Na výrobu zeleného vodíku nebude dost zelené elektřiny
Všechny debaty o vodíkové energetice nebo vodíkovém vytápění mají implicitní předpoklad, že vodíku bude dost a bude levný, protože se bude vyrábět z levných přebytků zelené elektřiny. Kde ale tyto přebytky vezmeme?
Předpoklad dostatku vodíku se opírá o logiku „čím víc je obnovitelných zdrojů, tím víc je přebytků zelené elektřiny. Bezemisní elektřina je stále častěji zadarmo, tak z ní levně vyrobíme vodík a s ním pak můžeme dělat stejně věci jako s palivy. Nádhera.“
Jenže my s bezemisní elektřinou potřebujeme dělat ještě jiné věci než vyrábět vodík. Třeba nahrazovat fosilní paliva. Nebo pohánět elektromobily, tepelná čerpadla nebo umělou inteligenci. A nebo jen svítit a vyrábět potraviny a zboží.
Spotřeba zeleného vodíku je spotřeba elektřiny. Zeleného vodíku proto budeme mít jen tolik, kolik budeme mít bezemisní elektřiny. Ve skutečnosti ho kvůli účinnosti vždy budeme mít o něco méně.
Omezením fosilních paliv si snížíme dostupnost elektřiny. A rozvojem elektromobility, elektrického vytápění a datacenter zvýšíme spotřebu elektřiny.
A protože to píšu opakovaně a stále slýchám na přednáškách argument, že vodíku bude přece dostatek a bude levný, zkusím tento článek doprovodit i obrázky.
Když odstavíme elektrárny na fosilní paliva, ubyde přebytků zelené elektřiny
Když se podíváte na libovolnou stránku s daty o výrobě a spotřebě elektřiny, třeba Energy charts nebo Energostat, na grafech krásně vidíte, kdy výroba elektřiny převyšuje spotřebu. Typicky o letních slunných dnech nebo za mimořádně větrného počasí. Ty grafy vypadají zhruba takto:
Schéma průběhu výroby a spotřeby elektřiny, foto © TZB-info
Výroba a spotřeba elektřiny bez fosilních paliv, foto © TZB-info
Stačí ale udělat jednoduchou věc – odstranit z grafu všechny fosilní zdroje – a rázem se téměř všechny špičky dosavadních „přebytků“ propadnou hluboko pod zátěž. Mezi výrobou obnovitelných zdrojů a čárou zatížení (spotřeby) vznikne spoustu bílého místa, které bude potřeba něčím zaplnit. A přebytky pro výrobu vodíku nezůstanou skoro žádné.
Dnes tedy můžeme vyrábět vodík z „přebytků zelené elektřiny“ jen proto, že tuto chybějící energii jinde doplní fosilní paliva. Nemusíme elektřinou pohánět elektromobily, a tak máme přebytky na výrobu vodíku. Nemusíme elektřinou topit a ohřívat vodu a tak máme přebytky na výrobu vodíku.
Přebytky elektřiny na výrobu zeleného vodíku momentálně máme díky fosilním palivům.
A co Evropa plánuje v nejbližších dekádách? Ano, odstavit elektrárny na fosilní paliva. Nastane pak podobná situace, jako na grafu výše. Proč podobná a ne stejná? Protože nejen, že si odstavíme fosilní paliva, čímž se nám graf výroby elektřiny propadne dolů. Ale ještě si „laťku“, tedy linku spotřeby, posuneme mnohem výš. A to několika způsoby:
Výroba a spotřeba elektřiny bez fosilních paliv, se započtením elektromobilů, foto © TZB-info
Když budeme jezdit na elektřinu, ubyde přebytků zelené elektřiny
Naprostá většina Evropské dopravy dnes, v roce 2024, není poháněna elektřinou, ale ropou. Ve jménu snižování spotřeby energie a emisí skleníkových plynů tedy převedeme maximum dopravy z ropy na elektřinu.
Elektrifikací dopravy tak vzroste spotřeba elektřiny a ubydou přebytky na výrobu zeleného vodíku.
Výroba a spotřeba elektřiny bez fosilních paliv, se započtením elektromobilů a tepelných čerpadel, foto © TZB-info
Když budeme elektřinou topit, ubyde přebytků zelené elektřiny
Totéž se týká vytápění. Vytápění fosilními palivy zvyšuje emise skleníkových plynů, snahou tedy bude vytápění v maximální míře elektrifikovat. Tepelná čerpadla mají mnohem vyšší účinnost než palivové zdroje a umožňují využívat odpadní teplo. Ale zároveň vyžadují mnohem více elektřiny. A nemá-li rozvoj tepených čerpadel zvyšovat emise skleníkových plynů, musí být tepelná čerpadla co nejvíc poháněna bezemisní elektřinou.
Elektrifikací vytápění tak vzroste spotřeba elektřiny a ubydou přebytky na výrobu zeleného vodíku.
Když se ve velkém pustíme do umělé inteligence, těžby kryptoměn nebo streamování videa, ubyde přebytků zelené elektřiny
Podle posledního odhadu Mezinárodní energetické agentury by měla datacentra pro využívání umělé inteligence dosáhnout v roce 2026 spotřeby 150 terawatthodin elektřiny. Je-li tento údaj pravdivý, přibydou nám v Evropě z pohledu spotřeby elektřiny skoro tři další České republiky. A to je jen umělá inteligence.
Výroba a spotřeba elektřiny bez fosilních paliv, se započtením elektromobilů, tepelných čerpadel a datacenter, foto © TZB-info
Vedle AI se ale rozvíjí další služby, za kterými musí stát výkonný hardware s vysokou spotřebou elektřiny, například:
- Streamování videa ve stále větším rozlišení – zábava, zpravodajství, sociální sítě
- Práce na dálku, videohovory a online hry
- Sledování dopravy v reálném čase – zásilky, taxi, hromadná doprava…
- Provoz kamerových systémů – bezpečnostních, dopravních, počasí…
- Těžba kryptoměn
- Databáze, např. digitalizace státní správy
- Autonomní vozidla a drony
Řada těchto služeb snižuje spotřebu energie obecně – poslat email stojí méně energie než poslat dopis. Vyplnit formulář s pomocí sdílené databáze stojí méně energie než kvůli jednomu potvrzení oběhnout tři úřady. Online schůzka stojí méně energie než reálná schůzka, atd.
Ale všechny tyto služby zvyšují spotřebu elektřiny. A když zvyšujeme spotřebu elektřiny, ubývá přebytků zelené elektřiny.
A když začneme vyrábět vodík, opět ubyde přebytků zelené elektřiny
Výroba a spotřeba elektřiny bez fosilních paliv, se započtením elektromobilů, tepelných čerpadel, datacenter a výroby vodíku, foto © TZB-info
Dnes už si často konkurují obnovitelné zdroje – fotovoltaika a větrníky vyrábí všechny ve stejnou chvíli a tím, že je jich čím dál víc, vznikají záporné ceny elektřiny. V budoucnu si ale bude konkurovat i akumulace.
Budou se nabíjet elektromobily, domácí akumulační nádrže, průmyslové akumulační nádrže, domácí baterie, podnikové baterie, velké síťové baterie, baterie u obnovitelných zdrojů… a poběží taky elektrolyzéry na výrobu zeleného vodíku.
Každý spuštěný akumulátor a elektrolyzér z předchozího odstavce sníží přebytky zelené elektřiny a tak zvýší cenu elektřiny pro ostatní akumulátory. Tím se sníží dostupnost levné elektřiny pro výrobu vodíku.
Když „ochytříme“ síť, ubyde přebytků zelené elektřiny
Dále bude docházet k opatřením na straně poptávky, která pomohou udržet rovnováhu sítě. Vhodné druhy spotřeby a akumulace se budou posouvat v rámci dnů a týdnů tak, aby se co nejlépe využila levná výroba obnovitelných zdrojů, tedy aby přebytky byly co nejmenší.
Navíc bude-li vhodné počasí jen v části regionu (slunečno, větrno), budou elektřinu z těchto regionů potřebovat i okolní oblasti, aby mohly uspokojit svou spotřebu.
A okamžitá spotřeba bude mít přednost před akumulací, tedy i před výrobou vodíku.
Kde vezmeme tolik zelené elektřiny?
Nemají-li všechny uvedené trendy vést k vyšším emisím skleníkových plynů, musí být na všechny z nich odpověď „postavíme více obnovitelných a jaderných zdrojů“.
Jak z obrázků vyplývá, v tomto ohledu máme dost práce i bez vodíku. Poptávka velmi pravděpodobně poroste rychleji než nabídka bezemisní elektřiny.
Osobně si za těchto okolností nedovedu představit, kde by se mohly vzít přebytky bezemisní elektřiny pro výrobu zeleného vodíku.
