Konkurenceschopnost obnovitelných zdrojů energie

Úvod

Náklady na výrobu zboží můžeme rozdělit na tři skupiny - investiční náklady na výrobní zařízení, náklady na suroviny, k nimž patří i energie, a náklady na údržbu a opravy výrobního zařízení. Náklady na dopravu zboží je možno zahrnout do výše uvedených položek. Na cenu zboží mají kromě nákladů na jeho výrobu vliv i spekulace a poměr nabídky a poptávky.

Proto je při hodnocení energetických zdrojů v dlouhodobých časových horizontech vhodnější používat energii namísto ceny. Vyhodnocuje se množství energie potřebné na výrobu, těžbu, dopravu, energetická návratnost, energetická výnosnost a další parametry ekvivalentní ekonomickým. Výpočty se však oproti ekonomickým značně zjednoduší, není třeba odhadovat diskontní sazbu, odpadá inflace, vliv spekulací a změny kurzu.

Energie je zboží jako každé jiné, málokoho proto překvapí, že i k výrobě energie je potřeba energie. Těžba, úprava a doprava energetických zdrojů - ke všemu je nutno dodat energii. Plyn je do potrubí nutno natlakovat kompresorem, černé uhlí je třeba vydolovat a dopravit na povrch a následně do elektrárny. Ropa je použitelná až po destilaci na jednotlivé frakce, z uhlí se po vytěžení odstraňuje přimíšená hlušina. Tankery by teoreticky mohly být poháněny větrem, v praxi to však nikdo neprovozuje.

Jiná je situace u obnovitelných zdrojů energie. Investiční a provozní náklady zůstávají, "palivo" je však obvykle zdarma. Výjimkou je biomasa a produkty z ní vyrobené. Do určité úrovně spotřeby, která odpovídá rychlosti obnovy, je dostupnost biomasy na rozdíl od konvenčních zdrojů víceméně stálá. Spotřeba energie na těžbu a úpravu je proto konstantní. Pouze s rostoucí vzdáleností se zvyšuje spotřeba energie na dopravu.

Z tohoto důvodu je v případě biomasy výhodná decentralizace - výroba v místě produkce a spotřeba v místě výroby, jinými slovy menší lokální zdroje. Podobná situace je u fotovoltaiky, jen u větrných elektráren platí do jisté míry "čím větší, tím lepší". Ve větších výškách nad terénem je rychlost větru vyšší a stabilnější. Proto rotor umístěný ve větší výšce vykazuje vyšší využití výkonu.

Nevýhodou biomasy je, že roční produkce je ve srovnání se současnou spotřebou energie malá. Vyšší využívání biomasy pro výrobu energie může ovlivnit její cenu, nikoli však spotřebu energie na těžbu a zpracování.

Ceny elektřiny

Průměrná cena elektřiny pro domácnosti je 3,27 Kč/kWh [www.czso.cz], pohybuje se v rozsahu přibližně od 2 do 6 Kč/kWh v závislosti na dodavateli a tarifu. Cena silové elektřiny se pohybuje kolem 1 Kč/kWh pro elektřinu základního zatížení dodávanou v průběhu celého dne, cena špičkové elektřiny dodávané v denní době je zhruba o 50 % vyšší.

Ceny dodávané elektřiny rostou rychlostí asi 10 až 15 % ročně. Pro příští rok je sice v důsledku krize a poklesu poptávky očekáván pokles o 10 až 15 %, ten je však považován pouze za přechodný, viz obrázek dole, kde je vidět, že očekávané ceny pro následující roky zřetelně rostou.

Obrázek 1: Vývoj cen roční dodávky elektřiny základního zatížení [http://www.pxe.cz/]

Výkupní cena elektřiny z fotovoltaických elektráren by podle zákona měla být nastavena tak, aby návratnost investice byla kratší než 15 let. Pro malé systémy se doba návratnosti pohybuje kolem této hodnoty, u velkých systémů je však často kratší než 10 let.

Výkupní cena elektřiny z nových fotovoltaických elektráren je v současnosti necelých 13 Kč/kWh s minimálním rozdílem mezi velkými a malými systémy. Ve srovnání s loňským rokem výkupní cena poklesla o 5 %, pro příští rok je plánován pokles o dalších 5 %. Zvažuje se novelizace zákona umožňující, aby pokles výkupní ceny mohl být zejména pro velké instalace rychlejší.

Průměrná výkupní cena elektřiny z větrných elektráren je v současnosti kolem 2,50 Kč/kWh. Meziroční pokles byl rovněž 5 %. Tato cena je již blízko ceně elektřiny pro domácnosti, je však dosud dvakrát vyšší než cena silové elektřiny základního zatížení. Podrobnosti o výkupních cenách pro jiné zdroje.

Pravidelnost dodávek

Otázku kolísavého výkonu v sítích s vysokým podílem OZE lze řešit několika způsoby. Nejnákladnější možností je udržovat v tzv. horké rezervě konvenční záložní zdroj, případně zdroj na biomasu nebo bioplyn. Jiná možnost je využít k vyrovnání produkce vodní elektrárny, jak přečerpávací, tak akumulační, případně použít jiné způsoby akumulace energie. Zajímavá je například myšlenka zpracování bioplynu na tzv. biometan a jeho distribuce a skladování ve stávající infrastruktuře pro zemní plyn s následným využitím v kogeneračních jednotkách [více].

Z hlediska účinnosti využití energie je však nejvýhodnější v reálném čase vyrovnávat produkci a spotřebu, což by měly zajistit tzv. inteligentní energetické sítě. V tomto směru mohou být výhodné motorové kogenerační jednotky na bioplyn provozované ve špičkovém režimu. Ekonomicky je tato varianta výhodnější než trvalý provoz.

Na otázkách předpovídání produkce a vyrovnání produkce a spotřeby elektřiny z obnovitelných zdrojů se na západ od našich hranic intenzivně pracuje. V České republice se připravuje testování inteligentních sítí, výběr regionu právě probíhá, realizace má proběhnout do roku 2015 [více].

Porovnávání s konvenční elektřinou

Dodávka elektřiny z fotovoltaických a větrných elektráren je závislá na aktuálním počasí. Pravděpodobnost předpovědi počasí na období kratší než 3 dny je vyšší než 90 %. Na základě histotických klimatických dat lze odhadnout měsíční produkci elektrárny v pásmu +- 20 %. Výrazně větší problém je odhad produkce pro jeden den například v příštím měsíci, odhad se může lišit od skutečnosti o více než 50 %.

Lze však s určitostí tvrdit, že dodávka elektřiny z fotovoltaických elektráren se kryje s energetickou špičkou, ceny elektřiny z fotovoltaiky jsou proto srovnávány s cenou špičkové elektřiny. Dodávky elektřiny z větrných elektráren nemají vazbu na denní dobu, ceny jsou proto srovnávány s cenou elektřiny základního zatížení.

Složitější je situace u zdrojů na biomasu a bioplynových stanic s kogeneračními jednotkami. Mohou být provozovány jako zdroje základního zatížení i jako zdroje špičkové nebo záložní. Cenu elektřiny je třeba porovnávat s odpovídajícím konvenčním zdrojem.

Vzhledem k tomu, že obnovitelné zdroje mají jiný charakter dodávek elektřiny než zdroje konvenční, připravuje se úplné přehodnocení struktury tarifů. V současnosti je elektřina dodávaná ve dne dražší než tzv. noční proud. Jakmile dosáhnou obnovitelné zdroje významnějšího podílu, situace se může změnit. Pokud například bude v energetickém mixu vysoký podíl fotovoltaických elektráren, může nastat situace, že denní elektřina bude levnější než noční. Energetická burza není na takovou situaci prozatím připravena, obchody jsou rozděleny pouze na dvě kategorie - základní zatížení a špičková.

Investiční náklady elektráren

Na trhu v České republice se projevují výkyvy kurzu koruny vůči dolaru a euru, které v první polovině loňského roku způsobily prudký pokles investiční náročnosti fotovoltaických elektráren. Následující vývoj kurzu koruny byl opačný, v současnosti se zdá, že se kurz stabilizoval. Investiční náklady fotovoltaických elektráren se pohybují kolem 100 Kč/Wp a klesají tempem více než 10 % ročně. Očekává se, že uvedený trend bude pokračovat. Minimálně pro nejblližší tři až pět let je tento předpoklad založen na probíhajícím růstu účinnosti a snižování spotřeby materiálů ve výrobě fotovoltaických panelů [více zde a zde].

Podobný je trend vývoje investiční náročnosti větrných elektráren, jen pokles cen je výrazně pomalejší. U elektráren na biomasu a bioplyn lze očekávat jen mírné snížení ceny v souvislosti s osvojením technologie, pravděpodobnější však je, že vývoj cen bude kopírovat ceny obdobných elektráren na fosilní paliva.

Investiční náklady konvenčních elektráren se odvíjejí od cen průmyslových výrobců, které rostou v České republice tempem asi 3 % ročně [www.czso.cz]. V případě oceli rostou ceny dokonce podstatně rychleji, naopak ceny elektrických kabelů klesají. Cena cementu je v posledních letech stabilní, ceny stavebních prací však rostou rychleji než míra inflace, viz obrázek.

Obrázek 2: Vývoj cen stavebních prací v ČR ve srovnání s inflací a s vývojem investiční náročnosti fotovoltaických elektráren
[data z www.czso.cz, www.urspraha.cz a www.earth-policy.org]

Náklady na těžbu a zpracování surovin a paliv

Cena jakéhokoli zboží se odvíjí kromě jiného od ceny energie spotřebované na jeho výrobu. Podle názoru naprosté většiny ekonomů cena energie v dlouhodobém horizontu poroste. Nutně totiž bude stoupat spotřeba energie na její výrobu. Je stále náročnější těžit konvenční energetické zdroje - uhlí, ropu, uran.

Na začátku minulého století ropa obvykle sama vytékala z vrtu a dopravní vzdálenosti byly menší než dnes. Spotřeba energie na těžbu ropy a její dopravu ke spotřebiteli byla asi 1 % z energie obsažené ve vytěžené ropě, dnes je to až 10 %. Dalších asi 10 % se spotřebuje na zpracování do podoby motorových paliv. Podobná je situace u všech konvenčních zdrojů energie - zhruba 15 % energie se spotřebuje dříve než se palivo dostane ke spotřebiteli, a toto procento se s časem zvyšuje.

Ceny mohly v dřívějších letech klesat jen díky nízkým investicím do vyhledávání a budování nových těžebních kapacit. Na druhou stranu nízké ceny komodit vedly k nízkému zájmu o investice do jejich těžby. Tento trend před několika lety skončil, od té doby dochází k všeobecnému růstu cen surovin. Současná finanční krize bude mít pravděpodobně pouze dočasný vliv.

Obrázek 3: Srovnání vývoje cen ropy s vývojem cen fotovoltaických panelů
[www.solarbuzz.com a www.livecharts.co.uk]

Dosažení parity s konvenční elektřinou

Do budoucna lze s vysokou pravděpodobností předpokládat, že se setká klesající cena elektřiny z obnovitelných zdrojů s rostoucí cenou elektřiny z konvenčních zdrojů. Pro fotovoltaiku se očekává, že k dosažení tzv. parity s cenou špičkové elektřiny dojde v jižní Evropě v příštím desetiletí, ve střední a severní Evropě spíš až po roce 2020. Zhruba o deset let později dojde k vyrovnání cen fotovoltaické elektřiny s elektřinou základního zatížení.

Obdobné časové horizonty jsou očekávány u energie z větru. Pokles cen v souvislosti s růstem produkce je u větrných elektráren méně výrazný. Podobně jako v případě fotovoltaiky bude vyrovnání dosaženo postupně, nejdříve ve větrných lokalitách na pobřeží, teprve později ve vnitrozemí.

Do té doby je však třeba vybudovat inteligentní distribuční sítě, které budou řídit spotřebu vybraných spotřebičů v závislosti na produkci. Současný systém tarifů a řízení pomocí HDO je vyhovující pouze pro konvenční zdroje.