Udržitelný rozvoj energetiky Nové technologie na fosilní paliva a obnovitelné zdroje pro energetiku Pavel Liedermann EGÚ Brno, a. s. Sekce provozu a rozvoje elektrizační soustavy Praha 10. prosince 2008

Rozvoj výrobní základny ES ČR Perspektivní rozvoj výrobní základny ES ČR může být založen na třech základních kategoriích zdrojů: Systémové jednotky. Obnovitelné zdroje elektřiny (OZE). Jednotky pro kombinovanou výrobu elektřiny a tepla (KVET). Uvedené tři kategorie se mohou částečně překrývat. Z hlediska užití vyrobené elektřiny se dělí na dvě kategorie, a to na veřejné a závodní. 2 EGÚ Brno, a. s.

Systémové výrobní jednotky Systémovými jednotkami na fosilní paliva jsou bloky spalující: Plynné palivo (zemní plyn) Uhlí (hnědé nebo černé) Kapalná paliva 3 EGÚ Brno, a. s.

Technické, ekonomické a ekologické parametry Průběžně se provádí shromažďování a analýza pokročilých fosilních technologií a je sledováno: 11 parametrů technických, 8 pomocných ekonomických parametrů, 11 parametrů ekonomických, 2 parametry cenové, 7 parametrů ekologických. Celkem je tedy každý perspektivní výrobní blok popsán 39 parametry. 4 EGÚ Brno, a. s.

Vybrané fosilní technologie výroby elektřiny SCGT (Single Cycle Gas Turbine) – výrobní jednotka s plynovou turbínou v jednoduchém cyklu, jejímž palivem je obvykle zemní plyn. CCGT (Combined Cycle Gas Turbine) - výrobní jednotka s kombinovaným paroplynovým cyklem, jejímž palivem je zemní plyn. IGCC (Integrated Gas Combined Cycle) - výrobní jednotka s kombinovaným paroplynovým cyklem, jejímž palivem je zplyňované uhlí. Tato jednotka je v podstatě obdobná s předchozí s tím, že má předřazeno zařízení pro zplyňování uhlí. PCB-L (Pulverized Coal-fired Block - lignite) - klasický parní kondenzační blok na spalování práškového tuzemského hnědého uhlí. Předpokládáme realizaci bloků s nadkritickými parametry páry, které vykazují vyšší účinnost energetické přeměny. PCB-C (Pulverized Coal-fired Block - hard coal) - klasický parní kondenzační blok na spalování práškového černého uhlí. Předpokládáme realizaci bloků s nadkritickými parametry páry, které vykazují vyšší účinnost energetické přeměny. 5 EGÚ Brno, a. s.

Technicko-ekonomické parametry nových systémových jednotek pro ES ČR 6 EGÚ Brno, a. s.

Závislost nákladové ceny na využití při ceně povolenek 30 EUR/tCO2 Fosilní zdroje + JE povolenky s cenou 30 € / t CO2 7 EGÚ Brno, a. s.

Závislost nákladové ceny na využití při nulové ceně povolenek Fosilní zdroje + JE povolenky s nulovou cenou 8 EGÚ Brno, a. s.

Struktura nákladové ceny elektřiny 9 EGÚ Brno, a. s.

Obnovitelné zdroje energie Jednotlivými technologiemi výroby elektřiny z OZE použitelnými v ČR jsou: elektrárna na spalování biomasy BM – (Biomass), teplárna na bioplyn BG – (Biogas), fotovoltaická elektrárna PV – (Photovoltaic), větrná elektrárna – WD (Wind), malá vodní elektrárna – SH (Small Hydro) - instalovaný výkon pod 10 MW) průtočná nebo akumulační, geotermální elektrárna GT – (Geothermal). 10 EGÚ Brno, a. s.

Technicko-ekonomické parametry obnovitelných zdrojů elektřiny pro ES ČR 11 EGÚ Brno, a. s.

Závislost nákladové ceny elektřiny z OZE na jejich využití Závislost nákladové ceny na využití při nulové ceně povolenek Obnovitelné zdroje 12 EGÚ Brno, a. s.

Elektrárny spalující biomasu Využívání biomasy lze charakterizovat následujícími aspekty: Jde o přírodní zdroj, kdy cyklus obnovy na rozdíl od fosilních paliv probíhá v historicky krátké době a je tedy příznivý z hlediska emisí CO2, které při spalování biomasy vznikají. Jedná se o energetickou surovinu, která je primárně rozmístěna na velké ploše. Vzhledem k její „nízké hustotě“ vznikají při sběru značné nároky na manipulaci. Velký energetický zdroj vyžaduje svoz biomasy z rozsáhlého území. Přeprava nákladními auty znamená spotřebu fosilních zdrojů (ropa). To znehodnocuje jeho energetickou účinnost a znamená emisní zátěž životního prostředí. Vzhledem k výše uvedenému je žádoucí umisťovat zdroje na biomasu v blízkosti jejího sběru, tedy zejména v podhorských oblastech. Ideálním využitím je spalování v menších výtopnách. Nevznikají nároky na velké objemy paliva. Významný podíl výroby z biomasy představuje v současnosti výroba elektřiny v závodních elektrárnách v papírenském a dřevozpracujícím průmyslu. Hlavním směrem uplatňování biomasy při výrobě elektřiny tak patrně bude její spoluspalování s jinými druhy paliv, zejména s hnědým nebo černým uhlím. 13 EGÚ Brno, a. s.

Výroba elektřiny z biomasy 14 EGÚ Brno, a. s.

Očekávaný rozvoj využívání biomasy Pro posouzení významnějšího využívání biomasy je zapotřebí provést širší úvahu, která musí zahrnout více hledisek Je nutno zhodnotit: současnou bilanci spotřeby biomasy, očekávaný úbytek zdrojů pevných paliv, především hnědého uhlí pro obyvatelstvo, možnosti cíleně pěstované biomasy. 15 EGÚ Brno, a. s.

Bilance spotřeby biomasy 16 EGÚ Brno, a. s.

Spotřeba HU v sektoru malospotřeby 17 EGÚ Brno, a. s.

Posouzení budoucího využívání biomasy Stanovení objemu výroby biomasy: V ČR je k dispozici cca 1 mil. hektarů půdy, kterou je možno osázet rychle rostoucími dřevinami (topoly, vrby). Životnost polí je asi 25 let, stromy je možno sklízet po 4 letech, výnosnost je asi 7 až 10 t/ha. Bylo by tak možné získat až 7 mil. tun biomasy ročně (tj. 8 TWh). Výroba elektřiny z biomasy: Nutná korekce o využití biomasy ve výrobě tepla a biopaliv, proto potenciál poklesne na 3 až 3.5 mil. tun/rok (tj. 3.5 až 4 TWh). Největší nárůst instalovaného výkonu v biomase lze očekávat do roku 2035. Pro rok 2050 lze předpokládat výrobu z biomasy na úrovni 6 TWh. 18 EGÚ Brno, a. s.

Vodní elektrárny Možnosti dalšího využívání vodní energie: Česká republika je z hlediska využitelné vodní energie řazena mezi hydroenergeticky chudé země - přepočtená roční výroba 350 kWh/ha. Situace je jasná - hydroenergetický potenciál je již značně využit a rezervy růstu výroby jsou malé. V dlouhodobém rozvoji je možno počítat jen s rozvojem zdrojů malých výkonů do 1 MW a rekonstrukcí starších zdrojů. Roční výroba současných akumulačních a průtočných VE ČEZ je asi 1 TWh, výroba průtočných (případně menších AVE) je rovněž kolem 1 TWh. Současný instalovaný výkon malých vodních elektráren by v roce 2030 mohl vzrůst z 310 na 370 MW a jejich výroba by odpovídala asi 1.2 TWh. V roce 2030 by se celková výroba VE v závislosti na klimatických poměrech měla pohybovat na úrovni 2.2 TWh/rok. 19 EGÚ Brno, a. s.

Geotermální elektrárny Charakteristika a možný rozvoj: Princip výroby elektřiny pomocí geotermální energie je sice jednoduchý, ale realizace je velmi komplikovaná a ekonomicky riskantní. Vytvoření podzemního výměníku tepla - vrty do hloubky 5 km (potřebná teplota suchých hornin minimálně 150 oC). Studie uvádějí vysoký dostupný potenciál geotermální energie v ČR ve výši 3 400 MW s možnou výrobou 23 TWh/rok. Jedná se o dosud u nás nevyzkoušenou technologii, přičemž hlubinné vrty jsou velmi technicky,ekonomicky i časově náročné. Čistě elektrárenský provoz by byl velmi ekonomicky nevýhodný, lokality výstavby limitovány možnostmi využití odpadního tepla. Větší rozvoj GTE lze očekávat až mezi roky 2030 až 2050 s růstem 10MWe ročně, což by znamenalo instalovaný výkon v roce 2050 asi 300 MW a výrobu cca 1.8 TWh. 20 EGÚ Brno, a. s.

Větrné elektrárny Rozvoj větrných elektráren: Nyní je v ČR provozováno celkem asi 110 VTE s celkovým výkonem cca 133 MW. Velký zájem investorů stále trvá, v nejbližším období se očekává rychlý rozvoj. Limitujícími faktory rozvoje jsou přijetí obcemi, technologická omezení výstavby, dotčení míst přírodního, kulturního a estetického významu, vliv na krajinný ráz a v neposlední řadě požadavky na připojitelnost do sítí a zajištění provozovatelnosti ES (regulační výkony). Provozovatelnost ES z hlediska spolehlivosti a regulovatelnosti je zabezpečena do celkové velikosti výkonu VTE na úrovni asi 600 až 700 MW. Překročení této meze je očekáváno kolem roku 2010. Předpokládaná opatření obsahují investice do rozšíření sítě, zvýšení regulačního výkonu v ES, omezování dodávek z VTE a další). Do roku 2020 je možno očekávat dosažení instalovaného výkonu VTE v rozsahu 1200 až 1400 MW po tomto roce již jen mírné navyšování (repowering). 21 EGÚ Brno, a. s.

Růst požadavků investorů na připojení větrných elektráren do sítí ES ČR 22 EGÚ Brno, a. s.

Pravděpodobný vývoj inst. výkonu větrných elektráren v ČR do roku 2020 23 EGÚ Brno, a. s.

Provoz větrných elektráren 24 EGÚ Brno, a. s.

Uzlové oblasti 110 kV s přesahem požadavků na připojení VTE do sítě 25 EGÚ Brno, a. s.

Srovnání využití instalovaného výkonu stávajících a nových jednotek VTE 26 EGÚ Brno, a. s.

Fotovoltaické elektrárny Využitelný fotovoltaický potenciál ČR: Dostupnost solární energie je ovlivněna mnoha faktory. V ČR dopadne na 1 m2 vodorovné plochy energie 3 400 - 4 100 MJ, tj. 950 - 1140 kWh. Roční množství slunečních hodin se dle údajů ČHMÚ pohybuje v rozmezí 1 331 - 1 844 hodin. Při obvyklé účinnosti FV článků a běžné účinnosti střídačů platí, že z jednoho instalovaného kilowattu běžného systému lze za rok získat v průměru 800 až 1 100 kWh elektrické energie. Vlivem změny legislativy v roce 2005 došlo v posledním období k masivnímu nárůstu instalovaného výkonu ve FVE. V letošním roce se očekává další zvýšení tohoto trendu. Poznamenejme, že podle připojení do sítí dělíme FVE na „Off-grid“ (ostrovní provoz) a „On-grid“ (zapojení do veřejné sítě). 27 EGÚ Brno, a. s.

Sluneční záření v ČR (MJ/m2) – dopad na vodorovnou plochu 28 EGÚ Brno, a. s.

Současný stav ve využívání fotovoltaických systémů v ČR V roce 2008 byla plánována realizace následujících FVE u těchto výrobců: Energy 21, a. s. – FVE Hrádek (1 100 kW), FVE Vojkovice (600 kW), FVE Dívčice (2 500 kW), HiTechSolar – FVE Ostrožská Lhota 2. etapa (898 kW), Korowatt – FVE Bušanovice II (668 kW), Sluneta, s. r. o. – FVE SANERGIE (2 100 kW), SUN TECHNOLOGY, s.r.o. – FVE Vnorovy 1 017 kW, SOLAR Systems, s.r.o. – FVE Sudlava 1000 kW, FVE – Osek u Rokycan 3650 kW, FVE Měnín 1500 kW, FVE Moravský písek 1300 kW, FitCraft Production a.s. – FVE České Velenice 1230 kW, FVE Vimperk 1940 kW, a nejméně dalších 1522 kW v menších instalacích. 29 EGÚ Brno, a. s.

Predikce využívání fotovoltaiky v energetice ČR Predikce vývoje fotovoltaických technologií 30 EGÚ Brno, a. s.

Predikce využívání fotovoltaiky v energetice ČR Odhad vývoje instalovaného výkonu FV elektráren v ČR do roku 2020 31 EGÚ Brno, a. s.

Predikce využívání fotovoltaiky v energetice ČR Odhad vývoje instalovaného výkonu FV elektráren v ČR do roku 2050 32 EGÚ Brno, a. s.

Fosilní technologie a obnovitelné zdroje energie Hlavní aspekty, které omezují využití výroben na fosilní paliva a OZE v dlouhodobém rozvoji elektroenergetiky ČR: Nedostatek domácích fosilních paliv, ekonomické, technické a bezpečnostní problémy při jejich dovozu. Značná finanční náročnost zajištění rozvoje OZE, jejich technické a provozní vlastnosti, které vyvolávají potíže při zapojení do sítí a problémy s udržením provozuschopnosti soustavy. Řešením by mohla být akumulace elektřiny vyrobené v OZE, především z FVE a VTE. 33 EGÚ Brno, a. s.