Koncept solárního energetického zásobování pro Evropu

Wuppertalský Institut pro klima, životní prostředí a energii nyní řeší program "Dlouhodobá integrace obnovitelných zdrojů do do evropského energetického systému a její vliv na životní prostředí a ekonomii".

   Udržitelný scénář rozvoje Evropy je založen na následujícím principu: Minimalizovat vliv na životní prostředí, tak aby mohl být zachován současný standard. Předpokládá 80% snížení emisí CO2 a ukončení atomové energetiky. Další cíle pozůstávají z využití půdy, surovin, podpory biodiverzity a technického rozvoje v závislosti na životním standardu Evropanů.
   Do roku 2050 se předpokládají stejné životní standardy jaké jsou v současné době v Dánsku, Německy nebo Holandsku. Energetická účinnost přístrojů se zvýší o 60 až 85%. Obytná plocha vzroste na 42 m2 na jednu osobu, počet průměrných obyvatel v bytě se sníží na 2.24 osoby, energetická súpotřeba klesna ze současných 150 kW/m2 na 30 kW/m2 ve střední Evropě a na 40 kW/m2 v Evropě severní.
   Společnost se posune směrem k jiným hodnotám - radost nad neporušenou přírodou a nad rozvojem vlastní osobnosti bude více hodnocen než materielní hodnoty a předměty. Leasing nebo pronájem budou mít stejnou hodnotu jako vlastnictví. Efektivnější využívání surovin namísto růstu spotřeby. Toto je představa a přání, ale solární zajištění energetiky je možné i bez tohoto předpokladu.
   Společnost bude mít v roce 2050 nižší potřebu dopravní obsluhy a jiný přístup k prostoru a jeho využití. O faktor 1,5 poroste sektor služeb, což bude částečně kompenzovat ztrátu míst v průmyslu.
   Drastické úbytky budou v dopravě; objem k roku 2050 bude klesat ročně o 6% (letos to byl ještě nárůst 7%). Předpokládá se nárůst sítě evropských rychlovlaků a tím úbytek cestujících v letecké dopravě. Pro dopravu osob se předpokládá stejný podíl v individuální a veřejné dopravě. Delší dovolená nahradí více krátkodobých, poroste podíl času tráveného v regionech. Osobní vůz se spotřebou 2 litrů benzínu na 100 km nebo nákladní automobil, který spotřebuje o 34% méně nafty se budou také podílet na poklesu spotřeby energie pro oblast dopravy o faktor 10.
   Prostor krajiny bude sloužit pro bydlení, výrobu potravin, dopravu a pro výrobu obnovitelných energií a surovin i pro přírodu samotnou, pouze v tom případě, bude-li zabezpečeno důsledné využití všech ploch, budou-li sníženy erozní rychlosti a příroda bude mít dostatečný prostor pro vlastní rozvoj a bude ukončeno zhutňování, zamořování a osídlování půdy. K nejdůležitějším faktorům patří změna stravovacích návyků s odklonem od masa jako podmínky pro zachování podílu krajiny jako přírodního celku a snížení dávek hnojiv a dalších chemikálií faktorem 5. V EU bude plošně zaváděno ekologické zemědělství, zejména pro snížení eroze a zvýšení potenciálu výroby potravin v Evropě. Tento podíl dnes činí pouze 50% potřebné kalorické hodnoty.
   Bude přehodnocena athénská charta, která systematicky oddělila svět bydlení osob od světa práce. Tento způsob oddělení prostoru se stal kontraproduktivním, protože razantně stoupl objem dopravy, a tím způsobené další zátěže. Ekologické procesy v průmyslu dovolují opětovné sjednocení prostoru, přičemž tyto tendence jsou již patrné dnes.
   Bude dodržován princip vyrovnaného plošného dovozu a vývozu zemědělských produktů, nebude již dováženo krmivo pro dobytek, pro zajištění energie nebudou využívány žádné mimoevropské plochy.
   Lidmi způsobené materiálové a surovinové toky rostou exponenciálně od začátku průmyslové revoluce, převyšují objemy přirozeného transportu hmot v geosféře a tím narušují přirozené a vyvážené hmotové proudy v biosféře. Ekologické následky bezstarostného zacházení s materiálem limitují dlouhodobý hospodářský rozvoj. První odhady ukazují, že bude nutno tyto materiálové proudy redukovat na polovinu. Protože materiálové proudy jsou v rozvinutých zemích mnohem vyšší než v rozvojových, bude nutno aby zde redukce dosáhla 80 -90%. Pro průmysl bude nutné aby se snížila materiálová spotřeba čtyřikrát., tím že příkladně budou mít některé materiály vyšší životnost či vzniknou jiné spotřební návyky. Některé předměty, které jsou málo používány mohou být příkladně sdíleny. Spolu s 50% recyklací by bylo možno takto dosáhnout redukce faktorem 8.
   V některých oblastech - nárůst obytné plochy na hlavu - bude konstatní spotřeba cementu a dojde k nárůstu spotřeby skla o 20%. Potenciály úspory podle různých sektorů průmyslu mohou dosahovat 20-50% v případě paliv a 10-50% v elektrické energii a díky recyklaci v určitých odvětvích ještě více.

   Systém energetického zásobování zahrnuje zejména využívání lokálních zdrojů - na pobřeží nebo ve větrných regionech bude více větrné energie, v zemědělských oblastech více biomasy a v zastavěných oblastech fotovoltaika a pasivní a aktivní využívání slunečního záření, ve slunečních oblastech pak solárně termické elektrárny a tam, kde je to možné vodní energie, spolu s racionální výměnou energie mezi regiony. Různé energetické technologie jsou schopny vyrovnávat rozdílné okamžité i sezónní fluktuace spotřeby a produkce. Soustavu bude příkladně krýt lokální nedostatek energie z větru energií z bioplynu. Taková energetická soustavu bude muset být mnohem "inteligentnější" než je tomu dnes. Plánování energie zahrnuje předpověď výrobních potenciálů daných příkladně počasím a předpověď spotřeby. Potřebná pružnost soustavy může být zajištěna solárním vodíkem a palivovými články. V tomto systému mohou existovat elektrárny na personální úrovni, které se mohou spojovat do "virtuálních" elektráren a mohou pomocí moderních komunikačních technologií zajišťovat stabilní zásobování energií. Do udržitelného scénáře není zahrnuta geotermie a energie přílivu a vln, protože představují díky cenám a využitelnosti pro EU jen malý potenciál, který může mít ale lokální význam.
   Následující technologie jsou využity pro výrobu elektrického proudu - větrné turbiny, solárně termické elektrárny, fotovoltaika, existující velké vodní elektrárny a další malé vodné elektrárny. Teplo bude zajištěno solárními kolektory, pevnými a kapalnými biopalivy, vodíkem, tepelnými čerpadly nebo elektrickým proudem a bude uchovávána v tepelných zásobnících. Solární architektura bude poskytovat přebytek energie, teplo okolí bude využíváno tepelnými čerpadly. Teplo bude vyráběno spolu s proudem kogenerací a v palivových článcích. Biomasa bude po zplynování na bioplyn nebo vodík zpracovávána v reversibilních palivových článcích. Kapalná paliva z biomasy budou využity pro potřeby pohonu vozidel.
   Za tohoto předpokladu bude obnášet spotřeba EU v roce 2050 38% ze spotřeby roku 1990. Jednotlivé příspěvky k tomuto stavu byly zpracovány ve formě S křivek s počátkem v roce 2000, s tím, že jejich konečné části jsou variovány podle potřeb vzniku časově a prostorově stabilního zásobování.

   Simulační model ukázal, že trvale udržitelný scénář může představovat problém při nízkoteplotním teple pro vytápění v zimě. Tento deficit může být kryt spotřebou fosilních paliv, čímž by cíl 80% redukce emisí CO2 zůstal nerespektován. Simulace ukázala, že 450 W na hlavu by tento problém řešilo, a že by bylo možno řešení hledat také ve výrobě většího množství vodíku, více biomasy nebo zvýšením plochy slunečních kolektorů a výstavbou sezónních zásobníků tepla, či lepší izolací domů.Tím je udržitelný scénář schopen zajistit celoroční spotřebu energie (proud, teplo a paliva). Krátkodobé fluktuace jsou podle simulací mnohem méně závažné, než se očekávalo.
   Při modelaci nárůstu účinnosti v sektoru průmyslu, dopravy a zařízení v domácnosti byly použity opatrně odhadnuté hodnoty. Pro meziroční nárůst to činí 1,6% což je pouzeo jednu třetinu více než je současný průměr. V sektoru stavebnictví se obraz ale mění. Aby bylo možno dodržet klimaticko politické cíle je potřeba zásadně zvýšit využívání slunečních potenciálů a rychlost sanace budov musí být zdvojnásobena.. Sektor stavebnictví je pro další budoucnost velice důležitý.
   V jednotlivých technologiích obnovitelných zdrojů jsou k dispozici potřebné potenciály; změkčíme-li poněkud ostatní ekologické cíle, využití půdy a ekologické zemědělství, enormně vzrostou využitelné potenciály (zejména biomasa) a vytvoří "rezervní prostor" pro pomalejší nárůst efektivnosti ve stavebnictví. Vzdáme-li se poněkud představy energetického samozásobení Evropy, pak se otevírají další možnosti, ať již máme na mysli solárnětermické elektrárny v severní Africe, vodní energii z Kanady nebo biomasu z Ruska. Učiníme-li méně konservativní odhady potenciálů (největší výkon větrné elektrárny byl předpokládán 600 kW) zaznamenáme rovněž nárůst potenciálu.
   Porovnáme-li rychlosti vstupu nových technologií na trh s historickými příklady (automobil, letecká doprava) tak se dostaneme na hodnotu nižší než 50 let. V tomto scénáři počítáme pouze s 16 násobným nárůstem instalací obnovitelných zdrojů než tomu bylo v roce 1990. To ale neznamená, že dojde k tržnímu zavedení obnovitelných zdrojů "samo od sebe". Potřebný meziroční nárůst činí 1,6 % místo současných 1,2 % některé oblasti, jako fotovoltaika vyžadují veliké úsilí. Stav budov se spotřebou 30 kWh za rok na metr čtverečný (pasivní zisky sluneční energie jsou již započteny) bude v roce 2050 problematickou oblastí. V roce 1990 byla spotřeba 150 kWh za rok na metr čtverečný.
   Chybějících 10% je principiálně způsobeno dopravou. Protože jsme ale v tomto scénáři použili technologie, které jsou již na trhu, nemohly být některé - jako například palivové články jako mobilní a decentrální osobní elektrárny - v tomto scénáři zohledněny.

S těmito technologiemi a dříve již uvedenými přídavnými potenciály je celkové solární zásobení Evropy možné i v případě, že stav budov nebude odpovídat cílům.

   Roční náklady na provoz energetických zdrojů obnovitelných energií činí v roce 1990 42 miliard euro. V udržitelném scénáři pro rok 2050 se počítá se zvýšením na 253 miliard. To se zdá být na první pohled mnoho, ale představuje to jenom 4.8% hrubého produktu EU v roce 1990 a méně než 700 ECU na jednoho obyvatele. Vzrostou-li náklady za 60 let 6 krát, vzroste instalovaný výkon ze 144GWp na 2300GWp , tedy 16 krát.
   Pro srovnání byl tento udržitelný scénář vyčíslen i pro nejmodernější fosilní technologie, jako paroplynové okruhy a nejmodernější kotle na mazut. V tomto případě by roční náklady dosáhly částky 201 miliard ECU a byly by tedy o dvacetpět procent levnější než ty, které byly vypočteny pro udržitelný scénář. Když k němu připočteme 19 miliard za nenahrazená fosilní paliva, tak jsou roční náklady udržitelného scénáře o 71 miliard ECU větší než fosliního a je možno na ně nazírat že slouží ke snížení globálního oteplování a dalších externích nákladů. S ohledem na nejistý odhad budoucích nákladů a vědomě optimistického posouzení fosilních elektráren lze tvrdit, že přes specifický nárůst cen asi o 50% do roku 2050 nebudou celkové náklady příliš zvýšeny. Důležitým poznatkem z udržitelného scénáře je skutečnost, že se musí jednat o paralelní proces růstu účinnosti a uvádění na trh. Jedině tak bude moci snížení spotřeby energie kompenzovat současný nárůst nákladů při uvádění na trh, aniž by došlo k negativnímu působení na trh. Změnu energetického systému je nutno provádět postupně.
   Pro výpočet vzniku nových pracovních míst při restrukturaci energetického systému byl použit statistický model input - output EMI 2.0. Pro každou z osmi technologií byly vzaty v potaz dva vektoru vstupu: první popisuje náklady na konstrukci za určitý rok a druhý provozní náklady včetně biomasy po celou životnost zařízení. Pro zřízení a provoz obnovitelných zdrojů energie bude v roce 2050 potřeba 4 milionů osob ročně, přičemž největší podíl z nich je zaměstnán v přípravě biomasy (1.6 milionu). Tyto hodnoty byly opět srovnány s hodnotami pro fosilní scénář. Za předpokladu, že diference 71 miliard euro plyne do osobní spotřeby se dostáváme k číslu 3.2 až 3.4 milionů zaměstnaných osob ročně; když k tomu připočteme množství pracovních míst v oblasti solární sanace budov dostáváme se k přínosu několika milionů pracovních míst pro případ hospodářství založeného na obnovitelných zdrojích.
   Ekonomické, právní a institucionální podmínky energetického systému musí být zásadně a brzy změněny. V praxi bude nutno se spolehnout na kombinaci všech možných instrumentů s tím, že oblast budov je klíčovou oblastí, kde je nutno okamžitě začít. Dnes prosazované cíle - zdvojení obnovitelných zdrojů do roku 2010 (Bílá kniha EU) jsou správným prvním krokem, nemůže ale u nich zůstat. V dalším desetiletí je nutno opět kapacitu obnovitelných zdrojů zdvojnásobit. Výzkum a vývoj vytvořil dostatečně funkční energetické technologie pro trvalé zásobování z obnovitelných zdrojů a nyní je na politice a hospodářství a by tuto "sluneční strategii" realizovala.