Posouzení environmentálních dopadů životního cyklu výroby elektrické energie v ČR

Environmentální dopady výroby energií jsou v současné době diskutovány stále častěji, ovšem málokdy v konkrétních číslech. Předkládaný článek (respektive výzkumný projekt) si klade za cíl tento trend změnit a posunout diskuzi environmentálních dopadů elektráren do odbornější roviny. Cílem je nejen porovnat jednotlivé elektrárny mezi sebou, ale i v rámci dané elektrárny identifikovat procesy, technologie a dodavatelské řetězce, na které připadá nejvíce environmentálních dopadů.

Metodika „Posuzování životního cyklu“

Posuzování životního cyklu (LCA) produktů a služeb je metodika, která umožňuje zkoumat dopady jednotlivých procesů a technologií na složky životního prostředí. Environmentální dopady jsou vyčíslovány v tzv „kategoriích dopadu“ – každá kategorie dopadu představuje samostatný ekologický problém, např. narušování ozonové vrstvy, emise prachových částic apod. Jednotkou je v každé kategorii dopadu určité množství referenční látky (např. 1 kg CO₂ eq. pro uhlíkovou stopu). Výsledné dopady jsou vždy vztahovány na jednotku produktu – v našem případě 1 kWhe.

V současné době neexistuje v České republice ucelená metodika pro posuzování energetických zdrojů v rámci jejich dopadů na životní prostředí. ÚJV Řež, a. s. ve spolupráci s VŠCHT Praha vyvíjejí tuto metodiku v rámci projektu TAČR TH03020169 „Posouzení environmentálních dopadů životního cyklu výroby elektrické energie a tepla“.

LCA zahrnuje energetické a materiálové bilance procesů od výstavby zdrojů, přes provoz až po jejich vyřazení z provozu. Do analýzy je zahrnuta i těžba a zpracování vstupních materiálů, spotřeba energie a odpadové hospodářství vznikajících odpadů. Pro provádění LCA analýz je používán software GaBi. V projektu jsou zkoumány environmentální dopady fosilních, obnovitelných i jaderných zdrojů (pozn.: analýza jaderných zdrojů zatím nebyla dokončena a není tedy v článku prezentována).

Výsledky projektu mohou být použity jako podpůrný nástroj pro státní správu při tvorbě energetické koncepce, možné je i použití ke komerčním účelům – komunikace se zákazníky, výběr a prezentace environmentálně šetrných řešení apod.

Případové studie

Základem probíhajícího projektu je provedení řady případových studií, ze kterých budou následně vyvozeny obecnější závěry. Celkem bude provedeno 22 případových studií elektráren různých typů a výkonových řad.

V projektu jsou v maximální míře použita provozní data elektráren, která byla získána od jejich provozovatelů. Chybějící data (neměřená, neevidovaná) byla získána pomocí výpočtů a expertních odhadů. Části dodavatelského řetězce, které se odehrávají mimo hranice elektrárny (např těžba a zpracování materiálů, odpadové hospodářství apod.), byly pro zjednodušení převzaty z databáze procesů v modulech softwaru.

Níže je prezentována část dosud získaných výsledků. Jedná se o předběžné výsledky projektu, které se mohou ještě změnit. Výsledky zatím nebyly zobecněny a porovnávány jsou tedy vybrané případové studie (vodní, FV, větrná a uhelná elektrárna). Finální výsledky budou publikovány ve výzkumné zprávě v prosinci 2019.

Environmentální dopady vybraných energetických zdrojů (případové studie)

Na Obrázku 1 jsou vybrané elektrárny (případové studie) porovnávány ve dvou kategoriích dopadu:

• klimatická změna (uhlíková stopa) [kg CO_2eq/kWh],
• spotřeba vody (vodní stopa) [m³/kWh].

V kategorii dopadu Klimatická změna má dle očekávání výrazně nejvyšší dopady uhelná elektrárna - 0,875 kg CO_{2 eq}/kWh. Takřka veškeré dopady připadají na proces spalování uhlí, hlíková stopa výstavby a odstávky uhelné elektrárny jsou téměř nulové, stejně jako uhlíková stopa pomocných procesů – úprava vody, doprava uhlí, apod. Environmetální dopady ostatních typů elektráren jsou v této kategorii neporovnatelně nižší, avšak jak je zřejmé, ani obnovitelné zdroje energie (OZE) nejsou zcela CO₂ neutrální. Důvodem jsou skleníkové plyny produkované při těžbě materiálů na jejich výrobu, při jejich zpracování a dopravě. Nezanedbatelnou položku také představuje odběr elektrické energie ze sítě, kterou OZE potřebují pro pokrytí vlastní spotřeby.

V kategorii Spotřeba vody jsou výsledky výrazně odlišné. Uhelná elektrárna je až na třetím místě s 0,003 m³/kWh, což je dáno převážně spotřebou vody v chladicím okruhu. Vyšší spotřebu vody má jak FV elektrárna s 0,0091 m³/kWh,  tak větrná elektrárna s 0,0054 m³/kWh. Důvodem je materiálová náročnost pro jejich výstavbu, s čímž je spojena i značná spotřeba vody. Jak je z Obrázku 1 patrné, vodní elektrárna má velmi nízkou jak uhlíkovou, tak vodní stopu. To samozřejmě neznamená, že ke svému provozu nepotřebuje vodu. Voda procházející vodní elektárrnou se však nespotřebuje, ani neodpaří a elektrárna tedy nepřispívá k vyčerpání vody z krajiny.

Na Obrázku 2 jsou ty samé elektrárny porovnávány z hlediska kategorií dopadu:

• úbytek stratosférického ozónu [kg CFC-11 eq./kWh],
• humánní toxicita (nekarcinogenní dopad na lidské zdraví) [kg 1,4-DB eq./kWh].

V kategorii Úbytek stratosférického ozónu jsou všechy posuzované elektrárny přibližně rovnocenné. U uhelné elektrárny připadá většina dopadů na procesy těžby uhlí a spalování uhlí. U obnovitelných zdrojů má hlavní vliv materiálová náročnost výstavby elektrárny a také odběr elektrické energie ze sítě pro vlastní spotřebu.

V kategorii Humánní toxicita (HT) vykazuje nejvyšší hodnoty vodní a větrná elektrárna - 0,021 a 0,022 kg 1,4-DB eq./kWh. Nižší hodnotu najdeme u uhelné elektrárny a nejnižší u FV elektrárny. U OZE opět většina dopadů pochází z materiálové náročnosti procesu výstavby elektrárny. Pro uhelnou elektrárnu vznikají dopady v kategorii HT překvapivě také při výstavbě elektrárny, respektive při těžbě a zpracování konstrukčních materiálů.

Závěry

Z výše uvedeného je patrné, že posuzování environmentálních dopadů elektráren je velmi komplexní úkol. Metoda Posuzování životního cyklu (LCA) nám umožňuje vyčíslit environmentální dopady elektráren v jednotlivých kategoriích dopadu. V každé z těchto kategorií dopadu je potom možné mezi sebou elektrárny porovnávat, a případně identifikovat jejich slabá místa.

Pokud bychom chtěli provést porovnání elektráren přes všechny environmentální kategorie dopadů, je nutné provést hodnotový soud (tzv. vážení). Tím se dostaneme z oblasti exaktní vědy do oblasti individuálních preferencí a politiky.

Poděkování
Projekt TH03020169 Posouzení environmentálních dopadů životního cyklu výroby elektrické energie a tepla je řešen s finanční podporou TAČR.

Autoři:

Štefanica J.¹, Zakuciová K.¹, Kočí V.²,
Šerešová M.², Vlček Z.¹, Vitvarová M.¹

¹ÚJV Řež, a. s., Hlavní 130, Řež,
250 68, Husinec,

²Fakulta technologie a ochrany prostředí,
VŠCHT Praha, Technická 5,
166 28 Praha 6

Autor

• (red)