Nizkoogljično ali obnovljivo
Spremembe podnebnih vzorcev, ki smo jim priča, so posledica povečane količine ogljikovega dioksida v ozračju. Koncentracija CO2 je danes za polovico večja, kot je bila v predindustrijski dobi, globalno pa so se temperature od takrat v povprečju dvignile za 1,3 °C. Človek okolje onesnažuje na različne načine, a sproščanje CO2 v ozračje globalno vpliva na spreminjanje življenja na Zemlji. V povprečju se letno na zemljana namreč sprosti štiri tone in pol CO2, medtem ko je vseh ostalih odpadkov le za okoli dve toni na leto. Poleg tega so ti praviloma vsaj do neke mere ustrezno obdelani in shranjeni, medtem ko je deponija za CO2 kar atmosfera. Koncentracija CO2 se še vedno naglo povečuje in je letos junija dosegla novo rekordno vrednost.
Tudi politika se loteva te tematike in na ravni EU je nastala okoljska zakonodaja. Ta države zavezuje k določenim normativom na različnih področjih, od katerih je najpomembnejša proizvodnja elektrike, saj se pri tem procesu v globalnem merilu sprosti več kot tretjina vsega ogljikovega dioksida. V prihodnosti se bo vloga elektrike še povečala, večina scenarijev za zmanjšanje izpustov namreč stavi na elektrifikacijo prometa in uporabo toplotnih črpalk kot najlažjega načina za zmanjšanje izpustov v drugih sektorjih. Naj omenimo, da se pri proizvodnji vseh vrst energije, kar poleg elektrike vključuje tudi promet in ogrevanje, globalno sprosti okoli tri četrtine vseh toplogrednih plinov, večina preostanka odpade na pridelavo hrane.
Evropska politika je ustvarila zapleteno shemo, po kateri države članice med seboj trgujejo za doseganje oblikovanih okoljskih standardov, trgovanje praviloma poteka s prodajo in nakupom električne energije. Ta shema naj bi vplivala na čistejšo proizvodnjo vseh vrst energije. Vsaka država mora doseči ustrezen standard, če ga ne, mora energijo statistično kupiti od držav, ki te standarde dosegajo. Cilj je, da zaradi tega proizvodnja energije v državah, ki ustrezajo na ravni EU določenim okoljskim standardom, narašča. Te države jo nato prodajajo državam z nižjimi standardi, s čimer se njihova proizvodnja zmanjšuje, kar naj bi vplivalo na skupno večjo količino energije, proizvedene v skladu z okoljskim standardom.
Očitno obstaja veliko razhajanje med tem, kar je za okolje dejansko najboljše, in med smernicami, ki jih potrjuje politika v evropskem parlamentu, pogosto s preglasovanjem. In do takšnih anomalij prihaja, ne glede na to, da so vse številke javne in jasne, sprejeti zakoni pa so pogosto v nasprotju tudi s smernicami, ki jih podaja posvetovalno telo EU – Joint Research Centre.
V okviru tega mehanizma Slovenija za leto 2021 ni dosegla minimalnih standardov pri domači proizvodnji in je morala nekaj elektrike kupiti od Češke, ki je te standarde presegla, kar je povečalo delež ustrezne elektrike v slovenski energijski mešanici. Za 208 GWh električne energije smo za leto 2021 Čehom odšteli okoli dva milijona evrov, pri čemer pa te elektrike nismo dejansko dobili, kupili smo le statistični prenos elektrike, proizvedene po okoljskih standardih, tako da se je Sloveniji njen delež na papirju povečal za kupljeno količino, Češki pa za toliko zmanjšal. Podobno Francija ni dosegla teh standardov, zaradi česar je morala statistično kupiti za okoli 500 milijonov evrov ustrezno proizvedene energije. Nemčija standarde presega in lahko elektriko prek statističnega prenosa prodaja drugim državam.
Poglejmo še številke glede okoljskega odtisa proizvodnje elektrike v posameznih državah EU. Izpuste ogljikovega dioksida pri proizvodnji elektrike podajamo kot količino CO2, ki se sprosti na kilovatno uro proizvedene električne energije, pri čemer je zajeto povprečje vseh elektrarn v posamezni državi. Če si želimo upočasnitve podnebnih sprememb, je seveda zaželeno, da je ta številka čim nižja. Povprečne vrednosti za evropske države za leto 2021 so prikazane na sliki Povprečni izpusti CO2.
Slovenske elektrarne so v letu 2021 v povprečju sprostile 222 g CO2/kWh, francoske elektrarne za isto leto v povprečju le 67 g CO2/kWh, nemške elektrarne 402 g CO2/kWh, češke pa 442 CO2/kWh. V končni fazi pa je najpomembnejša količina letno sproščenega ogljikovega dioksida na prebivalca v posamezni državi: ta znaša za leto 2021 za Francijo 6 ton, za Slovenijo 6,2 tone, za Nemčijo 9,4 tone in za Češko 12,2 tone.
Toda ali nismo bili tako v Sloveniji kot v Franciji primorani Nemčiji in Češki plačati za statistični nakup njihove zelene elektrike, kar naj bi nas prisililo v to, da bi v prihodnje sami dosegali njihove standarde? Drži, saj očitno obstaja veliko razhajanje med tem, kar je za okolje dejansko najboljše, in med smernicami, ki jih potrjuje politika v evropskem parlamentu, pogosto s preglasovanjem. In do takšnih anomalij prihaja, ne glede na to, da so vse številke javne in jasne, sprejeti zakoni pa so pogosto v nasprotju tudi s smernicami, ki jih podaja posvetovalno telo EU – Joint Research Centre. Zakoni se namreč veliko pogosteje sprejemajo na podlagi čustev kot številk, predvsem pa na podlagi interesov posameznih držav. Poglejmo si številke, ki jih politika v veliki meri ignorira, in tudi to, na kakšnih temeljih je zgrajena evropska zakonodaja, ki daje prednost državam z višjimi izpusti CO2.
Pridobivanje elektrike v številkah
Elektriko lahko pridobivamo iz različnih vrst elektrarn, pri čemer imamo na razpolago visokoogljične termoelektrarne in nizkoogljične tehnologije, v prvi vrsti vetrne, sončne, jedrske elektrarne in hidroelektrarne. Vse nizkoogljične vire imamo za trajnostne, le vetrni, sončni in vodni viri pa veljajo za obnovljive vire energije (OVE), kar je prikazano tudi na sliki Izpust ogljikovega dioksida.
Številke, kot so prikazane na sliki za posamezne tipe elektrarn, pa nam ne dajo celostne slike, koliko kakšen tip dejansko prispeva k nizkim izpustom na ravni države. Elektroenergetski sistem je namreč zelo zapleten. Njegova ključna lastnost je, da mora biti proizvodnja elektrike ves čas enaka njeni porabi. Le nekajsekundna motnja lahko namreč pomeni razpad distribucijskega sistema in električni mrk v celotni državi, vzpostavitev normalnega delovanja pa nato lahko traja tudi do več dni.
Pri zagotavljanju konstantne proizvodnje elektrike, ki sledi porabi, pa se viri z zgornje slike med seboj izrazito razlikujejo. Termoelektrarne in jedrske elektrarne namreč zagotavljajo elektriko ves čas, medtem ko so vetrne in sončne elektrarne v popolnosti odvisne od vremena in ure v dnevu. Hidroelektrarne so sicer tudi odvisne od vremena, a precej manj, v akumulacijskih hidroelektrarnah lahko namreč z zadrževanjem vode za jezom dnevno proizvodnjo načrtujemo, problematična so daljša sušna obdobja. Zato je treba za sončne in vetrne elektrarne vedno zagotavljati elektriko iz nadomestnih virov za čas, ko vremenske razmere niso primerne.
Primerjava izpustov iz teh elektrarn izključno med obratovanjem z izpusti iz drugih tipov elektrarn, ki lahko elektriko zagotavljajo kontinuirano, tako ni primerna, razen če smo seveda pripravljeni na razmere, da večino časa preživimo brez elektrike. Čas, ko vetrne in sončne elektrarne ne obratujejo, je v vsakem primeru daljši kot proizvodni čas. Za geografske in meteorološke razmere v Sloveniji je značilno, da sončne elektrarne prispevajo v omrežje 12 odstotkov toliko elektrike, kot bi je, če bi ves čas obratovale s polno močjo. V to številko je zajeto dejstvo, da ponoči, ob nizkem soncu in v oblačnem vremenu ne morejo delovati. To v grobem pomeni, da potrebujemo v kombinaciji s sončnimi elektrarnami še nadomestne elektrarne, ki nam bodo dajale elektriko preostalih 88 odstotkov časa. Razpoložljivost sončnih elektrarn lahko nekoliko izboljšamo z velikim povečanjem njihove kapacitete, kar pomeni, da ob maksimalni osončenosti proizvajajo več elektrike, kot je takrat potrebujemo. Deloma si lahko pomagamo tudi tako, da elektriko shranimo za obdobje, ko ni sonca, in jo takrat uporabimo. A tehnologija učinkovitega shranjevanja elektrike na dovolj veliki skali za zdaj ne obstaja, tako ima npr. Slovenija možnost skladiščenja elektrike le za dve uri povprečne porabe v državi.
Koristna je kombinacija sončnih elektrarn z vetrnimi, saj ne obratujejo nujno ob istem času, veter piha tudi ponoči. Povprečna razpoložljivost vetrnih elektrarn v Evropi znaša okoli 24 odstotkov. Vetrovne razmere v Sloveniji so podpovprečne in razpoložljivost za vetrna polja v Sloveniji bo zato manjša od te vrednosti. V vsakem primeru pa bomo tudi ob gradnji zelo velikih sončnih in vetrnih elektrarn in ob povečanju kapacitet za shranjevanje elektrike v Sloveniji potrebovali proizvodnjo v nadomestnih elektrarnah za več kot polovico časa.
Poleg omejene razpoložljivosti se pri sončnih in vetrnih elektrarnah pojavlja še problem, da trenutno električno omrežje v Sloveniji ni prilagojeno na ekstremna nihanja, kot se pojavljajo v primeru večje proizvodnje iz teh dveh virov. Jedrske elektrarne ter termo- in hidroelektrarne namreč proizvajajo elektriko ves dan s približno konstantno močjo, medtem ko bi morala biti moč sončnih elektrarn v tistem času dneva, ko obratujejo, nekajkrat večja, če bi želeli pridobiti enako količino energije. Za prenos do hranilnikov elektrike, ko bodo ti enkrat razviti, bi tako potrebovali nekajkrat močnejše prenosno omrežje. Tega je sicer mogoče zgraditi, a treba se je zavedati, da smo obstoječe omrežje dograjevali več desetletij, in prenova, ki bi zahtevala večkratno povečanje prenosne moči, bi bila zelo draga. To je težava, ki se za zdaj kaže v zavrnitvah večjega števila vlog za priključitve novih sončnih elektrarn.
Sonce, veter in spremljevalne elektrarne
Postavitev sončnih panelov in vetrnih elektrarn tako ni glavna investicija v primeru, da bi želeli elektriko pridobivati primarno iz teh dveh virov. Vsaj enako težavna je potrebna prenova električnega omrežja. Še večji problem pa je s shranjevanjem viškov energije. Proizvodnja nizkoogljične elektrike na ravni države čez vse leto je tako neprimerno večji problem, kot je le postavitev elektrarn z najnižjo stopnjo izpustov CO2 za tisti čas, ko obratujejo. Problem je tako zapleten, da je pri celostnem načrtovanju energetske prihodnosti rezultat težavno vnaprej napovedati. A pri napovedih se je vsekakor smiselno zgledovati po obstoječih rešitvah v drugih državah in oceniti njihovo uspešnost.
Izkušnje v Evropi
Poglejmo si, kako uspešne so posamezne države Evropske unije pri doseganju nizkih izpustov CO2 glede na to, na katere tehnologije stavijo. Jasno je, da je treba za razogljičenje elektroenergetike v veliki meri uporabiti nizkoogljične vire, to so predvsem sonce, veter, vodna in jedrska energija. Hidropotencial je v večini držav EU, tudi v Sloveniji, povečini že izkoriščen in ga tako ne moremo več povečevati. Zaradi tega je edina možnost za primer, da želimo povečati delež elektrike iz obnovljivih virov, gradnja sončnih in vetrnih elektrarn. Po drugi strani lahko gradimo jedrske elektrarne. Prvi namig o tem, katera smer je pravilna, dobimo ob pogledu na dve največji državi v EU, Nemčijo in Francijo. V letu 2021 je Nemčija pridobila 9 odstotkov elektrike iz sončnih elektrarn, 20 odstotkov iz vetra, 3 odstotke iz hidroelektrarn, 12 odstotkov iz jedrskih elektrarn, večino preostanka iz fosilnih virov. Francija je pridobila 68 odstotkov elektrike iz jedrskih elektrarn, 11 odstotkov iz hidroelektrarn, 7 odstotkov iz vetra in 3 odstotke iz sončne energije. Izpusti so znašali, kot že napisano, 402 g CO2/kWh za nemške elektrarne in 67 g CO2/kWh za francoske. Za ti državi, ki prispevata okoli 40 odstotkov elektrike v skupni evropski elektrodistribucijski sistem, je stvar očitna, Nemčija pridobi za 19 odstotkov več elektrike iz kombinacije sončnih in vetrnih elektrarn (iz vseh obnovljivih virov za 11 odstotkov več), pri čemer ima za 335 g CO2/kWh višje izpuste, predvsem na račun delovanja termoelektrarn v času, ko vetrne in sončne elektrarne ne obratujejo.
Na splošno pravilo sicer ne moremo sklepati le na podlagi razmer v dveh državah, mogoče pa je narediti enako analizo za vse države EU. Rezultat je prikazan na sliki, na kateri vsak krog predstavlja posamezno državo, velikost kroga pa količino proizvodnje elektrike v tej državi. Nizko na sliki so države z majhnimi izpusti CO2 in visoko tiste z visokimi izpusti. Levo na sliki so tiste, ki pridobijo majhen del elektrike iz sončnih in vetrnih elektrarn, in desno tiste, ki je proizvedejo veliko. Na sliki je tudi povezovalna črta, ki prikazuje trend, torej kakšna je povprečna sprememba v izpustih glede na spremembo deleža elektrike iz vetra in sonca, izračunana glede na vse države EU. Negotovost tega izračuna je zaradi razpršenosti podatkov na sliki sicer velika, a opazen je trend, da se količina CO2 na proizvedeno kilovatno uro veča, ko se povečuje delež vetrnih in sončnih elektrarn (glej graf Proizvodnja elektrike iz sonca in vetra).
Poglejmo še druge tehnologije. Pri deležu hidroenergije v energijski mešanici posamezne države je trend najbolj očiten, razviden je z naslednje slike, pri kateri so na desni strani prikazane države z visokim deležem elektrike iz hidroelektrarn. V državah z večjim številom hidroelektrarn so izpusti CO2 očitno nižji, in sicer se v evropskem povprečju zmanjšajo za 7,2 g/kWh za vsak odstotek elektrike več, pridobljen iz hidroelektrarn. Nekoliko manjši, a še vedno očitno negativen je trend v primeru jedrskih elektrarn, tudi v tem primeru večanje njihovega števila zmanjšuje izpuste, in sicer za 4,6 g/kWh na dodani odstotek jedrskih elektrarn. Očiten trend v nasprotno smer pa je razviden pri številu termoelektrarn, njihov delež v sistemu viša izpuste, kar je razvidno s slik Proizvodnja elektrike iz termoelektrarn, jedrskih elektrarn, hidroelektrarn.
Iz analize izpustov v državah EU sicer ne moremo sklepati na univerzalno pravilo glede pravilne mešanice elektrarn za doseganje nizkih izpustov CO2, pri podrobnejši analizi bi bilo treba upoštevati še naravne danosti v posamezni državi, kljub temu pa je lahko taka analiza dobro vodilo, v katere tehnologije je smiselno vlagati. Jasno razvidno je, da dodajanje novih hidroelektrarn in jedrskih elektrarn v sistem izpuste CO2 znižuje, kar pa sodeč po zgornji analizi ne velja nujno za sončne in vetrne elektrarne. Med obratovanjem sta to sicer nizkoogljična vira, a za čas brez vetra in sonca potrebujemo v kombinaciji z njima tudi nadomestne elektrarne, kar so skoraj vedno termoelektrarne, pogosto na plin. To dejstvo je nenazadnje razvidno iz nemškega primera, kjer so v preteklosti ogromna sredstva vložili prav v energijo vetra in sonca, kar pa ni zmanjšalo njihove odvisnosti od uvoženega plina. Ravno nasprotno, Nemčija je vzporedno s plinovodom Severni tok 1, ki je deloval od leta 2011, za podvojitev uvoza iz Rusije po isti trasi zgradila enak plinovod, Severni tok 2, ki bi moral začeti obratovati leta 2022.
Zelena elektrika in nizkoogljična elektrika
S tem teoretičnim znanjem se vrnimo k vprašanju, kako je bil določen okoljski standard, ki zahteva, da se denar pretaka iz držav z nižjimi izpusti CO2 k tistim z višjimi, denimo iz Slovenije na Češko ali v Nemčijo. Poslanci v evropskem parlamentu so izglasovali, da je zelena elektrika tista iz obnovljivih virov, torej vetra, sonca in hidroelektrarn. Zelena pa ni elektrika iz jedrskih elektrarn, ki sicer sproščajo najmanj CO2/kWh. Povečevanje deleža vetra in sonca v energetski mešanici posamezne države torej izboljšuje zeleno barvo proizvedene elektrike, kljub temu da se izpusti CO2, kot je razvidno s slike, lahko celo povečujejo. Glede na zakonodajo pa zeleno ni obarvana elektrika iz jedrskih elektrarn, ki v energetski mešanici sicer izpuste CO2 jasno zmanjšujejo. Definicija zelene elektrike torej v prvi vrsti ni namenjena nižanju izpustov ogljikovega dioksida v ozračje, ampak drugim ciljem. V zvezi s to zakonodajo morajo tako v letu 2023 države doseči med 20 in 25 odstotki energije iz obnovljivih virov, ne glede na to, koliko CO2 sprostijo pri proizvodnji preostalih 75 odstotkov energije. Francija, ki pridobi 68 odstotkov elektrike iz jedrskih elektrarn, ima tako velike težave, saj ta nizkoogljična elektrika ne šteje kot zelena in bi za doseganje evropskih ciljev morala znatno znižati del proizvodnje v jedrskih elektrarnah, dograditi vetrne in pripadajoče plinske elektrarne, kar bi nato povečalo delež obnovljive elektrike in seveda tudi izpuste CO2. A podnebni standardi bi bili doseženi. Podoben primer imamo tudi v Sloveniji, saj je polovica naše nizkoogljične elektrike proizvedene v Nuklearni elektrarni Krško in tako ne šteje v kvoto zelene elektrike. Na drugi strani Nemčija z lahkoto dosega cilje, saj pridobi kar 32 odstotkov elektrike iz kombinacije vetra, sonca in vode, kar je znatno več od potrebnih 20 odstotkov. Seveda si pri tem pomaga tako, da je 51 odstotkov pridobi iz fosilnih virov, kar pa je po evropski zakonodaji nepomembno. Zato so lahko v Nemčiji kot zadnji v Evropi še leta 2020 zagnali novo premogovno elektrarno z močjo, za polovico večjo od jedrske elektrarne v Krškem. Za primerjavo še podatek, da Francija pridobi iz fosilnih virov 10 odstotkov elektrike.
Obnovljivo
Ključna beseda, na kateri je zgrajena evropska zakonodaja in ki je razlog za omenjena nasprotja, je obnovljivo (angl. renewable). Ta pojem se v veliki meri enači s pojmom nizkoogljično, kljub temu da je očitno, da pojma nista nujno povezana, v določenih primerih sta si celo nasprotna. Uspešnost zniževanja izpustov z evropskim energetskim načrtom, ki ne temelji na merilu nizkoogljičnosti, ampak na merilu obnovljivosti, je zato vprašljiva.
Rezultat energetskega preobrata je, da ima za zdaj Nemčija, po daleč največjih vlaganjih v energetiko v zadnjih dveh desetletjih in najvišji ceni elektrike v Evropi, tudi najvišje izpuste CO2 na proizvedeno kWh električne energije med vsemi zahodnoevropskimi državami.
Namig, zakaj nekateri protežirajo obnovljive vire energije, lahko najdemo v dogajanju v Nemčiji leta 2001, ko je takratni kancler Gerhard Schröder zagnal enega od največjih projektov prehoda na obnovljive vire na svetu in hkratno zaprtje jedrskih elektrarn. V sklopu projekta z imenom energetski preobrat oz. nemško Energiewende je Nemčija doslej vložila ogromnih 500 milijard evrov predvsem v gradnjo sončnih in vetrnih elektrarn. Zanimivo je dejstvo, da je Schröder tik po odhodu iz kanclerske palače postal predsednik upravnega odbora pri podjetju Nord Stream AG, ki je v večinski lasti največjega ruskega podjetja za distribucijo plina Gazproma. Poleg drugih visokih funkcij v ruskih plinskih podjetjih, ki jih je opravljal od takrat, je bil Schröder leta 2022 imenovan tudi v upravni odbor Gazproma. Rezultat energetskega preobrata je med drugim, da ima za zdaj Nemčija, po daleč največjih vlaganjih v energetiko v zadnjih dveh desetletjih in najvišji ceni elektrike v Evropi, tudi najvišje izpuste CO2 na proizvedeno kWh električne energije med vsemi zahodnoevropskimi državami.
Nauk nemškega energetskega preobrata je, da velja biti previden, ko se kdo zavzema za »obnovljivo« namesto za »nizkoogljično« in daje prednost le nekaterim nizkoogljičnim virom. Razvidno je tudi, kateri izmed teh so neučinkoviti. V primeru načrtovanja elektroenergetskega sistema na osnovi sončnih ali vetrnih elektrarn lahko namreč – kljub morebitnim zagotovilom o stoodstotno obnovljivi energiji – z matematično gotovostjo napovemo, da bodo v sistemu potrebne tudi termoelektrarne. Nemčija je letos zaprosila Bruselj za odobritev subvencije za 40 novih plinskih elektrarn, vsake z močjo približno Teš 6, ki jih želijo zgraditi do leta 2030.
Prof. dr. Igor Lengar je raziskovalec na Institutu Jožef Stefan in predavatelj na Fakulteti za energetiko Univerze v Mariboru. Je član upravnega odbora evropske agencije za Iter, največji fuzijski reaktor, ki ga gradijo v Franciji.
