10 min. čtení 13. ledna 2020
Uhlíková-stopa

Jakým způsobem nulové čisté emise představují příležitost pro energetický sektor

10 min. čtení 13. ledna 2020

Splnění cílů v oblasti klimatu v polovině století představuje obrovské výzvy, které se dotýkají každé části moderní ekonomiky.

Dekarbonizace však také nabízí transformační příležitost pro odvětví energetiky a veřejných služeb, protože výzva vede ke sbližování mezi energetikou, zdroji tepla a dopravou.

Klimatická politika začíná dohánět vědu o klimatu. Minulý rok Mezivládní panel pro změnu klimatu (IPCC) – zřízený vládami proto, aby jim pomohl pochopit základní vědu vysvětlující změnu podnebí – varoval, že globální emise musí do poloviny století dosáhnout čistého nulového bodu, pokud máme mít přiměřenou šanci udržet oteplování pod hodnotou 1,5 ° C oproti úrovni před průmyslovou revolucí, jak si dala za cíl Pařížská dohoda. Současné politiky zavedené po celém světě by vedly k oteplování kolem 3,2 °C.

Přibližně o rok později, na summitu generálního tajemníka OSN o změně klimatu v září v New Yorku, Antonio Guterres oznámil, že 77 zemí se do roku 2050 zavázalo k nulovým čistým emisím uhlíku. Některé z nich, například Spojené království, Francie, Švédsko a Norsko, zavedly za tímto účelem nové právní předpisy. Ostatní na tento cíl v současné době aspirují.

„Stanovování cílů může být k ničemu, pokud nejsou cíle dostatečně hmatatelné,“ říká Joseph Dutton, politický poradce v E3G, britské expertní skupiny o změně klimatu ve Velké Británii, ale „politika nulových čistých emisí uhlíku může být užitečná pro stanoviska ohledně tvůrců politik a průmyslu. Jakmile však budou přijaty závazky ohledně této politiky, vlády musí pro každý sektor stanovit krátkodobé a střednědobé plány, aby zajistily, že jsou na správné cestě.“

Dekarbonizace bude vyžadovat významnou změnu téměř ve všech částech ekonomiky – a sektor energetiky a veřejných služeb bude hrát ústřední roli ve většině (pokud ne ve všech) těchto snahách.

Elektrifikace ekonomiky vytvoří novou poptávku po energetických společnostech, které budou stále více uspokojovány obnovitelnými zdroji s nulovými emisemi uhlíku. Norská energetická společnost Statkraft1 odhaduje, že se poptávka po elektřině do roku 2050 zdvojnásobí, přičemž její podíl na konečné spotřebě energie se v dopravě znásobí 20krát, v budovách vzroste o 66% a v průmyslu o 40%.

Electricity share of final energy use

Podle zprávy Eurelectric's Decarbonisation Pathways (pdf) 2, by se na základě scénáře, kdy by EU dosáhla snížení emisí o 95% do roku 2050, poptávka po elektřině při 6 000 TWh/rok oproti roku 2015 více než zdvojnásobila.

Energetický sektor hraje v první fázi přechodu na nízkouhlíkové zdroje hlavní roli, přičemž velké procento snížení emisí, kterého bylo doposud dosaženo, bylo díky přechodu energetických společností z uhlí na plyn při výrobě energie a také díky masivním investicím do obnovitelných zdrojů energie.

Ale tento proces teprve začal. Používání klíčových technologií, jako jsou distribuované energetické zdroje, elektrická vozidla, systémy reakce na poptávku a systémy skladování energie, bude čím dál tím častější. Níže uvažujeme o příležitostech a výzvách, kterým čelí sektor energetiky a veřejných služeb z hlediska čtyř hlavních částí dekarbonizace: elektrifikace dopravy; nízkouhlíkového topení a chlazení; čistého hospodářství založeného na používání vodíku a inteligentní přenosové a distribuční sítě.

Elektrická doprava
(Chapter breaker)
1

Kapitola 1

Elektrifikace dopravy

Odvětví dopravy je odpovědné za 27% emisí v EU a 29% v USA.

Zatímco dochází ke stále rychlejšímu zavádění elektrických vozidel, bude muset být vozový park zcela dekarbonizován, aby byly splněny závazky ohledně nulové uhlíkové stopy.

Příležitost 

Studie týmů společnosti EY o 29 fondech sdílených hodnot elektrických vozidel (EV), která měla za cíl identifikovat osm nejatraktivnějších příležitostí pro veřejné služby, zjistila, že nejdůležitější je maloobchod s elektřinou - prodej elektřiny pro nabíjení EV, včetně prodeje elektřiny do komerčních nabíjecích prostor, stanic pro výměnu baterií a rezidenčních nabíjecích míst.

Elektrifikace dopravy představuje obrovský nový zdroj poptávky po energii. Podle dat Mezinárodní energetické agentury (IEA)3  se očekává, že v případě, že se naplní předpovědi centrálního scénáře o nových politikách v roce 2030, dosáhne poptávka po elektřině na napájení EV celosvětově téměř 640 terawatthodin (TWh), agresivnější scénář EV30 @ 30 předpokládá dokonce 1 110TWh, což by znamenalo 30% podíl na trhu pro EV do roku 2030. Tento údaj by představoval více než trojnásobek celkové spotřeby elektřiny ve Velké Británii v roce 2018.

Společnost EY zadala studii 29 hodnotových fondů EV, aby identifikovala osm nejatraktivnějších příležitostí pro veřejné služby. Zjistila, že nejdůležitější je maloobchod s elektřinou – prodej elektřiny pro nabíjení EV, včetně prodeje elektřiny do komerčních nabíjecích prostor, stanic pro výměnu baterií a rezidenčních nabíjecích míst.

Druhým fondem s největší hodnotou jsou veřejné nabíjecí stanice – řešení na klíč pro instalaci veřejných nabíjecích stanic EV, včetně vyhodnocení místa a výběru nabíječek, jakož i provoz a údržba sítí nabíjecích stanic.

Elektrická vozidla – konkrétně baterie v nich – také nabízejí částečné řešení problémů způsobených dodávkou energie z nepravidelných obnovitelných zdrojů. Inteligentní síťová infrastruktura a dynamické nabíjení podle doby používání by mohly pomoci absorbovat přebytečnou nabídku z obnovitelných zdrojů a snížit poptávku na nejnáročnější spotřebu. Jakmile bude v budoucnu spuštěno používání vozidla typu V2G (vozidlo do sítě), mohly by být spojeny miliony stacionárních elektrických vozidel a vytvořit tak obrovskou virtuální elektrárnu, která by splňovala špičkové požadavky, jako je například bezvětří během zimního večera.

Rozvoj infrastruktury elektrických vozidel (EV) také poskytuje přímé příležitosti pro veřejné služby. Například SSE Enterprise, pobočka britské společnosti SSE, poskytuje řadu řešení na podporu elektrifikace vozového parku v soukromém i veřejném sektoru.

„Stavíme, vlastníme, provozujeme, udržujeme a optimalizujeme lokalizovanou energetickou infrastrukturu na podporu EV,“ říká Kevin Welstead, ředitel sektoru elektrických vozidel, SSE Enterprise.

Výzva

Největší výzvou je zajistit, aby infrastruktura mohla uspokojit očekávanou poptávku po energii, která bude pravděpodobně soustředěna do určitých částí dne, například večer, když dojíždějící přijedou domů.

"Je to otevřená otázka – zvýší poptávka z odvětví dopravy současnou poptávku?" Nemůžeme si možná dovolit vybudovat kapacitu, abychom uspokojili maximální možnou poptávku, “říká Maria Bengtsson, ředitelka, Transaction Advisory Services, Ernst & Young LLP.

Rovněž došlo k omezení pokroku ohledně nasazení technologie V2G, která provozovatelům distribuční soustavy umožní používat baterie elektrických vozidel jako obrovský distribuovaný zdroj napájení.

Platba za infrastrukturu EV také představuje problémy ve vztahu k vlastnímu kapitálu, zejména v počáteční fázi zavádění EV. Měly by být investice, které potřebují provozovatelé rozvodných sítí a provozovatelé distribuční soustavy, sdíleny mezi všemi uživateli elektřiny – jak je tomu obvykle dnes – nebo by se na nich měli z velké části podílet prvotní bohatí uživatelé, kteří z nich mají užitek?

Je to otevřená otázka – zvýší poptávka z odvětví dopravy současnou poptávku? Nemůžeme si dovolit vybudovat takovou kapacitu, abychom uspokojili maximální možnou poptávku.
Maria Bengtsson,
ředitelka, transakční poradenské služby, Ernst & Young LLP

Co se má stát

Podle Bloomberg New Energy Finance4 se očekává, že elektrické automobily budou do roku 2022 levnější než jejich ekvivalenty se spalovacími motory. Státní pobídky ke snižování nákladů však mohou urychlit pronikání těchto automobilů na trh: v Norsku, které nabízí atraktivní daňové úlevy a slevy na mýtu, téměř polovinu prodejů v prvních šesti měsících roku 2019 tvořily elektromobily.

Mezitím musí vlády jednat, aby koordinovaly zavádění infrastruktury nabíjení EV, říká Welstead SSE, který poznamenává, že zapojení různých vládních vrstev může komplikovat schvalování ze strany regulačních orgánů a schvalování plánů.

Jak budou elektromobily stále více pronikat na trh, bude ke změně chování a myšlení zapotřebí vzdělávací proces, říká Bengtsson, aby se majitelé automobilů cítili pohodlně, když budou třetí strany využívat energii z jejich baterie. "Dává to kontrolu do rukou někoho jiného - musí existovat jasný obchodní případ," říká.

Ještě dodává, že existuje naléhavá potřeba vyvinout technologické nástroje, regulační rámce a obchodní modely, které umožní napájení V2G. Mnoho nainstalovaných nabíječek nyní neumožňuje obousměrný tok energie.

Zahřívání a ochlazování
(Chapter breaker)
2

Kapitola 2

Zahřívání a ochlazování

Podle IEA představují budovy v současné době asi 30% světové konečné spotřeby energie.

Více než polovina energie je do budovy dodávána ze zemního plynu, uhlí nebo biomasy. Asi čtvrtina zásob energie se používá v obytných budovách5. Zejména současné požadavky na vytápění jsou charakterizovány vysoce distribuovanými zdroji emisí – obzvláště malými plynovými kotli – a v chladnějších zemích se lze setkat s vysokou poptávkou.

Příležitost

Stejně jako u dopravy existuje značný potenciál pro elektrifikaci vytápění. Tepelná čerpadla napájená ze země nebo vzduchu - která jsou třikrát až čtyřikrát účinnější než jiné typy vytápění prostor - by mohla na určitých trzích nahradit velkou část konvenčního vytápění.

Stejně jako u elektrických vozidel nabízejí domácí vytápěcí systémy obrovský potenciál v tom smyslu, že působí jako obrovský distribuovaný systém skladování energie. Inteligentní elektrické ohřívače vody by mohly být nastaveny tak, aby se zahřívaly v období vysoké úrovně výroby obnovitelné energie a vypínaly se v době nejvyšší poptávky.

Pro veřejné služby existuje značný potenciál z hlediska vývoje nebo rozšiřování produktů a služeb v oblasti energetického managementu - domácí automatizace, inteligentní tarify, správa zařízení a pomocné služby, řešení energetické účinnosti, správa majetku a systémy energetické správy budov.

Systémy pro městské vytápění – využívající odpadní průmyslové teplo, velká tepelná čerpadla nebo udržitelnou biomasu – také nabízejí značný potenciál ke snížení emisí.

Země a společnosti zkoumají alternativy, jako je nahrazování zemního plynu uhlíkově neutrálním bioplynem nebo zeleným vodíkem. Výběr té správné cesty je složitý, očekává se však, že připravenost na dostupnost a konkurenceschopné náklady na výrobu elektřiny bez uhlíku povede k významnému zvýšení podílu elektřiny na trzích s teplem.

Pro veřejné služby existuje značný potenciál z hlediska vývoje nebo rozšiřování produktů a služeb v oblasti energetického managementu - domácí automatizace, inteligentní tarify, správa zařízení a pomocné služby, řešení energetické účinnosti, správa majetku a systémy energetické správy budov.

Výzva

Vláda potřebuje silná politická opatření, aby nařídila nízkouhlíkové vytápění a chlazení v novostavbách, říká Dutton z E3G.

U stávajícího bytového fondu, zejména u starších nemovitostí, je třeba z hlediska izolace provádět agresivní opatření, protože tepelná čerpadla fungují nejlépe v dobře izolovaných domech. Richard Lowes, výzkumný pracovník a člen skupiny pro energetickou politiku na univerzitě Exeter ve Velké Británii, říká, že takové iniciativy by musely být vedeny státem a muselo by se zajistit, že existují dovednosti, které budou garantovat, že dodatečná vylepšení energetické účinnosti bude provedena správně.

Obecněji tvrdí, že dekarbonizace vytápění vyžaduje rozhodné politické zásahy, včetně přenesení odpovědnosti na místní orgány (spolu s odpovídajícím financováním), atraktivních pobídek pro majitele budov, aby nahradili plynové kotle, a případně uhlíkové daně z plynu používaného k vytápění. Mohla by však existovat nabídka řízená soukromým sektorem, která kombinuje tarify za elektřinu v době používání a počáteční financování třetí stranou, aby bylo majitelům domů umožněno koupit tepelná čerpadla.

„Je možné zajistit nízkouhlíkové vytápění bez dodatečných nákladů pro spotřebitele ... existuje zde svatý grál, do kterého by se mohl dostat soukromý sektor,“ říká Richard Lowes, výzkumný pracovník a člen skupiny Energy Policy Group, Exeter University ve Velké Británii.

Městské systémy vytápění musí být mezitím navrženy s ohledem na flexibilitu, říká Stuart Allison, Head of Solutions ve Vattenfall. „Přijatá technická rozhodnutí a smlouvy, které se dnes uzavírají, musí mít v sobě kapacitu pro přechod na nulový uhlík,“ říká. I když existují technická řešení pro vybudování systémů dálkového vytápění s nulovými emisemi uhlíku, úvahy o nákladech znamenají, že by bylo možné namísto toho fungovat na nízkouhlíkové bázi, s jasnou strategií postupu k nulovému uhlíku, jak to tržní ekonomika umožňuje.

Je možné zajistit nízkouhlíkové vytápění bez dodatečných nákladů pro spotřebitele ... existuje svatý grál, do kterého by se mohl dostat soukromý sektor
Richard Lowes,
vědecký pracovník a člen skupiny Energy Policy Group, Exeter University, UK
Vodíkové hospodářství nápady voda, přírodní plyny
(Chapter breaker)
3

Kapitola 3

Hospodářství využívající vodík

Jako (potenciálně nízkouhlíková) forma energie má vodík řadu výhod.

Stejně jako kapalná fosilní paliva má vysokou hustotu energie, díky čemuž je vhodný k pohonu vozidel, vytápění budov a dokonce k podpoře průmyslových procesů, jako je výroba oceli. Je netoxický, hojně se vyskytuje ve formě vody a zemního plynu, a pokud se vyrábí pomocí elektrolýzy poháněné obnovitelnou elektřinou – nebo ze zemního plynu využívajícího zachycování a ukládání uhlíku – nevznikají emise při jeho výrobě a použití. Na druhé straně je vysoce hořlavý a musí být skladován a přepravován pod tlakem, což zvyšuje náklady na něj.

Příležitost

Vodík nabízí příznivé vyhlídky ohledně pomoci při dekarbonizaci odvětví dopravy, tepla a průmyslu a zároveň poskytuje využití nadbytečné obnovitelné energie. Mezinárodní asociace pro obnovitelné zdroje energie (IRENA) odhaduje, že by mohla do roku 2050 dodat 6% konečné spotřeby energie, zatímco orgán v odvětví „Vodíková rada“ tvrdí, že by to mohlo být až 18% .6

Probíhá řada pilotních programů ohledně nahrazení fosilních paliv vodíkem:

  • Švédská společnost Vattenfall spolupracuje s firmou Preem, švédskou rafinérskou společností a dodavatelem paliva, na pilotním závodě na výrobu vodíku o výkonu 20 MW, který využívá elektrolýzu vody pomocí obnovitelné energie.
  • Ocelář ArcelorMittal pracuje v Hamburku na demonstračním projektu v hodnotě 65 milionů EUR, který má nahradit koksovatelné uhlí vodíkem vyráběným pomocí energie z větrných elektráren na moři.
  • Ve Velké Británii spolupracuje dánská společnost Ørsted zaměřující se na čistou energii s firmou ITM Power, jež se zabývá palivovými články, a společností Element Power určenou pro vývoj obnovitelných zdrojů energie na britském projektu financovaném vládou Spojeného království, aby prozkoumala dodávku zeleného vodíku ve velkém měřítku.
  • V Jižní Austrálii vláda představilaAkční plán pro vodík (pdf) 7, který stanovuje, jak by se země mohla stát hlavním výrobcem a vývozcem zeleného vodíku na základě významného rozšíření jeho obnovitelné energetické kapacity.

Pokud jde o veřejné služby, IRENA tvrdí, že výroba vodíku by mohla hrát obzvláště důležitou roli při sezónním skladování obnovitelné elektřiny, a to ve scénářích s vysokou infiltrací obnovitelných zdrojů (a proto by se pravidelně jednalo o velké objemy nadbytečné kapacity).

Výzva

Hlavní výzvou jsou náklady na zelený vodík a obrovské investice do infrastruktury potřebné pro jeho zavedení. V současné době je příliš ekonomicky nákladné vyrábět ho pro několik specifických segmentů vysoké hodnoty – ačkoli náklady na něj klesají.

Srovnání nákladů s primárními zdroji paliva je však třeba vnímat v kontextu, říká Tim Calver, přidružený partner, poradce v EY: „Vodík také vytváří hodnotu díky své úloze energetického vektoru, spojování elektrických a plynových systémů umožňující dlouhodobé a velkoobjemové ukládání nepravidelné energie a při poskytování funkčnosti palivového plynu spíše než elektronů.“

Hlavní výzvou jsou náklady na zelený vodík a obrovské investice do infrastruktury potřebné pro jeho zavedení. V současné době je příliš ekonomicky nákladné vyrábět ho pro několik specifických segmentů vysoké hodnoty - ačkoli náklady na něj klesají.

Co se má stát

Podle Calvera je pro vývoj hospodářství založeného na vodíku stěžejní dosáhnout jeho rychlého rozšíření. „Vlády mohou pomoci tím, že budou podporovat rozsáhlé pokusy – to je jediný způsob, jak čelit mnoha výzvám najednou a dosáhnout úspor z rozsahu.“ Nejprve je třeba říci, že pozornost by se rovněž měla zaměřit na rozvoj projektů, které se týkají především velkých zdrojů poptávky, jako jsou průmyslová využití, spíše než projektů týkajících se využití vodíku při vytápění domácností.

Zadruhé, tvůrci politik a regulátoři musí zaujmout přístup založený na systému. „Jedná se o konvergenci energie a plynu jako prostředku k hluboké dekarbonizaci,“ říká Calver. „Zajištění společné regulace mezi trhy s energií a plynem bude rozhodující.“

Infrastruktura elektrické sítě
(Chapter breaker)
4

Kapitola 4

Infrastruktura elektrické sítě

Elektrický systém s nulovým obsahem uhlíku bude potřebovat podstatně odlišnou síť.

Potřebuje takovou síť, která se přesouvá od dominantních, velkých, centralizovaných zdrojů výroby k distribuovanějšímu modelu, který má stovky tisíc malých nebo mikro obnovitelných systémů s flexibilitou a může mnohem dynamičtěji sladit nabídku a poptávku, včetně využití velkokapacitní úložné kapacity. Budou nutné značné investice na úrovni přenosu i distribuce, a to nejen do fyzických vodičů, ale také do IT, které je třeba k vyvážení stále složitějšího a nepravidelnějšího výrobního systému.

Příležitost

Pro provozovatele rozvodové sítě, kteří mohou od regulačních orgánů získat zpět své náklady a marži, to představuje příležitost pro značné investice. Pro institucionální investory představuje modernizace distribuční sítě příležitost k získání spolehlivých regulovaných výnosů.

„Je zapotřebí obrovských investic,“ říká Calver z EY. „V tuto chvíli vidíme regulační orgány, které uzavírají velmi tvrdé dohody, co se týče míry návratnosti, což je očividně důležité z pohledu spotřebitele. Ale nechcete odradit provozovatele rozvodové sítě od použití kapitálu. “

"Největší změny uvidíme na okraji sítě, na distribuční straně, abychom podpořili vysokou penetraci variabilních zdrojů," říká Juan Torres, ředitel přidružené laboratoře, Integrace energetických systémů v Národní laboratoři pro obnovitelné zdroje energie (NREL) v Golden, Colorado. "Musíme instalovat mnohem chytřejší zařízení, abychom mohli spravovat variabilitu sítě."

„Máme příležitost k rychlému pokroku, pokud jde o technologii dostupnou pro správu sítě,“ říká Juan Torres, ředitel přidružené laboratoře, Integrace energetických systémů v Národní laboratoři pro obnovitelné zdroje energie (NREL) v Golden, Colorado.

„Máme příležitost k rychlému pokroku, co se týče technologie dostupné pro správu sítě. S přechodem do éry umělé inteligence a velkých dat majitelé rozvodové sítě zkoumají, jak je mohou využívat, aby zvýšili spolehlivost rozvodové sítě,“ dodává.

Máme příležitost k rychlému pokroku, co se týče technologie dostupné pro správu rozvodové sítě.
Juan Torres,
Přidružený ředitel laboratoře, Integrace energetických systémů v Národní laboratoři pro obnovitelné zdroje energie (NREL) v Golden, Colorado

Výzva

Jednou z konkrétních výzev, říká Kevin Schneider, hlavní inženýr v Pacifické severozápadní národní laboratoři (PNNL), bude způsob, jak nabídnout kompenzaci společnostem, které provozují distribuční sítě, protože výroba obnovitelných zdrojů oslabuje jejich příjmy. „Budou muset hledat jiné zdroje příjmů než kilowatty, jako jsou poradenské služby,“ říká.

Schneider rovněž poznamenává, že komunikační kapacita modernizované rozvodné sítě bude muset být řádově větší, než je v současnosti požadováno, a bude zahrnovat operátory distribuční soustavy nebo jiné subjekty, aby byla mnohem větší kontrola nad majetkem třetích stran, jako jsou baterie a inteligentními topné a chladicí systémy.

Dalším často přehlíženým aspektem je pracovní síla, která bude vyžadována pro provoz stále sofistikovanějšího elektrického systému.

Dále dodává: „Bude to opravdu velmi nákladné. Podívejte se na obsluhu autoplošiny – před 20 lety šlo o dělnické profese. Dnes je to mnohem technologicky náročnější práce, vyžadující mnohem více školení.“

Co se má stát

Calver tvrdí, že typ mechanismů, které existují pro řízení nabídky a poptávky na úrovni přenosu, bude třeba vyvinout na distribuční úrovni, což umožní malým zdrojům výroby obchodovat na místní úrovni. „Je třeba zavést nové automatizované technologické systémy, obchodní mechanismy a signály o ceně, které umožní vyvážení nabídky a poptávky na místní úrovni – to by pomohlo optimalizovat investice na přenosové a distribuční úrovni.“

Provozovatelé distribuovaných systémů (DSO) – odpovědní za připojení nové kapacity k distribuční rozvodové síti a zlepšení odolnosti systému prostřednictvím vhodného posílení – budou mít zásadní význam pro umožnění energetického přechodu a zajištění stability sítě. Prostřednictvím budoucí regulace, inteligentních technologií a větší interakce se zákazníky jim musí být umožněno využívat flexibilní mechanismy, jako je reakce na poptávku a kapacita úložiště. Týmy společnosti EY spolupracovaly s firmou Eurelectric na poskytování pokynů (pdf) 8 pro provozovatele distribuovaných systémů (DSO), regulační orgány a tvůrce politik, aby informovali příští generaci DSO.

Je také zapotřebí méně hmatatelných změn, říká Schneider na PNNL. Například regulační orgány, veřejné služby a provozovatelé rozvodných sítí a distribučních systémů musí úzce spolupracovat, aby dosáhli dalšího postupu, zatímco regulační orgány samy musí zlepšit úroveň technického porozumění aktuálním problémům. "Regulátoři nejsou obvykle inženýři energetických systémů: ale musí být schopni najít zdroje důvěryhodných znalostí, aby zajistili, že to, co navrhují, je založeno na pravdivých a ověřených informacích."

Souhrn

Níže uvažujeme o příležitostech a výzvách, kterým čelí sektor energetiky a veřejných služeb z hlediska čtyř hlavních částí dekarbonizace: elektrifikace dopravy; nízkouhlíkového topení a chlazení; čistého hospodářství založeného na používání vodíku a inteligentní přenosové a distribuční sítě.

O tomto článku