Výskumníci z ETH Zürich a TU Delft vyvinuli model na vytvorenie stoviek spôsobov, ako sa európsky energetický systém môže stať ekologickým a sebestačným do roku 2050. Svoje výsledky sprístupnili na interaktívnej platforme, aby poskytli jasnejší obraz o všetkých rôznych opciach a s nimi spojenými kompromismi.
V súčasnosti Európa uspokojuje viac ako polovicu svojich energetických požiadaviek prostredníctvom dovozu – prevažne vo forme fosílnych palív, ako je ropa a plyn. Po ruskej invázii na Ukrajinu sa však teraz ukázalo, že táto závislosť ohrozuje nielen klímu, ale aj európsku bezpečnosť.
Bude Európa v budúcnosti schopná úplne eliminovať dovoz energie? Mohla by uspokojiť svoje potreby výlučne z vlastných obnoviteľných zdrojov energie, ako je veterná a solárna energia? Nová štúdia od výskumníka ETH Bryna Pickeringa a dvoch spoluautorov z TU Delft ukazuje, že je to možné. Štúdia využíva modelový prístup, ktorý skúma možnosti alternatívnych technológií a kde sa najlepšie nasadzujú, a uvádza viac ako 400 nákladovo efektívnych, bezuhlíkových a sebestačných európskych energetických systémov.
Ako vysvetlil Pickering: „Ukazuje sa, že spôsob, akým dosiahneme zelený, nezávislý energetický systém v Európe do roku 2050, je oveľa flexibilnejší, než sme si kedysi mysleli.“ Tieto systémy sa v detailoch podstatne líšia, no všetky majú jedno spoločné: spoliehajú sa na masívny a rýchly rozvoj kolísajúcej obnoviteľnej energie, najmä veternej a slnečnej energie. Štúdia nezahŕňa možnosť doplniť systém energiou zo stabilných, nekolísavých zdrojov fosílnych palív, ale zistila, že existuje dostatočná flexibilita v množstve ďalších technológií, ktoré premieňajú, skladujú a distribuujú energiu.
Energetický model s otvoreným zdrojom pre Európu
Aby vedci zdôraznili rozmanitosť dostupných možností, vyvinuli model s vysokým rozlíšením pre európsky energetický systém, ktorý sprístupnili otvorene. Pre rôzne sektory a regióny to mapuje dopyt aj ponuku obnoviteľnej energie vyrobenej pomocou zavedených a už komerčne dostupných technológií. V rámci oblasti pokrývajúcej 35 krajín model konsoliduje kolísavé toky elektriny, tepla, vodíka, syntetických uhľovodíkov a biopalív na hodinovej báze počas celého roka.
Open source platforma umožňuje tvorcom rozhodnutí, priemyselným analytikom a výskumníkom porovnávať množstvo dostupných možností. Na pomoc pri riadení kolísavého výkonu veternej a slnečnej energie môžu používatelia platformy meniť spoľahlivosť svojho preferovaného systému na škále flexibilných technológií a vyrovnávacích mechanizmov, ako sú skladovacia kapacita, biopalivá, distribúcia energie v rámci Európy a elektrifikácia dopravy a tepla. Ako uviedol Stefan Pfenninger z TU Delft, jeden zo spoluautorov: „Vďaka obmene týchto faktorov môžu používatelia vizualizovať zložité vzťahy a súvisiace kompromisy v rámci energetického systému.“
Vizualizácia kompromisov
Rozhodnutie obmedziť používanie biopalív si napríklad vyžaduje úplnú elektrifikáciu vykurovania aj dopravy, pričom elektrické vozidlá sa budú nabíjať v čase, keď je k dispozícii dostatok elektriny.
Avšak za predpokladu, že je možné elektrifikovať len 50 % dopravy, došlo by k drastickému nárastu dopytu po syntetických palivách, ktoré sa vyrábajú buď z biopalív alebo z elektricky odvodeného vodíka. Aby sa tento dopyt pokryl čo najefektívnejšie z hľadiska nákladov, musia sa syntetické palivá vyrábať predovšetkým v krajinách, kde je elektrina najlacnejšia, ako napríklad v Spojenom kráľovstve, Írsku alebo Španielsku. To by koncentrovalo výrobu energie a výrobu syntetických palív do konkrétnych regiónov, čo by znamenalo, že veľká časť európskych štátov by potom musela dovážať energiu z iných častí kontinentu.
Ak sa teda jednotlivé krajiny usilujú dosiahnuť energetickú sebestačnosť, najlepšie urobia ak úplne elektrifikujú dopravu a zavedú flexibilné spoplatňovanie, aby dopyt po elektrine mohol byť lepšie prispôsobený kolísajúcej ponuke.
Väčšia flexibilita pre regionálne scenáre
Výsledky modelu tiež ukazujú širokú škálu regionálnych a kontinentálnych možností, kde možno efektívne vyrábať obnoviteľnú energiu a syntetické palivá. Podľa jedného predstaviteľného scenára by si obmedzenie kapacity skladovania energie a obmedzené používanie biopalív vyžadovalo veľké rozšírenie výroby veternej energie a vodíka v Spojenom kráľovstve a Írsku. Na distribúciu vyrobenej elektriny do zvyšku Európy by sa prenosové linky museli výrazne rozšíriť (pozri obrázok nižšie).
Potreba skladovacej kapacity a využívania biopalív by sa mohla znížiť aj expanziou solárnej energie v južnej Európe za predpokladu, že ju doplní veterná energia z iných častí kontinentu. Znamenalo by to, že výroba vodíka by sa mohla rozdeliť medzi severné a južné uzly a rozšírenie rozvodnej siete by mohlo byť rozdelené rovnomernejšie.
Lepšie pochopenie potenciálnej energetickej budúcnosti
Model a online platforma umožňujú výskumníkom a tvorcom rozhodnutí jasnejšie analyzovať podmienky, ktoré určujú vytvorenie ekologického a sebestačného energetického systému pre Európu, spolu s rôznymi možnosťami a súvisiacimi kompromismi. Teraz je napríklad jednoduchšie posúdiť výhody aj nevýhody sústredenia výroby energie len v niekoľkých regiónoch v porovnaní s rovnomernejším regionálnym rozdelením.
Ako dodal Pickering: „Základné predpoklady tohto modelu podliehajú množstvu neistôt. 441 možností sú názornými pohľadmi na možné budúce rozhodnutia, ktoré vám pomôžu rozhodnúť sa teraz a nemali by sa brať ako predpovede.“
Viac informácií:
Pickering B, Lombardi F, Pfenninger S. Diversity of options to eliminate fossil fuels and reach carbon-neutrality across the entire European energy system. Joule, 2022. DOI: 10.1016/j.joule.2022.05.009
Interactive visualisation of options for a carbon-neutral European energy system
Zdroj: https://sciencebusiness.net; https://ethz.ch, zverejnené: 15. 6. 2022, autor: rpa
