Velika večina analiz, ki analizira strukturo elektroenergetskih sistemov, naredi najmanj tri standardne napake: (1) implicitno predpostavijo, da so vse tehnologije proizvodnje elektrike enako stanovitne, (2) implicitno predpostavijo, da imajo vse tehnologije proizvodnje elektrike enako energetsko gostoto in s tem enak energetski donos na investicijo (EROI) in (3) predpostavijo, da imajo vse tehnologije proizvodnje elektrike enako življenjsko dobo in enako krivuljo izkoristkov. In na tej osnovi uporabijo metriko poenotenih cen električne energije (LCOE), kar je seveda povsem zavajujoče, saj LCOE cene elektrike iz posameznih tehnologij zajemajo zgolj cene na ravni obrata (mejne stroške proizvodnje), ne zajemajo pa stroškov posamezne tehnologije na ravni celotnega elektroenergetskega sistema (to je polnih stroškov integracije posamezne tehnologije v omrežje).

Schernikau, Smith in Falcon (2022) so se v znanstvenem članku “Full Cost of Electricity ‘FCOE’ and Energy Returns ‘EROI’” lotili tega problema in primerjali polne stroške različnih tehnologij proizvodnje električne energije (FCOE) in energetske donose naložb (EROI) v posamezne tehnologije.

Schernikau et al uvodoma ilustrirajo, da je Nemčija med najbolj razvitimi državami največ vložila v razogljičenje (od leta 2000 je vložila vsaj ~360 milijard EUR v »energetski prehod«). S tem je sicer zmanjšala delež jedrskih in fosilnih goriv in do leta 2021 dosegla delež vetra/sonca v bruto proizvodnji električne energije okrog 28 %. Toda delež vetra in sonca v skupni porabi primarne energije  je bil še vedno le 5-odstoten. Še več, da bi dosegli ta »prehod«, so se morale nemške instalirane kapacitete za proizvodnjo električne energije podvojiti (v 20 letih, med 2002 in 2021, so se nemške instalirane kapacitete za proizvodnjo električne energije skoraj podvojile s 115 GW na 222 GW, skoraj celota na račun kapacitet vetra, sonca in biomase), medtem ko je skupna poraba električne energije ostala prktično enaka, poraba primarne energije pa je padla za več kot 15 % (glejte spodnje slike).

To pomeni, da je učinkovitost novih kapacitet obnovljive energije v primerjavi z “neobnovljivimi” bistveno slabša. Posledično pa so cene električne energije v Nemčiji  dosegle najvišjo vrednost med G20 državami. Toda, kot pravijo Schernikau et al, ta nizka učinkovitost kapacitet sončne in vetrne energije ni posledica morebitnega slabega (prepočasnega) izvajanja energetske politike, pač pa je posledica tehnoloških značilnosti OVE virov sonca in vetra – je posledica nizkega faktorja učinkovitosti, nizke energetske učinkovitosti (EROI) in drugih inherentnih pomanjkljivosti spremenljive obnovljive energije.

Zgornje slike ilustrirajo ogromno razliko med inštalirano močjo in proizvedeno električno energijo. Kažejo na to, da bo v državah, kot je Nemčija, glede na povprečne faktorje učinkovitosti za veter in sonce podvojitev instalirane zmogljivosti prispevala manj kot tretjino k oskrbi z električno energijo in manj kot desetino k porabi primarne energije.

Schernikau et al pojasnjujejo in kvantificirajo vrzel med instalirano energetsko zmogljivostjo in dejansko proizvodnjo električne energije, ko gre za spremenljivo obnovljivo energijo. Glavni izziv za veter in sonce sta njuna nestanovitna narava in nizka gostota energije, zaradi česar praktično vsaka vetrnica ali solarni panel potrebuje bodisi rezervno kapaciteto bodisi shranjevanje, kar poveča stroške sistema.

Glavne slabosti OVE virov vetra in sonca so povzete v spodnji tabeli:

Schernikau et al tudi diskutirajo, zakaj LCOE ni primerna metrika za primerjavo nestanovitnih oblik proizvodnje energije s stanovitnimi viri pri sprejemanju odločitev na ravni države ali družbe. Namesto tega predstavijo metodologijo za določanje polnega stroška električne energije (FCOE) oziroma polnega stroška za družbo. FCOE vključuje deset različnih kategorij stroškov, povezanih s proizvodnjo električne energije. Te kategorije zajemajo stroške gradnje, stroške goriva, obratovalne stroške in stroške vzdrževanja, stroške transporta in izravnav, stroške skladiščenja in stroške rezervne tehnologije ter okoljske stroške, stroške recikliranja in druge stroške, kot je vložek materiala na enoto storitve (MIPS) in življenjsko dobo.

FCOE metrika pojasnjuje, zakaj veter in sonce nista in nikoli ne bosta cenejša od običajnih goriv in zakaj v resnici postajata dražja, čim večji je njihov delež v energetskem sistemu. Tudi Mednarodna agencija za energijo (IEA) potrjuje, da se “…sistemska vrednost spremenljivih obnovljivih virov, kot sta veter in sonce, zmanjšuje z njihovim deležem v oskrbi z energijo “. To ponazarjajo visoki stroški prehoda na »zeleno« energijo.

Če povzamem, glavni problem OVE virov vetra in sonca je (1) v njuni nizki energetski gostoti (in s tem nizkem EROI) in (2) v njuni nestanovitnosti (nizkem faktorju učinkovitosti). In tukaj nobene tehnološke spremembe ne morejo pomagati k večji učinkovitosti kapacitet OVE virov, saj ne morejo odpraviti teh njunih ključnih slabosti. Energetski prehod k razogljičenju, ki temelji izključno na OVE virih sonca in vetra, je zato inherentno – zaradi fizikalnih lastnosti – nekajkrat dražji kot prehod, ki temelji na bolj stanovitnih virih, kot sta hidro in jedrska energija.

Poglejte v spodnjih dveh slikah, zakaj nemški energetski prehod ne more delovati in zakaj vodi k visokim stroškom.

Slika 1: Faktorji učinkovitosti (capacity factor) različnih virov proizvodnje električne energije

Vir: Deutsche Bank (za obdobje 2016-2017)

Kot lahko vidite, je faktor učinkovitosti za sonce le okrog 10 %, za veter pa 20 % (povprečje za kopenske in morske vetrnice), medtem ko je ta faktor za jedrske elektrarne nad 80 %, za hidro pa 30 %. Če torej sonce deluje le 10 % časa, bi morali za enako letno proizvodnjo elektrike investirati v 8-krat večje kapacitete, pri vetru pa v 4-krat večje kapacitete kot pri jedrski energiji. In seveda rešiti problem s shranjevanjem ogromnih količin elektrike v ozkem intervalu časa, ko sta veter in sonce na voljo, za čas, ko nista na voljo, ter plačati stroške nadomestnih kapacitet, stroške urnih in dnevnih izravnav ter stroške nadgradnje omrežja.

Drugi problem pa je v nizki gostoti virov sonca in vetra in posledično nizkem energetskem donosu teh virov. Kot lahko vidite, so investicije v sončne in vetrne ter elektrarne na biomaso komercialno nerentabilne (vetrne so rentabilne le v primeru hranilnikov, sončne pa je v primeru mega elektrarn v puščavi), saj so njihove energetske gostote prenizke. Denimo jedrske elektrarne imajo za 45-krat večji EROI od konvencionalnih sončnih elektrarn (in ne potrebjejo hranilnikov). Nove jedrske elektrarne 4. generacije pa imajo EROI višji še za faktor 10-krat. Hidro elektrarne imajo za 20-krat večji EROI od konvencionalnih sončnih elektrarn.

Slika 2: Energy return on investment (EROI) različnih virov proizvodnje električne energije

Vir: ANT International

Torej: kako naj učinkovito (in po razumnih stroških) deluje elektroenergetski sistem, ki obratuje le 10 do 20 % časa, ki je za 20- do 45-krat manj energetsko učinkovit od hidro in jedrskih elektrarn in ki zraven potrebuje še ogromne hranilnike energije, nadomestne kapacitete in visoka vlaganja v omrežje?!