Czech Physics Society Energetická situace a příslušný fyzikální výzkum v České Republice Jan Mlynář Ústav fyziky plazmatu AV ČR, v.v.i. Za Slovankou 3, 182 00 Praha 8, e-mail mlynar@ipp.cas.cz Odborná skupina energetika České fyzikální společnosti S poděkováním za materiály od Ministerstva průmyslu a obchodu ČR, Evropské komise, ČEZ, KTE Stockholm, Západočeské Univerzity a dalších

Obsah přednášky Czech Physics Society Globální situace v energetice Primary energy sources / Electricity production / Policies / Gas & Oil / Renewables / Future strategies / Research / Energy Commission / Concluding remarks

Lidé potřebují více energie a potřebují čistší energii Globální situace Lidé potřebují více energie a potřebují čistší energii Celosvětová spotřeba energie poroste, a to hlavně ze dvou příčin: Přibývá lidí, a některé chudé země bohatnou. Příklady současné roční spotřeby energie na hlavu: USA 12.5 TCE (tun ekvivalentu uhlí) západní Evropa 6.0 TCE (ČR 6.8) Čína 1.4 TCE Indie 0.7 TCE Při úsporách lze dobře žít s 3 TCE. IEA očekává zdvojnásobení poptávky po energii do 2045. Dobrá zpráva: Stále jsme ve spotřebě energie o řád níže než živá příroda.

Spotřeba energie na hlavu Czech Physics Society Průměrný „příkon“ člověka je kolem 250 W, ve vyspělých zemích je ovšem až v řádu kW. Jen čtvrtina lidí má nadprůměrnou spotřebu.

Existující energetické zdroje   Fosilní paliva Levná, běžná, sociálně přijatá. Zdroj znečištění a CO2, dostupnost, transport. Jaderné zdroje Výkonné, bez emisí, dlouhodobý potenciál. Aktivní produkty, proliferace, obavy veřejnosti. Obnovitelné zdroje Dlouhodobě udržitelné, čisté. Nevýkonné, nespolehlivé, drahé.

Fosilní paliva Fosilní paliva vznikala milióny let. Za jejich vytěžení nás budoucí generace nepochválí. Nehledě na… - klimatické změny (CO2) - lokalizované zdroje  geopolitické a kulturní střety - lokální znečištění

Zásoby paliv Czech Physics Society Ověřené ekonomické zásoby paliv při současné spotřebě Roky Ropa 45 Plyn 65 Uhlí 185 Uran 110

Obtíže fosilních paliv globální oteplování (CO2) (?) znečištění* zajištění dodávek…? také časově omezené Možnost ukládání CO2 (sequestration) ale je to drahé *7.4 millionů člověko-roků je ročně ztraceno jen v Číně kvůli poškození zdraví ze znečištění vzduchu. Ekonomická škoda se odhaduje na 54 miliard $ ročně

Zdroje energie podle emisí CO2 Czech Physics Society

Ekonomika klimatických změn Britská vládní studie, 2006 („Stern review“) Pokud oteplování souvisí s lidskou činností, pak můžeme buď investovat alespoň 1% HDP do změn činnosti, nebo počítat s 20% poklesem HDP. ….prostředky na výzkum přitom stagnují….

Jaderné štěpení Zanedbatelné emise CO2 – renesance? (jaderné zdroje ušetřily víc CO2 než Kyótský protokol) Potenciál k dlouhodobému řešení (ovšem nikoli s dnešními tzv. pomalými reaktory) dlouhožijící vysoce radioaktivní vyhořelé palivo nebezpečí zneužití paliva (proliferace) obavy veřejnosti z hlediska bezpečnosti Kozloduj, Bulharsko Cernavoda, Rumunsko

Obnovitelné zdroje čím dál důležitější, nicméně v současné době dokáží krýt jen zlomek celosvětové poptávky Jde o rozptýlené a nestálé zdroje – OK pokud se navzájem doplňuje s mohutnými zdroji v základním režimu. - opět se vynořují geopolitické a „NIMBY“ problémy

Energie slunečního záření Dostatečný potenciál je pouze ve sluneční energii – ale naše současné znalosti neříkají, jakým způsobem by ho šlo využít. Průměrná hustota výkonu dopadajícího slunečního záření v ČR je okolo 100 W/m2 Průměrný „příkon“ naší civilizace je cca 15 TW

Ekonomika zdrojů energie

Dva zásadní závěry V dohledné době se z hlediska zásobování energií žádné jednoduché a univerzální řešení nenabízí. Proto: (i) Je třeba podporovat široký „mix energetických zdrojů“ (ii) Nemůžeme si dovolit ignorovat žádný potenciálně přijatelný zdroj.

Fakta o energii v České republice Česká republika je z hlediska energetiky bohatá země (s výjimkou obnovitelných zdrojů) Vlastníme přírodní zdroje: Hnědé a černé uhlí, uran, dokonce i ropu (4% spotřeby) Provozujeme a umíme stavět jaderné elektrárny + naše energetická závislost je jedna z nejnižších v EU dovoz energie 25 % ČR / 50 % EU + relativně velká bezpečnost dovozu plynu i ropy + pokles ve spotřebě uhlí (o 35%), nárůst ve spotřebě jaderné energie a plynu -- máme vysokou měrnou spotřebu 4.3 / 3.7 toe / hlavu ( 2004 ) Kvůli průmyslu! Spotřeba domácností a dopravy je pod průměrem. -- vysoká energetická náročnost 641 / 185 toe / milión Eur -- vysoká úroveň emisí CO2 11.5 / 8.2 t / cap -- malý podíl obnovitelných zdrojů 3.1 % / 12 %

Primární energetické zdroje Zdroje v České republice Primární energetické zdroje Obnovitelné Jiné Jádro Pevná paliva Plyn Ropa

Dodávka primárních energií podle zákazníka Zdroje v České republice Dodávka primárních energií podle zákazníka Obchod aj. Průmysl Domácnosti Doprava

Výroba elektrické energie v ČR

Energetická rovnováha v EU vývoz elektrické energie v TWh roce 2006

Tranzit a export elektrické energie kapacita 800 MW tranzit s Polska (ev. Ukrajina, Rusko) kapacita 1200 MW Export Německo, Itálie Kapacita 1200 MW Export Maďarsko, Slovensko, Balkán Kapacita 400 MW, export Rakousko

Sokolovská pánev ze satelitu

Uhelné elektrárny Prunéřov 1,5 GWe

Jaderná elektrárna Dukovany 4x 0,5 GWe VVER

Jaderná elektrárna Temelín 2x 1 GWe VVER

Vodní elektrárny Lipno, 120 MW Orlík, 364 MW Slapy, 144 MW Dlouhé stráně, 650 MW

Komentáře k elektroenergetice v ČR V naší zemi spotřeba roste, zatímco instalované kapacity budou muset poklesnout kvůli a) životnosti zařízení, která se mnohde blíží k závěru b) zákonným limitům na těžbu hnědého uhlí Současná situace tedy není idylická s ohledem na dobu, která je potřeba ke schválení a stavbě nových kapacit Dvě klíčová & politická témata: 1) Prolomení současných limitů těžby power play strany Zelených 2) Stavba nových jaderných zdrojů Obecné otázky: Udržitelnost, spolehlivost a bezpečnost dodávek  kontrola emisí, dotace pro obnovitelné zdroje, omezený import, diverzifikace Zatím je veřejnost vcelku příznivě naladěna pro rozvoj energetiky včetně JE, ale: Naše vláda a energetické společnosti podporují politiku EU otevření volného trhu s energiemi. V důsledku toho - jsou ceny energií pro naše občany nezvykle vysoké (což vede např. k renesanci vytápění domácností uhlím) - vyvážíme elektřinu, zatímco není tlumena povrchová těžba - energetické společnosti mají enormní zisky, vedoucí k neracionálním odměnám pro jejich management Kdy se dostane Česká republika do problémů? Již tam je!!! Jak dlouho trvá výstavba zdroje ??? Jak dlouho trvá výstavba vedení ???

Přepokládaná úroveň vývozu elektřiny Scénáře elektroenergetiky v ČR TWh ročně Přepokládaná úroveň vývozu elektřiny Roky A co dovoz? NE: více než 30 instalovaných GWe bude zavřeno do roku 2020, očekává se deficit více než 15 GW.

Celková vyrobená energie 5 TWh Plyn v ČR: základní fakta Výhody plynu: 5 7 23 Deficit 59-68 TWh Současná strategie pro udržení rovnováhy v roce 2020 Plyn Obnovitelné ?? Úspory Emise CO2 jsou o 50% nižší než plynu Flexibilní zdroj, schopný regulovat VN soustavu a podpořit špičkovou výrobu Velká závislost na dovozu z Ruska Podstatně dražší elektřina než elektřina z uhelných a jaderných zdrojů Vysoká investiční rizika Návrh nové investice, 1 – 1,5 GW (kogenerace) Celková vyrobená energie 5 TWh Nevýhody plynu: V budoucnosti má být hlavní rolí plynu vytápění, kde má nahradit z 50% vytápění uhlím (nicméně, právě investice do plynofikací jsou často nevyužité)

Zásobování plynem Také tranzitní role

Cena plynu USD CZK Ropa: Podobná situace (dva ropovody – z Ruska (Družba) a ze středomoří (IKL napojený na Transalpine tj. na Trieste), tranzit + výhoda tvrdnoucí měny

Evropský klimatický balíček 3x20 EU země se zavazují do roku 2020 Pokrýt 20% spotřeby EU z obnovitelných zdrojů Emise skleníkových plynů -20% ve srovnání s 1990 Záleží na HDP – některé země budou muset „kupovat čistou energii“ Závazek ČR 13% Emission trading scheme ostatní (doprava, domácnosti) Stejné pro všechny - 21% Bohužel pro nás se odvozuje od národní úrovně emisí v roce 2001 Záleží na HDP ČR + 9%

Závazek 13% z obnovitelných zdrojů 2020: 13 % 2006: 6,5 %

Větrné elektrárny v České republice

Hlavní fotovoltaické instalace v České republice V rámci evropského projektu “PV Enlargement” byly na českých technických univerzitách postaveny 20 kW demonstrační a vzdělávací elektrárny

Strategie výroby elektřiny Očekávaný vývoj ve výrobě elektřiny v ČR: Do roku 2020 je nutné postavit nové uhelné či jaderné zdroje s roční výrobou 24 – 33 TWh (do roku 2030 pak 25 – 58 TWh) To odpovídá instalovanému výkonu 4 - 6 GWe. 59-68 TWh Současná strategie pro udržení rovnováhy v roce 2020 plyn obnovitelné dovoz a/nebo jádro a/nebo uhlí úspory 5 7 23 24 - 33 Uhlí – omezené zásovy i když by došlo k prolomení limitů Bylo rozhodnuto postavit nový 2 x 660 MWe zdroj (očekávané spuštění 2010 a 2012) Obnovitelné zdroje – limitovaný potenciál, důležité ale ne postačující Jaderné štěpení – zřejmě nejrozumnější řešení Kdy se dostane Česká republika do problémů? Již tam je!!! Jak dlouho trvá výstavba zdroje ??? Jak dlouho trvá výstavba vedení ???

Výzkum v ČR – jaderné štěpení LVR-15, ÚJV Řež VR-1, FJFI ČVUT Praha

Termojaderná fúze Tokamak COMPASS Ústav fyziky plazmatu AV ČR, Praha

Další výzkum • UNIVERZITY (sluneční energie, energie větru, inteligentní budovy) AKADEMICKÉ ÚSTAVY Projekt IAV Technologické centrum REZORTNÍ A PODNIKOVÉ VÝZKUMNÉ ORGANIZACE Kdy se dostane Česká republika do problémů? Již tam je!!! Jak dlouho trvá výstavba zdroje ??? Jak dlouho trvá výstavba vedení ???

Nezávislá energetická komise NEK byla ustavena vládou a vedena předsedou AV ČR prof Václavem Pačesem. Závěry nezávislé energetické komise - Vláda by měla aktivně podporovat každé opatření, které povede k prohloubení konkurence na energetických trzích. - Vláda má umožnit a usnadnit zahájení posuzovacích procesů produkce všech typů energie (včetně jaderných) - Význam hnědého uhlí bude v dlouhodobém horizontu klesat, nicméně bude představovat stále významný energetický zdroj. Vláda by neměla omezovat podnikatelská rozhodnutí v této oblasti a měla by připustit diskusi o těžebních limitech podle jasně vymezených pravidel. 5 7 Kdy se dostane Česká republika do problémů? Již tam je!!! Jak dlouho trvá výstavba zdroje ??? Jak dlouho trvá výstavba vedení ??? 40

Nezávislá energetická komise Vláda by měla považovat podporu procesů, vedoucích k úsporám energií, za prioritu a mimořádně významnou součást formování dlouhodobé energetické strategie. Jaderná energetika představuje jednu z variant výroby elektrické energie a je důležitou součástí energetického mixu. • Vláda bude považovat obnovitelné zdroje za nezpochybnitelnou součást budoucího palivo-energetického mixu. • Vláda by měla využít tranzitní elektrickou přenosovou síť k posílení pozic ČR na energetickém trhu. • Vláda by měla přehodnotit energetickou a související legislativu ČR a EU tak, aby nedocházelo přednostně k řešení dílčích energetických úkolů na úkor důležitých energetických potřeb společnosti, zejména stability odvětví včetně přenosu energie. 5 7 Kdy se dostane Česká republika do problémů? Již tam je!!! Jak dlouho trvá výstavba zdroje ??? Jak dlouho trvá výstavba vedení ??? 41

Závěr obrazem… 5 7 Kdy se dostane Česká republika do problémů? Již tam je!!! Jak dlouho trvá výstavba zdroje ??? Jak dlouho trvá výstavba vedení ??? JB

Trouble with ETS EU 15 + 3,7% EU 10 -26% The average target –20% in 2020 (as compared to 1990) can be met only thanks to the decrease of emissions in the “new countries” in 1990s, still the – 21% are requested based on 2005 data. Varenna, 7-8th April 2008 Energy situation in the Czech Republic

R&D in Photovoltaics Areas of interest: - growth mechanism of microcrystalline silicon - optical and electronic properties of silicon films (amorphous and microcrystalline) - transport properties of microcrystalline silicon - optical properties of transparent conductive oxide and back reflectors - modeling of quantum efficiency of micromorph cell R&D in Photovoltaics Within the framework of the EU project “PV Enlargement” 20 kW power stations for demonstration and education were built at the following universities: - Charles University, Faculty of Mathematics and Physics, Prague - Brno University of Technology - Technical University Ostrava - University of West Bohemia Plzen - Technical University Liberec while further 3 kWp system exists at Czech Technical University, Prague The research includes: - diagnostics of large area solar cell homogeneity - thermograph studies, noise spectroscopy - diagnostics of materials and solar cells by - measurement of photoelectric properties of semiconductors - measurement of diffusion length of minority carriers and parameters of the space charge regions in PV relevant inorganic and organic materials

Power balance in CR Electric energy in TWh 800 MW Transit from Poland (and Ukraine and Russia) 1200 MW Export to Germany and Italy 1200 MW Export to Hungary, Slovakia, Baltic states 400 MW, Export to Austria

High consumption scenario Predicted demand Perspective electric power consumption based on the GDP expected increase 101 110 2020 Assumptions: Consumption linearly increases with GDP GDP increase: 4% p.a. until 2012 and 3% p.a. later +37,1 High consumption scenario 63,4 59,8 60,9 2003 2004 2005