distribuční sítě. Tato sít se řídí tzv. Dispečerským řízení. Dispečink elektrizační soustavy probíhá na základě znalosti okamžitého provozního stavu elektrické sítě, sestávajícího se ze souboru dálkových měření okamžitých provozních parametrů soustavy (napětí v uzlech sítě, proudy a výkony tekoucích po větvích sítě) a okamžitých dálkových signalizací stavů spínacích prvků resp. odboček transformátorů soustavy (vypnuto/zapnuto resp. pozice) zobrazených v (off-line nakresleném) schématu elektrické sítě zobrazeném na velkoplošných obrazovkách na velíně (dispečinku) soustavy, a to on-line přenášených ze soustavy do SCADA systému přes tzv. koncentrátor dat. Je jasné že řízení náhodných zdrojů je náročnější, než řízení zdrojů jejichž chování je zřejmé a jež jsou nám schopny předložit produkční plány. Na následujícím Obr. Č.17 vidíme rostoucí počty zásahů potřebných k regulaci sítě v systému s velkým počtem náhodně pracujících OZE zdrojů. Z grafu je zřejmé, že rostoucí počet OZE zdrojů v jednotlivých letech vedl i k nárůstu počtu regulačních/ řídících zásahů. Graf odpovídá nárůstu zásahů v Německu v letech 2014 až 2023. Na následující Obr.č.18 potom vidíme výsledný finanční efekt, zde je pro srovnání vedle Německa uvedena Francie. Je zřejmé že náklady na řízení sítě jsou v systému s velkým množstvím řiditelných zdrojů jako jsou Francouzské JE mnohem nižší než v případě Německo s jeho neregulovatelnými zdroji, jež mají navíc i předností právo pro výkup. Tyto náklady jsou v Německu 2112 milionu EUR (tedy něco přes dvě miliardy ) a ve Francii pouhých 48,9 milionu. Tedy v Německu jsou náklady 43krát vyšší! Tyto náklady samozřejmě platí koncový odběratel (ať už přímo nebo v podobě daní)!
Obr. č.17 Kumulativní růst zásahů do sítě s rostoucím podílem nestabilních zdrojů v síti jejichž produkce se špatně predikuje. To lze mimo jiné přičíst zrychlenému vyřazování jaderných elektráren a dalších řiditelných zdrojů v kombinaci se zvýšenou expanzí větrné energie na severu a poměrně pomalým rozšiřováním přenosových sítí (220/380 KV). (Zdroj: Dr.-Ing. Jürgen Schwage, EE Fakten und Visionen)
Obr.č.18 Náklady na řízení přenosové a distribuční soustavy v Německu a ve Francii (Zdroj:Dr.-Ing. Jürgen Schwage, EE Fakten und Visionen).
Všechny tyto faktory spolu s dalšími, jež jsme vzhledem k rozsahu článku nemohli uvést vedou k tomu, že se hledají další cesty, jak vyjádřit ceny elektřiny, takže vedle u solárníků oblíbených LCOE (Levelised Cost of Electricity) od Lazarda jež neobsahují tyto a další náklady se zavádějí například tzv. “Levelised Full System Costs of Electricity “ (LFSCOE). Na následujícím obrázku Obr.č.19. Na obrázku se srovnávají hodnoty pro Texas a Německo, přičemž je zřejmé že v Texasu mají jak soláry, tak i větrníky mnohem lepší podmínky pro práci (tedy jejich kapacitní faktor je vyšší) a tudíž jejich „Levelised Full System Costs of Electricity “ nižší. Určující je totiž dostat energii k zákazníkovi v době kdy in ji potřebuje!
Obr.č.19 Levelised Full System Costs of Electricity ”pro Německo a Texas a jejich srovnání s tzv. LCOE od Lazarda jež neberou v potaz potřebu řízení, zálohy atd (Bank of Ametika Globall Research).
Jak jsme již uváděli české větrné zdroje budou pracovat za horších povětrnostních podmínek než například větrníky na severu Německa a naše PV na tom bude zase hůře než soláry ve Španělsku nebo Texasu. Tedy jejich kapacitní faktor bude nižší, a tudíž lze předpokládat, že jejich LFSCOE bude ještě vyšší, než je průměr v Německu. Je tedy zřejmé že se dostavba jaderných bloků, jak je plánována v ČR vyplatí, a to navzdory tvrzení organizací jako Calla, Duha nebo Děti země.
Pojďme se ale podívat dále, v posledním odstavci jsem zmínil ekologické organizace, jež nepřetržitě bojují proti jaderným elektrárnám a zároveň tyto organizace velmi intenzivně podporují rozvoj OZE v ČR. Jsem přesvědčen, že jedna z věcí, jež musí zajímat jak ekologa, tak i ekonoma nebo geopolitika (pokud tedy nedisponujete všemi zdroji na vlastním území) je spotřeba surovin na realizaci energetického projektu. Následující dva obrázky (Obr.č.20 a Obr.č.21) Vám ukazují spotřebu surovin na výrobu elektrické energie, respektive na její uložení, neboť energii z OZE je třeba ukládat. Jedná se o spotřebu surovin na jednu GWh. Navíc nesmíte zapomínat, že všechny stroje, panely baterie mají konečnou životnost.
Obr. Č.20 Spotřeba surovin na jednotlivé bezemisní technologie potřebné k produkci 1GWh (ačkoliv je třeba dodat, že biomasa ve skutečnosti není bezemisní ale vysokoemisní zdroj! Což je dáno faktem, že při jejím spalování se uvolní CO2 velmi rychle ale jeho následné pohlcení je otázka, caa 40 let. Zde dodám, že jednotlivé modely se značně liší ale v každém případě zde srovnáváme minuty a roky). (Původní zdroj https://ourworldindata.org/low-carbon-technologies-need-far-less-mining-fossil-fuels)
Obr.č.21 Tento obrázek opět ukazuje spotřebu jednotlivých materiálů, (Zdroj:Scientific American).
Jaké to má dopady? To nám dobře vysvětlí Robert Parker na spotřebe surovin pro Autralii jež by získávala energii z kombinace Voda-Slunce+Vítr a té samé Australii jež by svojí energetiku vybudovala na kombinaci voda+ jadferné elektrárny+slunce. Parkerův v profil je zde https://au.linkedin.com/in/robert-parker-7b7b01b1 a jak vidíte tento člověk vybudoval mnoho, převážně vodních elektráren po celém světě. Parker vždy uvádí spotřebu surovin v tzv. šedesáti letém investičním cyklu, nicméně dnes se často setkáváme s tím, že se životnost JE prodlužuje (samozřejmě dělají se různé opravy a výměny elementů systému), ale jak se ukazuje životnost OZE je výrazně nižší caa. třetinová za vhodných podmínek. Nyní se podíváme na sloupcové grafy na Obr.č.22. Robert Parker realizoval model v němž požijete kombinaci vodních, větrných a solárních elektráren a dospěl k závěru, že především větrné elektrárny pracují velmi náhodně (statisticky vzato sice více fouká večer a v noci, ale jedná se pouze o statistiku) což vede k velmi vysoké spotřeba surovin, neboť musíte počet větrných parků více předimenzovat a vybudovat na různých stranách Australie. Mnohem lépe jsou na tom soláry jejichž chování lze v australském podnebí mnohem lépe predikovat a jež zde mají mnohem lepší kapacitní faktor než v ČR. Poslední výrobní složkou tohoto systému jsou vodní elektrárny, jež jsou snadno řiditelné. K těmto elektrárnám jsou zde přidána bateriová úložiště.
Výsledek spotřeby surovin potřebných na stavbu elektráren a baterií v grafu na Obr.č.22 Tedy matriál potřebný na větrné elektrárny vidíme v prvním modrém sloupci označeném jako Wind, druhý modrý sloupec je věnován spotřebě surovin na Solární elektrárny v této sestavě. Třetí modrý sloupec odpovídá spotřebě surovin potřebných na výrobu baterií. PS nejmenší sloupek je pak spotřeba surovin na stavbu vodních elektráren, a to jak na řekách, tak i elektráren přečerpávacích. Je třeba dodat, že potenciál pro stavbu těchto vodních elektráren není v mnoha aridních oblastech Austrálie příliš vysoký. Následně vypracoval Parker druhý model, z něhož odstranil velmi náhodně pracující větrné elektrárny řiditelnými jadernými elektrárnami a k nim vybudoval opět vybudoval Solární elektrárny s bateriovými uložišti a vodní elektrárny včetně přečerpávacích. Spotřeba surovin na jednotlivé technologie využité v tomto modelu je na Obr.č.22 vyjádřena oranžovými sloupci. Pro obě sestavy potom byla vytvořena celá škála dílčích modelů, na nichž se optamilizoval vzájemný poměr Wind/Solar/ Vodní elektrárny/ baterie v prvém případě a Solar/Nuclear/Vodní elektrárny/baterie ve druhém případě. Optimální, tedy minimální spotřeba surovin ve specifických podmínkách Australie pro zastoupení 76% JE. V tomto případě byla spotřeba surovin v šedesátiletém investičním cyklu 12 nižší než v optimálním modelu pro kombinaci větrné+solární+vodní elektrárny a baterie. Tyto modely vypracoval team Roberta Parkera pro Australský parlament.
Obr.č.22 Spotřeba surovin v průběhu 60 let na realizaci stejné energetické dodávky. Wind – větrné elektrárny, Solar - sluneční elektrárny, PS – vodní elektrárny včetně přečerpávacích, Nuclear -jaderné elektrárny, Battery – baterie znamená spotřebu surovin na úložiště. Jak se k tomu grafu došlo, no jednou fouká tam podruhé onde a typicky využitelnost výkonu je 20-40% a tak tedy postavíte na Severní pobřeží požadovaný výkon, to samé na jižním a stále to nestačí, a tak postavíte i na západním a východním pobřeží atd. a stále občas tam či onde nefouká nebo nefouká dost. Tak nainstalujete mnoho násobek požadovaného výkonu místo toho, abyste měli jeden spolehlivý zdroj. A samozřejmě na takový předimenzovaný systém spotřebujete mnoho surovin. K tomu přidejte velmi komplexní síť s mnoha transformátory, rozvodnami atd. a dostanete tento výsledek (Původní zdroj grafu Buclear fior Climate/ Robert Parker) .
Lze předpokládat, že realizace energetického systému, jež se bude vyznačovat výrazně vyšší spotřebou surovin bude i finančně nákladnější. Ve skutečnosti zde existuje zpětná vazba, kdy velké nároky na spotřebu surovin dále zdražují tyto suroviny, jichž je nedostatek. Tedy lze říci, že hustota energie je nepřímo úměrná požadavkům na suroviny systému výroby energie. Velmi dobře to ukazuje dvojice následujících grafů, jež vidíme na Obr.č.23 a č.24. První z nich ukazuje růst poptávky po mědi ve světě od roku 2022. Každý sloupec se skládá, ze dvou barev, přičemž dolní tmavá část reprezentuje tzv. Energy transition demand, tedy přírůstek poptávky způsobený energetickou tranzicí, zatímco oranžová část reprezentuje další uživatel mědi. Rozdíl mezi poptávkou a nabídkou mědi jakožto jednoho z nejdůležitějších materiálů užívaných v elektrotechnice vidíme na následujícím snímku, viz Obr.č.23. Tento graf pochází od Mezinárodní energetické agentury. V nadcházejících letech to s dodávkami Cu nevypadá dobře. Poptávka převyšuje nabídku vytěženého materiálu, což má za následek rostoucí ceny a PV i Větrníky zdražují. Položme si potom otázku, zda je rozumné produkovat mnoho systémů s nízkým kapacitním faktorem.
Obr.č.23 Predikce růstu spotřeby, respektive poptávky po mědi vyvolaná energetickým přechodem (Global X ETF/ Blomberg NEF, Transition Metals Outlook 2023).
Obr.č.24 Na tomto grafu vidíme rozdíl mezi poptávkou po mědi a její nabídkou, jež vznikne v důsledku vznikne velké spotřeby mědi na realizaci projektů energetického přechodu. Je zřejmé že velký převis poptávky nad nabídkou povede k výraznému růstu cena dle predikcí IEA (Zdroj: International Energy Agency).
Jak je zřejmé s těmi slibovanými nízkými cenami za elektřinu to nebude tak žhavé i když slunce ani vítr účet neposílají. Tento fakt nám obrázek potvrzuje i následující obrázek Obr.č.25.
Obr.č.25 Růst cen ve spojení s rostoucím podílem větrných a solárních elektráren (Zdroj: Enviroment Clean Energy Limited, https://ectltd.com.au/).
Nyní se vrátíme k pondělníku kolapsu elektrické sítě ve španělsku a položme si otázku, jaký dopad má například taková událost na národní hospodářství, je zřejmé že takové události by se měli připočítávat také k ceně OZE!
Tady máte jeden z článků, který upozorňuje, že víkem byly solární elektrárny. https://forbes.cz/k-blackoutu-stacilo-pet-sekund-spanele-oznacili-za-mozneho-vinika-solary/
Velmi pěknou analýzu publikoval pan Dušek zde:
My si zde tedy pouze připomeneme, že se propagátoři OZE v posledních dnech před kolapsem sítě chlubili tím, že skoro celé Španělsko a vlastně celý iberský poloostrov jedou na OZE. Nyní se podíváme na Obr.č.26
Obr.č.26 Kolaps španělské sítě (Zdroj Energy -Charts).
Na obrázku č.25 máte produkci elektrické energie v den výpadku ve španělsku počínaje sedmou ranní. Jednotlivé typy zdrojů jsou vyznačeny různými barvami: žlutá jsou solární elektrárny, zelenošedá - větrné onshore, světlemodrá- elektrárny s nádržemi, tmavá modrofialová - průtokové elektrárny, středně modrá - přečerpávací elektrárny, zelená – biomasa, červená – jaderné elektrárny, oranžová - plynové elektrárny, tmavě hnědá – uhelné elektrárny, středně hnědá – elektrárny na mazut atd. Černá křivka je potom zátěž sítě. Před polednem stále rostl výkon solárních elektráren (žlutá barva) a zároveň byl i dostatek větru (zelenošedá barva). A jak vidíme na křivce zatížení, která se nacházela kdesi uvnitř žluté plochy, regulátorům se zdálo, že veškerou výrobu energie jsou skutečně schopny zajistit pouze slunce a vítr, tudíž padlo rozhodnutí snížit výkon řiditelných zdrojů výkon na minimum! Přičemž jak ukazuje graf, plynové elektrárny plynule snižují výkon již mezi 7:45 a 9:30. Zhruba ve 12:00 však bylo rozkázáno snížit výkon u jaderných, plynových, uhelných i vodních elektráren! Mohlo se to také udělat jinak. Bylo možno odpojovat i soláry, ale to je ideologicky nepřípustné. Všechny tyto elektrárny současně snižují výkon! Ne, opravdu tyto elektrárny nevypnul nějaký meteorologický úkaz. Opravdu si myslíte, že nějaký meteorologický úkaz vypne jadernou elektrárnu v jedné oblasti a zároveň vypne plynovou elektrárnu ve vzdálenosti 200 km? To se děje pouze ve sci-fi při příletu UFO! Zároven se ale objevila porucha jedné z VVN linek, tam byly neurčité problémy již hlášeny od rána . Tenhle problém by ale sám o sobě neměl být zásadní, existuje něco jako pravidlo N-1 , a tak ten výpadek jedné linky by měl být zvládnut. No ale copak se zároveň nestalo? Počasí skutečně vyřadilo jeden typ elektráren, a to solární! Jejich výkon shodou okolností začal klesat zrovna v ten samý čas, kdy všechny řiditelné zdroje už byly v procesu odstavování! A tyto elektrárny mají frekvenční měniče a nemají setrvačnost velkých točivých zdrojů. Nyní naopak prudce poklesla dodávka energie do sítě, jež byla hluboko pod zátěžovou křivkou. Jak na obrázku vidíte, v té době byla černá čára nad žlutou plochou. A co stalo, nastal kolaps systému a rozsáhlé výpadky proudu! Regulátoři to prostě nezvládali! Zde byl zřejmě jedním ze zásadních problémů efekt synchronizace, velké stroje točivé stroje totiž byly vypnuty a střídače solárů to nezvládají zas tak dobře, jak se nám někteří snaží namluvit. Prostě spoléhat na neřiditelné zdroje není moudré, OZE nemá tvořit v systému větší podíl, než odpovídá jejich průměrnému kapacitnímu faktoru! Nyní se samozřejmě různé solární asociace snaží utajit skutečnou příčinu. Je třeba dodat, že mnoho politiků velmi dlouho propagovalo myšlenku energetiky založené 100% na OZE . V posledních letech bylo do OZE investováno neuvěřitelně mnoho peněz. Je tedy logické, že se příčiny budou tutlat, a proto se dočtete o atypickém meteorologickém jevu a nikoliv o přesné příčině.
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0360544222018035
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0196890417312542
https://www.radiantenergygroup.com/
https://transparency.entsoe.eu/
https://synertics.io/blog/26/understanding-capture-prices
https://www.enlitia.com/resources-blog-post/capture-price-definition
https://www.eifo.dk/media/vozjbeo4/capture-rate-analyse.pdf
https://www.iaea.org/resources/databases/power-reactor-information-system-pris
