Ekoefektivní výroba elektrické energie – součást udržitelného rozvoje

Za posledních sto let se svět stal neodvolatelně závislým na elektrické energii, bez ní by nemohl dosáhnout pokroku. Celosvětová poptávka po elektřině roste v průměru o tři procenta ročně a předpokládá se, že v roce 2020 spotřeba dosáhne dvojnásobku dnešní úrovně (viz graf). Stejně významně roste podíl elektřiny na celkové spotřebě energie (viz graf).

Ročně (1997) je nyní produkováno okolo 12 000 TWh elektrické energie, z toho přibližně polovinu spotřebují domácnosti, obchod a služby, druhou polovinu spotřebovává průmysl. Na celkové výrobě elektřiny se podílejí fosilní paliva 67 % (38 % uhlí, 17 % plyn a 12 % ropa), téměř 17 % připadá na jadernou energii. Celkem se neobnovitelné zdroje podílejí na 84 % výroby. Obnovitelné zdroje tvoří necelých 16 %, v nichž naprosto dominují vodní elektrárny. „Nové“ obnovitelné zdroje, jako jsou energie solární, větrná, geotermální či biomasa, se v součtu podílejí na méně než jednom procentu. „Nové“ zdroje jsou většinou v raném stadiu vývoje, avšak důležitost solární a větrné energie rychle vzrůstá.

V krátkodobém výhledu je fosilního a nukleárního paliva dostatek a stále ještě přibývají nové zásoby. Objektivně je velice obtížné odhadnout dobu, kdy budou zásoby jednotlivých primárních zdrojů energie vyčerpány. Jak ukazuje graf 3, jsou odhady zásob paliva v průběhu času neustále podceňovány. K vyčerpání zásob však nedojde v příliš vzdálené budoucnosti. Prokázané zásoby ropy a plynu se odhadují na dobu přes půl století, zásoby uhlí na 200 let, jaderné palivo na jedno století.

Nutně je tedy třeba nalézt a uplatnit způsoby, jak elektřinu efektivněji vyrábět a spotřebovávat. První možností jsou elektrárny spalující fosilní palivo s vyšší účinností, druhou je maximální využití obnovitelných zdrojů s přijatelnými ekonomickými náklady (viz graf) a jejich maximální rozvoj a zvýšení konkurenceschopnosti „nově“ obnovitelných zdrojů. Třetí možnost je změnit spotřebitelské návyky a investovat do úspor energií a konečně provádět vše s ohledem na životní prostředí. Měřítkem jsou nejen emise, ale i poměr instalované kapacity k zastavěné a použité ploše (viz graf).

Jednotlivé možnosti vyžadují komplexní řešení problémů. Jestliže měl být zajištěn udržitelný rozvoj, znamenalo to pro společnost ABB, že vytvoří globální koncepce, a to vývojem a realizací ekoefektivních výrobků a systémů, postupováním nejmodernějších technologií rozvojovým zemím a neustálým zlepšováním ochrany životního prostředí.

Výhodou výroby elektřiny z fosilních paliv je její nízká cena, je však obtížné efektivně zužitkovat energii, která je v nich obsažena. Hlavním cílem ABB je postupné zvyšování účinnosti a zároveň snižování dopadů na životní prostředí.

ABB se soustředila nejen na vývoj a výrobu hořáků s nízkými emisemi NO_x pro parní kotle nebo na sekvenční spalování v plynových turbínách emitujících méně než 25 ppm NO_x, ale i na efektivní elektrárny, dosahující v kombinovaném cyklu přeměny 58,5 % primární energie v palivu na elektrickou energii a na další vývoj v oblasti spalování, termodynamiky a materiálů, tak aby účinnost přesáhla 60 %.

Jedinečná a nejmodernější technologie, kterou vyvinula ABB, umožňuje spalování všech druhů uhlí při velice nízkých emisích. Je založena na principu spojujím tlakové spalování ve fluidní vrstvě s paroplynovým cyklem (PFBC, Presurised Fluidised Bed Combustion). V systému PFBC je spalovací komora kotle umístěna v tlakové nádobě. Vzduch proudící ze dna komory nadnáší částice uhlí, sorbentu (vápence nebo dolomitu) a popela, a vytváří tak fluidní lože. Zároveň dodává dostatek kyslíku pro spalovací proces, který probíhá při teplotě 860 °C, což je téměř polovina teploty obvyklé v konvenčních práškových kotlích. To znamená, že použití fluidní vrstvy může nejen snížit emise SO_x (sorbentem), ale podstatně redukovat vznik termických kysličníků dusíku (snížením spalovací teploty), a tím redukovat emise NO_x ve spalinách na úroveň, která splňuje emisní limity bez dodatečných zařízení na odstraňování SO_x a NO_x. Parciální tlak kyslíku vyšší než při spalování v normální atmosféře (spalování probíhá za vysokého tlaku 12 až 16 barů) a relativně dlouhá doba setrvání plynů ve fluidní vrstvě (výška fluidního lože ≈ 4 m a fluidizační rychlost ≈ 1m/s) vedou k vyšší účinnosti spalování. Spaliny o vysokém tlaku vycházející z kotle pohánějí plynovou turbínu a pára vyrobená v kotli pohání parní turbínu, takže systém PFBC pracuje v paroplynovém cyklu. Dosahuje vysoké účinnosti přeměny, což například v neuskutečněném projektu na náhradu přežívající elektrárny Třebovice znamenalo dosáhnout účinnosti přibližně o 10 % vyšší než v jiných systémech se stejnou „kvalitou“ paliva (a přesáhnout tak účinnost 40 %).

S více než čtyřicetiletou zkušeností z vývoje a výstavby jaderných elektráren je ABB schopna nabídnout nejen kompletní řadu technologií pro lehkovodní reaktory, ale i vysokou kvalifikaci pro modernizaci starých reaktorů nebo odstranění těch vysloužilých. Vývojem bylo u jaderného paliva dosaženo snížení množství uranu potřebného pro výrobu energie o 20 % a kompaktní skladovací technologie je schopna pojmout téměř dvojnásobek původní kapacity.

Jaderné elektrárny se nyní příliš nestavějí, jsou spíše odstavovány nebo se jejich odstavení plánuje. Určitě není potřeba opakovat námitky a problémy spojené s provozem jaderných elektráren stejně jako jejich nesporné výhody. Nelze však pominout nezbytnou podmínku pro odstavení jaderné elektrárny, kterou je nalezení náhradních zdrojů, a to jak ve formě jiných technologií, tak ve formě úspor. Vývoj ve Švédsku ukázal, že předpovědi o míře využití „nových“ obnovitelných zdrojů se nesplnily a jejich skutečné využití dosahuje pouze zlomku původně předpokládaných kapacit. Začátek odstavování plánovaného švédskou vládou na 1. červenec 1998, kdy měl být uzavřen reaktor Barsebaeck I, bude nejspíš odsunut. Aby byla švédská vláda schopna Barsebaeck I uzavřít, iniciovala zákon, který jí to měl umožnit, protože reaktor je v soukromém vlastnictví. O tomto zákoně se diskutovalo, a nakonec jej odmítl Nejvyšší soud. Možnost uzavřít reaktory však také závisí na nalezení náhradních zdrojů. A jaké možnosti se zvažují nejvíce? Zvýšení dovozu zemního plynu z Norska a import elektrické energie z dánské uhelné elektrárny.

Využití jaderné energie v budoucnosti ovlivní (ne)rovnováha množství paliva, vhodných jiných zdrojů ve správném čase i množství a vnímání jaderné energetiky veřejností. Množivé reaktory mohou přeměňovat uran 238 na plutonium 239 nebo thorium 232 na uran 233, což by prodloužilo odhad současných zásob na více než dvě tisíciletí. Negativní postoj laické veřejnosti k jaderným elektrárnám a jejich bezpečnosti je ovlivňován především „katastrofickým potenciálem“. Není to nic neobvyklého, nedávné studie potvrdily důležitost katastrofického potenciálu na vnímání míry rizikovosti technologie u jednotlivců, přičemž případům menších průměrných nehod v průběhu času přikládá veřejnost daleko menší význam.

Z obnovitelných zdrojů jsou středem zájmu ABB hydroelektrárny. I v této oblasti má ABB dlouhou tradici a bohatou škálu výrobků a služeb, včetně dodávek projektů na klíč. Přestože většina kapacit pro stavbu ekonomicky využitelných elektráren leží v rozvojových zemích (viz graf ), lze i na územích s již vysokým stupněm využití vodních zdrojů zvýšit výrobu rekonstrukcí elektráren. Ve švýcarské hydroelektrárně Laufenberg, staré osmdesát let, byl takto zvýšen výkon o plných 28 %.

Společnost ABB je s to splnit požadavky kladené na technologie z hlediska životního prostředí. Použitím těchto technologií již bylo dosaženo dobrých výsledků při snižování emisí. Má však i mnoho dalších řešení, která pokrývají kompletní řetězec od výroby elektrické energie přes rozvod až po konečné využití a která mohou přispět k dosažení udržitelného rozvoje.