Nástupce jaderné energetiky v Německu

Německé jaderné elektrárny mají být odstaveny do konce roku 2022. Jaké technologie je mohou nahradit? Ačkoliv politici hovoří o obnovitelných zdrojích, favoritem jsou paroplynové elektrárny.

Paroplynový cyklus
Tato technologie je odpovědí techniků na požadavek výroby elektřiny z fosilních zdrojů s maximálním využitím výhřevnosti paliva, obvykle zemního plynu. Nechci čtenáře zatěžovat školním výkladem, takže technicky orientované zájemce tímto odkazuji na základní informace o paroplynovém cyklu a ilustrativně zpracovaný výklad funkce paroplynové elektrárny. A jen tak mimochodem, výstavba paroplynových elektráren je připravována i v České republice.

Špičky světového plynového pelotonu - Irsching 4 a 5
Vraťme se však do Německa. Jako příklad uvedené technologie nejmodernějších paroplynových elektráren mohu prezentovat aktuálního držitele světového rekordu v účinnosti výroby elektřiny z plynu s čistou účinností 60,75%. Jedná se o elektrárnu Irsching 4 (Ulrich Hartmann) s plynovou spalovací turbínou SGT5-8000H, která byla uvedena do komerčního provozu 22. července tohoto roku. Investorem byla společnost EON, dodavatelem Siemens. 

Elektrárny Irsching 1-3 (vpravo), uprostřed Irsching 4 (Ulrich Hartmann), vlevo Irsching 5Foto: EON

Pro fajnšmekry uvádím, že starší blok Irsching 5, který byl uveden do provozu v r. 2010, je koncepčně realizován jako „multishaft“ s dvěma plynovými a jednou parní turbínou. Světový premiant Irsching 4 je řešen jako „singleshaft“ s jednou plynovou a jednou parní turbínou.
Vybrané technické parametry elektráren Irsching 4 a 5:

		59,7%
Palivo
	7/2011	2010

Technické parametry elektráren Irsching 4 a 5Zdroj: EONPlynová spalovací turbína SGT5-8000H stojí za samostatný článek. Vystačíme si s konstatováním, že se jedná špičku světové techniky. Pro ilustraci pouze jeden údaj: teplota média v turbíně dosahuje až 1500°C, což snad dostatečně ilustruje technické obtíže, s kterými se museli konstruktéři vypořádat.

Plynová turbína Siemens SGT5-8000H, 375 MWFoto: EON / Siemens AG

Spotřeba plynu
Dosavadní text byl přehlídkou technologických superlativů, což ovšem neznamená, že nám vyrobená elektrická energie jen tak zadarmo spadne do klína. Provozovatel elektrárny uvádí pro Irsching 4 spotřebu 91 000 Nm3/hod. zemního plynu při plném výkonu 561 MW, což odpovídá výrobě 561 MWh. Při očekávané roční výrobě 4500 hodin (odpovídá 2,5 mil. MWh, Kv = 51,4%) to tedy představuje 409,5 milionů Nm3 ročně.
Pro získání bližší představy o měřítku můžeme uvést, že náhrada veškeré německé výroby v jaderných elektrárnách (140,6 mil. MWh v r. 2010) plynovými bloky typu Irsching 4 odpovídá spotřebě 22,8 miliardy Nm3 zemního plynu ročně. Bezesporu se jedná o ohromné množství, nicméně přepravní kapacita nedávno zprovozněné první ze dvou linek plynovodu Nordstream činí 27,5 mld. m3/rok, takže již nyní jsou k dispozici dostatečné přepravní kapacity. Jen tak mimochodem, pokud by měly být plynové elektrárny provozovány jako Irsching 4, tj. pouze 4500 hodin ročně, tak by bylo pro náhradu jaderné energetiky potřeba vybudovat více než 56 těchto supermoderních bloků. V provozním režimu odpovídajícím jaderným elektrárnám (7500 hodin ročně a více) se dopočítáme 33 bloků. I z těchto čísel je snad zřejmé, že náhrada (alespoň části) výroby jaderných elektráren plynem, navíc s politicky proklamovaným termínem r. 2022, bude cesta opravdu přetěžká a finančně velmi náročná, a to jak z hlediska investičních, tak i následných provozních nákladů.
Pokud si sumarizujeme prezentované informace, můžeme konstatovat, že Německo má zajištěny dostatečně dimenzované trasy pro dopravu zemního plynu z Ruska, reálně provozuje špičkové paroplynové technologie typu Irsching 4 a 5, které jsou technicky schopny produkovat dostatečná množství elektřiny v základní a pološpičkové části denního diagramu zatížení. Paroplynové elektrárny jsou tedy skutečně schopny reálně nahradit produkci jaderných elektráren. Navíc environmentální kruhy povýšily plynovou energetiku do role spojovacího mostu do éry OZE. Z tohoto úhlu pohledu má plyn vynikající výchozí pozici. Ovšem realita je taková, že v současné době se v Německu dostavuje 13 velkých uhelných elektráren s instalovaným výkonem 11 080 MW a termínem zprovoznění do konce roku 2014 (seznam dohledatelný zde), přičemž z plynových zdrojů byly dokončeny pouze zmiňované bloky Irsching 4 a 5. Vidíme tedy zjevný nepoměr rozvoje ve prospěch uhlí. Proč?
Hlavní problém plynu – ceny elektřiny
Je zřejmé, že dosavadní německá „uhelná cesta“ náhrady jaderné energetiky je dlážděna ekonomickými argumenty. Jaderné elektrárny pracují v základní části denního diagramu zatížení, tj. pouze s minimálními odstávkami téměř po celý rok na nominálním výkonu. V tomto režimu by plynové elektrárny vykazovaly gigantickou spotřebu plynu, samozřejmě s příslušnými ekonomickými dopady. Jinými slovy: dosavadní ceny silové elektřiny jsou příliš nízké na to, než aby se německým výrobcům elektřiny vyplácelo nahrazovat odstavené jaderné elektrárny výrobou z plynu, a proto se doposud orientují převážně na uhlí. Navíc již nyní je elektřina do Německa ve velkém dovážena z Francie a ČR, které produkují elektřinu z 78% resp. 33% v jaderných elektrárnách, tj. obecně s nižšími náklady.
Za těchto okolností je z pohledu dalšího rozvoje německé plynové energetiky nutné zajistit tři základní podmínky:
1) po likvidaci jaderné energetiky z moci úřední je ještě nutné vytlačit z trhu uhelnou konkurenci, protože 13 nových uhelných elektráren zprovozněných v nejbližších 3-4 letech by znamenalo obsazení trhu uvolněného jadernou energetikou – řešením by bylo např. výrazné navýšení cen emisních povolenek, v optimálním případě selektivně pouze pro uhlí
2) zajistit postupné navyšování cen elektřiny, nejlépe prosazováním mixu založeném převážně na OZE, který až na výjimky vykazuje ještě vyšší výrobní náklady než plyn
3) co nejvíce omezit dovoz elektřiny z okolních zemí s levnějším energetickým mixem, i když ten je už nyní limitován přenosovou schopností přeshraničních vedení. Nicméně jako bonus se nabízí varianta mediálně podporovaného ušlechtilého boje proti „špinavé jaderné elektřině“ ze zahraničí.
Cui bono?
Je zřejmé, že prosazení výše uvedených podmínek vyžaduje spolupráci s politickými silami, protože se zcela nepochybně jedná o politická rozhodnutí. Čtenářům jistě nedá mnoho práce nalézt na německé politické scéně subjekty, které na realizaci výše uvedeného zadání pracují již od roku 2000, takže scénář budoucího přechodu výrazné části německé elektroenergetiky na zemní plyn je dosti pravděpodobný.
(Psáno pro blog.iDNES)
Petr Nejedlý