SVĚTOVÝ ENERGETICKÝ KONGRES MONTREAL, 2010 – SVĚTOVÁ ENERGETIKA V REFERÁTECH KONGRESU

Imrich Lencz

21. Světový energetický kongres (WEC - World Energy Congress) se konal v Kanadě, v Montrealu ve dnech 12.-16. září 2010. V úvodním článku /42/ jsme se pokusili o stručnou všeobecnou charakteristiku Kongresu a v dalším /43/ jsme shrnuli několik důležitějších poznatků z obsahu vybraných prezentací. V tomto navazujícím se pokusíme bohatství myšlenek této ojedinělé události ilustrovat pomocí stručného obsahu několika referátů, vybraných z cca 300, které byly pořadatelům z jednotlivých národních komitétů zaslány. Měly by zobrazit aktuální problémy světové energetiky a vyjádřit způsob, kterým světové společenství energetiků usiluje o jejich řešení a naplnění vytčených cílů. Originály referátů kongresu jsou stále k disposici na webové stránce WEC.

V obou zmíněných článcích jsme postupovali po vytýčených mottech jednotlivých dnů – dostupnost, pohotovost, přijatelnost a odpovědnost. Pozorný čtenář už zjistil, že odpověď na otázky, které tato hesla navozují, nebylo možno nalézt přímo, jednotlivé prezentace se spíše zabývaly klasickými tématy energetiky, resp. elektroenergetiky. Tento přehled rovněž zaměříme na jinak zvolené tematické okruhy, dotkneme se jednotlivých článků energetického řetězce od prvotních zdrojů, přes výrobu elektřiny, elektrické sítě až po energetickou spotřebu.

Autor článku je v obtížné situaci, rozhodnout, co z mimořádně obsáhlého bohatství názorů vybrat, prezentovat. Jeho cílem je upozornit na několik desítek snad nejzajímavějších sdělení s předpokladem, že zájemce si originál referátu najde a prostuduje na internetu.

1 ZDROJEZabezpečení energie pro každého předpokládá mít dostatek prvotních zdrojů energie pro krytí

očekávaných energetických potřeb. Prozatím ještě naše Země poskytuje možnosti určitého, i když stále omezenějšího výběru, avšak ne každý z nich, nebo dokonce žádný z nich neplní zcela očekávání lidské společnosti. Tato kapitola by měla poskytnout alespoň hrubou orientaci v možnostech a důsledcích výběru.

1.1 ANALÝZA ENERGETICKÝCH ZDROJŮ SOUČASNÉHO A BUDOUCÍHO SVĚTA

Ekonomický rozvoj není myslitelný bez energie. Fosilní paliva poskytují zhruba 60 % veškeré elektřiny světa a všechnu energii pro účely dopravy. Utvářejí svět, který je zdrojem plnohodnotného života, poskytují čistou vodu a vzduch, bezpečnou a hojnou potravu, ošacení, zdraví a čisté bydlení, vytváří podmínky kultury a vzdělávání…Jejich užití je, žel spojeno s nežádoucími emisemi /1/.

1.1.1 Význam fosilních palivVzniká otázka, jak vyloučit z energetické bilance 40 % fosilních paliv, abychom dokázali dnešní

emise snížit o 50 %. Odpověď je o to složitější, že většina obyvatel chudých oblastí nemá přístup k přínosům, vyjmenovaným v předchozím.

Posoudíme-li předpokládaný světový vývoj do konce tohoto století a zvážíme dnešní úlohu fosilních paliv, zjišťujeme, že k roku 2100 vznikne v energetické bilanci závažná mezera, jejíž zaplnění nebude snadné (obr.1), o to složitější, že část fosilních zdrojů bude nadále nutno vyhradit na výrobu plastů a chemikálií. Analýza odpovídá předpokladu obvyklého rozvoje (business as usual).

Strana 1

1

Obr.1 Prvotní zdroje do roku 2100

1.1.2 Zdroje, které mohou nahradit fosilní palivaNež se pokusíme zodpovědět položenou otázku, je nutno objasnit koncepci koncentrace energie,

to je použitelný energetický obsah určitého objemu nebo váhy paliva. Je nutno chápat i koncepci dimenzí, to je kolik určitého druhu energie je vůbec k disposici a do jaké míry je schopna poskytovat užitečnou práci.

1.1.2.1 Koncepce koncentrace

Nejcennější jsou zdroje energie nejvyšší hustoty, které jsou nejvíce koncentrované, jsou přenositelné, spolehlivé a pružné. To způsobilo, že světové spotřebě vévodí uhlí, ropa a zemní plyn.

Nejvyšší energetickou hustotou se vyznačuje uhlí, problémy s jeho přepravou a spalováním jsou vyváženy nízkými náklady. Energetická hustota ropy a ropných derivátů je v porovnání s uhlím poloviční, přesto jejich praktický význam je vyšší než u uhlí s ohledem na snadný transport, skladování a užití. Zemní plyn má velmi nízký obsah energie na m3, a je nejvýhodnější pro účely vytápění a vaření.

Biomasy zemědělského původu a tekutá paliva tohoto původu mají velmi rozdílný obsah energie, např. etanol poskytuje asi 60 % energie na jednotku objemu jako benzin, rostlinné oleje mají energetický obsah porovnatelný s motorovou naftou.

Obnovitelná energie větru a slunce, pokud jde o hustotu energie, není zdaleka porovnatelná s výše uvedenými zdroji, není proto zdaleka tak hodnotná. Například 100 MW v uhlí představuje „stopu“ 0,001 až 0,04 km2, sluneční energie 0,08-0,12 km2, větrná 0,79 km2 a biomasa dokonce 5,2 km2.

Geotermální energie může poskytovat energie poměrně vysoké hustoty, k této položce je nutno přiřadit „geotermální“ energii z pozemních zdrojů pro tepelná čerpadla, která má malou koncentraci a hodí se pouze pro vytápění, příp. chlazení našich obydlí.

Vodní energie je zdroj zcela specifický a podle lokality se vyznačuje velmi rozdílnou hustotou energie; vodní elektrárny mají podle typu velmi rozdílné nároky na území (porovnej VE s akumulací a VE na velkých řekách, poskytující základní energii).

Nejvyšší energetickou hustotou se vyznačuje uran jako palivo pro jaderné reaktory na principu štěpení atomového jádra. Jediný kg má energetický obsah porovnatelný s 2,3 mil litrů benzinu. Pro porovnání: tepelná elektrárna výkonu 100 MW spotřebuje za rok 3,8 mil tun uhlí a jen 160 t uranu v tradičním reaktoru a dokonce 1,6 t uranu v rychlém reaktoru.

Strana 2

1

1.1.2.2 Koncepce dimenzí

V roce 2005 svět spotřeboval 487 EJ (exajoule) energie, z toho 421 EJ, to je 86 % tvořily fosilní zdroje, 179 EJ ropa, 129 EJ uhlí a 113 EJ zemní plyn.

Sluneční energie

Slunce poskytuje naší planetě za hodinu tolik energie, jako spotřebuje lidstvo za celý rok. Je však velmi obtížné soustředit větší množství sluneční energie pro konverzi do některé užitečné formy. Navíc, na určité území dopadá jen omezené, velmi proměnlivé množství energie. Přesto, energie Slunce je zdrojem veškerých obnovitelných energií.

Průměrná účinnost transformace sluneční energie, dopadající na kolektor se pohybuje kolem 15 %. Je však nutno vzít v úvahu, že energie dopadající na kolektory je omezeno plochou vlastních kolektorů, jejich rozmístění však vyžaduje podstatně větší prostor, minimálně asi dvounásobek užitečné plochy. Pohyblivé panely, sledující sluneční svit dokonce 8-11 násobek, takže výsledné využití sluneční energie klesá na cca 2 %. Efektivnost transformace sluneční energie je nejvyšší u nejúčinnějších panelů. Vysoké účinnosti se dosahuje u solárních článků s trojitým polovodičovým přechodem.

Sluneční energii využívají „Solární systémy výroby elektřiny“ (Solar energy generating system - SGES), např. na několika realizacích v Kalifornii. První z nich je v provozu od r. 1985 na poušti Mojave. Parabolická zrcadla odrážejí sluneční světlo na potrubí, v němž cirkuluje olej, který se zahřívá až na 400 oC a generuje páru pro parní turbínu. V čase nedostatku sluneční energie se pára přihřívá spalováním zemního plynu. Účinnost systému je podobná jako u slunečních panelů.

Poznámka: V rozmezí 1985-1990 bylo v oblasti postaveno 9 slunečních elektráren SGES a to v oblasti Dagett, Kramer Jct a Harpe lake s výkon celkem 354 MW a roční výrobou 650 MWh. Elektrárny využívají cca 1 milion zrcadel, které se rozkládají na ploše 6,5 km2. V důsledku jejich narušení vlivem větru je nutno ročně vyměnit až 3000 zrcadel.

Zrcadlové plochy jsou zanášeny pouštním prachem a vyžaduje pravidelné čistění (26 krát za rok) pomocí samočinných mycích zařízení.

Největším problémem slunečních elektráren je nedostatek lokalit, vhodných pro jejich rozmístění.

Nejvhodnějším využitím sluneční energie je ohřev užitkové vody, která může být snadno akumulována pro dobu použití. Další výhodnou aplikací jsou solární články pro telekomunikační účely a drobné osvětlování.

Větrná energie

Vítr je důsledkem nerovnoměrného ohřevu zemského povrchu a proto je podstatně proměnlivější než energie sluneční. Je nepříjemnou vlastností větrné energie, že po podstatnou část času je její energie nulová, nepředvídatelně nastupuje a přerušuje se. Výkon větrných zdrojů se výrazně mění v čase s rychlostí větru, jejich výkon je dán třetí mocninou rychlosti větru. Desetiprocentní změna rychlosti větru způsobí 33 %ní změnu elektrického výkonu. Dalším problémem větrných elektráren je znečištěním rotoru hmyzem, což může způsobit snížení výkonu díla až na jednu polovinu.

Současné turbíny VěE zužitkují 75-85 % energie větru. Ačkoliv se rotor větrných elektráren pohybuje zdánlivě pomalu, špička křídel má rychlost až 300 km/hod. Větrné elektrárny s ohledem na neurčitost výstupu musejí být zálohovány jiným pohotovým zdrojem (standby), v daném případě je zálohují pružné vodní elektrárny. Výroba větrném energie je poznamenána dlouhými obdobími nedostatku větru. Např. v únoru 2003 větrné elektrárny Dánska byly zcela bez výroby a spotřeba musela být kryta jinými zdroji.

Elektrizační soustavy usilují o umístění elektráren poblíže center spotřeby, žel, významné větrné zdroje se lokalizují ve vzdálených oblastech a vyžadují dálkový přenos elektřiny.

Biomasa

Strana 3

1

Biomasa se mezi OZ vyznačuje nejnižší hustotou energie. I když sluneční energii absorbuje přímo, účinnost její transformace, fotosyntézy je mimořádně nízká a tvoří jen 0,5-1 % energie, dopadající na olistění. Tato skutečnost znesnadňuje využití biomasy. Pěstování, kultivace, sklizeň a zpracování jsou energeticky náročné. Například příprava surovin pro výrobu etanolu vyžaduje prakticky stejné množství energie, kterou obsahuje výsledný produkt. Jistý přínos znamená využití zemědělského a lesního odpadu, je však rovněž náročné na vklad energie.

Geotermy

Vulkanické geotermální zdroje jsou poměrně vzácné a omezení na výskyt horkých bodů zemské kůry. Jejich význam je relativně malý.

Jako geotermální zdroje se někdy označují zdroje energie pro tepelná čerpadla. Je to chybné pojmenování, ve skutečnosti jde o využití nízkoteplotní energie prostředí, jde o užitečný nízkoteplotní zdroj, vhodný pro vytápění a chlazení.

Energie vln a přílivu / odlivu

Zaznamenáváme pro úplnost, problematická je neshoda s dobou potřeby energie.

Jaderné palivo

Referát poměrně podrobně popisuje dva možné zdroje jaderné reakce, štěpení jaderného paliva a jadernou syntézu, dále typy soudobých a budoucích jaderných reaktorů.

Významnou otázkou jaderné energie je odhad množství disponibilního paliva. Podle autorů je to otázka ceny jaderné suroviny. Podle odhadů US Geological Surfy zvýšení ceny uranu z 80 USD/kg na 160 USD/kg má za následek zvýšení použitelných zásob na desetinásobek. Při zmíněné výchozí ceně je palivová složka elektřiny z JE na úrovni 0,0017 USD/kWh. Nasazením rychlých reaktorů a s předpokladem, že cena uranu dosáhne ceny zlata, tato palivová složka se bude pohybovat kolem 0,006 USD/kWh.

1.1.2.3 Porovnání nákladů jednotlivých forem energie

Cenové porovnání jednotlivých forem energie vychází ze zprávy, kterou vypracovala společnost PB Inc. (Parsons Brinkerhof) pro Královskou technickou akademii (Royal Academy of Engineering), London, UK. Byla vytvořena na základě záznamů úspěšných technických projektů období 110 let. Porovnává různé systémy výroby elektřiny včetně nákladů na „pohotové zdroje“ pro zálohování větrné energie. Je nutno dodat, že cena ropy, plynu a uhlí v budoucnosti bude systematicky růst, zatím co cena uranu je poměrně stabilní.

Obr.2 Měrné náklady elektřiny podle zdrojů

Z výsledného grafu autor odvozuje, že budoucnost patří energii z jaderného štěpení.

Strana 4

1

1.2 PRVOTNÍ ZDROJE V DALŠÍCH REFERÁTECH KONGRESU

Větrná energie: překonání neadvekvátních nejistot větrné energie a modelování /2/

Mezi společnostmi, zaměřenými na zužitkování větru ve velkých výškách je nejstarší a nejvyspělejší Magenn Power Systems Inc. of Canada a je nedaleko uvedení komerčních produktů do provozu. Přichází s revolučním řešením, použitím heliem plněného balónu, zakotveného 200-300 m nad terénem. Balón se působením větru otáčí a vyrábí elektřinu, která se přenáší na zem pomocí řetězů (provazů ?) a po nezbytné transformaci napájí síť. Energie větru (výkon větrné turbíny) je úměrná třetí mocnině rychlosti větru a zdvojení rychlosti proudění vede ke zvýšení výkonu 8 krát. V porovnání s obvyklými výškami se počítá i se zvýšením využití instalovaného výkonu až kolem 50%, na rozdíl od hodnot obvyklých pro dnešní zdroje 12-17 %. Generátory ss proudu usnadňují akumulaci energie i start jednotek.

Energie bez emisí /3/

Referát popisuje princip bezemisní transformace řady produktů, jako biomasa, zemědělský odpad, komunální odpad a odpad ze skládek, plasty, guma, opotřebované pneumatiky apod. na syntetické uhlovodíky. Výsledkem procesu je elektrická energie vyrobená z tepla – procesu zplyňování v parním kotli a turbíně, umožňuje využití cca 30-35 % tepelné energie, asi 30-35 % vstupující tepelné energie se konvertuje na uhlovodíky jako dieselové palivo a kerosin, zbytek energie (cca 20-35 %) slouží pro dálkové vytápění a chlazení, odsolování mořské vody apod. Podle webových stránek společnosti jsou k disposici standardizované jednotky (Standardized BNL Clean Energy Plants) CEP 20 MW, CEP 50 MW, CEP 100, CEP 150, CEP 200, CEP 250, dále CEP 300 MW. Provoz vyvinutých jednotek probíhá v řadě vyspělých energetik.

Technologie čistých paliv pro energetickou bezpečnost světa /4/

Technologie čistých paliv jsou integrální součástí „zelené – techniky“, zaměřené na omezování globálního oteplování, energetickou bezpečnost a udržitelný rozvoj. Pro výrobu elektřiny a chemickou výrobu jsou určeny technologie podzemího i nadzemního zplyňování uhlí, případně jejich transformace na tekutá paliva.

2 VÝROBA ELEKTŘINYVe sděleních kongresu převládá názor, že úloha elektřiny v energetické bilanci budoucích let

neustále poroste. Prvním krokem energetické transformace na cestě energie od zdroje ke spotřebiteli je výroba elektřiny, tato kapitola je proto věnovaná úloze jednotlivých výrobních technologiích ve vztahu k použitému zdroji i varietě možných principů výroby elektřiny. Jejich výběr by mělo usnadnit porovnávání indikátorů udržitelnosti. Přes určité přítomné zpochybnění přínosu jaderné energie, vyvolané událostmi v Japonsku si tato forma energie zaslouží nadále pozornost, minimálně proto, že současné technologie a technologie nejbližší budoucnosti nejsou totožné s těmi, které se ve světě prosadily v minulých desetiletích.

2.1 ELEKTŘINA BUDOUCNOSTI Z UHLÍPolitické klíma současnosti kulminuje konfliktem mezi ekonomickým rozvojem a ekologickou

regulací – změnami klimatu. Rozvinuté země jsou odkázány na levnou a hojnou elektřinu z uhlí, jako hnací sílu. Rozvojové země se dnes snaží pokračovat na této historické cestě. Zmíněný politicko-ekonomický konflikt může být zmírněn pomocí inovativních technologií dodávky energie s omezením nepříznivých ekologických vlivů, odpovědnou bilanci mezi společenskými, ekonomickými a ekologickými zájmy /5/.

Od roku 1980 do 2007 můžeme zaznamenat trvalý růst světové spotřeby elektřiny a to z 8,000 TWh na 18,800 TWh, což odpovídá ročnímu růstu 3.2%. Na jednoho obyvatele spotřebováváme více elektřiny než kdykoli předtím, a to se v krátké době nezmění, očekáváme, že k roku 2030 dosáhne světová spotřeba 38,700 TWh a vyvolá tak další tlak na naše zdroje.

Uvedený růst byl umožněn především díky uhlí, jeho vysokou disponibilitou a nízkou cenou. Výsledkem je, že 41,5 % elektřiny se vyrábí právě z tohoto paliva.

Uhlí bude hrát ve světové energetice nadále důležitou roli, budoucí užití uhlí však musí probíhat na jiné bázi, než dnes. Dnes už jsou k disposici nové technologie, projekty a přístupy, které nabízejí

Strana 5

1

podstatně nižší vliv výroby z uhlí na životní prostředí. Patří k nim zvýšená účinnost elektráren, zachycování a ukládání uhlíku (CCS) a integrace s dalšími technologiemi a procesy.

Ekonomický rozvoj rozvinutých zemí (OECD) za uplynulé století byl rovněž možný díky vysoké spotřebě uhlí. Obdobný rozvoj můžeme očekávat v rozvojových zemích, což povede k růstu spotřeby uhlí podle obr.1.

Obr.3 Očekávaný vývoj spotřeby uhlí

Nutno dodat, že tento trend předpokládá „obvyklý rozvoj“ (‘business-as-usual’). Další vývoj komplikuje skutečnost, že 81 % světových zásob tohoto paliva se nalézá v 6 zemích, jsou to: USA Rusko, Čína, Indie, Austrálie, Jižní Afrika. Relativní láce uhlí je z pohledu dalšího vývoje málo motivující a nenutí k vyhledávání a užití nových technologií.

2.1.1 Cesty inovací Pro výzkum a vývoj využití uhlí při minimalizaci vlivů na životní prostředí byly vytipovány tři hlavní

cesty (obr.3): 1) Zdokonalení technologií, 2) CCS, 3) Integrace technologií.

Obr.4 Perspektivní technologie výroby

2.1.2 Zdokonalení technologiíKonvenční elektrárny spalující práškové uhlí a využívající fluidní lože se používají po mnoho

desetiletí. Provozní podmínky dnešních „subkritických“ cyklů se vyznačují teplotou páry 540°C při tlaku 16.5 MPa, jejich účinnost se pohybuje kolem 30%, některá moderní díla dosahují účinnosti 35-37%. Další zvyšování teploty páry a tlaku nad kritický bod páry, tzv. superkritická a ultra - superkritická nomenklatura se vyznačuje dalším zlepšování účinnosti. Tabulka 1 popisuje klasifikaci

Strana 6

1

elektráren tohoto typu. Jejich výhodou jsou nižší náklady na palivo a podstatné snížení emisí CO2, investiční náklady porovnatelné s tradičními díly a možnost integrace s technologií CCS.

Teplota TlakoC Mpa

Subkritický 538 17Superkritický 538 27

Ultra - superkritický 600 31Pokročilý USK 700 31

Subkritický 538 17Superkritický 540-566 25

Ultra - superkritický 580-620 27-28

Klasifikace

Clean Coal Technology Kanada

World Coal Institue

Zdroj

V provozu se nachází více než 500 superkritických elektráren a jejich účinnost je v průměru o 10 % vyšší než u tradičních řešení, elektřinu produkují s nároky na palivo nižšími o 1/3 a úměrně sníženími emisemi.

Je nutno dodat, že konstrukce zařízení musí unést příslušné teploty a tlaky, pro tyto účely se konstruují speciální materiály.

2.1.2.1 Zplyňování

Zplyňování fosilních paliv (uhlí, petrolejový koks, biomasa), které patří k perspektivním technologiím, spočívá na jejich částečné oxidaci, přičemž kromě dalších složek vzniká oxid uhelnatý (CO) a vodík. Výsledkem procesu je tzv. syntetický plyn.

Syntetický plyn má širší použití a může být konvertován na naftu, letecké palivo, metanol aj. Zde předpokládáme jeho spalování ve spalovací turbíně v kombinovaném cyklu (IGCC), který dosahuje účinnosti až 40-42 %; což představuje v porovnání s tradičním cyklem zlepšení účinnosti o 40 %. Pomocí procesu Water-Gas Shift (WGS) může být syntetický plyn rozdělen na složky, to je CO a H2 což usnadní přiřazení procesu CCS.

2.1.3 Zachytávání a ukládání CO2Pro budoucnost uhelných elektráren jsou důležité technologie CCS. V úvahu přicházejí tři

technologie: zachytávání CO2 před spalováním, po spalování a spalování v kyslíkové atmosféře, tzv. oxyfuel. Nejjednodušší je zachytávání CO2 po spalování, jelikož proces probíhá při plném výkonu. Náhrada vzduchu kyslíkem (oxyfuel) způsobuje, že výfukové plyny se vyznačují vysokou koncentrací CO2. Zachytávání před spalovacím procesem je vhodné pro kombinované cykly IGCC v kombinaci s metodou „water-gas shift“. Plyn, vstupující do spalovací turbíny je čistý vodík a ve spalovacím procesu produkuje vodní páru.

Některé vlády reagují na tlak veřejnosti investicemi do CCS, tyto představují celkem kolem 9.9 mld. dolarů. Přesto CCS není jediným řešením budoucnosti, tato bude spočívat na dalších technologiích jako zplyňování, oxyfuel, superkritické spalování, tlakové fluidní lože, „hybridizace“ uhlí a sluneční energie.

2.1.3.1 Oxyfuel

Spalování při náhradě vzduchu O2 produkuje výfukové plyny sestávající hlavně z CO2 a vody; předpokládá se vyloučení dusíku ze vstupujícího média. Vodní páry se kondenzují a CO2 je připravené pro proces zachytávání a ukládání. Proces je atraktivní s ohledem na jednoduchou integraci s CCS. Spalování za pomoci čistého kyslíku (>95 mol%) vede k velmi vysokým teplotám,

Strana 7

1

nevhodným pro konstrukci kotle, proto se oxidant ředí výfukovými plyny. Metoda produkuje o 75-80% výfukových plynů, než obvyklé spalování. Spalování pod kyslíkem je ve stadiu vývoje, ve světě se pracuje na několika pilotních a demonstračních projektech.

Základní nevýhodou procesu jsou vyšší investiční a provozní náklady, separace složek vzduchu a chlazení CO2 vyžadují další energii, takže celková účinnost je nižší. Komerční uplatnění vyžaduje další zdokonalování technologií.

2.1.4 Integrace technologií – konvenční technologie a OZ – uhlí a sluneční energieTechnologie OZ zatím nemohou plně uspokojit nároky na energii s ohledem na jejich obvykle

nízkou hustotu. Slibnou cestou je kombinace tradičních a nových energetických technologií, umožňující spolehlivost i dostatečný výkon. Jde zejména o kombinaci solárních elektráren na principu soustředění sluneční energie pomocí parabolických zrcadel s konvenčními. Sestava poskytuje páru o teplotě až 370 °C i více, která se vede do obvodů konvenční elektrárny, kde se s  využitím tradičních paliv pára přehřívá na obvyklou teplotu. Spotřeba doplňkového paliva se snižuje a snižují se i investiční náklady na solární elektrárnu.

Integrace konvenčních a solárních elektráren připadá v úvahu v oblastech s výbornými klimatickými podmínkami jako Austrálie, Nevada apod., kde se dá předpokládat 20-30 % slunečního svitu v průběhu roku.

2.2 PARAMETRY UDRŽITELNOSTI TECHNOLOGIE VÝROBY ELEKTŘINYK vyjádření vlivů výroby elektřiny alternativních výrobních technologií jsme vymezili 8 indikátorů

udržitelnosti, které v souhrnu vyjadřují jejich finanční, ekologickou, inženýrskou (technickou) a sociální udržitelnost /7/.

Náklady jsou na prvním místě úvah, zajištění finančních přínosů je klíčové pro udržitelnost rozvoje. V úvahu se bere účinnost energetických transformací, tato má přímý vliv na náklady a vyznačuje zralost procesu. Emise skleníkových plynů, včetně CO2 a metanu určují potenciál globálního oteplování a nyní se stávají klíčovým parametrem udržitelnosti. Emise dalších polutantů (SO2, NOx, CO, Pb, PM10 a O3) neuvažujeme s ohledem na možnost jejich řízení opatřeními energetické politiky. Důležité jsou nároky na vodu jako ukazatel, významný zvláště v některých oblastech světa, např. v Austrálii. Pohotovost a navazující omezení vyjadřují možnost zdroje poskytovat základní zatížení. S ohledem na to, že energetické technologie soutěží o území s bydlením, zemědělstvím a chráněnými oblastmi, nároky na území znamenají další důležitou stopu. Pod pojmem sociální vlivy máme na mysli přímé i nepřímé vlivy na zdraví a kvalitu života, které nejsou dostatečně vyjádřené dalšími kategoriemi.

Pro ocenění ukazatelů byl proveden extenzivní průzkum literatury. Oceňování zahrnuje celou dobu života každé jednotky, tam kde to přichází v úvahu na bázi jedné kWh.

2.2.1 Oceňování udržitelnostiA. Cena

Rozpětí průměrných cen jednotlivých technologií je vyjádřeno v dolarech USA/kWh za dobu života na obr. 1. Technologie biomasy jsou reprezentovány užitkovou biomasou a odpadem – biomasou RES.

Strana 8

1

Obr. 5 Ceny elektřiny podle jednotlivých technologií

Graf ponechávám bez komentáře, poukazuje rovněž na míru rozpětí cen. Upozorňujeme na logaritmické měřítko, které poněkud zkresluje přímý grafický názor.

B. Účinnost

Významným parametrem je účinnost konverze energie primárního paliva na elektřinu, která významně ovlivňuje cenu i udržitelnost výsledného produktu. Hodnoty uvedené v tabulce 1 jsou převzaty ze širokého okruhu literárních pramenů.

Technologie Rozsah účinnostiFotovoltaika 4 - 22 %

Vítr 23 - 45 %Vodní energie 90%

Geotermy 10 - 20 %Bimoasa 16 - 43 %

Plyn 45 - 53 %Uhlí 32 - 45 %

Jaderná energie 30 - 36 %

Tab.1 Účinnost výroby elektřiny jednotlivých technologií

Vodní energie se vyznačuje nejvyšší účinností, je násobkem hodnot, dosažitelných u dalších technologií. Zemní plyn je v celkové efektivnosti na druhém místě; rozdíly mezi ním a výrobou z uhlí a jaderné energie nejsou výrazné. Největší rozptyl účinností se týká solárních článků a souvisí s použitým typem od amorfních silikonových článků (nejnižší účinnost) až po krystalické (nejvyšší účinnost). Účinnost geotermálních jednotek závisí od teploty disponibilní geotermální energie.

C. Emise skleníkových plynů

Světová výroba elektřiny vyúsťuje v uvolnění přes 10 mld tun ekvivalentu CO2 do atmosféry a podílí se ze 40 % na celkových emisích k roku 2004. Od roku 1990 jde o nárůst 53 %. OZ se obecně pokládají za zdroj prostý emisí CO, avšak každý OZ není v tomto směru neutrální. Například ačkoliv větrné turbíny a solární články v provozu neemitují C O2, jejich výroba, výstavba, recyklování apod. jsou spojeny s určitými emisemi. Podobně se chovají zejména přehrady vodních elektráren, jsou však do jisté míry zdrojem metanu, vznikajícího při rozkladu organických látek. Výsledky hodnocení emisí

Strana 9

1

jednotlivých technologií v ekvivalentu CO2 zahrnuje obr.3, který byl sestrojen na základě hodnocení desítek literárních pramenů.

Obr. 6 Emise skleníkových plynů podle výrobních technologií

Nejnižší emise se týkají jaderné energie, tyto se týkají procesu přípravy a zpracování nukleárního paliva. Poznamenejme, že i zde lze zaznamenat značné rozdíly související se zvoleným procesem, nejnižší emise poskytuje proces difuse, nejvyšší obohacováním paliva odstřeďováním.

Velmi nízké emise poskytuje větrná energie, spalování residuí biomas a vodní energie; u biomasy emise souvisejí se sběrem a transportem biologických materiálů. Fotovoltaika a geotermální zdroje mají poměrně nízké emise. Nejvyšší hodnoty přísluší spalování zemního plynu a uhlí. (Referát vzájemné vztahy podrobněji analyzuje.)

D. Nároky na vodu

Dané hledisko je zvláště důležité v zemích se suchým klimatem, kde voda představuje vzácný a společensky drahocenný zdroj. Některé výrobní technologie vyžadují pro chlazení značná kvanta vody. Odhady podle jednotlivých literárních pramenů jsou uvedeny v tab. 2. Rozlišuje se spotřeba vody a její celkové užití. Spotřebou se označuje množství, které se např. vypaří a nemůže být vráceno k dalšímu užití, užitím (withdrawal) je celkové množství uplatněné v průběhu výrobního procesu a zahrnuje vodu s možností recyklování.

Larson aj. Trewin Younos aj.

Technologie UžitíFotovoltaika zanedbatené 0,01

Vítr 0,001Vodní energie 11 3,74 0,26 12 až 300 13,6

Geotermy 0,3 až 1,6 1,7Biomasa - odpad 3,2Biomasa- plodiny 34

Plyn 0,3 až 0,5 0,6 1,6 78Uhlí 0,3 až 0,5 1,5 14 až 28 1,6 78

Jaderná energie 31 až 75 1,8 107

Spotřeba vody /kg/kWh/

Inhaber

Tab. 2 Spotřeba a užití vody jednotlivých technologií podle autorů

Hodnoty spotřeby pod 1g/kWh se pokládají za zanedbatelné. Referát podrobně komentuje výše uvedenou tabulku, včetně rozdílů v ukazatelích podle jednotlivých pramenů.

E. Pohotovost

Fosilní paliva a jaderná energie mají konečné zásoby a jejich disponibilita omezuje možnou dobu využívání příslušných technologií. Některé současné odhady předpokládají dobu disponibility uhlí na 107, zemního plynu na 35 a uranu na 70 let.

Strana 10

1

(Poznámka zpracovatele: odhad zřejmě nepočítá s pokrokem v technologii využívání jaderného paliva.)

Vysokoteplotní geotermální zdroje jsou k disposici v cca 80 zemích a potenciálem cca 11±1,3 PWh/rok, avšak současně ekonomicky využitelný potenciál je nižší, pouze cca 8,1 PWh/rok, z čehož se v přítomnosti využívá 2,6 PWh/rok.

S ohledem na nekonzistentní povahu rychlosti větru větrná energie každé lokality je do jisté míry omezena. Výroba větrné energie není možná pod rychlostí větru 3-5 m/s a z bezpečnostních důvodů je nutno turbíny odstavit, jestliže tato přesáhne 20-25 m/s. Přesto IEA odhaduje potenciál větrných zdrojů na 40 cca PWh/rok.

Sluneční energie virtuálně nezná žádná omezení, zeměkoule zachytává roční toky solární energie ve výši cca 170 PW, zatím co roční spotřeba elektřiny celého světa r. 2007 činila 5,5 TW. Intenzita sluneční energie se však mění podle ročního období, zeměpisné šířky, počasí a denní doby. V příznivých podmínkách, např. v Austrálii činí denní radiace v průměru 5–6 kWh/m2/den a od léta do zimy se mění v poměru 2:1. V klimaticky chudších oblastech, např. Severní Evropě je to cca 2–3 kWh/m2/den a vyznačuje se větší sezónní proměnlivostí. Ideální oblastí solární energie jsou pouště s očekáváním cca 300 slunečních dnů/rok.

Odhaduje se, že globální potenciál elektřiny z biomas činí cca 200-270 EJ/rok, jiné odhady tuto hodnotu omezují na cca 100 EJ/rok; i poslední hodnota však reprezentuje cca 30% roční spotřeby roku 2004. Samotná residua cukrové třtiny by mohly poskytnout až 7,8 TW/rok. Biomasa se jeví jako zdroj nejvyšší disponibility a za slibné se považují všechny vyzkoušené technologie.

Potenciál vodní energie lze proměřovat ve stejných jednotkách jako její současnou výrobu, 3,2 PWh vyrobených r. 2009 činí cca 40 % jejího potenciálu.

G. Nároky na území

Nároky na území určují, jakou oblast vyžadují jednotlivé technologie při svém provozu, nevyjadřují však jak se toto území využívá nebo v důsledku energetické výroby znehodnocuje. Souhrnné nároky indikuje Tab. 3.

Technologie Gagnon /m2/kWh/ Fthenakis /m2/kWh/Fotovoltaika 0,045 0,0003

Vítr 0,072 0,0015Vodní energie 0,152 0,004

Geotermy 0,05 0,05Biomasa - plodiny 0,533 0,0125Biomasa- odpad 0,001

Plyn 0,0003Uhlí 0,004 0,0004

Jaderná energie 0,0005 0,00005

Tab.3 Nároky na území

Nejnižší nároky na území vyžaduje jaderná energie, ve vztahu k tomuto ukazateli se na druhém místě pohybuje elektřina z uhlí a zemního plynu. Ignoruje se však u posledních znehodnocení území. Nároky na území fotovoltaiky se jeví jako únosné, týkají se celkové nutné plochy, její potřeby lze redukovat využíváním budov a střech.

Větrná energie vyžaduje poměrně značné území, vlastní dílo však zajímá jen asi 1-10 % plochy, zbytek lze využít pro zemědělské účely, zatravnění apod. Nároky vodní energie jsou druhé nejvyšší zejména s ohledem na konstrukci přehrad. Nároky biomasy jsou extrémní a činí cca 4 násobek potřeb vodní energie.

Strana 11

1

H. Sociální vlivy

Výroba solárních článků se opírá o užití řady toxických, karciogenních, hořlavých a explosivních látek. S pokrokem technologií, výrobou stále tenčích článků se tato nebezpečí snižují, nadále však vyžadují minimální kontakt s člověkem a životním prostředím. Toxické substance se využívají rovněž v průběhu provozu, jsou to např. rozmrazovače, inhibitory koroze a těžké kovy, které se mohou vyluhovat mimo systém. Odraz světla může způsobit oční choroby. Solární farmy by se měly velmi pečlivě dislokovat v zájmu snížení konkurence se zemědělstvím, omezení erose a zhutňování půdy, redukci odpařování a porušení proudění povrchové a podzemní vody.

Hlavními vlivy větrné energie jsou hluk, vizuální rušení a působení na okolní ptactvo. Zdá se, že veřejnosti nejvíce vadí narušení vzhledu krajiny, méně závažným faktorem je hluk vyvolaný lopatkami turbin a vlastním agregátem. Mnohé větrné farmy zaznamenaly vliv na život ptactva a nebezpečí kontaktu s ním. Ve studiích by se měly respektovat trasy tahu ptactva; u dobře navržených konstrukcí nehrozí přímý kontakt.

Přehrady vodních elektráren zabezpečují regulaci vodních toků, slouží k zavlažování, k tvorbě rekreačních oblastí i ochraně okolních území, tvoří turistické atrakce. Nejméně žádoucím jejich vlivem je vymístění komunit z okolního území; původní obyvatelé změnu životních podmínek obtížně snášejí. Výstavba přehrad často má za následek i ztrátu archeologicky kulturálně cenných lokalit, i narušení schémata migrace vodních živočichů. Při nedostatečném dozoru nad kvalitou vody v přehradách může jít o ohrožení zdraví, zejména v tropických oblastech.

Geotermální výroba elektřiny je rovněž spjata s ekologickými vlivy, narušení okolního území, fyzikální vlivy, pokles půdy vlivem intenzivního odběru kapalných a plynných látek, hluk, tepelné emise a uvolnění ofenzivních chemických látek.

Klíčovým sociálním problémem biomas je konkurence s potravinami, její vyloučení znamená neprodukovat biomasu na půdách vhodných pro výrobu potravin. Kromě zemědělské půdy jsou pro produkci biomas důležité lesy. Těžba lesní hmoty je do jisté míry kompenzována vracením popele z dřevní hmoty, bohatého na minerální látky, avšak významná je související ztráta minerálních látek a dusíku. Veřejnost v této souvislosti znepokojuje ztráta biodiverzity, na straně druhé je podporováno využití přirozeného lesního odpadu. Je nutno dodat, že těžba lesní biomasy vykazuje trojnásobné nároky na podíl práce v porovnání s těžbou uhlí. Vyšší jsou též nároky na výstavbu, provoz a údržbu.

Sociální vlivy těžby uhlí, plynu a jaderných technologií jsou všeobecně známé. Těžba minerálních zdrojů se mnohdy odehrává v citlivém prostředí nedaleko komunit. Užití území dolováním je zpravidla invazivní, likviduje velké oblasti přirozené vegetace a lidská obydlí a vyžaduje po vytěžení nákladnou rehabilitaci. Může znamenat i nevratnou ztrátu archeologicky cenných lokalit. Emise tepelných elektráren jsou výrazně kontaminovány polutanty jako síra, NOx, CO, pevné částečky, těžké kovy a p. a rozptylují se po širokém okolí. Uhlí zpravidla obsahuje značné množství rtuti.

Jaderná energie ovlivňuje lidské komunity v průběhu těžby, mletí, dopravy, obohacování a výroby palivových článků, provozu elektráren a jejich odstavení, nekontrolovaných úniků, důlním odpadem i v důsledku slabého radiačního zatížení pracovníků, karciogenního efektu radioaktivní exposice apod. Někteří badatelé mluví o odhalení výskytu dětské leukémie, vyššího než přirozené pozadí v okolí jaderných elektráren.

Závěrečná poznámka zpracovatele: Referát obsahuje analýzu sociální přijatelnosti jednotlivých energetických technologií v Austrálii na základě odpovědí 282 respondentů. S ohledem na zcela rozdílné lokální podmínky výsledky nepokládáme za typické pro středoevropské poměry, kromě toho malý počet dotázaných výsledky průzkumu ani pro danou oblast nepokládáme za reprezentativní. Indikátory udržitelnosti jednotlivých energetických technologií pokládáme nicméně za zajímavé a prokazují, že stěží lze najít dokonalou energetickou technologii, která by byla ze všech projednávaných hledisek zcela přijatelná.

Strana 12

1

2.3 RENESANCE NEBO ZÁNIK JADERNÉ ENERGIE ?Ve světě se velmi široce diskutuje, zda jaderná energie prochází renesancí nebo zánikem a to

s ohledem na fakt, že jaderné technologie jsou rizikové a současně příznivé pro životní prostředí. Podle názoru autora nemáme lepší alternativu, než je právě jaderná energie. Za prvé v  porovnání s jinými alternativami je ekologicky udržitelná. Za druhé nachází se na úsvitu nové éry, nových projektů a technologií /13/.

2.3.1 ÚvodDiskuse o úloze jaderné energie ve světové energetice vyžaduje odpověď na několik otázek,

zejména jaký pokrok byl dosažen od doby, kdy byla uvedena do provozu první jaderná elektrárna a jak se v průběhu 40 let změnily možnosti jaderného palivového cyklu.

2.3.2 Oteplování a renesance jaderné energieSvět po podpisu Kjótského protokolu a po klimatické konferenci v Kodani podnikl řadu kroků

k omezování uhlíkatých emisí, dosud však žádný neplní očekávání. Za současnou situaci je odpovědné spalování fosilních paliv, jejichž užití ve světě převažuje a činí cca 66,6 % (z toho uhlí 40,8 %).

Vlastnosti jaderné energie, s podílem cca 14,7, % na světové výrobě přispívají k řešení současné situace, čímž se mj. vysvětluje renesance tohoto zdroje.

2.3.3 Kapacity jaderných elektrárenUveďme některé poznatky o světové jaderné energii. První jaderné elektrárny byly uvedeny do

provozu v 50tých letech, K dnešnímu dni se ve světě provozuje 436 jaderných elektráren ve 30 zemích světa s výkonem 372000 MWe, další desítky jsou ve výstavbě nebo připravují (30+90). Zkušenosti jaderné energetiky jsou značné a obnášejí 13000 reaktor-roků.

Rozložení výroby jaderných elektráren podle zemí na základě údajů roku 2007 je na obrázku 1.

Obr.7 Přehled světové výroby elektřiny JE

Celkový světový přehled jaderné energetiky a předpokládaného rozvoje je uveden v další tabulce; originál referátu uvádí podrobný přehled podle jednotlivých zemí.

Strana 13

1

Nároky na uranmld kWh % E Počet Mwe Počet Mwe Počet Mwe Počet Mwe tun

2601 15 436 372693 53 51114 142 156422 327 343000 68646

Objednáno / plánováno NavrhovánoVýroba elektřiny 2008 Provozované reaktory Reaktory ve výstavbě

Tab.1 Přehled ukazatelů světové jaderné energetiky

2.3.4 Minulost a současnost jaderných reaktorůAčkoli se v současnosti staví méně reaktorů než v sedmdesátých a osmdesátých letech minulého

století, dnešní produkují více elektřiny. Růst výroby JE v letech 2000-2006 činil 210 TWh, přestože jejich počet se nezvýšil a jejich výkon vzrostl pouze o 15 GWe. Zmíněný výsledek byl dosažen lepšími technickými parametry. V r. 2007 došlo k poklesu výroby v důsledku uzavření některých děl v SRN. Využití výkonu dnešních JE je velmi vysoké a je na hranici teoreticky dosažitelných hodnot.

V počátcích jaderné energetiky (1950-60) se stavěly tzv. reaktory první generace, které většinou využívaly přírodní uran a jako moderátor sloužil grafit. Ve většině případů dosloužily. Druhá generace JE už používá jako palivo obohacený uran a jsou moderované a chlazené vodou; vyskytují se díla se zvýšenou bezpečností. JE třetí generace se dosud provozují pouze v Japonsku, další jsou ve výstavbě nebo ve stadiu přípravy. Čtvrtá generace jaderných reaktorů je ve stadiu projektové přípravy a jejich provoz se očekává až k roku 2020. Budou zaměřeny na uzavřený palivový cyklus a budou spalovat aktinidy z vyhořelého paliva, v mnoha případech to budou, tzv. rychlé reaktory.

Více než 12 projektů jaderných reaktorů 3. generace je v rozdílném stadiu vývoje. Patří k nim projekty PWR, BWR a CANDU i některé náročnější typy. Zahrnují např. pokročilé varné reaktory (Advanced Boiling Water Reactor). Nejradikálnějším představitelem má být vysokoteplotní modulární reaktor (Pebble Bed Modular Reactor) chlazený heliem, které má přímo pohánět turbíny díla.

Většina reaktorů byla projektována na životnost 30-40 let, dalšími opatřeními (struktury, komponenty) lze však jejich životnost prodloužit. Celkový přehled provozovaných reaktorů podle zvolené technologie je v tab.

Typ reaktoru Země Počet GWe Palivo Chladivo ModerátorTlakovodní reaktor (PWR) US, Francie, Japonsko,

Rusko, Čína 265 251,6 obohacený UO2 voda voda

Varný reaktor (BWR) US, Japonsko, Švédsko 94 86,4 obohacený UO2 voda vodaTlakový těžkovodní reaktor CANDU

(PHWR) Kanada 44 24,3 přírodní UO2 těžká voda těžká voda

Plynem chlazený reaktor (AGR, MAGNOX) UK 18 10,8 přírodní UO2,

obohacený UO2 CO2 grafit

Lehkovodní grafitový reaktor (RBMK) Rusko 12 12,3 obohacený UO2 voda grafit

Rychlý reaktor (FBR) Japonsko, Francie, Rusko 4 1 PuO2 a UO2 tekutý sodík žádnýJiné Rusko 4 0,05 obohacený UO2 voda grafit

Celkem 441 386,45

Tab.2 Přehled reaktorů jaderných elektráren podle typu

Tabulka uvádí nejčastější typy reaktorů, jejich hlavní charakteristiky a rozsah jejich uplatnění.

Obraťme nyní pozornost k technologiím budoucnosti, na jejich zdokonalování se pracuje již více než 50 let.

Kolem 85 % reaktorů je odvozeno z typů, určených pro námořnictví. Třetí generace reaktorů má standardizované provedení a tím nižší náklady, jednodušší a robustnější provedení, zaručující jistější provoz a nižší zranitelnost, nižší možnost poruch, vedoucích k roztavení jádra reaktoru, vyšší odolnost proti důsledkům leteckého napadení, nižší nároky na palivo a méně jaderného odpadu.

Mnoho úsilí bylo vynaloženo na bázi společných projektů konsorcií, sdílením nákladů a prohloubením výsledků efektivním způsobem. Referát vyjmenovává 14 takových konsorcií z různých

Strana 14

1

zemí světa a jejich zaměření, mezi nimi Japonsko, USA, Kanada, Francie, Německo, Rusko, Jižní Korea, Jižní Afrika. Přehled pochází od Světové nukleární asociace (Word Nuclear Association).

Čtvrtá generace jaderných reaktorů se nachází ve fázi projektování, mohly by být k  disposici mezi roky 2020-2030. Mezinárodní tematická skupina (task force) vytipovala šest strategií jaderných reaktorů, které budou vesměs provozovány při teplotách vyšších, než dnešní konvenční reaktory. Většina se bude opírat o uzavřený palivový cyklus vyznačený vysokým využitím jaderného paliva a minimalizací odpadu, určeného k uložení. Tři z vyvíjených typů budou rychlé reaktory, jeden se označuje jako epitermálmí (rezonanční) a dva budou provozovány s využitím pomalých neutronů. Jednotkový výkon se předpokládá 150-1500 MWe (případně ekvivalentní tepelný výkon), připravuje se tzv. baterie, reaktor dlouhé životnosti 50-150 MWe, pracující bez výměny palivových kazet 15-20 let. Jsou určeny pro distribuovanou výrobu, příp. pro odsolování mořské vody. Jejich celkový přehled a předpokládané vlastnosti naleznete v originálu referátu.

2.3.5 Jaderný palivový cyklusStředobodem zájmu vývoje je kompletní palivový cyklus umožňující plné využití energie

přírodních jaderných surovin, včetně tzv. vyhořelého paliva konvenčních jaderných elektráren a to při minimalizaci zátěže životního prostředí. Pro úplnost pohledu uvádíme aspoň několik základních informací. I v tomto směru lze hovořit o představě současného palivového cyklu a palivového cyklu budoucnosti. Rámcová představa palivového cyklu je zobrazena na schématu. Referát se podrobněji zabývá možnostmi palivového cyklu na bázi implementace reaktorů CANDU v Kanadě.

Obr.8 Struktura palivového cyklu

Reaktory CANDU se vyznačují mimořádnou flexibilitou ve vztahu k použití v různých palivových cyklech. Jejich vlastností je vysoká neutronová ekonomika, výhodné uspořádání palivových kanálů, možnost výměny paliva za provozu a jednoduchý návrh palivových svazků. Díky tomu umožňují optimalizované využití různých druhů jaderného paliva. Společnost Atomic Energy of Canada Limited v současné době zkoumá možnosti synergie palivového cyklu reaktorů CANDU, moderovaných těžkou vodou, tradičními reaktory LWR a rychlými reaktory. Předpokládaný přechod k rychlým reaktorům by měl využít této možné synergie. Významná úloha se v této souvislosti přepokládá využití těžké vody. Rozpracovává se několik představ o budoucích jaderných palivových cyklech s množivými reaktory rozdílné míry reprodukce (breeding ratio) jaderného paliva.

Strana 15

1

2.4 TECHNOLOGIE VÝROBY V DALŠÍCH REFERÁTECH KONGRESU

Strategie tří pilířů skladby výrobní základny ES – Analýza /6/

Úspěšná skladba výroby vyžaduje zdroje s nízkými emisemi CO2, schopné reagovat na změny zatížení a s nejnižšími náklady. Práce předkládá analýzu optimální skladby technologií, které plní výše vyjmenované požadavky a vychází z energetického portfolia několika klíčových zemí.

Zachycování a ukládání uhlíku jak ústřední modul strategie udržitelného zásobování energií /8/

Udržitelné zásobování energií musí respektovat rovnocenné cíle ekonomické, ekologické a sociální slučitelnosti, je nezbytná rovnováha mezi stupněm plnění uvedených cílů. V oblasti ochrany životního prostředí je nutno volit přístupy nejméně nákladné, vývoj politiky ochrany klimatu je možný při použití všech opcí, efektivních z  pohledu nákladů. Technologii CCS pokládáme za přemostění k energetickému sektoru, založenému zcela na elektřině z OZ. Na této cestě OZ a energie z fosilních paliv s CCS se navzájem doplňují.

Technologické opce čistých uhelných technologií se zachycováním CO2 /9/

Současná úroveň (state-of-the-art) znalostí uhelných elektráren nabízí řešení o 20 % účinnější, než je průměr a je schopná snížit emise SO2, NOx a rtuti na ultra-nízkou úroveň. Hitachi vyvíjí celé portfolio čistých uhelných technologií, zaměřených na další zvýšení účinnosti, snížení emisí CO2 o 90 % a emise blízké nule, včetně ultra-kritických kotlů a turbin na 700 ºC, absorpci CO2 po spalování, spalování oxy-paliv a IGCC doplněné o CCS.

Vývoj výrobních zařízení tepelných elektráren nejvyšší (ultra high) účinnosti /10/

S cílem bránit globálnímu oteplování, pozornost je soustředěna na elektřinu z jaderných elektráren a OZ, větrné a solární elektrárny. Japonští dodavatelé elektřiny usilují o zvýšení podílu jaderné elektřiny a elektřiny z OZ na hodnotu vyšší 50 % výroby r. 2020. To ovšem znamená, že zbývající téměř polovina výroby bude nadále produkována na tepelných elektrárnách na fosilní paliva a bude hrát důležitou úlohu. Za těchto podmínek bude hrát v  Japonsku významnou roli další agresivní zdokonalování účinnosti výroby tepelných elektráren.

Jaderná energie pro Polsko: cíle, rámcový program a základní výzvy /11/

V lednu 2009 vláda Polska přijala resoluci o rozvoji jaderné energetiku v Polsku a uvedení do provozu první polské jaderné elektrárny v roce 2020. Rozhodnutí je v souladu s národní energetickou politikou, zaměřenou na změnu dosud převládající dominance uhelných elektráren a ohledem na rostoucí ekologické požadavky, zvláště na emise CO2. Článek charakterizuje rámcový program rozvoje jaderné energetiky se všemi výzvami, jimž bude Polsko čelit s ohledem na historickou skladbu výroby a problémy jaderné energetiky v osmdesátých letech.

Jaderná energie: Je jeho renesance reálná, nebo je to optický klam? /12/

V průběhu roku 2009, v polovině globální finanční a ekonomické krize, která započala r. 2008 a poté, co jaderná energetika zaznamenala v historii první dvouletý pokles instalovaného výkonu, IAEA revidovala své projekce budoucího rozvoje jaderné energetiky. Práce sumarizuje současný stav jaderné energetiky ve světě a stav všech etap nukleárního palivového cyklu. Shrnuje výhledy jaderné energetiky a významné trendy klíčových činitelů. Objasňuje důvody pro optimismus a rostoucí očekávání k budoucnosti sektoru, nicméně přiznává, že zde působí řada nejistot.

Jaderná energie na zelené louce pro Finsko /14/

Ve Finsku probíhá proces licencování nové jaderné energie. Projekt Fennovoim’s je jedinečný v několika směrech: (i) společnost vznikla teprve r. 2007, (ii) jeho vlastnická struktura zahrnuje mix energetických společností, energeticky náročný průmysl a mezinárodní zájem zprostředkovaný E.ON, (iii) má dvě alternativní lokality na zelené louce.

Technologie HTS – budoucí výroba elektřiny ostrovních větrných elektráren /15/

Projekt supravodivého generátoru se stává reálnou konkurenceschopnou alternativou budoucnosti. Toto pojetí bude nejvíce konkurenceschopné v systémech přímého pohonu a asi nejlépe bude plnit potřeby budoucích trhů – zvláště v případě ostrovních (off-shore) elektráren, kde se požadují výkony nad 10 MW. Nízká váha, vysoká spolehlivosti a velmi dobré chování v síti jsou hlavní výhody supravodivého generátoru a jsou spojeny s nízkými náklady.

Nové příležitosti pro optimalizaci solárních energetických systémů s koncentrací /16/

Článek popisuje očekávané trendy trhu pro solární elektrárny s koncentrací sluneční energie. Zvláštní pozornost se věnuje potenciální účinnosti několika rozdílných technologií, které by měly umožnit, aby tato díla mohla konkurovat elektrárnám na fosilní palivo.

Větrná energie: Trendy a možné technologie /17/

Práce se zabývá důležitostí ostrovních děl, projekty větrných farem a technologií větrných turbin, jakož i úlohou sensorů pro inteligentní sítě a budoucími trendy oboru.

Další generace technologie vodní energie: pohotová, ekonomická, rychle použitelná a minimálními vlivy /18/

Strana 16

1

Technologie turbiny s regenerací kinetické energie (Kinetic Energy Recovery Turbine – TREK) je inovativní technologií, která umožňuje konverzi kinetické energie vodních toků. Umožňuje využívání lokalit, které nemohou být z důvodů ekonomických, technických nebo ekologických využity pomocí konvenčních technologií (např. přehrad).

3 SOUSTAVY A SÍTĚElektrizační soustavy, přenosové a distribuční sítě mají v moderní společnosti nenahraditelnou

úlohu. Jejich úloha v blízké budoucnosti by se měla výrazně měnit, z prostředků přenosu a rozvodu elektřiny by se měly transformovat na živý organizmus vybavený centralizovanou i distribuovanou inteligencí, zaměřený na dokonalé využití energie disponibilní v každém okamžiku a dokonalé ekonomické sladění všech elementů soustav – od výroby, přenos, rozvod, akumulaci až po spotřebu.

3.1 NOVÁ EPOCHA ELEKTŘINYDruhá polovina 19. století bylo érou pionýrů elektřiny, objevu dynamo-elektrického principu,

žárovky, střídavého proudu, přenosu elektřiny na dálku. Rokem 1890 započala éra elektrizace.

Dnes, o 120 let později, jsme na prahu druhé pionýrské epochy elektrotechniky. V budoucnosti bude elektřina představovat vše zahrnující energetický zdroj daleko více, než kdy v minulosti. Elektřina je dokonalým energetickým nosičem, umožňuje vyrábět ji způsobem mimořádně příznivým pro životní prostředí a přenášet při vysoké účinnosti na velké vzdálenosti, a konečnou spotřebu s podstatně vyšší účinnosti, než dovolují fosilní paliva. Z toho vyplývá myšlenka postupného přechodu k udržitelným energetickým soustavám, 2009 je rokem, v němž se tato transformace stává jasnější /24/.

3.1.1 Nová epocha energetiky Udržitelný energetický systém je charakterizovaný pečlivou bilancí mezi ekologickou přijatelností,

ekonomikou a bezpečností zásobování. Technologie pro udržitelný systém existují, jde jen o jejich aplikaci, například o dosažení účinnosti všech bodu řetězce energetických transformací, od elektráren, přes přenos a rozvod až po spotřebu v budovách, průmyslu a dopravě.

Obr.1 porovnává základní charakteristiky elektrizačních soustav minulosti, posledních dnů a nastávajícího období.

Obr.9 Vývoj energetických soustav a jejich hlavních charakteristik

Očekávají se významné změny skladby výrobní základny ES, mj. rostoucí míra uplatnění obnovitelných zdrojů (OZ). Podle projekcí společností Siemens k roku 2030 můžeme předpokládat 13 krát více elektřiny z větrných elektráren a dokonce 140 krát více z elektráren solárních než jsme měli

Strana 17

1

kolem r. 2008. Tento trend v posledních letech roste. Současně poroste výroba elektřiny s minimálními emisemi CO2.

Evropská asociace větrné energie (European Wind Energy Association - EWEA1) odhaduje nárůst kapacit v EU27 na 300-350 GW k r. 2030. Větrné turbíny se budou stavět i ve vnitrozemí, hlavně však mimo pobřeží na moři. V obou případech bude nutno transportovat značné objemy elektřiny na velké vzdálenosti, což předpokládá stejnosměrné přenosy HVDC. V Číně buduje Siemens elektrickou dálnici nejvyšší kapacity, která na vzdálenost 1400 km bude přenášet výkon 5000 MW z vodních elektráren z vnitrozemí do ostrovních oblastí s minimálními ztrátami. Realizace bude poprvé používat dosud maximální napětí +/- 800 kV. Očekává se možnost výstavby ss vedení až při napětí +/- 1000 kV s minimálními ztrátami, cca 3-4 %/1000 km.

Obr.10 Ukazatelé očekávaného vývoje energetiky

Masivní expanze větrných a solárních elektráren je ovšem spojena s fluktuací výkonu což v přítomnosti ztěžuje jejich uplatnění v současné struktuře infrastruktury. V mnoha oblastech je potom obtížné dosáhnout uspokojivé bilance mezi výrobou a zatížením a generátory se musí odpojovat, aby se nenarušila stabilita sítě. Dalším důsledkem je volatilita cen na spotových trzích, tyto dosahují velmi nízkých i záporných hodnot při výskytu silných větrů a nízkého zatížení. Dnešní sítě tak jsou na hranicích možného uplatnění elektráren s fluktuací výkonu; nejednou byly zaznamenány i záporné ceny elektřiny, např. European Energy Exchange EEX v Lipsku zaznamenal v průběhu 2009 až 18 negativních spotových cen v důsledku přebytku výroby OZ a nedostatečné pružnosti konvenčních elektráren. V říjnu 2009 nákupní cena elektřiny dosáhla dokonce - 500 €/MWh.

IEA odhaduje potřebu investic do sítí k r. 2030 ve výši až 6.5 trilionu US$. Tyto investice budou určeny především pro dálkové přenosy elektřiny mezi centry výroby a spotřeby. Slibnou myšlenkou je projekt DESERTEC, který se týká OZ v Severní Africe a na Středním Východu. Pro realizaci myšlenky bylo r. 2009 vytvořeno průmyslové konsorcium DESERTEC Industrial Initiative – DII).

Poznámka: DESERTEC je velkorysý plán na výstavbu celé sítě solárních a větrných elektráren, který by využívaly sluneční energii pouští na severu Afriky. Předpokládané náklady projektu se odhadují na 400 miliard eur a zájem o účast v něm projevila řada firem např. z Německa (E.ON, RWE, Siemens nebo Deutsche Bank), Španělska, Itálie, Francie, Maroka nebo Tuniska.[1] Cílem projektu je osadit asi 17 tisíc km² Sahary v severní Africe a pouště na Arabském poloostrově solárními elektrárnami. Do roku 2050 by mohlo pokrýt asi 15 % evropské spotřeby elektřiny. Saharské elektrárny se mají stát významnou součástí budoucí evropské energetické distribuční „supersítě" pro obnovitelnou energii.

Bude nezbytné s ohledem na nové výzvy adaptovat i strukturu distribučních sítí. Jednosměrný charakter toků sítě bude nutno změnit na obousměrný. To si vyžádá zvýšenou inteligenci sítí speciálně na distribuční úrovni, jinak řečeno tzv. Smart Grid. Nebude nadále platit někdejší „výroba sleduje zatížení“. Fluktuace výroby si vyžádají opačnou relaci „zatížení sleduje výrobu“.

Strana 18

1

Konvenční výroba elektřiny na bázi uhlí a jaderné energie bude pokračovat a bude hrát důležitou roli v energetické bilanci a spolehlivém zásobování v budoucnosti. Bude však nezbytné, aby elektrárny na fosilní palivo emitovaly méně CO2. Očekává se vyšší provozní účinnost, efektivní zachycování a ukládání CO2 (CCS). Příklad: Siemens buduje pro E.ON AG v Irschingu (Germany) dílo s kombinovanou výrobu 570 MW s účinností přes 60%, bude to první dílo tohoto druhu, které ušetří ročně 40,000 tun emisí CO2.

S ohledem na rostoucí podíl OZ s fluktuací výkonu se změní nároky na konvenční elektrárny, tyto by měly být schopny pružnější reagovat a operativně snižovat a zvyšovat svůj výkon. Více flexibility si vyžádá i strana spotřeby a plnění zásady „zatížení sleduje výrobu“.

Pro udržitelné elektrizační soustavy tak nabývají kritické důležitosti inteligentní sítě a související komplexní mechanismy. Struktura inteligentního systému zahrnuje OZ, domácí a průmyslové aplikace a elektrická vozidla. Elektrická infrastruktura v propojení s infrastrukturou IT vytváří výslednou inteligentní síť. První vzorové oblasti a pilotní projekty, sledující tento koncept se vyskytují po celém světě. Příkladem může být výzkumný projekt EcoGrid ostrova Bornholm v Dánsku, který má simulovat autonomní soustavu zaměřenou na udržitelnost.

S ohledem na požadavek vysoké výkonnosti IT v energetických soustavách je nutno nabídnout zákazníkovi nová řešení a jednoduchý management. Ty by měly nabídnout inteligentní elektroměry - Smart Meters nebo různé komunikační kanály, případně obojí. Tato služba, Sítě automatizace domácností (Home Automation Networks” - HAN) nebo Domácí manažer (“Home Manager”) může poskytnout další služby v oblasti TV, telefonu, reklamy, náboru, obchodování, monitorování, sociálních sítí apod. Použití komunikačních kanálů umožní spotřebiteli dálkový přístup pomocí telefonu k jeho účtu za energii, včetně jeho aktivního ovlivnění. To neznamená pouze zajištění zásobování energií, ale také optimální využití případné vlastní výroby, její nabídky nebo výměny. Spotřebitel (consumer) se stává kombinací dodavatele a spotřebitele (“prosumer” – slovní hříčka).

Elektrickou mobilitu je nutno také vidět v tomto kontextu. Především bude nutno elektromobily zásobovat elektřinou napříč celým územím na stejné úrovni disponibility, kvality a cen. Klíčovou otázkou je podpora interoperability infrastruktury nabíjení, její pohotovosti on-line a koordinace se distribuční sítí s cílem vyloučit její případné přetížení. První výsledky pilotního projektu mezi Vattenfall a BMW nebo RWE a Siemens ukazují na významný zájem veřejnosti, zejména v městských aglomeracích. V Číně započala elektrizace dopravy u dvoustopých vozidel prodejem už cca 60 mil. elektrických kol (E-bikes) a tento trend narůstá. Jejich velkou výhodou je, že jsou rychlé a poměrně imunní proti dopravním zácpám např. ve městech jako Beijing a Shanghai. Jejich baterie, dosud olověné, lze rychle nabít např. v kanceláři a připravit na cestu domů.

V souhrnu budoucnost elektrizačních soustav lze charakterizovat rostoucí komplexitou a rostoucími nároky na elektřinu a decentralizovanou výrobu. Naznačené principy inteligence, od výroby přes síť po spotřebu a související smart grid technologie dovolí vytvořit udržitelné integrované soustavy a dospět k nové epoše elektřiny.

3.2 OBNOVA INFRASTRUKTURY PŘENOSU & ROZVODU K DOSAŽENÍ CÍLŮ EU 2020

Článek /25/ je výsledkem spolupráce mezi T&D Europe (The European Association of the Electricity Transmission and Distribution Equipment and Services Industry) a Electrical Engineering Department university v Ženevě. Poskytuje vědeckou analýzu otázky, do jaké míry mohou moderní výrobky a systémy elektrotechnického průmyslu přispět k úsilí EU o omezení změn klimatu. Ke kvantifikaci ekologického přínosu byla navržena metodologie, která vyjadřuje růst účinnosti a omezení emisí CO2 a vede k širšímu využití OZ a zvýšení kvality elektřiny pomocí obnovy infrastruktury přenos / rozvod.

Strana 19

1

3.2.1 ÚvodV prosinci 2008 bylo odsouhlaseno společné úsilí Evropy v energetice a ekologii, zaměřené na

ochranu proti změnám klimatu, známé jako „trojí 20“, usilující o zesílení doporučení Kjótského protokolu. Jde o 20 %ní snížení emisí skleníkových plynů, snížení spotřeby energie o 20 % energetickými úsporami a dosažení cíle EU na dosažení podílu 20 % OZ do roku 2020.

Infrastruktura přenosu a rozvodu je přímo či nepřímo zapojena do efektivního užití energie. Související cíle by měly být zaměřeny na

náhradu / zdokonalení komponent elektroenergetiky,

rozšíření systémů měření, monitorování a řízení oblastí (WAMS/WACS), zdokonalení komunikačních systémů ochrany a řízení,

zvýšení úrovně napětí,

instalaci zařízení na ochranu kvality distribučních sítí,

podporu přenosových vedení VHDC

použití pružných přenosových prvků FACTS.

Referát navrhuje metodologii hodnocení vlivu zmíněných akcí na sítě ve vztahu k přínosům „tří 20“ energetické politiky. Je zaměřena na použití indexů chování a na definici ověřovací sítě (“test networks”), které může být použita jako základ k posouzení očekávaných přínosů. Předkládá se procedura pro určení a porovnání kvantitativních efektů jednotlivých opatření.

3.2.2 Indexy chování k posouzení stavu technologiíJak bylo uvedeno, cíle EU zahrnují efektivnost, environmentální kompatibilitu a zdokonalené

uplatnění OZ. Tyto cíle lze integrovat do jediného doplňkového ukazatele, kvality služby.

Indexy chování lze definovat mnoha způsoby. Tím prvním je „krátkodobé vyjádření“, na základě zisku elektrického výkonu zavedením moderní technologie. Druhý „integrovaný“ způsob vyjadřuje zisk energie, který lze konvertovat na ekonomické vyjádření, např. dobu splatnosti; s tím souvisí i odhad investičních nákladů na zavedení nové technologie. Třetí přístup má pravděpodobnostní charakter a opírá se o dynamické indexy chování. Ucelené hodnocení se opírá o všechny tři způsoby.

3.2.2.1 Indexy efektivnosti / účinnosti

Energetická efektivnost se může týkat celého energetického řetězce od prvotního zdroje, přes konverzi až po finální spotřebu. V širokém slova smyslu je závislá na lokalizaci a disponibility prvotního zdroje a jeho nákladů. Zahrnuje proces konverze, to je výroby elektřiny, její užití i přepravy energie, to je zachycení vznikajících ztrát. Index energetické efektivnosti / účinnosti lze formulovat jako „normalizovaná hodnota ztrát v sítích, odpovídající nárokům na spotřebu“.

Analytické hodnocení ztrát vyžaduje model ustáleného stavu.

3.2.2.2 Index omezení emisí

Problematika environmentální kompatibility se většinou vztahuje k emisím, generovaným při výrobě elektřiny. K hodnocení je vhodný model, který byl zmíněn v předchozím s tím, že byly současně vyjádřeny emise související s určitou výrobou elektřiny. Index omezení emisí pak může být vyjádřen jako „Celkové normalizované emise soustavy vztažené k celkové spotřebě“.

Strana 20

1

3.2.2.3 Index penetrace OZ

K definici indexu penetrace OZ je opět vhodný model ustáleného stavu, schopný reprezentovat distribuovanou výrobu. Přítomnost OZ v soustavě představuje nové nároky na infrastrukturu i řízení soustavy. Cílem je mj. vyjádřit vliv distribuované výroby na ztráty. Jako index penetrace OZ lze doporučit „Celková výroba OZ vztažená k normalizované souhrnné spotřebě“.

3.2.2.4 Index kvality ustáleného stavu

Elektrizační soustava dokonale plní své úkoly, nacházejí-li se provozní parametry komponent (uzlová napětí, zatížení větví) v mezích stanovených výrobcem zařízení. Odchylky od těchto hodnot znamenají sníženou kvalitu chování. Indexy kvality ustáleného stavu se většinou opírají o hodnoty napětí, povětšinou se připouští odchylka 5 %. Hodnocení podmínek vyžaduje výpočty toků výkonů. Většina výpočetních programů pouze zaznamenává ve výstupních sestavách případné odchylky, je žádoucí, aby v případě větších odchylek byly provedeny zásahy do provozu s cílem jejich odstranění.

Index kvality ustáleného stavu s ohledem na předchozí může být definován jako „Úhrn nepřípustných odchylek od stanovených uzlových napětí a proudových profilů větví“. Vyžaduje se zdokonalený systém optimalizace toků výkonů, přičemž účelovou funkcí je součet odchylek uzlových napětí a/nebo proudů ve větvích od hodnot ideálního pracovního scénáře.

3.2.2.5 Index kvality harmonického průběhu

Průběh střídavého napětí musí respektovat požadavky na kvalitu tvaru a má být blízký tzv. harmonickému tvaru vlny, nepřiměřené tvarové zkreslení (obsah vyšších harmonických) může narušit funkci citlivých zařízení konečné spotřeby. Různé konvertory a nelineární komponenty sítě zvláště na distribuční úrovni ovlivňují tvar vlny; odchylku od ideálního průběhu vyjadřuje tzv. činitel harmonického zkreslení (Harmonic Distortion Factors - HDF), který se přiřazuje k uzlovým napětím a průběhu proudu ve větvích. Základní myšlenkou je definice limitu harmonického zkreslení uzlových napětí a proudu ve větvích.

Současný stav technologií (state-of-the-art) vyžaduje formulaci modelu a výpočty harmonického zkreslení v modifikovaných distribučních soustavách.

Stávajícím doporučením odpovídajícího indexu je „Celkový činitel průměrného harmonického zkreslení sítě, nebo jeho odchylky“.

Poznámka: Zpravodaj je skeptický k možnosti výpočtů činitele harmonického zkreslení v elektrizačních soustavách, jelikož tyto jsou podmíněny podrobnou znalostí charakteristik elektrických obvodů, které soustavu zatěžují. Dodejme, že hlavní příčinou vzniku harmonického zkreslení jsou především nelinearity zátěže, které nejčastěji jsou způsobovány feromagnetickými obvody elektrických strojů. U ferromagnetických materiálů je to především nelineární závislost magnetické indukce B na intenzitě magnetického pole H. Dalším zdrojem harmonického zkreslení síťového napětí a proudu jsou např. nízkotlaké a vysokotlaké výboje, které se využívají ve světelných zdrojích a obvody výkonové elektroniky (tyristory, triaky apod.).

3.2.2.6 Index dynamické kvality přenosu

K možnosti vyjádření dynamické kvality přenosu jsou nezbytné dynamické modely soustavy, umožňující vyšetřit chování soustavy při definici souboru myslitelných poruch a pravděpodobnost jejího návratu do ustáleného provozního stavu.

Odpovídající index může být definován jako „Kumulativní blízkost provozních parametrů sítě k počáteční prahové úrovni distančních ochran (napětí, proudu a fázového úhlu) a relé pro odlehčování soustavy“.

3.2.2.7 Index dynamické kvality rozvodu

Navrhuje se následující znění indexu:

Strana 21

1

„Kumulativní blízkost k ideálnímu tvaru napětí a proudu (v případě strmých odchylek)“ resp. pro případ přerušení dodávky: „Kumulativní hodnota nedodané energie“.

3.2.3 Ověřovací sítěV ověřovací síti je nutno zobrazit všechny základní komponenty jako velké elektrárny,

distribuovaná výroba, OZ, distribuční transformátory, velká koncentrovaná průmyslová zatížení, distribuované zatížení sídlišť apod. Vzory lze najít v literatuře.

Referát uvádí řadu doporučení pro výběr modelů k řešení poměrů v ověřovací síti, včetně možnosti zobrazení soudobých komponent.

3.2.4 Porovnávací proceduraNa sérii výpočtů, vedoucích k vyčíslení indexů kvality předpokládané sítě navazuje porovnávací

(komparativní) procedura, které má umožnit porovnávání variant rozvoje, resp. zdokonalování sítě z pohledu souhrnu vlastností.

Porovnávání se odvíjí z referenčního scénáře a ze souhrnného hodnocení indexů chování jako váženého průměru jednotlivých indexů, na které navazuje analogické hodnocení možných a předpokládaných opatření a jejich souhrnného indexu chování.

Referát v tabulkové formě hodnotí přímé a nepřímé účinky jednotlivých možných opatření, to je náhrady resp. zdokonalení elementů sítí, zdokonalení prostředků ochran a řízení, zvýšení hladiny napětí sítí, instalaci zařízení na zvýšení kvality distribučních sítí, použití vedení HVDC a jednotek FACTS.

Výsledy hodnocení vlivu jednotlivých opatření pro konkrétní soustavu lze účelně vyjádřit pomocí tzv. pavoučích diagramů, umožňujících kvalitativní ocenění jednotlivých zásahů.

Jako ilustraci uvádíme v obr. 1 pavoučí diagram náhrady některých významných prvků soustavy a jejího vlivu na jednotlivé ukazatele kvality. Výsledkem je především zvýšení účinnosti využití zdrojů a zvýšení kvality provozu v ustáleném stavu. Rozlišují se přímé a nepřímé účinky opatření.

Obr.11 Důsledky náhrady / rekonstrukce některých prvků soustavy

Pro porovnání uvádíme na obr. 2 další ilustraci, důsledky vyzbrojení sítě o přenos HVDC, který umožňuje efektivní ovlivňování rozdělení toků výkonů. Přínosem opatření je především zvýšení dynamické kvality přenosu a rozvodu.

Strana 22

1

Obr.12 Důsledky posílení sítě o přenos HVDCPoznámka: Pavoučí (spider) sémantický diagram je typ grafického organizátoru k posouzení několika aspektů určitého

tématu, dovolující lepší orientaci ve zkoumané problematice. Dovoluje posoudit, které proměnné (vlivy) jsou dominantní z hlediska daného pozorování, které případy jsou navzájem blízké, které jsou nevýznamné.

3.3 ELEKTRICKÉ SÍTĚ A SOUSTAVY V DALŠÍCH REFERÁTECH HVDC – klíčové řešení budoucích přenosových soustav /19/

Klíčovou technologií transformace elektrických sítí, spočívajících na udržitelné výrobě jsou přenosy HVDC s novými aplikacemi. Zahrnují propojení vzdálených větrných farem a posílení současných střídavých sítí. Kromě toho umožňují tradiční aplikace jako tvorbu páteřních sítí a mezinárodních propojení. Technologie je už k disposici i pro regionální sítě s omezeným počtem uzlů a komerční projekty. Pro extensivní sítě jejich rozvoj a verifikace probíhá současně s  tvorbou průmyslových norem v orgánech jako ENTSO-E and CIGRE.

Projekt FENIX – Nová éra elektrisace s optimální integrací decentralizovaných zdrojů elektřiny /20/

Očekává se, že decentralizované zdroje (Decentralized Energy Resources - DERs) budou hrát významnou roli v budoucích scénářích elektroenergetiky. Dnešní princip připojování „připoj a zapomeň“ (plug and forget) OZ má za cíl maximalizovat transfer činného výkonu, aniž by se využívaly jejich skutečné možnosti. Příspěvek popisuje výsledky demonstračního projektu instalace DER ve velké distribuční oblasti s použitím pro denní trh, podporu kmitočtu a napětí přenosové soustavy, podporu napětí specifických částí distribuce a napáječů a pro zlepšení stability ve stavech ohrožení.

Rozvoj přeshraničních přenosových vedení v Polsku a jejich význam pro energetický trh Středně-východní Evropy /21/

Publikace popisuje stávající přeshraniční přenosová vedení, spojující Polsko se sousedními zeměmi a jejich využití v současně používaných podmínkách zpřístupňování přenosových kapacit. Prezentují se výhledy a možné opce přeshraničních propojení a to s ohledem na jejich úlohu v integraci Evropského trhu s elektřinou se sousedními zeměmi, včetně ne-členů EU. Diskutuje se úloha plánovaných propojení v řešení energetických problémů Střední Evropy a evropské strategie snižování emisí CO2, související s výrobou elektřiny.

Vysoce efektivní řešení chytrého páteřního přenosu „zelené energie“ /22/

Ekologická omezení, minimalizace ztrát a snižování emisí CO2 hrají v budoucnosti rostoucí úlohu. Bezpečnost a udržitelnost zásobování elektřinou jakož i ekonomická efektivnost vyžadují aplikaci pokročilých technologií. Očekávání mohou plnit prostředky jako vedení HVDC (High Voltage Direct Current) a FACTS (Flexible AC Transmission Systems). Poskytují soustavě vlastnosti nezbytné pro odstranění technických problémů, účinně zvyšují přenosovou kapacitu a stabilitu a pomáhají v prevenci kaskádních poruch. Jsou nezbytné i pro přístup OZ jako elektrárny vodní, větrné a sluneční k sítím.

Použití FACTS pro zlepšenou pružnost a účinnost přenosových a distribučních sítí /23/

Práce demonstruje, jak použití jednotek FACTS zvyšuje flexibilitu přenosu a distribuce elektřiny zvýšením kapacity přenosových tras a integrací OZ. Příklady zahrnují jednotky SVC 69 kV pro stabilizaci sítí ve spojitosti s  vysokou penetrací větrné energie, sériovou kompensaci pro vyvedení energie největší větrných instalací US, použití SVC ke zvýšení spolehlivosti a snížení úzkých profilů výrazně zatíženého koridoru a tyristorově řízenou sériovou kompensaci ke zlepšení dynamické stability a přenosové schopnosti mezisystémového propojení. Uvádějí se některé aplikace dynamické akumulace energie.

Inteligentní systémy budoucnosti /26/

V budoucích energetických soustavách bez fosilních paliv by měly sehrát vůdčí úlohu vysoce účinné technologie konečné spotřeby, významně propojené na inteligentní energetické systémy zásobování. Měly by řešit problémy klimatických změn i ekonomického rozvoje. To volá po pružných a inteligentních energetických infrastrukturách, které mohou efektivně akumulovat značné objemy kolísavé obnovitelné energie a dovolit interakci konečného spotřebitele pomocí vyspělých systémů ICT. Druhou

Strana 23

1

významnou charakteristikou inteligentní integrace je veškerý sektor dopravy. Třetí klíčovou oblast tvoří pokročilé prostředky akumulace energie a zavádění super-sítí.

3.4 AKUMULACE ENERGIE Alternativy k elektřině pro přenos a roční vyrovnání – Akumulace pro různorodé a vázané (stranded) obnovitelné

zdroje: vodík a čpavek /27/

Většina nejbohatších obnovitelných energetických zdrojů světa na velkém území a ve vysoké intenzitě má vázaný charakter: jsou daleko od konečného spotřebitele s neadekvátními nebo neexistujícími prostředky pro vyvedení a přenos. Nové přenosové soustavy, určené pro OZ, trpí nízkým využitím. Akumulace elektřiny nemůže vyrovnat velké OZ v ročním měřítku, ale může přispět v kratším časovém období. Plynný vodík a bezvodý čpavek mohou představovat atraktivní alternativy media pro akumulaci energie.

Decentralizovaná a přímá solární výroba vodíku: vstříc k vodíkové ekonomice v regionu MENA /28/

Vodík má beze sporu určité výhody navzdory vysokým nákladům a nízké účinnosti v porovnání s jinými energetickými směry. Sluneční energie je hojná, představuje čistý a obnovitelný zdroj, konkurenceschopný v ohřevu vody s fosilními palivy bez jakékoliv podpory. Demonstrují se foto-elektrochemické, termo-chemické a foto-biologické procesy produkce vodíku, vhodné pro akumulaci energie v době přebytku výkonu OZ.

3.5 SPOTŘEBA ELEKTŘINYProjektování pokročilých solárních příbytků, zaměřených na nulovou roční netto spotřebu energie v Kanadě /29/

Referát poskytuje přehled projektů tří udržitelných příbytků a s nízkou nebo nulovou čistou spotřebou elektřiny. Jejich hlavní vlastnosti zahrnují: 1. pasivní solární instalaci s přímým ziskem, s důrazem na využití distribuované tepelné energie v obkladu jižně orientované fasády přízemí; 2. fotovoltaický systém integrovaný do budovy; 3. dvojstupňové tepelné čerpadlo k vytápění / chlazení s odběrem tepla z půdy nebo vzduchu a s akumulací tepla; 4. podlahové vytápění integrované do hmoty podlah v zóně přímého zisku; 5. vícestupňový programovatelný termostat.

Tepelná čerpadla: Synergie vysoké účinnosti a nízko-uhlíkové elektřiny /30/

Tepelná čerpadla vyvolávají s ohledem na svou vysokou účinnost širokou pozornost a využívání nevyčerpatelného a obnovitelného tepla z okolí. S ohledem na jejich rychlé zdokonalování mají obrovský potenciál snižování emisí CO2 při náhradě dnes běžných topných systémů na fosilní palivo v domácnostech, v komerčním i průmyslovém sektoru.

Akumulace tepelné energie pro účinnější domácí spotřebiče /31/

Rostoucí energetická účinnost domácích spotřebičů by mohla významně přispět ke snížení spotřeby energie v bytově-komunální sféře. V  referátu se diskutuje možnost využití odpadního tepla myček nádobí a chladniček v materiálech změny skupenství (PCM) a popisuje se jejich vývoj pro tyto účely.

Hodnocení vlivu energeticky efektivních domácích spotřebičů na spotřebu elektřiny v bytově-komunálním sektoru Brazílie /32/

V mnoha zemích představuje bytově-komunální sektor kolem 20% spotřeby elektřiny, což vyvolává zájem o energetické úspory. Hlavním, cílem této práce je hodnocení vlivu energeticky efektivních domácích spotřebičů na spotřebu elektřiny v bytově-komunálním sektoru Brazílie.

Inteligentní distribuční boxy, kompletní energetický management /33/

Současné aplikace DMS (demand side management) mění konvenční domácí spotřebiče na „inteligentní“ (smart) za podpory funkcí samočinné reakce na zatížení (auto demand response function). V této práci se popisuje nová koncepce a příklad využití tzv. inteligentního distribučního boxu (Smart Distribution Box), určeného pro ucelený energetický a výkonový management.

Korejské plány 1-watt, "Standby Korea 2010" /34/

Korea oznámila, že pohotovostní odběr veškeré elektroniky se má rokem 2010 snížit na 1W. Ministerstvo ekonomiky a Korejská energetická korporace managementu ustanovily "Standby Korea 2010", což je cestovní plán omezení pohotovostního odběru.

Rozvoj efektivních urbanistických energetických soustav použitím mikro-sítí /35/

Elektrická vozidla a baterie budou komplikovat provoz utilit a provozovaných sítí. Jedním z možných řešení jsou mikro-sítě v autonomním prostředí elektroenergetiky, které operují v rámci větších sítí elektrických utilit a jejich řídicích systémů. Mikro-sítě přizpůsobují lokální výrobu lokální spotřebě, koordinují s centrální utilitou krytí přírůstků spotřeby a předávají přebytečnou výrobu na okolní mikro-sítě.

Strana 24

1

3.6 ŘÍZENÍ PROVOZU ELEKTRIZAČNÍ SOUSTAVYKomplexní management energetického dispečinku s využitím techniky optimalizace /36/

Moderní energetické systémy jsou často mimořádně komplexní s ohledem na skladbu výrobní základny, akumulaci, přenos a přístup k trhům. Naznačená komplexita způsobuje náročnost provozování systémů a to s ohledem na vzájemnou závislost systémových komponent. V důsledku se nyní používají rozsáhlé simulační a optimalizační metody jako např. Systémy podpory rozhodování (Decision Support Systems).

Užití elektrických vozidel jako možného bilančního nástroje /37/

Střednědobě i dlouhodobě můžeme předpokládat masívní zavádění elektrických vozidel. Připojování těchto vozidel do sítí umožňuje, aby poskytovaly doplňkové služby pro elektrizační soustavu. Analyzují se odpovídající možnosti v Belgii, předpokládá se možnost připojení 1 mil vozidel k belgickým sítím. Na základě výsledků simulace můžeme předpokládat příspěvek elektrických vozidel k nárokům na celou primární a sekundární zálohu a část zálohy terciární.

3.7 MODELY A METODY K ŘEŠENÍ ROZVOJE ENERGETIKYTvorba indexů bezpečnosti a matice rozhodování, kvantitativní kriteria /38/

Energetická bezpečnost se stává významnou složkou energetické politiky i ve vztahu k rostoucímu počtu případů jurisdikce a to s ohledem na volatilitu energetických trhů a výrobní problémy, jimž čelí někteří výrobci. Práce popisuje metodu, používající matici rozhodování, vedoucí k vytvoření indexu energetické bezpečnosti využitím kvantitativních kriterií a metriky. Metoda dovoluje formulaci řady indexů a další hlubší pohled na otázky energetické bezpečnosti.

Optimalizace větrných farem /39/

Vyvinuli jsme četné výpočetní prostředky, zaměřené na zdokonalení oceňování, projektování a optimalizaci větrných farem s respektováním celkové návratnosti investic. Optimalizační mechanismus (engine) může vyhledat návrh systému automaticky a tvoří tak výkonný nástroj pro rychlé studium alternativ při přesném respektování omezení; tento požadavek bylo možné detailně plnit pouze se značnými náklady.

Výběr optimálního portfolia z různých druhů OZ /40/

Práce usiluje o optimální zásobování elektřinou průmyslového celku a kromě technických činitelů pomocí modelování studuje environmentální, ekonomické a sociální parametry. Alternativy zahrnují OZ, mikro-kogenerační systémy a systémy konvenční, které jsou porovnávány pomocí integrovaného modelu LP a tří multi-kriteriálních přístupů (AHP, TOPSIS a ELECTRE III).

Scénáře rozvoje ekonomiky elektroenergetiky v kontinentální Evropě /41/

Charakterizuje se víceúčelový model scénářů ATLANTIS k výzkumu účinků elektrizačních soustav na kontinentální Evropu. Model zahrnuje část fyzikální, simulaci výroby elektřiny a toků výkonů a část ekonomickou pro průzkum trhů s elektřinou jakož i rozvoj podnikání výrobních a zásobovacích podniků.

4 ZÁVĚREČNÉ POZNÁMKYV základní části článku jsme se omezili na tři součásti energetického řetězce. V navazujících

odstavcích stručně poukazujeme na další referáty, které mohou pohled na okruh zdrojů, výroby, soustav a sítí účelné rozšířit. Na některé další okruhy problematiky, akumulaci energie, spotřebu elektřiny, řízení soustavy a související metody řešení, resp. modely připojujeme stručnou charakteristikou příslušných referátů.

5 LITERATURAPrvotní zdroje

1. H. Douglas Lightfoot: An independent analysis of the sources of current and future world energy

2. Vivek Kane: Wind energy: Overcoming inadequate wind and modeling uncertainties

3. Mikael Rüdlinger: Emissionfree energy systems for biomass, coal, waste and other organic feedstock

4. SUNJAY SUNJAY: Clean fuel technology for world energy security

Strana 25

1

5. Mark Berkley, Elizabet Cruz, Maytinee Vatanakul, Rory Hynes, Alexander Stickler: Innovation avenues for coal derived power essential for the future

Výroba elektřiny

6. Rolf Kehlhofer: The three pillar strategy for power generation mix - An analysis

7. Annette Evans, Vladimir Strezov: Comparing the sustainability parameters of renewable, nuclear and fossil fuel electricity generation technologies

8. Hans-Wilhelm Schiffer: Carbon capture and storage as central modules of a strategy toward a sustainable energy supply

9. Song Wu, Christian Bergins, Hirofumi Kikkawa, Hironobu Kobayashi, Terufumi Kawasaki: Technology options for clean coal power generation with CO2 capture

10. Toshihiro Sano: Development of the ultra high efficiency thermal power generation facility

11. Miroslaw Duda, Hanna Trojanowska: Nuclear power program for Poland: Objectives, framework program and basic challenges

12. H-Holger Rogner, Alan Macdonald: Nuclear power: Is the renaissance real or a mirage?

13. Umair Dossani: Nuclear power renaissance or demise?

14. Tapio Saarenpää: Greenfield nuclear power for Finland

15. Jens Mueller: HTS technology - Generating the future of offshore wind power

16. Siegfried Joerg, Claudia Joerg, Joerg Schestak: New opportunities for optimized concentrating solar power systems - The goal: customized systems for every market

17. Vijay Devabhaktuni, Mansoor Alam, Premchand Boyapati, Ashok Kumar, Douglas Nims, Lingfeng Wang, Lewis Lack, Pankaj Chandna: Wind energy: Trends and enabling technologies

18. Imad Hamad: Next generation hydropower technology: Available, economical, quickly deployed, while minimizing the impacts

Sítě a systémy

19. Olof H Heyman, Lars Weimers, Mie-Lotte Bohl: HVDC: A key solution in future transmission systems

20. Heinz Cech, Erich Fuchs, Anton Heher, Albana Ilo, Tevfik Sezi, Johann Trimmel, Germany, Thomas Werner: Into the new electricity age with Optimal integration of decentralized energy resources - The FENIX Project

21. Jerzy Andruszkiewicz: Development of cross-border transmission lines in Poland and their significance for the Central East Europeam energy market

22. Wilfried Breuer, Dietmar Retzmann, Karl Uecker: Highly efficient solutions for smart and bulk power transmission of "green energy"

23. Rolf Grünbaum, Conny Wahlberg, Ambra Sannino: Use of FACTS for enhanced flexibility and efficiency in power transmission and distribution grids

24. Michael Weinhold, Klaus Willnow: The new electricity age

25. Giuliano Monizza: Towards a renewal of transmission & distribution infrastructures to meet EU 2020 goals

26. Hans Larsen: The intelligent energy system for tomorrow

Akumulace

Strana 26

1

27. William Leighty: Alternatives to electricity for transmission and annual-scale firming - Storage for diverse, stranded, renewable energy resources: hydrogen and ammonia

28. Farid Bensebaa, , Mohamed Khalfallah, Majid Ouchene: Decentralized and direct solar hydrogen production: Towards a hydrogen economy in MENA region

Spotřeba elektřiny

29. Andreas Athienitis: Design of advanced solar homes aimed at net-zero annual energy consumption in Canada

30. Akio Koike: Heat pumps; Synergy of high efficiency and low carbon electricity

31. Halime Paksoy, Selma Yilmaz, Ozgul Gok, Metin Yilmaz Muhsin Mazán: Thermal energy storage for more efficient domestic appliances

32. Claudia Morishita, Enedir Ghisi: Assessment of the impact of energy-efficient household appliances on the electricity consumption in the residential sector of Brazil

33. Uros Platise: Smart distribution boxes, complete energy management

34. Yungrae KIM: Korejské plány 1-watt, "Standby Korea 2010"

Korea's 1-watt plan "Standby Korea 2010"

35. Michael Gahagan: Developing efficient urban electrical systems using microgrids

Řízení

36. Stuart Bridgeman, Diana Hurdowar-Castro, Rick Allen, Tryggvi Olason, Francois Welt: Complex energy system management using optimization techniques

37. Andreas Tirez, Patrick Luickx, Dominique Woitrin: Possible use of electric cars as balancing instrument

Modely a metody

38. Larry Hughes: Creating energy security indexes with decision matrices and quantitative criteria

39. Michel Carreau, Michael Morgenroth, Oleg Belashov, Oleg Mdimagh, Alain Hertz: Wind farm design optimization

40. Mohammadsaleh Zakerinia, Mehdi Piltan, Seyed Farid Ghaderi: Optimal portfolio selection between different kinds of renewable energy sources

41. Christoph Gutschi, Heinz Stigler: Scenarios for the development of the electricity economy in Continental Europe

42. Lencz Imrich: Světový energetický kongres 2010 – stručná charakteristika. Energetika, 3/2011

43. Lencz Imrich: WEC 2010 - Světová energetika v prezentacích kongresu. Energetika 2011, v tisku

Ilustrace jsou převzaty z jednotlivých referátů a v nezbytné míře popsány v češtině. Referáty kongresu jsou v době psaní článku v plném rozsahu k disposici ke stažení na adrese

http://www.worldenergy.org/news__events/world_energy_congress/montreal_2010/congress_papers/default.asp

Strana 27

1