Článek Wir und die Energiewende vyšel na webu „Zeitgeschehen im Fokus“ dne 12. 7. 2023.
Od Dr. Ing. Stefana Nolda
Když jsme v roce 1996 jeli s dětmi na dovolenou na kole podél pobřeží Severního moře, přijeli jsme jednoho večera do Cuxhavenu. Poté, co jsme se ubytovali v mládežnické ubytovně, jsme zašli na recepci a zeptali se: „Kudy se jde na pláž?“ „Nóóó, podíváme se, jestli je tam voda?“, řekla milá paní a podívala se do kalendáře přílivů a odlivů. U Severního moře se při odlivu odhalují plochy naplavenin, kam až oko dohlédne.
Když jsme nedávno stáli před rozhodnutím, zda vyměnit náš plynový kondenzační kotel za tepelné čerpadlo, nebo si nechat nainstalovat nový plynový topný systém, musel jsem si vzpomenout na tehdejší trefné rčení a zeptal se sám sebe: „Podíváme se, jestli je tam nějaká zelená elektřina?“ Tak si to ověřme:
- Výpočet spotřeby elektrické energie na obyvatele v Německu.
- Odhad dodatečné spotřeby elektrické energie na obyvatele, pokud 80 % obyvatel používá tepelná čerpadla. (Vynecháváme obydlí, která jsou vytápěna dálkovým vytápěním nebo individuálními kamny (cca 20 %) [1].)
- Odhad dodatečné potřebné kapacity energie z obnovitelných zdrojů.
- Posouzení proveditelnosti.
Krok 1: Výpočet spotřeby elektrické energie na obyvatele
Vyrobená a spotřebovaná elektrická energie v NěmeckuČesky v roce 2022: E= 509 TWh [2].
(TWh: terawatthodina = 1012 Wh = 1000 GWh).
Počet hodin za rok: Δt = 365 * 24h = 8 760 h
Průměrný dodaný elektrický výkon:
Počet obyvatel v Německu v roce 2022: M = 84,3 milionu [3].
Průměrný výkon na obyvatele:
Počet obyvatel Německa v roce 2022: M = 84,3 milionuČesky [3].
Průměrný výkon na obyvatele:
Každý obyvatel Německa odebírá v průměru 0,69 kW elektrické energie.
Pro srovnání:
USA Japonsko Rusko Čína Indie Etiopie |
1,41 0,82 0,75 0,55 0,10 0,01 |
kW |
hodnoty převzaty z: LaenderdatenČesky [4].
Krok 2: Odhad potřeby tepla na obyvatele v Německu
Od srpna loňského roku si vedeme záznamy o spotřebě plynu v našem středně velkém domě postaveném v roce 2001 (214 m², stěnové vytápění {v originále Wandheizung}, třída energetické účinnosti mezi C a D). Minulou zimu jsme s pěti obyvateli spotřebovali v průměru 90 kWh tepelné energie denně. Tři bývalé dětské pokoje pronajímáme studentům, stážistům nebo mladým profesionálům. Teoreticky je k dispozici 42,8 m² na osobu, což je o něco méně než německý průměrČesky (47,7 m²/osoba). [5] V roce 2033 se má třída D stát minimálním standardem. Pokud to vyjde, bude naše spotřeba zhruba odpovídat obecné potřebě tepla. Předpokládejme, že tepelné čerpadlo pak bude obvyklým systémem vytápění.
Poznámka: Redakce požádala autora o upřesnění termínu {Wandheizung}: Pan Nold doplnil, že jde o plastové trubky, položené ve spirálách na stěnu před omítnutím (podobně jako podlahové vytápění {Fußbodenheizung}, ale s trubkami ve stěně) – viz odkaz zde, obrázky Wandheizung, Wandheizung 2, Wandheizung 3
Aby bylo možné získat energii z chladného venkovního vzduchu nebo země a dopravit ji do teplého interiéru domu, musí se 1/3 této tepelné energie spotřebovat v elektrické energii. V našem případě by to bylo 90 kWh/3 = 30 kWh. Kolik je potřeba, závisí na rozdílu mezi venkovní a průtokovou teplotou. Pokud se vytápí podlaha nebo stěny, stačí nízké teploty proudění, takže tepelná čerpadla pracují mnohem efektivněji než radiátory. Pokud jsou rozdíly teplot velké, např. pokud je třeba vytápět radiátory v chladném dni, není tepelné čerpadlo lepší než radiátor na elektřinu. S naším nástěnným vytápěním jsou podmínky příznivější než jinak ve stávající budově. Přepočteme-li množství tepla potřebné na 214 m² na současnou obytnou plochu na obyvatele, dostaneme množství elektrické energie, které každý potřebuje alespoň dodatečně na vytápění:
Něco k dálkovému vytápění: Zde se využívá odpadní teplo z tepelných elektráren nebo zařízení na energetické využití odpadůČesky [6], které se tak jako tak ztrácí. V městských aglomeracích je to dobré. Tyto elektrárny by však měly být uzavřeny. Regenerativní náhrada, např. využitím geotermální energie nebo tepla vody v řeceČesky [7], je možná (příklad: říční tepelné čerpadlo ve Vídni), ale i k tomu je potřeba elektřina. Uvažujeme však pouze 80 %, ze kterých vytápění fosilními palivy nahrazeno tepelnými čerpadly. Ta vyžadují nejméně 6,75 kWh*0,8 = 5,4 kWh dodatečné energie na obyvatele a den. Den má 24 hodin. V Německu tedy musíme vyrobit přibližně 5,4 kWh/24h = 0,23 kW elektrické energie na obyvatele. V zimních měsících by bylo třeba zvýšit výrobu elektrické energie nejméně o 0,23 kW / 0,69 kW = 33 %.
Krok 3: Odhad dodatečné energie z obnovitelných zdrojů potřebné v zimních měsících
Podle plánů spolkové vlády nemá být od roku 2030 (!) k tomuto účelu využívána ani jaderná energie, ani fosilní paliva. K dispozici by pak byly ještě následující energie:
Zdroj energie | Současný podíl výroby elektřiny [2] | |
---|---|---|
Vítr Bioplyn Vodní energie Ostatní Fotovoltaika *) |
24,1 5,8 3,2 2,6 2,0 |
|
Celkem | 37,7 | % |
Elektrická energie z obnovitelných zdrojů v Německu v zimě
*) Podíl solární energie je v současnosti 10 %, ale energetický výnos v zimních měsících činí pouze 10 až 20 % ročního průměru [8] , takže její podíl v zimních měsících klesá na 2 %. Pokud se přestanou používat fosilní paliva a zároveň se zcela přejde na tepelná čerpadla, musí se podíl větru, bioplynu, vody, ostatní energie a fotovoltaiky zvýšit o faktor
tedy 3,5x zvýšit.
Ve Švýcarsku, Rakousku nebo Norsku lze využít vodní energii, v Německu je v zimě k dispozici pouze větrná energie, která dodává v průměru 14 GW (24,1 % z 58 GW celkové výroby).
Vítr nefouká neustále, takže jenom
z instalovaného výkonu větrné energie 64 GW může být využitoČesky [9].
Krok 4: Posouzení proveditelnosti
Pokud by se instalovaný výkon větrných elektráren zvýšil na 224 GW, bylo by matematicky možné poptávku po energii uspokojit. Problémem je, že období, kdy vítr nefouká, nelze pokrýt ani dvojnásobným či trojnásobným počtem větrných turbín. Kdybychom odstavili uhelné elektrárny, měli bychom za nudného zimního bezvětří k dispozici pouze 13,6 % elektrické energie, kterou využíváme dnes. Na jednoho obyvatele bychom měli tolik, kolik má v současnosti Indie – a pětinu toho, co má Čína. To nám vůbec nestačí. Uhelné elektrárny budou muset zůstat připojeny k síti – i bez přechodu na tepelná čerpadla a elektromobily. Pokud se budou tepelná čerpadla používat ve větším měřítku a poptávka v zimě vzroste o 30 %, bude nutné znovu spustit již odstavené uhelné elektrárny.
A navíc: potřebnou elektřinu je nutné přivést do soukromých domácností v dané oblasti. K tomu potřebná infrastruktura je k dispozici pouze ve výjimečných případech. Proto se počítá s lokálním zásobováním na místě prostřednictvím solárních panelů instalovaných na soukromých domech. Ty v letních slunečných dnech vyrábějí energii, kterou při dalším rozšíření systému nelze odvést, a v zimě stále nestačí. Sezónní akumulace lze dosáhnout pouze pomocí přečerpávacích elektráren, kterých je jen několik. Akumulační nádrže lze použít pouze k vyrovnání denních a nočních výkyvů. Navíc se k tomuto účelu často používají vzácné zdroje, jako je lithium, jehož těžba není bezproblémová.
Závěr pro spotřebitele
Kdo chce nyní v Německu provozovat tepelná čerpadla na obnovitelné zdroje energie, je jako ten, kdo se chce koupat v Severním moři při odlivu. S tím to nepůjde, pouze s elektřinou z uhlí. Ale elektřina z uhlí plus tepelné čerpadlo je pro klima mnohem horší než moderní plynový topný systém s technologií kondenzačního kotle. Proto jsme se rozhodli vyměnit plynový kondenzační kotel, i když za poněkud menší jednotku, protože předchozí kotel byl předimenzovaný. Optimalizací regulátorů a drobnými úsporami se chceme pokusit spotřebu dále snížit. Byl bych raději, kdybychom při výměně topného systému měli k dispozici lepší alternativu.
Co by měla udělat politika?
Většina odborníků říká politikům to, co chtějí slyšet. Jinak se jich už příště nezeptají. Interpelace z kuloárů přijímají mocní – na rozdíl od fotbalu – jen zřídka. Raději se drží stranou. Ale teprve když se my občané odvážíme mluvit nahlas, jsme vyslyšeni. Omezím se na otázku klimaticky neutrálního vytápění. Žádné z řešení není nové, ale některá z nich zmizela z povědomí veřejnosti. Tepelná čerpadla jsou dobrou myšlenkou, na které lidé pracují již dlouho. Před 30 lety, v době mého působení v Ústavu řídicí techniky u profesora Isermanna, na protějším zkušebním stanovišti neustále zkoumal kolega regulaci tepelného čerpadla, také v zakázce firmy Viessmann. Jako tomu často bývá, ďábel se skrýval v detailu. Když jsme stavěli, náš soused Richard, vynalézavý Slezan, položil na své malé zahradě betonové trubky, které napájely tepelné čerpadlo. „Vzduch přicházel s teplotou 6 stupňů,“ říkal, ale tento koncept měl chybu: když tepelné čerpadlo muselo ohřát vodu, energie už nestačila na její ohřev a ventilační systém několik hodin foukal do domu studený vzduch. Od té doby topí plynem. Dnes už jsou tyto problémy jistě vyřešeny. V kombinaci s podlahovým nebo nástěnným vytápěním jsou Richardovy trubky na zahradě pro řadový dům skvělou záležitostí. Ve stávajícím domě se bohužel musí krásně upravená zahrada rozorat. Ve vícepodlažních budovách s radiátory se teplo z běžného okolního vzduchu využije mnohem méně efektivně. Zásadní otázka zní: odkud se bere elektřina?
Likvidace [jaderných elektráren] není objasněna
Znovu a znovu se ozývají hlasy, aby jaderné elektrárny byly v provozu déle, přestože jejich likvidace stále není vyjasněna. Povinně třídíme odpad do čtyř různých kontejnerů a pak po sobě zanecháváme jaderný odpad, který nebezpečně vyzařuje po mnoho tisíc let. Lze to vůbec ještě? Pokud vše půjde dobře, vrní si jaderné elektrárny bez větších nákladů dál, ale demontáž a likvidace jsou drahé.*)
Jaderné elektrárny navíc vždy představují zbytkové riziko, které se zvyšuje tím více, čím jsou starší. Neexistuje žádné pojištění, které by krylo havárii reaktoru. Závažná havárie neohrožuje pouze lidské životy, ale může způsobit, že se celý region stane neobyvatelným. Pokud se situace zvrtne, máme najednou 1000 mrtvých, několik milionů vnitřně vysídlených osob a hlavní hospodářské centrum méně. Takové riziko bychom neměli podstupovat. Je pravda, že nebezpečí jaderné války v Evropě s mnoha miliony mrtvých je nyní mnohem větší než havárie reaktoru černobylského kalibru, ale je to argument?
– rezerva na financování budoucího úložiště radioaktivního odpadu a vyhořelého jaderného paliva
– rezerva na vyřazování jaderného zařízení
viz
– Tvorba finančních rezerv na vyřazování jaderných elektráren
a dále
– Nakládání s použitým palivem a odpady z provozu českých jaderných elektráren
– ČEZ bude muset platit víc na jaderné úložiště. Peněz na účtě je zatím sotva třetina
– Kde vzít na úložiště jaderného odpadu? Hledají se desítky miliard, zn. Rychle
Elektřina z pouště **)
Řešením je elektřina z pouště. Gerhard Knies, bývalý částicový fyzik na německém synchrotronu (DESY) v Hamburku, inicioval v roce 1997 projekt „Desertec“ a podařilo se mu získat významné světové hráče: Siemens, RWE, Greenpeace a jordánského prince Hasana: Všichni byli připraveniČesky. [10] Bohužel projektu zabránily protekční dotace pro domácí solární elektrárny a především americké bomby v Libyi. „Přišli jsme, viděli jsme, [Kaddáfí] zemřel,“ smála se tehdy Hillary Clintonová. Situace nebyla jednoduchá ani předtím: hranice mezi Marokem a Alžírskem byla kvůli hraničním sporům uzavřena 30 let. Naděje na ekonomický přínos by mohla situaci změnit. Nedávné sblížení mezi Íránem a Saúdskou Arábií, které zprostředkovala Čína, ukazuje, že něco takového je možné.
V poušti nebo i na jihu Evropy lze vyrábět elektřinu pomocí technologie CSP (Concentrated Solar Power). Výhodou je, že vyrobenou energii lze po několik hodin skladovat, takže ji lze uvolňovat i v nočních hodinách. [11] Když jsem se o CSP bavil s Guangruem, jedním z našich spolubydlících, který v současné době dělá doktorát v Darmstadtu, vytáhl svůj chytrý telefon a na čínských internetových stránkách mi ukázal takovou elektrárnu nedaleko jeho rodného města s výkonem 40 MW ve špičce s 12 000 zrcadly. Vypadalo to impozantně; v pozadí hrála Internacionála. V Číně se nyní realizuje více než 30 projektů CSPČesky [12], v Evropě existuje diplomová práceČesky: „Initiative Global Leadership“. [13] Papíroví tygři se rozmáchnou a tiše zemřou. Guangruův první komentář k Desertecu: „Ach, to by vytvořilo mnoho pracovních míst v severní Africe.“
To je pravda. Němci, kterým jsem o Desertecu vyprávěl, mi říkají: „Nesmíme být závislí na jiných.“ To je pravda. Raději si pokryjeme vlastní střechy panely, i když na Sahaře můžeme sklidit čtyřikrát více elektřiny. Myslím, že malá soběstačná řešení jsou skvělá – ale ne, pokud stojí čtyřikrát více prostředků než řešení ve velkém měřítku. A přeprava elektrické energie na velké vzdálenosti není nic, co by bylo třeba znovu vynalézat. Již před 150 lety snil socialista August Bebel o elektřině z pouště. 120 let poté Gerhard Knies tento sen dotáhl na dlouhou cestu, až se Libye propadla do chaosu. Čím civilizovanější svět, tím větší vzájemná závislost a tím menší touha vést válku. Velkolepá spolupráce je na denním pořádku. [14]
Řešení je možné s využitím vedení vysokého stejnosměrného napětí (HVDCČesky – High-voltage direct current), viz také Stejnosměrný přenos elektrické energie.
Vedení se ovšem nesmí stát terčem teroristických útoků, jak jsme viděli ve válce na Ukrajině.
Výzva ke stabilitě sítě
Dokud nebude elektřina dodávána z pouště, měly by být obnoveny dodávky plynu z Ruska prostřednictvím jediného zbývajícího plynovodního řetězce Nordstream. Jeho výroba a přeprava je mnohem šetrnější k životnímu prostředí než zkapalněný zemní plyn a mnohem ekologičtější než výroba elektřiny z uhlí. Rychle regulovatelné plynové elektrárny jsou nejlepším doplňkem nestálé, v tuzemsku vyráběné obnovitelné energieČesky. [15] Noví spotřebitelé, jako jsou tepelná čerpadla a elektronická auta, stejně jako nestálá výroba domácí solární energie, představují pro stabilitu sítě velkou výzvu. Potřebujeme skladování, skladování a ještě více skladování, ať už prostřednictvím elektrolýzy vodíku, využití plynové sítě jako tlakového zásobníku nebo přečerpávacích elektráren. Můžete nechat cenu elektřiny pro spotřebitele kolísat podle množství dostupné energie, ale musíte si na to dávat pozor. Na finančních trzích se pouze přesouvají čísla sem a tam, v elektrických sítích je gigantické množství neviditelné, ale skutečné energie. Každé opatření, které zajistí stabilitu sítě, je vítáno. Například dobíjecí stanice pro elektromobily v sousedství by mohly být propojeny do sítě a koordinovat své dobíjecí procesy nezávisle na sobě, čímž by bylo zajištěno rovnoměrné zatížení.
Uvažovat o ochraně zdrojů a klimatu zároveň
Na co se v poslední době zapomíná: O ochraně zdrojů a klimatu je třeba uvažovat zároveň. Pokud budeme všechny procesy „dekarbonizovat“ násilně či spekulativně a učiníme je klimaticky neutrálními, a přitom drancovat poslední zdroje Země, nic tím nezískáme. A pak je tu egoismus elit. Hodnotí energetickou účinnost podle spotřeby energie na metr čtvereční obytné plochy – nikoli podle počtu lidí, kteří ji obývají. A tak jsou bohaté páry z vlastních kruhů v dobře izolovaných, ale předimenzovaných domech oslavovány, zatímco rodina Malých se třemi dětmi na 80 metrech čtverečních ve středně izolovaném činžovním domě je zlým ekologickým hříšníkem, i když je jejich ekologická stopa mnohem skromnější.
Je poptávka po rozhodných lidech
Edison kdysi řekl, že vynález se skládá z 1 % inspirace a 99 % potu. Nám chybí obojí – a nemáme ani koncepci. S Angelou Merkelovou jsme byli 16 let zatlumeni a teď přidáváme na rychlosti. Je tu mnoho pletichářů s dobrými nápady, jako je Andreas Schmitz, [16] ale aby se věci podařily, chybí u mocenských pák lidé s elánem, kompetencí, střízlivou odborností a rozhodovací pravomocí.
Před více než 30 lety napsal Björn Engholm, tehdejší ministerský předseda Šlesvicka-Holštýnska, knihu o „veřejném užívání rozumu“ [17]. Podává v ní promyšlený, sebekritický a výstižný vhled do každodenního politického života s jeho „pýchou všemocnosti“: „Politici v zastupitelské demokracii si myslí, že se musí neustále stavět na scénu, nikdy nesmí projevit bezmocnost …
Od Pavla k Šavlovi
Pochybuji, že problémy naší doby lze řešit s takovýmto populismem, krátkozrakostí, domýšlivostí a omezeným rozhledem“. Kniha obsahuje na krátkém prostoru hluboké postřehy k mnoha důležitým otázkám. V závěru se píše: „V neustálém nutkání konfrontovat realitu s možností spočívá ona naděje na spravedlivou, mírovou a svobodnou budoucnost, která nám dává sílu snášet přítomnost, aniž bychom ztratili dynamiku usilovat o to, co ještě není možné … To může být sisyfovský úkol. Ale kdo říká, že Sisyfos byl nešťastný člověk?“ O tři roky později Engholm jako kandidát SPD na kancléře narazil na dřívější nepřísežný nepravdivý výrok, odstoupil ze všech funkcí a usedl do teplého křesla u Preussen Elektra, provozovatele jaderných elektráren Brokdorf a Brunsbüttel, jako poradce. Jako politik se proti těmto dvěma lokalitám ostře stavěl. [18] Kdyby nevzal peníze, zůstal by filozofem.
Zdroje (webové stránky vyhledány v květnu 2023, kromě [14])
[2] www.destatis.de/DE/Themen/Branchen-Unternehmen/Energie/Erzeugung/_inhalt.html
[3] www.destatis.de/DE/Themen/Gesellschaft-Umwelt/Bevoelkerung/Bevoelkerungsstand/_inhalt.html
[4] www.laenderdaten.info/
[5] www.umweltbundesamt.de/daten/private-haushalte-konsum/wohnen/wohnflaeche#entwicklung-von-bevolkerung-und-wohnungsbestand-in-bundeslandern-unterschiedlich
[6] www.heizsparer.de/heizung/heizungssysteme/fernwaerme/fernwaerme-brennstoffe
[7] von Oehsen, Ahmani (2021).Potenzialstudie Klimafreundliche Fernwärme ohne GKM 2030. BUND: Heidelberg. www.bund-rhein-neckar-odenwald.de/themen-und-projekte/umwelt-klimaschutz/klimaschutz/
[8] RWE Energie (1998), Bau-Handbuch,
15. Auflage Kap. 17: Sonnenenergie, S. 17/5. RWE Energie AG: Essen.
[9] www.wind-energie.de/themen/zahlen-und-fakten
[10 Schmitt, Thomas (2018). (Why) did Desertec fail? An interim analysis of a large-scale renewable energy infrastructure project from a Social Studies of Technology perspective Local Environment. Int. Journal of Justice and Sustainability. Mai 2018. Taylor&Francis Online. www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/13549839.2018.1469119
[11] Nold, Stefan (2021) Kann ein Dackel den Planeten retten? Humane Wirtschaft 01/2021, S. 36–45.
[12] www.solarpaces.org/china-now-has-30-csp-projects-with-thermal-energy-storage-underway/
[13] European Commission (2/2023). Initative for Global Leadership in Concentrated Solar Power Technologies. Updated implementation plan. setis.ec.europa.eu/implementing-actions/concentrated-solar-thermal-technologies_en
[14] Nold, Stefan (2022). Splendid Cooperation – Wunderbare Zusammenarbeit. Humane Wirtschaft 03/2022, Seite 35 – 42.
[15] Strössenreuther, Heinrich und Claas Helmke (12/2019). Der 1,5-Grad Klimaplan für Deutschland. S. 22 German Zero e.V: Hamburg und Berlin. www.germanzero.de (vyhledáno 3/2020)
[16] www.youtube.com/watch?v=JTLO4eMqSOU
[17] Engholm, Björn (1990). Vom öffentlichen Gebrauch der Vernunft. S. 63, S. 66, S. 238–239. Claassen Verlag: Düsseldorf
[18] de.wikipedia.org/wiki/Bj%C3%B6rn_Engholm
[VB]
Děkuji redakci za zveřejnění tak vypovídajícího, vynikajícího rozhovoru. Také panu profesorovi Alfred - Maurice de Zayas za výstižný a objektivní…
Ani tentokrát Fursov nezklamal a byl originální v době, kdy je všechno už jen stereotyp.
Rozpolcenost nebyla způsobena třídními rozdíly. Na ty je západní společnost zvyklá a od jisté doby neohrožují podstatu státu. Třídní boj…
Jakékoliv období nastupující změny, které dnes opět prožíváme, musí být naplněno analýzou této změny, jejích příčin a hledání případných kategorií…
Krásné přání, dovolil bych si touto cestou také popřát všem pokojné Vánoce a mnoho zdraví a štěstí v Novém roce…