Kako poceni je elektrika iz obnovljivih virov in kako draga je jedrska energija?

Cena jedrske elektrarne je predvidljiva

V medijih se pogosto pojavljajo šokantno visoke cene postavitve jedrske elektrarne. Take cene so nerealne in so posledica dejstva, da evropski in ameriški proizvajalci nekaj deset let niso gradili jedrskih elektrarn. Zaradi tega so bile dobavne verige v veliki meri prekinjene in jih je bilo treba vzpostaviti na novo, vsled česar je prihajalo do zamud in povečevanja stroškov. Situacija je bila drugačna v 60 in 70-ih letih prejšnejga stoletja, ko so ameriški in evropski proizvajalci gradili po več jedrskih elektrarn na leto.

ELES kot oceno nakupa navaja 10 miljard za 1000 MW enoto, ocena GEN energije pa je še nekoliko nižja. Kitajski proizvajalci so v zadnjem desetletju zgradili 39 jedrskih elektrarn, zdaj pa napovedujejo gradnjo po deset elektrarn na leto in s tem nimajo težav. Ravno tako je južnokorejski proizvajalec KHPN v Združenih arabskih emiratih zgradil 4 reaktorje znotraj časovnih rokov in znotraj pogodbenih finančnih okvirov, ki so primerljivi z oceno GEN energije. Cena jedrskih elektrarn je torej predvidljiva.

Poglejmo si sedaj primerjavo cene jedrskih elektrarn s cenami obnovljivih virov za enake količine proizvedene energije. 

Potrebe po električni energiji in cena jedrske elektrarne

V Sloveniji bomo po zaprtju TEŠ6 leta 2033 potrebovali dodatne proizvodne kapacitete za električno energijo z močjo vsaj 1000 MW. Za to bi zadoščala ena jedrska elektrarna, saj bi dajala 1000 MW moči v omrežje vse dni v letu za naslednjih 60 ali več let, razen v času enomesečnih planiranih remontov vsakih 18 mesecev za menjavo goriva. Cena za takšno elektrarno je 10 milijard EUR po oceni ELESa, GEN energija jo ocenjuje na 9,2 milijardi EUR.

Cena enake količine električne energije iz sončnih panelov

Lahko se odločimo za pridobivanje električne energije iz 100 % obnovljivih virov (OVE) iz sončnih panelov na strehah stavb, kar je kot ena izmed možnosti zapisanih v trenutni različici Nacionalnega energetskega in podnebnega načrta (NEPN).

Trenutna cena postavitve pri različnih ponudnikih v Sloveniji se skupaj s subvencijo giblje nekje nad 10 000 EUR za 10 kW napravo, vključno s priključitvijo na omrežje, a brez hranilnika. Ker pa sonce ne sije ponoči in ima manjšo moč pozimi, podatki kažejo, da znaša celotna proizvedena električna energija tekom enega leta manj kot eno desetino energije v primerjavi z nominalno močjo sončnih panelov na strehi objekta obrnjeni na jug v osrednji Sloveniji z lego iznad ljubljanske megle.

To pomeni, da 10 kW sončna elektrarna v enem letu ne proizvede 10 kW x 365 dni x 24 ur električne energije, ampak v povprečju le desetino tega. Iz tega sledi, da za 1000 MW povprečne moči potrebujemo vsaj desetkrat večjo instalirano moč oziroma 10 000 MW, kar pomeni 1 000 000 takšnih naprav po ceni 10 000 EUR na strehah po celotni Sloveniji. Njihova skupna cena je torej okrog 10 miljard in je primerljiva s ceno jedrske elektrarne. 

A to še ni vse ...

Nestanovitnost električne energije iz sončnih panelov

Resna težava je nestanovitnost proizvodnje, z viški podnevi in v poletnem času, ko vse elektrike ne bi mogli porabiti ali shraniti in s primanjkljajem v zimskem času, ko je treba potrebe pokrivati z drugimi viri. Največkrat so za to predvidene termoelektrarne na zemeljski plin. To pa pomeni, da uporaba sončnih panelov ne predstavlja več scenarija 100 % OVE, saj je zemeljski plin fosilno gorivo.

Razmere se spremenijo le, če lahko viške energije ob presežku proizvodnje shranimo za nočni čas in zimske mesece. Danes tehnologija za dolgoročno shranjevanje energije sicer še ni razvita, raziskuje pa se v smeri, da bi lahko z elektriko proizvajali »zeleni plin«. Tudi NEPN za prihodnost 100 % OVE scenariju predvideva proizvodnjo zelenega plina. Idealno bi v tem primeru morali povečati kapaciteto sončnih elektrarn za toliko, da bi z viški energije poleti proizvedli dovolj zelenega plina za izravnavo potreb v zimskih mesecih.

Žal pa z viški električne energije v poletnih mesecih ne bi proizvedli dovolj zelenega plina za zagotavljanje manjkajoče energije iz plinskih termoelektrarn, ker se pri zgorevanju plina manj kot polovica energije petvori v električno energijo - to je pač zakon narave, na katerega nimamo vpliva - nekaj energije se porabi še za proizvodnjo tega plina.

Realno lahko pričakujemo količino električne energije le za eno tretjino energije porabljene za proizvodnjo plina, zato moramo poleg 1.5 TWh iz poletnih viškov povečati instalirano moč sončnih panelov, da dobimo dodatne 3 TWh električne energije. Dodatno potrebujemo torej 500 MW dejanske moči (3 TWh deljeno s številom ur v letu), kar pomeni 5000 MW instalirane moči sončnih panelov, upoštevaje njihov povprečni letni izkoristek F_c=0.1. Skupna potrebna instalirana moč sončnih panelov je torej 15 000 MW, v tem primeru pa je cena elektrike iz OVE že za polovico dražja od jedrske.

Neznanke v izračunu

V izračunu je upoštevana predpostavka, da se primanjkljaj energije v nočnem času in ob slabem vremenu nadoknadi s hranilniki, na primer z baterijami, kar praktično podvoji ceno izgradnje sončne elektrarne.

Poleg tega je treba k stroškom prišteti še stroške izgradnje plinskih elektrarn in obratov za proizvodnjo zelenega plina, za kar tehnologija na tako veliki skali še niti ne obstaja in je cena nedoločljiva. Treba je tudi skladiščiti velike količine plina, zamenjati transformatorske postaje in močno ojačati elektro-distribucijski sistem (precej bolj kot v primeru jedrske opcije, kjer vsaj visoko-napetostni sistem približno zadošča). 

Življenska doba jedrskih elektrarn je (preverjeno) 60 let ali več, sončnih elektrarn pa (optimistično) le okrog 30 let, če ne bo vmes hude toče, zato bo treba v času življenske dobe ene jedrske elektrarne večkrat zamenjati sončne elektrarne, kar podraži celotne stroške še za najmanj dva do trikrat.

Trditev, da so jedrske elektrarne drage, je zavajajoča. Seveda je cena ene jedrske elektrarne visoka, ampak vprašati se je treba: kako draga je v primerjavi z drugimi viri za enako količino proizvedene energije v celotni življenski dobi. To pa je že druga zgodba, kot sledi iz zgoraj navedenega primera.

Dodatek za radovedne poznavalce

Vas zanima kako je dr. Andrej Trkov prišel do končnih številk o viških in primanjkljaju električne energije za izdelavo zelenega plina?

Na spletni strani »Electricity Production | Energy-Charts« so na voljo urna povprečja proizvodnje električne energije za Slovenijo. Žal podatki ne vključujejo vseh naprav, zlasti ne malih elektrarn na strehah stavb, zato iz navedenih podatkov lahko izluščimo le urno variabilnost. Da bi dobili celotno proizvodnjo električne energije, dane vrednosti normaliziramo z ocenjenim deležem vključenih naprav P_c tako, da dobimo povprečni letni izkoristek 10 %. Večje enote postavljene na optimalne lokacije imajo sicer nekoliko večji izkoristek, manjše enote na strehah pa manjšega, zato je ocena izkoristka 10 % realistična.

Da nekoliko poenostavimo predstavitev, iz urnih podatkov lahko izračunamo proizvodnjo za vsak mesec posebej. Na spletni strani »PVportal - Sončne elektrarne v Sloveniji (uni-lj.si)« najdemo podatke o celotni instalirani kapaciteti sončnih elektrarn ob koncu let 2022 in 2023. Ker je instalirana kapacitita ob koncu leta 2023 precej višja kot ob koncu leta 2022, predpostavimo linearno povečevanje kapacitete po mesecih tekom leta. Podrobnosti izračunanih mesečnih povprečij so podane v spodnji tabeli, v stolpcih pa se nahajajo naslednji podatki:

0. Proizvedena energija [MWh] sešteta po mesecih iz spletne strani »PVportal - Sončne elektrarne v Sloveniji (uni-lj.si)«, ki ne vklučuje vseh naprav.
1. Proizvedena energija normalizirana za manjkajoče naprave s faktorjem P_c = 0.41, kjer je faktor P_c prirejen tako, da je povprečni letni izkoristek 10%.
2. Instalirana moč [MW] po podatkih iz »PVportal - Sončne elektrarne v Sloveniji (uni-lj.si)«.
3. Nominalna instalirana kapaciteta za proizvodnjo energije [MWh].
4. Faktor razpoložljivosti F_c= (1)/(3).
5. Dejanska moč po mesecih, če je celotna instalirana moč 10 000 MW, množena s faktorjem razpoložljivosti.
6. Razlika med zahtevano močjo 1000 MW in dejansko v stolpcu (5).
7. Razlika med zahtevano proizvedeno energijo in dejansko.

Tabela: Obdelava mesečnih podatkov za izračun energijske bilance

Iz mesečne povprečne proizvedene energije v stolpcu (1) in nominalne energije glede na instalirano moč v stolpcu (3) izračunamo faktor kapacitete F_c v stolpcu (4) za vsak mesec. Ta faktor znaša okrog 3 % pozimi, do 15 % poleti, v povprečju pa z instalirano močjo 10 000 MW sončnih panelov izravnamo celoletno povprečno moč 1000 MW ob predpostavki povprečnega izkoristka 10 %, to je vsota mankov/presežkov energije v stolpcu (7).

Iz stolpca (7) tabele 1 je razvidno, da imamo v zimskih mesecih premanjkljaj energije, ki znaša 1.5 TWh, v poletnih mesecih pa enako visoke viške, ki jih lahko uporabimo za proizvodnjo zelenega plina. Energijska bilanca je sicer izravnana ob predpostavki, da kratkoročne primanjkljaje (ponoči in ob slabem vremenu) v poletnih mesecih pokrivamo z baterijami (katerih cena ni upoštevana v izračunih), vse neto viške pa porabimo za proizvodnjo zelenega plina. Ker pa iz viškov električne energije pridobimo le približno eno tretjino potrebnega plina (zaradi termodinamskega izkoristka v proizvodnji in izgub pri skladiščenju plina), potrebujemo dodatne 3 TWh energije, kar znese 5000 MW potrebne dodatne instalirane moči sončnih panelov.