Příspěvek k diskuzi o vlivu výroby elektřiny na životní prostředí v ČR
V roce 2013 se v České republice vyrobilo v elektrárnách využívajících různé zdroje primární energie 87,06 TWh elektřiny (brutto výroba). Tuzemská brutto spotřeba činila 70,18 TWh.
V roce 2013 bylo rozdělení hrubé výroby elektřiny v ČR podle zdrojů primární energie následující:
- uhlí a energoplyn – 49,2 %;
- jaderné palivo – 35,3 %;
- obnovitelné zdroje – 10,7 %;
- ostatní – 4,8 %.
Podrobnější členění elektráren v ČR podle zdroje primární energie je následující:
- parní elektrárny (PE), paroplynové elektrárny (PPE) a převážná část závodních elektráren (ZVE) – využívající fosilní paliva, tj. uhlí, plyn a minerální oleje;
- jaderné elektrárny (JE) – využívající jaderné palivo;
- vodní elektrárny (VE), dále fotovotaické elektrárny (FVE), větrné elektrárny (VTE) a alternativní elektrárny (AE) – využívající obnovitelné zdroje.
S ohledem na znečišťování životního prostředí je možné tyto elektrárny dále rozdělit na elektrárny:
- produkující skleníkové plyny – elektrárny používající fosilní paliva – PE, PPE, ZVE;
- neprodukující skleníkové plyny – jaderné elektrárny a elektrárny využívající obnovitelné zdroje energie – JE, VE, FVE, VTE a AE.
Rozdělení výroby elektřiny podle zdrojů a v čase
Rozdělení výroby podle zdrojů a v čase je zřejmé z níže předkládaných dvou skupin grafů.
■ První skupina, tj. grafy 1 až 10, popisuje průběh výroby elektřiny v roce 2013 po měsících, a to jak celkově, tak rovněž podle zdroje, se znázorněním nejvyšší a nejnižší denní výroby v daném měsíci.
Graf 1 prezentuje průběh celkové výroby během roku se zřejmým sedlem v letních měsících.
Graf 2 zobrazuje výrobu v parních elektrárnách (PE), která kopíruje průběh celkové výroby.
Graf 1. Průběh celkové výroby elektřiny během roku
Graf 2. Výroba elektřiny v parních elektrárnách (PE)
Graf 3 ukazuje malý podíl paroplynových elektráren (PPE) na celkové výrobě. Skok v listopadu a v prosinci byl zřejmě způsoben najetím PPE v Počeradech do zkušebního provozu.
Graf 4 popisuje výrobu jaderných elektráren (JE) a vyrovnanost jejich výkonů v jednotlivých měsících.
Graf 3. Výroba elektřiny v paroplynových elektrárnách (PPE)
Graf 4. Výroba elektřiny v jaderných elektrárnách (JE)
Graf 5 ukazuje průběh výroby ve vodních elektrárnách (VE), tedy klasickém zdroji čisté energie. Z grafu je zřejmý jejich malý podíl na celkové výrobě energie. Je nutno konstatovat, že možnosti využití vody jako optimálního zdroje pro výrobu elektřiny jsou v ČR již prakticky vyčerpány. U velkých toků zbývá jeden dosud nerealizovaný stupeň na Labi, a to Děčín, s předpokládaným instalovaným výkonem 7,9 MW a roční výrobou 46,9 MWh. Podíl VE na regulaci výkonu soustavy je zčásti omezen kolísáním atmosférických srážek, a tedy kolísáním průtoku vody v řekách. Kromě toho výrobu u malých vodních elektráren na splavných tocích regulují požadavky plavby, tj. udržení úrovně hladiny obvykle v rozmezí ±0,15 m.
Graf 6 popisuje výrobu v přečerpávacích vodních elektrárnách (PVE). Ukazuje jejich vyrovnávací funkci v soustavě, avšak malý podíl na celkové výrobě.
Graf 5. Výroba elektřiny ve vodních elektrárnách (VE)
Graf 6. Výroba elektřiny v přečerpávacích vodních elektrárnách (PVE)
Graf 7 ukazuje malý podíl alternativních elektráren (AE) na celkové produkci. Skokový nárůst v červnu byl způsoben uvedením další elektrárny do provozu.
Graf 8 potvrzuje, že závodní elektrárny (ZE) vykazují vyrovnaný výkon s propadem v době letních dovolených. Jejich výroba se řídí potřebami podniků, kterých jsou součástí.
Graf 7. Výroba elektřiny v alternativních elektrárnách (AE)
Graf 8. Výroba elektřiny v závodních elektrárnách (ZE)
Graf 9 prezentuje podíl větrných elektráren (VTE). Z grafu je zřejmá nespolehlivost větrných elektráren v klimatických podmínkách ČR.
Graf 10 seznamuje s podílem výroby fotovoltaických elektráren (FVE). Z grafu je zřejmá vysoká proměnlivost výroby během měsíce, a to i v letních měsících, a samozřejmě prudký pokles výroby v období od listopadu do února.
Graf 9. Výroba elektřiny ve větrných elektrárnách (VTE)
Graf 10. Výroba elektřiny ve fotovoltaických elektrárnách (FVE)
■ Druhá skupina grafů, tj. grafy 11 až 17, popisuje denní průběhy výroby i zapojení jednotlivých zdrojů, a to po hodinách. V těchto grafech jsou barevně odlišeny zdroje výroby. Při výběru dnů se přihlíželo k ozřejmení podílu jednotlivých zdrojů s ohledem na počasí i velikost celkové výroby. Byly vybrány dny s největším podílem elektřiny z fotovoltických zdrojů i s extrémní výrobou u dalších vybraných zdrojů.
Graf 11 ukazuje průběh denní výroby 29. listopadu (pátek) v den, kdy se vyrobilo v roce 2013 nejvíce elektřiny (278 208 MWh). K regulaci nerovnoměrné potřeby se převážně využily parní elektrárny (4496 MW ve 2.00 hod. až 5456 MW ve 12.00 hod.), JE pracovaly na trvalém výkonu 4122 MW. PVE pracovaly od 7.00 hod. tři hodiny a znovu od 16.00 hod. do půlnoci, s maximálním výkonem 295 MW v 19.00 hod. VE, FVE, VTE, PVE a AE přispěly k vyrovnání polední špičky, ale jejich podíl činil pouze 711 MW, tj. 5,7 % z celkového maximálního výkonu 12 358 MW. Elektrárny, které neprodukují CO2, tedy se započítáním JE, se podílely na celkovém výkonu v době špičky 39,1 % (4833 MW).
Graf 12 zachycuje průběh denní výroby 16. června 2013 (neděle), v den s druhou nejnižší výrobou elektřiny v roce 2013 (169 261 MWh), ale s poměrně vysokým podílem výroby z FVE a VE. JE pracovaly na trvalém výkonu cca 2930 MW. K regulaci okamžité výroby se převážně využily parní elektrárny (od 1943 MW ve 14.00 hod., po 2805 MW ve 23.00 hod.). PVE byly zapojeny až po 21. hodině (47 MW). V ten den měly vysoký podíl výkonu vodní elektrárny – až 428 MW v 6.00 hod. a 383 MW po 23. hodině. VE, FVE, AE a VTE přispěly k vyrovnání odpolední špičky, jejich podíl činil ve 14.00 hod. 1675 MW, tj. 23,2 % z celkového výkonu 7220 MW. Se započítáním JE se podíl zvýšil na 61,1 %.
Graf 11. Průběh výroby elektřiny 29. listopadu (pátek) 2013. Tento den se vyrobilo nejvíce elektřiny v roce (278 208 MWh).
Graf 12. Průběh výroby elektřiny 16. června 2013 (neděle), v den s druhou nejnižší výrobou elektřiny v roce (169 261 MWh)
Graf 13 ukazuje průběh denní výroby 15. května 2013 (středa), v den maximálního využití fotovoltaických elektráren. V tento pracovní den bylo maximálně využito PVE ke krytí dopolední (225 MW v 9.00 hod.), odpolední (156 MW ve 13.00 hod.) i večerní špičky (po západu slunce) – 75 MW v 21.00 hod. Výkon PE kolísal mezi 3847 MW ve 14.00 hod. a 4146 MW v 21.00 hod. Výkon JE byl stabilní mezi 2943 MW a 3008 MW. V ten den činil podíl výkonu vodních elektráren až 318 MW v 8.00 hod. a 351 MW ve 20.00 hod. VE, FVE, VTE a PVE přispěly k vyrovnání polední špičky, jejich podíl činil ve 12.00 hod. 2034 MW, tj. 20,2 % z celkového výkonu 10 047 MW. Elektrárny, které neprodukují CO2, tedy včetně JE, se v poledne podílely na celkovém výkonu 49,7 % (4998 MW). Se započítáním AE se podíl zvýšil na 50,0 %.
Graf 14 prezentuje průběh výroby 25. června 2013 (úterý), kdy byla výroba ve větrných elektrárnách největší v roce. Výkon kolísal mezi 137 MW v 0.00 hod. a 114 MW v 21.00 hod. Zajímavostí je poměrně rovnoměrný výkon a také celková výroba se pohybuje překvapivě bez významnějších výkyvů. Uplatnila se i fotovoltaika, výrazně zasáhly i PVE a vodní elektrárny, se zvyšujícím se výkonem z 313 MW ve 4.00 hod. na 529 MW ve 20.00 hod. Výkon JE byl stabilní mezi 3562 MW a 3648 MW. VE, FVE, VTE a PVE přispěly k vyrovnání odpolední špičky, jejich podíl činil v 16.00 hod. 1033 MW, tj. 11,1 % z celkového výkonu 9309 MW. Včetně uvažování podílu JE, tedy elektráren, které neprodukují CO2, se v 16.00 hod. podílely na celkovém výkonu 50,1 % (4461 MW). Se započítáním AE se podíl zvýšil na 50,8 %.
Graf 13. Průběh výroby elektřiny 15. května 2013 (středa), v den maximálního využití fotovoltaických elektráren v roce
Graf 14. Průběh výroby elektřiny 25. června 2013 (úterý), kdy byla výroba ve větrných elektrárnách největší v roce
Graf 15 ukazuje průběh výroby v den slunovratu, 21. června 2013 (pátek). K regulaci se tentokrát nevyužily PE, ale FVE a po 17.00 hod. i PVE a celodenně od 6.00 hod. výrazně i VE, od 9.00 hod. do 15.00 hod. i PPE. Výkon JE byl stabilní mezi 2892 MW až 2933 MW. VE, FVE a VTE přispěly výrazně k vyrovnání polední špičky, jejich podíl činil ve 12.00 hod. 1624 MW, tj. 17,5 % z celkového výkonu 9309 MW. Z toho pouze FVE se podílely 1393 MW, tj. 15,0 %. Elektrárny, které neprodukují CO2, se v poledne podílely na celkovém výkonu 49,0 % (4557 MW). Se započítáním AE se podíl zvýšil na 49,8 %.
Graf 16 ukazuje průběh výroby 3. června 2013, v den, kdy se ve vodních elektrárnách vyrobilo nejvíce elektřiny (15 408 MWh). Výkyvy výroby v průběhu dne téměř zcela kryly parní elektrárny (výkon kolísal od 3082 MW ve 2.00 hod. po 4736 MW ve 12.00 hod.) a jen minimálně VE (výkon kolísá mezi 617 MW a 669 MW). PVE nebyly spuštěny ten den vůbec. Jaderné elektrárny pracovaly s trvalým výkonem 3007 MW. VE, FVE a VTE přispěly k vyrovnání odpolední špičky, jejich podíl činil ve 13.00 hod. o 1011 MW, tj. 10,2 % z celkového výkonu 9881 MW. Elektrárny, které neprodukují CO2, se v poledne podílely na celkovém výkonu 40,7 % (4018 MW). Se započítáním AE se podíl zvýšil na 41,0 %.
Graf 15. Průběh výroby elektřiny v den slunovratu, 21. června 2013 (pátek)
Graf 16. Průběh výroby elektřiny 3. června 2013, v den, kdy se ve vodních elektrárnách vyrobilo nejvíce elektřiny v roce (15 408 MWh)
Graf 17. Průběh výroby elektřiny 2. října 2013 (středa), kdy bylo zaznamenáno největší využití PVE v roce (4523 MWh)
Graf 17 ukazuje průběh výroby 2. října 2013 (středa), kdy bylo zaznamenáno největší využití PVE (4523 MWh). Tyto elektrárny najely v 6.00 hod. na výkon 506 MW, v 7.00 hod. dosáhly 555 MW, poté výkon postupně klesal, a před 12. hod. byly odstaveny a znovu byly připojeny do sítě v 16.00 hod.; v 18.00 hod. dosáhly výkonu 571 MW a odstaveny byly před 22.00 hod. K regulaci se využívalo i PE, jejichž výkon kolísal mezi 3825 MW v 5.00 hod. a 4073 MW v 9.00 hod., ale i VE – od výkonu 53 MW v 5.00 hod. po 265 MW ve 20.00 hod., a FVE, které ten den dosáhly v 11.00 hod. výkonu 1274 MW a pracovaly celkem třináct hodin. Jaderné elektrárny pracovaly s trvalým výkonem 4135 MW. VE, FVE, VTE a PVE přispěly k vyrovnání dopolední špičky. Jejich podíl činil v 10.00 hod. 1602 MW, tj. 14,8 % z celkového výkonu 10831 MW. Elektrárny, které neprodukují CO2, se v poledne podílely na celkovém výkonu 53,0 % (5737 MW). Se započítáním AE se podíl zvýšil na 53,8 %.
Závěr
Z výše uvedených grafů i z celoroční bilance je zřejmé, že největším producentem elektřiny zůstávají v ČR uhelné elektrárny. Ty rovněž, vzhledem k nedostatečnosti vodních zdrojů v ČR (viz graf 5) a malého podílu PVE na celkové výrobě (instalovaný výkon 1175 MW), zůstávají hlavním regulátorem výroby s denním výkyvem výkonu i více než 1500 MW – viz graf 16, což ovšem snižuje jejich celkovou účinnost. Bohužel uhelné elektrárny k výrobě elektřiny potřebují nejen uhlí, ale k odsíření i velice kvalitní vápenec, který se po přeměně na energo-sádrovec v části elektráren mísí se struskou a popílkem a využívá se jako stavební zásypový materiál, nebo na stavbu hrází, zčásti pak přímo jako přísada do cementu či k výrobě sádrokartonových desek. Část je ho vyvezena na úložiště.
Omezením pro využití produkce elektřiny z obnovitelných zdrojů k regulaci výroby je, že tyto zdroje (FVT, VTE, bioplynové elektrárny a malé vodní elektrárny) mají do distribuční sítě neomezený přednostní přístup a nejsou žádným způsobem regulovány. Jejich příspěvek uváděný v grafech je tedy maximálně možným příspěvkem.
Pokud se na grafy i na celoroční bilanci díváme z pohledu produkce CO2, kysličníku dusíku a obecně skleníkových plynů a prachu, je jasné, že produkci CO2 výrazně snižuje 35% podíl jaderných elektráren na výrobě elektřiny v ČR. Jestliže se podaří realizovat zvýšení jaderných zdrojů ve výrobě elektřiny na úroveň vládou plánovaného a technologicky rozumného mixu, výrazně se v ČR omezí produkce skleníkových plynů. Za povšimnutí rovněž stojí, že do současnosti se jaderné elektrárny nevyužívají v teplárenství. Pokud by se JE zapojily do systému výroben tepla, bylo by možno velice rychle zvýšit kvalitu ovzduší v několika velkých městech na jihu ČR, snížit spotřebu chladicí vody v JE a dále také snížit celkovou produkci skleníkových plynů v ČR.
Na závěr děkuji Ing. Jiřímu Šumberovi z energetické společnosti ČEZ, a.s., za významnou pomoc při přípravě článku a prof. Ing. Františku Hrdličkovi, CSc., za cenné připomínky.
Použitá literatura
Uvedené grafy jsou staženy ze stránek ČEPS, http://www.ceps.cz/CZE/data/Vsechna:data/Stranky/Vyroba.aspx
Ing. Michael Trnka, CSc.
Vystudoval ČVUT v Praze, Fakultu stavební, obor konstruktivně dopravní. Byl zaměstnán jako stavbyvedoucí u firmy Železniční stavitelství Praha a.s., od roku 1963 je projektantem ocelových konstrukcí – nejprve v Energoprojektu Praha a.s. (do roku 1967), poté ve společnosti Škoda Praha a.s. V současnosti spolupracuje s firmou ALLCONS Industry s.r.o.
E-mail: trnka.m@volny.cz
In 2013, electric power generated in the Czech Republic in power plants using various primary energy resources reached 87.06 TWh (gross production). The gross domestic consumption was 70.18 TWh. The diagrams presented and the annual balance clearly show that the biggest electric power producers in the Czech Republic continue to be coal-burning power plants. The usage of electricity produced from renewable resources for regulation of the production is limited by the fact that these resources (FVT, VTE, biogas power plants and small water power plants) have an unlimited priority access to the distribution network and are not regulated in any way.
