Energetika na rozcestí

Koncem března 2009 proběhly tiskem zprávy typu: „Světu hrozí do roku 2030 nedostatek potravin, vody a energie,“ varuje vědec. Tím vědcem je profesor John Beddington, hlavní vědecký poradce britské vlády. Varuje, že kolem roku 2030 postihne lidstvo znásobený efekt několika souběžných krizí, jež budou souviset s nedostatkem potravin, pitné vody a energie. Hlavní krize, která nám hrozí, není před námi, ale přímo se v ní topíme. Je to krize ignorance, především ignorance faktů. Říkáme, že žijeme v informační společnosti, ale při bližším rozboru informací kolem nás dospíváme k názoru, že žijeme především v dezinformační společnosti. Po rozpadu bipolárního světa jsme svědky nejen bouřlivého rozvoje informačních technologií, ale i jejich ovládání zájmovými skupinami. Výrobě a rozšiřování „informací“ dominují reklamní agentury a soukromě vlastněná média. Ta již dávno přestala být hlídacím psem demokracie a jako každý privátní byznys slouží především svým vlastníkům. Potud Beddington. Není divu, že informace, které jsou produktem kritického myšlení, bývají často nežádoucí. Je proto zřejmé, že každá vyvážená energetická koncepce musí být zákonitě napadána různými zájmovými  skupinami, které budou chtít dosáhnout výsadnějšího postavení proti konkurentům.

Proč je transformace energetiky nezbytná a v čem spočívá její složitost

Energetické toky a přeměny udržují a vymezují život všech živých organismů, ale stejně tak i takových superorganismů, jako jsou lidská společnost a civilizace. Žádná lidská aktivita se neobejde bez energie a její transformace. Z pohledu základní biofyziky a termodynamiky je bohatství určité společnosti určováno primárně především rozsahem a efektivností jejích energetických transformací. Z pohledu časového je „životnost“ volebního období 4 roky, elektráren 40 let, budov více než 100 let, lidských sídel několik století. Dlouhodobý výhled energetické politiky by měl proto přesahovat nejméně jednu generaci energetických staveb, to znamená do období po roce 2050. Podívejme se z větší perspektivy a označme současnou dobu jako poledne na pomyslných hodinách, které se rozběhly od počátku prvých forem života. První stopy člověka se objevují před 30 sekundami, první civilizace teprve před 0,1 sekundy a využívání fosilních paliv počalo před 2 milisekundami.

Za ten zlomek času, kdy člověk žije ve vzájemném působení s ostatní přírodou, přetvořil značnou část svého okolí. Téměř 6 tisíc let byl hlavní příčinou těchto změn rozvoj zemědělství. Nesrovnatelně větší změny však přinesla moderní doba, která je spojena s využíváním fosilních zdrojů energie. Do té doby ovládal člověk kromě síly svých paží ještě tažná zvířata. Člověk ovládající koně svou sílu zdesetinásobí. Člověk řídící automobilovládá sílu tisíckrát větší, než má sám. Operátor jaderného reaktoru v elektrárně svýma rukama ovládá zhruba 30 000 000krát větší sílu, než je síla jeho paží.

Fosilní zdroje energie zbavily člověka fyzické dřiny a umožnily nevídaný průmyslový rozvoj. Průmyslová revoluce se projevila nejen rozvojem výroby nesmírného množství dříve neznámých výrobků, ale vedla i k revoluci v zemědělství, kde intenzifikace výroby využíváním ústrojných hnojiv a mechanizací uvolnila velké množství pracovních sil. Zlepšení výživy i zdravotní péče vedlo k dramatickému nárůstu lidské populace na sedminásobek oproti roku 1800 (obr. 1).

Příroda ve své tvrdosti nedovolí, aby se některý živočišný druh trvale přemnožil, a tak tomu bylo v minulosti i s lidským druhem. Výrazný nárůst lidské populace za posledních 200 let se tomuto pravidlu vzepřel, zároveň však znamenal výrazné zhoršení vztahů člověka a přírody. Člověk se odtrhl od půdy, a spíše než hospodářem z minulých století, který žil v souladu s ostatními živočišnými a rostlinnými druhy, je dnes bezohledným kořistníkem, který vnímá pouze monetární hodnoty realizované v tržních vztazích a nikoliv neplacené služby ekosystémů.

poptávky po zdrojích a vzhledem k jejichOd roku 1950 se nůžky růstu populace mezi rozvinutými a rozvojovými státy rozevírají. V rozvojovém světě poroste poptávka po energii nejen kvůli růstu počtu obyvatel, ale zejména proto, že měrná spotřeba energie na obyvatele je mnohem menší než v rozvinutých zemích. Růst světové populace znamená růst potřeb, ty vyvolávají růst konečným zásobám způsobují růst globálního napětí. Obavy do budoucna totiž vzbuzují tyto otázky:

• Je pro světovou populaci a očekávaný růst hrubého domácího produktu dostatek energie?
• Mohou obyvatelé rozvojových zemí žít stejně jako energeticky obézní euroatlantická civilizace s její spotřebou energie?
• Převáží snaha řešit situaci silou?

Je zřejmé, že odpověď na prvé dvě otázky zní ne, pokud bychom se spoléhali pouze na fosilní energii a jadernou energetiku 3. generace. Třetí otázka závisí především na politice tří mocností: USA, Ruské federace a Číny. Zápas o energetické zdroje (nutné pro udržení mocenské a ekonomické převahy) zaznamenaly čtyři oblasti: diplomacie, vojenské doktríny, liberalizovaný trh a krizové řízení (obr. 2).

Energetickou bezpečnost chápeme a definujeme jako kontinuitu nezbytných dodávek energie a energetických služeb pro zajištění chráněných zájmů státu (životů a zdraví lidí, majetku, životního prostředí). Nelze ji omezovat na problematiku opatření ropy a zemního plynu, je nutno brát v úvahu celý řetěz od získávání prvotní energie po její užití. Ať již je zásobování energií narušeno kdekoliv, krizová situace vzniká právě u spotřebitele. Tato definice energetické bezpečnosti vychází z integrální bezpečnosti lidského systému (obr. 3). Požadavek na energetickou bezpečnost se odvíjí od poptávky konečných spotřebitelů energie, neboť přerušením dodávek spotřebitelům může nastat krizová situace a ohrožení chráněných zájmů státu. Riziko nesou odběratelé energie a vzniklé krizové situace řeší stát s pomocí integrovaného záchranného systému na principu ex post.

Na začátku zásobovacího řetězce jsou zdroje primární energie, které lze v zásadě dělit na neobnovitelné a obnovitelné. Neobnovitelnými zdroji jsou fosilní paliva (ropa, zemní plyn a uhlí) a jaderné palivo. Energetická bezpečnost na této straně zásobovacího řetězce znamená zabezpečit přístup především k neobnovitelným energetickým surovinám (ropa, zemní plyn, uhlí, přírodní uran) a jejich přepravním trasám. Rizika v této oblasti zmírňuje stát v rámci své zahraniční politiky.

Mezi oběma konci zásobovacího řetězce se nacházejí energetické společnosti zajišťující energetické transformace (rafinérie, elektrárny, teplárny) a dopravu energie (ropovody, plynovody, elektrovody, teplovody). Tyto společnosti byly prakticky ze 100 % zprivatizovány a jejich podnikání se řídí obchodním zákoníkem. Podnikání síťových podniků (síťová doprava energie) je navíc regulováno Energetickým regulačním úřadem. Rizika nesou vlastníci energetických společností. Tato část energetického systému se nazývá energetická infrastruktura a většinou má charakter kritické infrastruktury.¹⁾

Debata o energetické bezpečnosti se dělí na tři části: bezpečnost zajištění energetických zdrojů, bezpečnost energetických transformací a dopravy energie, bezpečnost konečných uživatelů energie. Při debatě o energetické bezpečnosti je třeba vnímat, že všechny energie jsou spolu určitým způsobem svázány a jsou více či méně navzájem nahraditelné.

Postmoderní transformace globálního mixu primárních zdrojů energie

Současná civilizace je převážně fosilně-energetickou civilizací, jen s velmi pomalou rychlostí náhrady fosilních zdrojů (uhlí, ropy, zemního plynu) nefosilními energetickými substituty (jadernou energií, obnovitelnými zdroji). Zásoby fosilních paliv jsou konečné, stejně jako zdroje paliva pro současné generace jaderných reaktorů. Alternativní zdroje přesahující časový rámec čerpání fosilních paliv představují pouze dvě cesty: renesance obnovitelných zdrojů energie a renesance jaderné energetiky čtvrté a vyšší generace (obr. 4).

Největší využitelný energetický potenciál mají, s přihlédnutím k stupni technologického vývoje, energie slunečního záření a energie větru. Jejich technicky využitelný potenciál přesahuje o několik řádů energetické potřeby lidstva. Mají však nižší energetickou hustotu než fosilní energie a nepravidelný či přerušovaný tok energie. To znamená, že jejich rostoucí podíl v globálním mixu bude vyžadovat souběžný rozvoj inteligentních sítía systémů pro akumulaci energie. Uvažuje se o tom, že by se propojilo řešení akumulace s řešením náhrady ropných pohonných hmot v dopravě. S tím souvisí i otázka energetického využití biomasy jako náhrady fosilních paliv.

Nedávné návrhy masivního využívání biomasy pro výrobu biopaliv jsou politováníhodným příkladem absence celostního přístupu, ignorujícího realitu a potřebu zachování služeb ekosystémů. Základní funkce ekosystémů již byly do značné míry modifikovány a redukovány. Jakékoliv další masivní, intenzivní a monokulturní pěstování energetické biomasy může úbytek služeb ekosystémů jen urychlit. Lidstvo nyní využívá asi 30 až 40 % fytomasy jako potravu, krmivo, vlákna a energii. Kdyby toto množství ještě dále narůstalo, poklesly by, popř. nevratně vymizely některé služby i funkce ekosystémů a snížila by se recyklace organické hmoty v zemědělství. Intenzivní pěstování energetických rostlin by též ovlivnilo globální koloběh dusíku.

Z hektaru zemědělské půdy získáme ročně biomasu s energetickým obsahem 40 až 100 MWh, podle typu plodiny. To je méně než 1 % slunečního záření, které na tuto plochu za rok dopadne. Při zpracování biomasy a následném spalování získaného paliva vznikají další ztráty. Při účinnosti výroby elektřiny 25 % tak získáme z hektaru za rok 10 až 25 MWh elektřiny, tj. při tržní (nedotované podle zákona o OZE) ceně 1400Kč/MWh hodnotu 14 až 35 tisíc Kč/ha. Naproti tomu fotovoltaická přeměna sluneční energie je až o dva řády účinnější. Z hektaru lze získat v podmínkách ČR 750 až 1000 MWh/r elektřiny v tržní hodnotě 1050 až 1400 tisíc Kč/ha. Využití přímé přeměny lze srovnat s hodnotou služby ekosystémů, jež byly hessenskou metodou²⁾ vyčísleny podle různých typů půd a mají hodnotu 1400 až 10 000 tisíc Kč/ha (viz obr. 5).

Hlavní problém globální energetické bezpečnosti

Historickou zkušeností je zneužívání výsledků výzkumu a vývoje nových technologií. Fosilní paliva i jaderné palivo jsou nosiče koncentrované energie. Užitečná energie se získává řízeným uvolňováním (chemickou reakcí, řetězovou reakcí). Neřízené uvolnění energie je v energetickém průmyslu nežádoucí a znamená těžkou havárii. Ničivé účinky neřízené reakce však byly, jsou a budou atraktivní pro využití ve vojenském průmyslu (obr. 6).

Zásadní rozdíl ve vojenském zneužití energie chemické a jaderné spočívá v tom, že jaderné štěpení uvolňuje energii na jednotku hmoty větší o více než 4 řády. To, co je v energetice výhodou, je z hlediska zábrany šíření zbraní nesmírně obtížný problém, 1 kg štěpného materiálu (obohaceného uranu nebo zbraňového plutonia) může uvolnit energii odpovídající 10 000 tun konvenční výbušniny trinitrotoluenu. Přitom kritické množství činí u plutonia méně než 6 kg, což je objemově velikost šálku na čaj.

Tato hrozba dovedla světové společenství v roce 1968 ke vzniku smlouvy o nešíření jaderných zbraní.³⁾ Kvůli této hrozbě byly pro energetické využití rozšířeny vodou chlazené lehkovodní reaktory s kampaňovou výměnou paliva, které jsou snáze kontrolovatelné proti zneužití. Problematika multilaterálních přístupů k jadernému palivovému cyklu a s ní související otázky zaručených dodávek jaderného paliva byla v roce 2007 předmětem jednání Mezinárodní agentury pro atomovou energii.⁴⁾ V souvislosti s očekávanou renesancí jaderné energetiky se totiž může stát zásobování jaderným palivem Achillovou patou režimu nešíření. Smlouva o nešíření jaderných zbraní čelí nejen „krizi dodržování“, ale i širší krizi legitimity, která souvisí s otázkou efektivnosti a realizovatelnosti režimu nešíření, založeného především na dobrovolném dodržovaní jeho základních norem (obr. 7). Patrně bude nezbytné, aby obohacování uranu a separace plutonia byly dány pod přísnější mezinárodní kontrolu. Hrozba, že se po rozpadu bipolárního světa dostane část štěpného materiálu mimo kontrolu, vyvrcholila „trojstrannou iniciativou“ USA, Ruské federace a MAAE v rámci Globální iniciativy pro snížení jaderného nebezpečí.⁵⁾

Scénáře budoucího vývoje

Scénáře budoucího vývoje energetických systémů by bylo užitečné sledovat ve 3 osách. Prvá osa by měla vystihovat potřebu energie, tedy i míru efektivnosti užití energie. Její krajní body by mohly být nazvány energetická obezita a energetický asketismus. Druhá osa by měla vystihovat využití možností, které nám poskytuje technologický rozvoj a její krajní body by mohly být nazvány velká a malá diverzifikace energetických transformací (např. výroben elektřiny). Konečně třetí osa by měla vyjadřovat míru globální kooperace. Její krajní body by mohly být nazvány globální kooperace a globální konfrontace.

Existují nejméně 3 argumenty, proč je třeba usilovat o spolupráci namísto konfrontace:

• Podle historických zkušeností jsou státy považovány za nejnebezpečnější tehdy, jeli zranitelná jejich energetická bezpečnost (Německo a Japonsko v době 2. světové války).
• V zájmu světa (i v národním zájmu největší mocnosti USA) je proto posilování energetické bezpečnosti také i potenciálních soupeřů, a to v globální kooperaci exportujících a importujících zemí.
• K vítězství v asymetrickém konfliktu nestačí vojenská převaha (viz např. USA a Vietnam, SSSR a Afghánistán…).

Na straně neobnovitelných energetických zdrojů jde o problém vztahu mezi velkým počtem států importujících energii a poměrně malým počtem států bohatých na zdroje fosilní energie a uranu, které je exportují. Vzhledem k malému počtu energetických „hráčů“ jsou tyto vztahy utvářeny spíše politickými jednáními mezi vládami navzájem a mezi vládami a nadnárodními energetickými společnostmi než liberalizovaným trhem.

Lze konstatovat, že cesta k bezuhlíkové ekonomice bez doprovodných rozsáhlých konfliktů bude vyžadovat značně širokou globální spolupráci garantovanou (a v případě potřeby i vynutitelnou) velmocemi. Je pravděpodobné, že cesta k uzavřeným cyklům, bez nichž je renesance jaderné energetiky nemožná, povede k repatriaci použitého (spíše než vyhořelého) paliva do země původu,  kde bude pod mezinárodní kontrolou přepracováno.

Předpokladem je energetická solidarita

Návrh aktualizace státní energetické koncepce ze září 2009 vychází z podstaty fyzikálních zákonů a z analýzy vnějšího (globálního) okolí. Stanovuje 6 priorit:

— dosáhnout vyváženého mixu energetických zdrojů;

— zvyšovat energetickou účinnost a úspory;

— rozvíjet síťovou infrastrukturu ČR v kontextu zemí střední Evropy;

— podporovat výzkum a vývoj, podporovat školství;

— zvýšit energetickou bezpečnost a odolnost ČR a posílit schopnost zajistit nezbytné dodávky energií;

— zajistit šetrný přístup k životnímu prostředí.

Z geografické polohy ČR vyplývá, že větrná a sluneční elektřina vyráběná na území ČR nemůže konkurovat větrné energii ze severního Atlantiku nebo sluneční energii ze Středomoří. Ostatní druhy obnovitelné energie nemají na území ČR dostatečný potenciál (biomasa, vodní a geotermální energie).  U biomasy je tento potenciál omezen především proto, že by nadměrné energetické využívání biomasy ohrožovalo potravinovou bezpečnost a nezbytné služby ekosystémů.

Česká republika nemůže být dlouhodobě soběstačná v žádném druhu primární energie. Její dlouhodobá energetická koncepce ČR musí být řešena v rámci řešení koncepce EU, jinak nebude vyřešena vůbec. Předpokladem je ale energetická solidarita v rámci celé EU. Do té doby musí ČR využívat – kromě úspor a obnovitelných zdrojů energie – i mix neobnovitelné energie: uhlí, jádro a zemní plyn.

Máme-li zajistit energetickou bezpečnost EU jako celku včetně přiměřené solidarity mezi státy, musíme brát ohledy na nerovnoměrné geologické a geografické podmínky jednotlivých členských zemí. Požadavky na energetickou diverzifikaci (zdrojovou, regionální, dopravní) a rozsáhlý rozvoj využívání obnovitelných zdrojů energie (zejména větrné v oblasti Severního moře a sluneční ve Středomoří) vedou k potřebě vybudovat nové propojovací trasy evropských energetických sítí TEN-E.6 Na tyto sítě lze pohlížet jako na sítě zdrojové, tj. nahrazující deficit vlastních zdrojů energie. Pokud budou tyto sítě vedeny přes území České republiky, lze pak i přehodnotit přepokládaný mix výroby elektřiny na našem území a investovat do nových velkých zdrojů v místech, kde lze dosáhnout jejich nejlepší ekonomiky. V opačném případě se ČR stane na konci 21. století nekonkurenceschopnou energetickou periferií.