Príležitosti a riziká obnoviteľných zdrojov na príklade Nemecka

Nemecko má ambíciu stať sa v najbližších rokoch nízkouhlíkovou ekonomikou. Proces energetickej transformácie je však dlhý a drahý.

Nemecký príklad pre Európu

V uplynulej dekáde je odvetvie energetiky neustále stredobodom rozsiahlych diskusií. Z pohľadu klimatických zmien sa energetický sektor výrazne podieľa na produkcii emisií  skleníkových plynov, čo má negatívne dosahy na životné prostredie. V dôsledku toho si jednotlivé krajiny začali uvedomovať potrebu transformácie energetických systémov a výzvou sa stal prechod na obnoviteľné zdroje energie. Napĺňanie klimatických cieľov, ktoré boli stanovené v Kjótskom protokole a neskôr v Parížskej dohode, sa stalo jednou z priorít aj nemeckej energetickej politiky „Energiewende“. Dlhodobá vízia a stratégia Nemecka stať sa  prvou nízkouhlíkovou ekonomikou do polovice tohto storočia je však príkladom náročného a zdĺhavého procesu.

Nemecko sa stalo hlavným aktérom na globálnej scéne v segmente obnoviteľných zdrojov energie. Prechod energetického systému na obnoviteľnú energiu v Nemecku podnietilo viacero faktorov. V prvom rade riziká a obavy súvisiace s jadrovou energiou vyvolané katastrofami v jadrových elektrárňach v Černobyle v roku 1986 a vo Fukušime v roku 2011. Tlak verejnej mienky vyvolal búrlivé debaty o bezpečnosti jadrových zariadení, v dôsledku čoho nemecká vláda bezprostredne nariadila ukončenie prevádzok jadrových elektrární. Jadrová energia je na ústupe a do roku 2022 budú odstavené všetky bloky.

Významným elementom, ktorý podnietil prechod na obnoviteľnú energiu, je rast emisií skleníkových plynov. Hoci podiel obnoviteľných zdrojov na výrobe elektriny kontinuálne rastie, priebeh emisií skleníkových plynov sa len mierne znižuje. To je dôsledkom vysokej závislosti od fosílnych zdrojov, predovšetkým od uhlia, keďže Nemecko je 8. najväčším producentom uhlia na svete. Zároveň uhlie sčasti nahradilo výpadok jadrovej energie, čo je dôsledkom  pretrvávajúcej závislosti od uhoľných zdrojov.

Z tohto dôvodu sa Nemecku nepodarí splniť krátkodobé a strednodobé ciele zníženia emisií, ktoré si stanovilo. Súčasťou akejkoľvek serióznej stratégie ochrany klímy je dekarbonizácia energetického systému, ktorú Nemecko implementovalo do svojej politiky potom, čo si uvedomilo zlyhanie plnenia klimatických cieľov. Pre dosiahnutie cieľov zníženia emisií o 95 % do roku 2050 bude Nemecko musieť úplne dekarbonizovať svoj energetický systém. Krajina si tento fakt uvedomuje, ako aj potrebu ukončiť produkciu z uhlia, preto sa usiluje odstaviť do roku 2038 uhoľné elektrárne a prvá vlna vyraďovania je naplánovaná do roku 2022. V tejto súvislosti je Nemecko kritizované za nerozvážnosť politiky „Energiewende“. Krajina síce má právomoc rozhodovať o štruktúre svojho energetického mixu, no nemalo by to ohroziť okolité krajiny. Tu sa teda naskytuje hneď niekoľko otázok.

Nahradia obnoviteľné zdroje energie konvenčné zdroje?

Obnoviteľné zdroje energie (OZE), konkrétne veľké fotovoltické systémy na juhu Nemecka, ako aj veterné turbíny v severných prímorských oblastiach Nemecka, dosiahli v roku 2018 nižšie hodnoty LCOE (Levelized Cost of Energy, konzistentné porovnanie nákladov na energiu z rôznych zdrojov) ako fosílne zdroje energie – obr. 1. To naznačuje, že tieto typy OZE dokážu už teraz konkurovať tradičným zdrojom.

Za poslednú  dekádu  ceny solárnych panelov klesali tempom (tzv. learning rate) až 25 % ročne. Môžeme teda predpokladať, že v budúcnosti  budú  aj naďalej klesať, avšak pomalším tempom. Hlavným motorom týchto poklesov budú investície do výskumu a vývoja, ale najmä obrovský rast výrobných kapacít, a teda aj úspor z rozsahu.

V prípade veternej energie, onshore aj offshore, sa odhaduje konzervatívnejšie tempo úspor investičných nákladov na úrovni 5 % ročne. Pri technológii bioplynových elektrární sa neočakáva masívnejší pokles nákladov. LCOE fosílnych zdrojov ovplyvní najmä cena palív, energetická účinnosť, ako aj ceny emisných povoleniek. Veterná a solárna energia sa stali jadrom nemeckej energetickej transformácie, s najväčším rastovým potenciálom, a to aj vďaka zavádzaniu tarifného systému. Hlavnými hnacími silami nových zariadení aj naďalej budú trhové mechanizmy.

Na základe prognóz hodnôt LCOE na rok 2035 sa dá predpokladať, že z dlhodobého hľadiska budú fotovoltika a veterné turbíny najlacnejšími zdrojmi elektrickej energie v Nemecku. Do roku 2035 sa odhaduje ďalší pokles nákladov LCOE  – pre fotovoltické systémy v Nemecku sa odhaduje pokles o približne 42 % a pre veterné turbíny onshore približne o 14 %, keďže ich cena nie je závislá od cien paliva, ako je to v prípade  fosílnych zdrojov, pri ktorých sa predpokladá nárast cien palív a emisných povoleniek.

V budúcnosti  sa tiež očakáva zvýšenie životnosti fotovoltických panelov z 25 na 30 rokov, čo zníži náklady na výrobu elektrickej energie o ďalších 8,5 %. Na základe predikcie hodnôt LCOE predpokladáme, že z dlhodobého hľadiska budú fotovoltika a veterné turbíny najlacnejšími zdrojmi elektrickej energie v Nemecku. Preto očakávame, že v budúcnosti bude možné prevádzkovať tieto zdroje bez akejkoľvek štátnej podpory. To teda značí konkurenčnú výhodu oproti  fosílnym zdrojom a lepšie podmienky pre investorov do týchto OZE.

Nemecko sa v plnej miere spolieha na obnoviteľné zdroje, ktoré by podľa nemeckej vlády mohli nahradiť produkciu elektriny z jadra a v budúcnosti aj z uhlia. Na jednej strane sa nám môže zdať, že Nemecku sa tento ambiciózny cieľ podarí splniť.

Historicky bola produkcia elektrickej energie založená na čiernom uhlí, hnedom uhlí a jadre. V roku 1990 pochádzalo až 31,1 % elektriny z hnedého uhlia, 25,6 % z čierneho uhlia, 27,7 % z jadra a 6,5 % z plynu. Ostatné zdroje mali v tomto období iba marginálny podiel. Za posledných 28 rokov prešiel energetický mix výroby elektrickej energie značnou diverzifikáciou, ako môžeme vidieť aj na obr. 2.

Celková výroba elektrickej energie v Nemecku dosiahla v roku 2018 hodnotu 646,8 TWh, z čoho viac ako tretinu (35 %) vyprodukovali OZE, 22,5 % pochádzalo z hnedého uhlia,  12,9  % z čierneho  uhlia a rovnako aj z plynu a podiel jadra v roku 2018 predstavoval 11,8 %. Z tohto pohľadu  je naozaj zjavné, že OZE postupne vytláčajú konvenčné zdroje.

V budúcnosti bude v Nemecku potrebných viac plynových elektrární, ktoré vykryjú a doplnia volatilitnú produkciu z OZE.

No sme svedkami toho, že postupným vyraďovaním jadrovej energie došlo k jej nahradeniu čiastočne aj uhlím, v dôsledku čoho má jeho podiel z dlhodobého hľadiska konštantný charakter. Jeho podiel bude postupne klesať, no na druhej strane očakávame markantnejší nárast podielu plynu. Tak ako v súčasnosti predstavuje uhlie a plyn záložný zdroj v produkcii elektriny, tak aj v budúcnosti bude potrebných viac plynových elektrární, ktoré vykryjú a doplnia volatilitnú produkciu z OZE. Čo to znamená?

Napriek tomu, že inštalovaný výkon v elektrárňach z OZE pokrýva v ideálnych podmienkach celkovú spotrebu Nemecka, v neideálnych podmienkach dokážu obnoviteľné zdroje pokryť len 10 % spotreby. Z toho vyplýva nutnosť využívania záložných zdrojov energie, teda uhoľných a plynových elektrární, ktoré musia byť pripravené nabehnúť na plný výkon, alebo nutnosť importovať elektrinu v prípade nedostatku  elektriny, prevažne z Francúzska. Keďže Nemecko sa rozhodlo postupne vyraďovať uhoľné zdroje, bude potrebovať viac zemného plynu, ktorý bude dopĺňať intermitentné obnoviteľné zdroje.

Energetická bezpečnosť

Na jednej strane OZE zvyšujú mieru diverzifikácie dodávok energie, prispievajú k decentralizácii výroby elektriny, k vyššej nezávislosti od zahraničného importu a k celkovej dekarbonizácii, no na druhej strane spôsobujú problémy s vytváraním nestability prenosovej siete, čo ohrozuje energetickú bezpečnosť. Nestabilná povaha OZE spôsobuje nemeckým sieťovým operátorom značné ťažkosti, keďže nastávajú situácie, keď je buď priveľa elektriny z OZE alebo naopak v momentoch, keď je elektriny z OZE nedostatok.

Aby sa predišlo preťaženiu sietí je nutné prebytky elektriny exportovať do okolitých krajín, často aj za negatívne ceny.

V prípade extrémnej nadprodukcie z OZE, v dôsledku výrazného zvyšovania kapacity, je riziko preťaženia sietí a výpadku prúdu. Aby sa predišlo tomuto stavu, je nutné prípadné prebytky exportovať do okolitých krajín, často aj za negatívne ceny. Nemecko je od roku 2012 čistým exportérom elektriny a v roku 2018 väčšina tokov elektrickej energie smerovala do Holandska, Rakúska, Švajčiarska a Poľska.

Poľsko časť svojej importovanej elektriny z východného Nemecka prenáša cez svoju prenosovú sieť cez Českú republiku do južného Nemecka. Avšak aj Poľsko, ako aj Česká republika v posledných rokoch inštalovali na hraniciach s Nemeckom transformátory s riadeným posunom fázy (tzv. phase shifter) a v prípadoch ohrozenia domácich sústav sú schopné sa týmto prietokom brániť. Z toho vyplýva nutnosť posilniť a modernizovať prenosovú sústavu Nemecka a zabezpečiť prepojenie severnej časti Nemecka, kde sú lepšie veterné podmienky s priemyselne rozvinutým juhom a západom krajiny.

Aby sa zachovala energetická bezpečnosť, je nevyhnutné, aby sa s novými kapacitami obnoviteľných zdrojov energie budovali aj silnejšie distribučné a najmä prenosové  siete. Nemecko čakajú aj ďalšie výzvy, ako využívanie batériových kapacít na uskladnenie prebytkov z obnoviteľných zdrojov energie v čase nadprodukcie. Bez možnosti akumulácie elektriny z OZE, napríklad do veľkokapacitných batérií, bude v budúcnosti veľmi ťažké dopĺňať ďalší inštalovaný výkon z týchto zdrojov bez toho, aby bol ohrozený plynulý chod prenosovej siete bez jej preťažovania a výpadkov elektriny.

Pre Nemecko bude preto kľúčové zabezpečiť čo najlacnejšie kapacity obnoviteľných zdrojov energie, ktoré budú  vyrábať a dodávať nízkouhlíkovú elektrinu pre spotrebiteľov, ale nebudú predstavovať riziko pre distribučnú a prenosovú sústavu krajiny, ani pre prenosové sústavy okolitých krajín.

Dosah podpory OZE na nemeckých spotrebiteľov

Nemecko ako prvé začalo s rozvojom OZE v časoch, keď boli ešte relatívne drahé. Aj to je jeden z aspektov, prečo dnes nemeckí spotrebitelia platia najvyššiu cenu elektrickej energie v EÚ. V posledných rokoch je však cena elektrickej energie v Nemecku pomerne stabilná a v budúcnosti sa očakáva jej pokles, pretože dnes sú už náklady na technológiu obnoviteľnej energie nižšie ako náklady na konvenčné elektrárne.

Cena elektrickej energie sa od roku 2000 do roku 2018 zvýšila o približne 111 %, čo bolo spôsobené  viacerými faktormi – obr. 3.

K nárastu ceny elektriny prispel najmä poplatok za OZE, sadzby, rôzne poplatky a dane. EEG poplatok, ktorý sa pripočítava k účtom za elektrinu, je určený na financovanie obnoviteľnej energie. Ten pokrýva rozdiel medzi nákladmi na generovanie 1 kWh obnoviteľnej elektrickej energie a príjmama z predaja tejto 1 kWh na veľkoobchodnom trhu.

Štruktúra položiek sa v priebehu času upravovala, v roku 2006 sa rozdelila dovtedy jednotná platba za predaj, distribúciu a sieťové poplatky na dve samostatné položky. Od roku 2000, po zavedení zákona EEG, a teda aj výkupných cien na podporu technológií OZE, začala postupne narastať v účtoch za elektrinu pre domácnosti zložka podpory OZE.

Tempo rastu sa zrýchlilo najmä po intenzívnejšom zvyšovaní inštalovanej kapacity OZE po roku 2006. Zložka podpory OZE bola v roku 2006 na úrovni 0,88 centov za kWh, čo predstavovalo pri koncovej cene 19,46 centov za kWh podiel len 4,5 %. V roku 2012 to bolo už 3,59 centov za kWh, čo predstavuje viac ako 4-násobný nárast a podiel 13,9 %. Následne v roku 2018 to bolo 6,79 centov za kWh, čo predstavovalo v porovnaní s rokom 2006 až 7,7-násobný nárast a pri priemernej cene 29,44 centov  za  kWh tvorila  podpora pre OZE až 23,1 % z celkovej koncovej ceny elektriny pre domácnosti – obr. 4.

V budúcnosti však očakávame pokles ceny elektriny, pretože náklady na technológie obnoviteľnej energie sú čoraz nižšie, a teda aj podpora formou poplatku EEG by mala klesať. Celkovo v roku 2018 zaplatili spotrebitelia elektriny za podporu OZE 24 miliárd eur, z čoho najväčšia časť pripadla domácnostiam.

Prechod na nízkouhlíkové hospodárstvo predstavuje obrovskú finančnú záťaž. Vyčíslenie celkových nákladov za „Energiewende“ patrí medzi veľmi diskutované témy, pretože nepanuje zhoda týkajúca sa ceny za prechod na  nízkouhlíkovú ekonomiku. Viacero nemeckých tzv.  think-tankov  však odhaduje celkové náklady na „Energiewende“ v rozmedzí od 15 do 40 miliárd eur ročne alebo 0,5 až 1,2 % HDP Nemecka, ktoré je na úrovni približne 3,2 biliónov eur.

Napriek politickej a ekonomickej podpore je prechod na low-carbon economy v Nemecku veľmi zdĺhavý.

Celá debata o cene však naráža na problém odhadu nákladov, ktoré môže „Energiewende“ eliminovať znížením negatívnych dosahov na zmenu klímy v Nemecku. Je preto na mieste otázka, či sa dá na „Energiewende“ pozerať len optikou ekonomickej návratnosti. Vzhľadom na nekontrolovateľný rast nákladov energetickej transformácie si nie každá krajina môže dovoliť podstúpiť túto zmenu. Na príklade Nemecka je vidieť, že napriek politickej a ekonomickej podpore je prechod na low-carbon economy veľmi zdĺhavý. V súčasnosti sa obnoviteľné zdroje energie javia byť pomerne riskantné, avšak predikcie a budúce výzvy naznačujú príležitosti ich ďalšieho rozvoja, pretože už nie sú iba alternatívou, ale stali sa doktrínou energetiky.

(Článok bol publikovaný aj v českom magazíne PRO-ENERGY)