Erik Margan (#)

Za nadomestitev TEŠ 6 (do leta 2033) bi bilo potrebno v 11 letih inštalirati 34,869 panelov (1,744 dnevno) in skupaj postaviti 75 vetrnic (7 letno), inštalirati 6,847 baterij zmogljivosti 22.2 MW (NGEN) in/ali 9 črpalnih HE. Skupen strošek bi znašal okrog 50 milijard evrov, kar je 7-krat več, kot so pričakovani stroški izgradnje JEK-2. O stabilnosti elektroenergetskega sistema in regulaciji raje molčimo.

V zadnjem času se je zvrstilo veliko razprav o nujnosti zaprtja TEŠ-6. Zaenkrat še vedno velja, da naj bi to storili do leta 2033. 

Gre za politično (in ne strokovno) odločitev, sprejeto pod pritiskom predvsem nevladnih organizacij, ki zagovarjajo čim prejšnji prehod na obnovljive vire energije. Pa tudi političnih strank, ki v svojih programih vključujejo elemente zelenega programa. To zadnje pa pomeni, v trenutni sestavi parlamenta, praktično vse stranke. Nekatere stranke imajo to vprašanje celo za prednostno. A temu vprašanju se nobena stranka v prihodnje ne bo mogla izogniti, saj je omejevanje izpustov CO₂ zapisano v Pariškem dogovoru, kateremu smo se leta 2015 »ambiciozno« zavezali in mimo katerega sedaj ne moremo.

Pustimo zaenkrat ob strani smiselnost tega dogovora in naš vpliv na lokalno podnebje in globalno segrevanje. Pa tudi z vprašanjem, ali bi bilo, takrat ali v prihodnje, mogoče doseči bolj ugodne pogoje dogovora za Slovenijo, se ne bomo tukaj ukvarjali.

Tukaj nas zanima izključno ali smo sploh sposobni nadomestiti TEŠ-6 z obnovljivimi viri energije v zadostni meri in v predvidenem roku. Predpostavili bomo tudi, da finančni vidiki te operacije niso vprašljivi, čeprav bo to na koncu verjetno najpomembnejše vprašanje.

Pred časom sem že podal podoben izračun, ki pa je žal temeljil na preveč optimistično določenih izhodiščnih predpostavkah. Kljub temu je rezultat nedvoumno pokazal, da naloga ni uresničljiva. Zato sem si zadal nalogo poiskati vse relevantne podatke, ki vplivajo na izvedljivost naloge ter izračun ponoviti tako, da temu ne bo možno oporekati. Ta izračun je sedaj pred vami.

Najprej poglejmo, koliko električne energije sploh proizvajamo. Graf prikazuje proizvodnjo električne energije v Sloveniji leta 2016 po virih; skupno je bilo proizvedeno 15,55 TWh, pretežno v jedrski elektrarni, termo in hidroelektrarnah. Kljub rasti števila sončnih elektrarn v zadnjih letih, smo s pomočjo sonca proizvedli le 2 % električne energije (vir SURS).

Ob tem pa je nujno poudariti, da Slovenija v povprečju uvaža okoli 17% manjkajoče energije (povprečje 5 let, od 2015 do 2019) in sicer kar 85% časa. V najhujših konicah porabe občasno uvažamo celo do 80% energije. Res pa je, da občasno toliko tudi izvozimo (vir RN ELES). Poleg tega se bodo potrebe po energiji v prihodnje še povečevale.Delno zaradi postopnega prehoda na ogrevanje s toplotnimi črpalkami, delno zaradi industrijskega razvoja, delno pa zaradi predvidene elektrifikacije cestnega prometa.

To pomeni, da te primanjkljaje moramo upoštevati pri prihodnjem razvoju omrežja in proizvodnih kapacitet. Kateri viri bodo pri tem pridobili katere deleže je zaenkrat težko napovedati, saj še vedno ne vemo kako se bomo odločili glede jedrske energije, plinskih elektrarn, hidroelektrarn, drugih obnovljivih virov, itd. Zato zaenkrat vzemimo, da bomo predvideno zaprtje TEŠ-6 nadomestili zgolj s solarnimi paneli in vetrnimi elektrarnami.

Električna energija, proizvedena iz premoga, predstavlja torej okoli 33% vse proizvedene energije, kar pomeni okoli 5,1 TWh.

Poglejmo sedaj podatke za TEŠ-6. Izgradnja nas je stala okoli 1,4 milijarde evrov, kar je tu zgolj podatek za poznejšo primerjavo, v upravičenost te cene se tukaj ne bomo spuščali. Ostale potrebne podatke najdemo na uradnih spletnih straneh: VIR 1, VIR 2.

Od tod izvemo naslednje: (1) Nazivna moč: 600 MW, (2) Dejanska maksimalna izhodna moč: 542 MW, (3) Dolgoročno povprečje proizvodnje električne energije: okoli 3,8 TWh letno ter (4) Največ energije je bilo proizvedeno v letu 2016: 4,1 TWh.

Teh 4,1 TWh predstavlja 80% delež v električni energiji proizvedeni iz premoga, oziroma okoli 26% celotne proizvedene energije. A za nadaljnji izračun bomo raje vzeli večletno povprečje, 3,8 TWh na leto. Za enostavnejši izračun vzemimo, da bomo po letu 2033 ta prispevek TEŠ-6 nadomeščali polovico iz solarnih panelov, polovico pa iz vetrnih elektrarn, torej po 1,9 TWh iz vsakega od teh dveh virov.

Podatke za osončenost po Sloveniji dobimo na spletnih straneh ARSO, in sicer: (1) Sonce, sezonska povprečja: VIR 1, VIR 2, VIR 3, VIR 4, (2) Sonce, mesečna povprečja: VIR 1, (3) Sonce, letno povprečje VIR 1.

Za številčno ponazoritev:

• Bohinj 1850 ur/leto
• Ljubljana 2000 ur/leto
• Koper  2350 ur/leto
• Povprečje 2150 ur/leto (okoli ~25% časa), celotno število ur na leto: 8760

Potrebujemo še tehnične podatke za solarne panele:

• Izkoristek: okoli 20%
• Specifična konična izhodna moč: 200 W/m² (ob maksimalnem sončnem obsevanju opoldne jasnega dne, ki znaša okoli 1000 W/m²)
• Foto-občutljiva površina: 1,5 m²
• Konična izhodna moč: 200 W/m² × 1,5 m² = 300 W
• Povprečje sončnega obsevanja za vpadni kot θ od 0 do π radiana: cos(θ) = 64%
• Letno energijsko povprečje: 300 W × 2150 h × 0,64 =  412 800 Wh

Iz potrebnega letnega energijskega povprečja in povprečja pridobljenega iz enega solarnega panela lahko izračunamo celotno potrebno število solarnih panelov:

• 1,9×10¹² Wh / 412 800 Wh = 4 602 700 panelov.

Koliko panelov bi morali postaviti vsak delovni dan, da bi dosegli to potrebno število panelov do leta 2033, če bi začeli januarja 2022?  V 132 mesecih (11 let), bi morali vsak mesec postaviti:

• 4 602 700 / 132 = 34 869 panelov.

V 20 delovnih dni na mesec bi to pomenilo:

• 34 869 / 20 = 1744 panela dnevno.

Če privzamemo, da sta za postavitev enega panela potrebna 2 delavca, ki lahko postavita in v omrežje povežeta 5 panelov v enem delovnem dnevu, bi morali za celotno delo imeti najmanj 698 delavcev, kvalificiranih elektro-monterjev, ki bi delali vseh 11 let, brez bolniških in letnih dopustov.

Poglejmo še potrebno število vetrnic. Podatke za povprečne hitrosti vetra 50 m nad tlemi prav tako najdemo na spletnih straneh ARSO VIR.

• Dolgoročno povprečje hitrosti je ocenjeno na: 1-2 m/s
• Maksimalna letna povprečja na nekaterih ugodnih legah dosežejo: 5-7 m/s

Gostota moči vetra 50m nad tlemi VIR

• Povprečje: okoli 100 W/m²
• Maksimalno: do 600 W/m²

Ponekod največje hitrosti vetra krepko presežejo 28 m/s (100 km/h), vetrnice pa lahko delajo do največ 25 m/s (90 km/h), nad to hitrostjo vetra je treba vrtenje ustavit in krake obrnit »na nož« v smeri vetra, sicer bi zračni upor lahko prelomil steber in zrušil vetrnico.

Vetrnice pa se lahko začnejo vrteti pri 5 m/s (18 km/h) in dosežejo maksimalno izhodno moč že pri 12 m/s (43 km/h).

Izhodna moč vetrnice je odvisna od velikosti. Manjše dajejo >100 kW, večje pa do 5 MW. Vendar je težava ta, da morajo bit vetrnice dovolj oddaljene druga od druge, da se med seboj ne motijo z zračnimi turbulencami. To pomeni, da na nekem omejenem ozemlju lahko izrabimo le določeno moč, ki ni odvisna od moči samih vetrnic, ker večje moramo postaviti bolj narazen. Manjše pa bi lahko prenesle malo večje hitrosti vetra.

Zaradi enostavnosti izračuna privzemimo, da bomo povsod postavljali enake vetrnice, in sicer z nazivno močjo 3 MW. Privzemimo, da so kraki takih vetrnic dolgi 43 m, kar pomeni, da bo krog, ki ga opiše vrh kraka imel površino π r² = 5809 m². Če privzamemo, da bomo lahko pokrili energijske potrebe s postavitvijo vetrnic na najbolj ugodnih legah, kjer lahko računamo z letnim povprečjem gostote moči okoli 500 W/m², bi iz ene vetrnice lahko dobili:

• 5809 m² × 500 W/m² = 2,9 MW.

S tem bi v enem letu pridobili 2,9×10⁶ W × 8760 h = 2,54×10¹⁰ Wh

Iz potrebne letne energije (1,9 TWh) in povprečne energije pridobljene na vetrnico v enem letu (2,54×10¹⁰ Wh) izračunamo potrebno število vetrnic:

• 1,9×10¹² / 2,54×10¹⁰ = 75 vetrnic.

V 11 letih do leta 2033 bi potem morali postaviti vsako leto:

• 75 / 11 = 6,8 vetrnic ali, recimo okroglo 7 na leto.
• Ali drugače, po eno vetrnico vsakih 52 dni.

Pri tem je potrebno upoštevati, da moramo – za razliko od solarnih panelov – vetrnice postavljati pogosto na hribovitih pobočjih ali hrbtih. Torej na težko dostopnem terenu, kjer je potrebno najprej zgraditi poti za vso potrebno gradbeno mehanizacijo, ki bo izkopala jame za velika betonska sidra, nato še postavila visoke stolpe, na katere bi z velikimi žerjavi postavili najprej generator, nato pa še tri krake. Izbrati pa je potrebno čas, ko veter ne piha!

Upoštevati je treba tudi evropska priporočila, da mora biti vetrnica oddaljena od najbližjega naselja za najmanj desetkratnik njene višine. Seveda ob pogoju soglasja prebivalcev, naravovarstvenikov in lastnikov zemljišč.

Poleg naštetega je treba še upoštevati, da tako večja solarna polja (ki niso na strehah hiš ali tovarn), kot tudi polja vetrnic , močno degradirajo okolje in prizadenejo tam živeče živalske vrste. V obeh primerih je treba na teh območjih posekati višje grmovje in drevesa, da ne motijo laminarni tok vetra, ali delajo sence panelom. Pri večjih poljih solarnih panelov pa je treba upoštevati tudi njihov medsebojni razmik, da ena vrsta ne dela senco drugi, kar pomeni najmanj dvojno, če ne kar trojno skupno površino. In nenazadnje je treba take sisteme povezati v omrežje, kar pomeni ustrezno število nadzemnih ali vkopanih vodov, kar spet zahteva posege v zemljišča.

Poglejmo še cene. Solarni paneli stanejo že okoli 1 €/W, inverterji zanje pa okoli 2.5 €/W. Pri vetrnih elektrarnah lahko računamo med 3 in 5 €/W, pri velikih pa okoli 1.5 €/W. V obeh primerih je treba dodati še cene povezovanja v sistem, kar je odvisno od oddaljenosti in vrsti povezave (nadzemne ali vkopane) ter instalirane moči.

Po teh podatkih in zgornjih izračunih bi nas samo solarni paneli stali 1,38 milijarde € (podobno kot domnevno preplačani TEŠ-6), vetrnice pa najmanj 330 milijonov €. Oboje brez cene povezovanja v sistem ter brez nujno potrebnih hranilnikov energije. Slednji pa spet zahtevajo dodatne proizvodne kapacitete za njihovo polnjenje.

In ravno pri hranilnikih energije nastopijo največje težave. Ta hip imamo le dva primera hranilnikov in sicer baterijski hranilnik energije podjetja NGEN (2019, Moste/Žirovnica) ter črpalno hidroelektrarno (ČHE) Avče (2010, ob Soči). Poglejmo nekaj podrobnosti.

Baterijski sistem NGEN (na osnovi Tesla Powerpack):

• Investicija: 15 M€
• Moč: 12,6 MW
• Energetska zmogljivost: 22,2 MWh

Po navedbah NGEN: “Študije kažejo, da 4 MW priključne moči baterijskih hranilnikov omogočajo postavitev dodatnih 100 MW proizvodnih kapacitet električne energije iz obnovljivih virov” (revija Energetika.NET, 2019).

Ta izjava drži le v pogojih, ko je obnovljivih virov še razmeroma malo in elektro-omrežje lahko zadovolji potrebe po energiji pretežno iz drugih virov, ki se lahko ustrezno hitro odzovejo in prilagajajo porabi. Sistemi, kot je NGEN, so uporabni pri pokrivanju kratkotrajnih konic ali hitrih sprememb v porabi. Niso pa namenjeni dolgotrajni oskrbi. Toda v sistemu, ki sloni v večji meri (>30%) na nestanovitnih virih, je v daljših obdobjih oblačnega vremena in brezvetrja, kar je po zimi pogost pojav, se potrebe po hranilnikih močno povečajo. Še posebej je to problem, kadar se večina držav prav tako zanaša na obnovljive vire in uvoz iz drugih držav torej ne bi bil mogoč. V takih razmerah bi potrebovali hranilnike z najmanj polovično močjo, kot jo pokrivajo obnovljivi viri, ter za najmanj dva tedna delovanja. A tak sistem bi bil v polni uporabi le nekaj mesecev na leto, večinoma bi deloval z zmanjšano močjo. To pa pomeni, da se investicija ne bi povrnila v času, kot bi si želeli investitorji.

Pri tem je žal preveč neznank za dovolj zanesljiv izračun, zato privzemimo, da zgornja izjava NGEN velja tudi v primeru nadomestila za TEŠ-6.

Iz navedenega razmerja priključnih moči in celotne potrebne energetske zmogljivosti nadomestnih obnovljivih virov lahko dobimo celotno potrebno zmogljivost hranilnikov:

• 3,8×10¹² Wh * 4 / 100 = 1,52×10¹¹ Wh (ali 152 GWh)

Potrebno število enot podobnih obstoječemu NGEN dobimo, če to delimo z energetsko zmogljivostjo NGEN:

• 1,52×10¹¹ / 22,2×10⁶ = 6847

Potem bi celotna investicija znašala:

• 6847 × 15×10⁶ € = 1,027×10¹¹ € (ali 102,7 milijard €)

Seveda, primer NGEN je zgolj začetek tovrstne tehnologije, ki se bo zagotovo še razvijala,  saj je sitem Tesla Powerpack bil razvit na osnovi litij-ionskih baterij, ki so bile optimizirane za uporabo v prometu (majhna masa in majhne dimenzije, ter visoka impulzna moč). Za stacionarne namene bi bli bolj primerni sistemi z drugačnimi, cenejšimi tipi baterij, ki bodo zato nekoliko večje. Vendar cena baterij predstavlja le del celotne investicije, preostali stroški so podobni, zato je težko pričakovati pocenitve večje od kakšnih 30%.

Precej nižje stroške bi verjetno dosegli s ČHE, kot je ČHE Avče (zgrajena leta 2010, moč 185 MW, letna proizvodnja 426 GWh). Vendar ČHE potrebujejo ogromne bazene za prečrpavanje vode (Avče 2 170 000 m^3) in ti morajo biti razmeroma blizu, med njima pa mora biti dovolj velika višinska razlika. Ttakih prostorskih možnosti je v Sloveniji razmeroma malo. Izvedene so bile tudi študije za projekt ČHE Kozjek (400 MW). Najdenih je bilo še devet možnih lokacij primernih za moči med 45 in 300 MW. Zato je sprejemljiva domneva, da bi dosegli pocenitev hranilnega sistema za dodatnih 20%. Skupno bi torej znižali stroške na dobrih 50 milijard evrov. To pa je še vedno 7× več kot so pričakovani stroški izgradnje JEK-2.

Pa še nekaj je treba upoštevati in sicer obratovalne in vzdrževalne stroške solarnih panelov, vetrnic ter hranilnikov energije in zamenjave sistemov v primeru trajne okvare. Denimo če toča poškoduje solarne panele ali podobno (zavarovalnice pri tem pomagajo, a je zavarovanje potrebno plačevati). Pa tudi življenjska doba teh naprav ni tako dolga, kot proizvajalci zatrjujejo. Pogosto je krajša od 20 let.

Upoštevajoč vse navedeno, lahko mirne vesti zatrdimo, da gre za »misijo nemogoče«! To pa seveda ne bo zmotilo politike, da bi spremenila začrtano smer.

______

* Izvorno objavljeno na blogu Radlek.si

Opombe (JPD):

1. Nekateri privzeti parametri glede izkoristka sončnih panelov in vetrnic ter cen se sicer nekoliko razlikujejo od tistih, ki so navedeni v drugih virih (precenjeno pri solarnih panelih, podcenjeno pri vetrnicah), vendar so v podobnem rangu velikosti.

2. Koncept glede hranilnikov energije je sporen – namesto kratkoročnega hranjenja v baterijah je boljše hranjenje elektrike v ČHE in HE, namesto dolgoročnega hranjenja za zimo je bolj smiselno imeti nadomestne plinske TE.

3. Komentar zanemarja stroške vlaganj v distribucijsko omgrežje in regulacijo zaradi povečanega deleža OVE, te potrebne investicije se nahajajo v rangu med 5 in 15 milijard evrov.

4. Ne glede na te pomanjkljivosti pa sklep, da je z OVE sonca in vetra praktično nemogoče nadomestiti TEŠ 6, veljajo.

# Avtor sicer spada med t.i. klimatske skeptike zaradi dvoma v vpliv CO2 na segrevanje ozračja. Tukaj je njegova razprava na to temo iz leta 2012.