V celosvětovém energetickém žebříčku vyniká jedna země. Čína je celosvětově nejhladovějším spotřebitelem energie – v loňském roce si vyžádala energetický ekvivalent téměř 3,3 miliardy tun ropy. Od roku 2011 spálila více uhlí než všechny ostatní země dohromady. A její závislost na tomto fosilním palivu se sčítá: Čína vypouští přibližně čtvrtinu světových emisí skleníkových plynů, což je největší podíl ze všech zemí.

Tato čísla jsou však jen částí příběhu: Čína je také nejplodnějším výrobcem větrné energie na světě, s kapacitou více než dvakrát větší než druhý největší výrobce, Spojené státy. A má přibližně třetinu světové kapacity na výrobu solární energie, přičemž v loňském roce postavila více systémů než kterákoli jiná země.

Rychlý růst počtu obyvatel a ekonomiky v průběhu desetiletí spolu s obrovským zpracovatelským průmyslem a masovou migrací do měst s pouličním osvětlením a centrálním vytápěním učinil z Číny zemi, která je hladová po energii. Čínská vláda si uvědomuje tento hlad a škody, které by měla dlouhodobá závislost na fosilních palivech, a proto vypracovala plány na řešení energetických potřeb země. A jádrem těchto plánů je věda a technologie – v oblastech, jako jsou technologie baterií, fotovoltaika a hospodaření s energií.

Snížení čisté poptávky po energii není součástí této politiky, i když se energetický mix Číny mění. Podle energetické společnosti BP se Čína v roce 2018 podílela na celosvětové spotřebě energie 24 %. Firma odhaduje, že v roce 2040 bude Čína stále na prvním místě a bude se podílet na celosvětové spotřebě 22 %.

Země masivně investuje do obnovitelných zdrojů energie a v roce 2015 do tohoto odvětví vložila 0,9 % svého hrubého domácího produktu (HDP), což je třetí nejvyšší částka na světě po Chile a Jihoafrické republice, které investovaly po 1,4 % HDP. Přesto pouze 23 % energie, kterou Čína spotřebovává, pochází z “čistých” zdrojů (včetně zemního plynu), zatímco téměř 58 % pocházelo v roce 2019 z uhlí, což je nejvíce znečišťující z možností, které se ve světě stále široce používají. (Velká část zbývající energie v Číně pochází z ropy a z jaderné energie.)

Akce proti znečištění

Spalování uhlí a dalších neobnovitelných zdrojů k ukojení hladu země po energii se stalo viditelným problémem a velká města, jako je Peking, často zahaluje hustý smog. V roce 2013 se znečištění ovzduší v některých částech Číny zhoršilo natolik, že jej média nazvala “airpocalypsou”, kdy občané snášeli až třicetinásobně vyšší hodnoty prachových částic, než jaké Světová zdravotnická organizace považuje za bezpečné. Navzdory snahám o boj s tímto problémem patří 48 čínských měst stále mezi 100 nejvíce znečištěných měst na světě.

Tato úroveň znečištění si vynutila další opatření. V prosinci 2016 představila čínská vláda plán rozvoje obnovitelných zdrojů energie jako doplněk svého zastřešujícího 13. pětiletého plánu sociálního a hospodářského rozvoje na období 2016-20, který byl zveřejněn na začátku téhož roku. Jeho součástí byl závazek zvýšit do roku 2030 podíl spotřeby energie z obnovitelných zdrojů a energie z jiných než fosilních paliv na 20 %. Premiér Li Kche-čchiang slíbil, že tento závazek zasadí těžkou ránu společným problémům se znečištěním ovzduší a vody, které vyplývají ze závislosti země na uhlí.

“Rozvoj levné solární a větrné energie, která by nahradila energii z fosilních zdrojů, se stal hlavní energetickou strategií Číny, která má snížit znečištění ovzduší,” říká Hong Li, výzkumný pracovník, který se zabývá pevnolátkovými lithiovými bateriemi v Klíčové laboratoři pro obnovitelné zdroje energie v Pekingu, jež je součástí Fyzikálního ústavu Čínské akademie věd. Hong Li, který se podílí na vypracování celostátních plánů pro nové energetické technologie, také upozorňuje, že množství elektřiny vyrobené z obnovitelných zdrojů – které se mění podle množství slunce nebo větru – může být méně konzistentní než množství elektřiny z elektráren na fosilní paliva.

“Je těžší sloučit solární a větrnou energii s elektrickou sítí” než zapojit energii z uhlí, říká Hong Li. Obnovitelná energie je “méně spolehlivá a to může způsobit nestabilitu sítě bez zavedených pokročilých řídicích systémů”.

Například v roce 2017 nebylo nikdy využito více než 30 % energie z obnovitelných zdrojů vyrobené ve slunných a větrných provinciích Sin-ťiang a Kan-su na severozápadě Číny. Bylo to proto, že ji nebylo možné dodat tam, kde byla potřeba: do tisíce kilometrů vzdálených hustě osídlených megaměst na východě Číny, jako jsou Šanghaj a Peking (viz “Méně promarněné energie”).

Je to dilema, které vedlo čínskou vládu k investování miliard dolarů do vedení vysokého napětí, aby mohla přenášet energii vyrobenou ve slunných a větrných oblastech po celé rozloze Číny. Patří mezi ně i 1 600 kilometrů dlouhé vedení z Čching-chaj v západní Číně v hodnotě 22,6 miliardy jüanů (3,2 miliardy USD), které bylo dokončeno v květnu. Vede přes provincii Kan-su až do provincie Che-nan ve středu země.

Dalším způsobem, jak zajistit, aby byla energie z obnovitelných zdrojů k dispozici v případě potřeby, je zvýšit kapacitu pro její skladování. Toho lze dosáhnout pomocí technologií, jako jsou baterie, přečerpávací vodní elektrárny a tepelné zásobníky, říká Yuki Yu, zakladatel poradenské společnosti Energy Iceberg, která se zabývá čistou energií v Hongkongu.

“Baterie mohou uchovávat přebytečnou energii a později ji uvolnit. Úředníci a vědci v Číně si začali uvědomovat, jaké důsledky to má pro stabilizaci našich energetických sítí,” říká Xianfeng Li, který vede oddělení skladování energie v Dalianském institutu chemické fyziky (DICP).

V roce 2017 vydala Čína svůj první národní politický dokument o skladování energie, v němž zdůraznila potřebu vyvinout levnější a bezpečnější baterie schopné pojmout více energie, aby se dále zvýšila schopnost země skladovat vyrobenou energii (viz “Čínské posílení baterií”). Technologie zahrnují lithium-iontové baterie – typ používaný v elektromobilech – a rozsáhlé stacionární bateriové systémy integrované s větrnými a solárními zdroji energie.

Ve svých plánech dali politici jasně najevo, že k dosažení těchto cílů musí vědci a inženýři v zemi vyvinout účinnější technologie skladování energie (viz “Růst zeleného výzkumu”).

Skladování energie v akci

Město Dalian v provincii Liaoning na severovýchodě Číny má přibližně sedm milionů obyvatel a je testovacím místem pro práci Xianfenga Li. Zimní teploty zde mohou klesat až k -20 °C, což podle něj vytváří tlak na městskou elektrickou síť, která musí zajistit náhlé intenzivní výpadky, když obyvatelé zapnou topení.

Aby pomohla tuto potřebu řešit, plánuje společnost Rongke Power, která byla vyčleněna z DICP, otevřít letos v Dalianu zařízení na skladování energie o kapacitě 400 megawatthodin (MWh). Jedná se o první etapu projektu, který má do roku 2023 zajistit zařízení o kapacitě 800 MWh a bude využívat vanadové průtokové baterie – obrovská dobíjecí zařízení, která uchovávají tekutý elektrolyt v masivních nádržích. Konečná kapacita by měla pokrýt asi 0,5 % celkové poptávky po elektřině v provincii Liaoning, kde je Dalian druhým největším městem.

Xianfeng Li říká, že projekt bude schopen přispět k nepřetržitému zásobování města elektřinou a zároveň skladovat a regulovat dodávky energie do sítě pro celou provincii, která získává 16,2 % energie z obnovitelných zdrojů. Provincie se velmi liší v tom, kolik energie pochází z obnovitelných zdrojů: například v jihočínské provincii Ťiang-su je to 2,7 %, ale ve slunném, řídce osídleném Vnitřním Mongolsku 30,1 %. Ze sousedních provincií Liaoningu získává Jilin 8 % energie z nefosilních paliv a Hebei 9,1 %.

Vanadiové průtokové baterie, jaké testuje Xianfeng Li v Dalianu, mají oproti standardním lithium-iontovým bateriím určité výhody pro rozsáhlé aplikace, jako je napájení rozvodné sítě: protože vanadiový elektrolyt je uložen v nádrži, lze je rozšířit mnohem levněji než diskrétní lithium-iontové baterie. U vanadových baterií je také menší pravděpodobnost, že se vznítí, a mají přibližně desetkrát delší životnost než lithium-iontové baterie.

Xianfeng Li říká, že v posledních letech zaznamenal prudký nárůst financování své práce na vanadových průtokových bateriích a zájem firem o spolupráci s jeho týmem. Říká, že DICP v současné době spolupracuje s přibližně 30 společnostmi, které se z institutu vyčlenily.

“Podniky se nyní zajímají o vývoj této technologie, protože vědí, že se na ni vláda zaměřuje, a tak se cítí jistě, že mohou investovat,” říká.

Ju říká, že místní vlády nyní chtějí podpořit společnosti, aby vybudovaly zařízení na skladování baterií. “V době, kdy politici hledají nové způsoby, jak stimulovat růst ve svých regionech, vypadá odvětví výroby baterií velmi slibně, takže vlády jsou motivovány k podpoře tohoto typu investic.”

Hnací síla změny

Pětiletý plán na období 2016-20 také zdůraznil, že je třeba, aby výzkumníci pokračovali ve vývoji bateriových technologií, aby elektromobily mohly dojet na jedno nabití dále. Nejprodávanější elektromobil v Číně, Tesla Model 3, má dojezd kolem 400 km (většina moderních elektromobilů má dojezd 160-600 km).

“Vývoj elektromobilů je další důležitou strategií ke snížení znečištění, zejména pokud tato elektřina pochází z čisté energie. Proto musíme vyvíjet technologie baterií pro elektromobily,” říká Hong Li, který podle svých slov zaznamenal v roce 2012 v Číně nárůst financování výzkumu v oblasti skladování energie, elektromobilů a dalších technologií. Podotýká však, že v porovnání s předními laboratořemi ve Spojených státech a Evropě, které vynikají v pochopení základní chemie a vědy o materiálech, země v oblasti základních vědeckých poznatků o skladování energie stále dohání. Přesto je podle něj Čína aktivnější v uplatňování těchto znalostí při vytváření inovací v oblasti pokročilých bateriových systémů. A rozsah výzkumného prostředí v zemi, od univerzit až po průmyslové týmy, pomohl vědcům v Číně dosáhnout komplexního porozumění tomu, jak vyvíjet materiály a zařízení pro reálný svět.

Plánování budoucnosti

Čína má jedny z nejlevnějších cen elektřiny ve vyspělém světě (viz “Ceny elektřiny klesají”). Ceny stanovují místní vlády a schvaluje je energetický úřad v Národní komisi pro rozvoj a reformy, která dohlíží na makroekonomickou politiku. Ceny jsou udržovány na nízké úrovni, aby byl stimulován hospodářský růst.

Ale i přes tuto snahu začala země postupně rušit některé dotace na čistá paliva: například po letošním roce zastaví ty na větrnou energii na pevnině. Čínští představitelé doufají, že obnovitelné zdroje energie budou v blízké budoucnosti ekonomicky konkurenceschopné s fosilními palivy. Odpověď spočívá v rozvoji silnější infrastruktury pro skladování energie.

Hong Li je poradcem čínského národního výboru pro plánování rozvoje skladování energie. Společně s inženýry a politiky pracuje výbor na pětiletém plánu výzkumu a vývoje, který bude zahájen příští rok. Mimo jiné bude podporovat vědce ve vývoji technologií skladování energie pro rozvodnou síť, které jsou ve své podstatě bezpečnější, levnější a mají delší životnost.

Výzkumník v oblasti solární energie Xianglei Liu ze Školy energetiky a energetického inženýrství na Univerzitě letectví a kosmonautiky v Nanjingu říká, že vědci v jeho oboru mají k dispozici finanční prostředky na zlepšení výroby čisté energie v Číně. “Ambiciózní cíl vlády využívat více čisté energie znamená, že je k dispozici spousta finančních prostředků,” říká Liu.

Loni například Liu získal grant ve výši 1,3 milionu jüanů od Čínské národní nadace pro přírodní vědy (National Natural Science Foundation of China), hlavní grantové agentury v zemi, na zlepšení schopnosti materiálů používaných v solárních tepelných elektrárnách, které vyrábějí energii z tepla Slunce, a nikoli z jeho světla jako fotovoltaické panely, uchovávat teplo. Na pětiletém projektu se podílí přibližně 40 vědců ze 6 akademických ústavů z celé Číny. Liu také nedávno začal spolupracovat se společností Nanjing Jinhe Energy Materials na vývoji materiálu, který má velkou hustotu ukládání energie a vysokou tepelnou vodivost.

Yi Jin, ředitel výzkumu a vývoje ve společnosti Nanjing Jinhe Energy Materials, říká, že vzhledem k tomu, že vláda plánuje snížit dotace pro společnosti zabývající se obnovitelnými zdroji energie, chtějí firmy provozující zelené elektrárny nakoupit nebo investovat do technologií, které zvýší jejich produkci a sníží výrobní náklady.

“Naše technologie zlepšuje stabilitu obnovitelné energie, a tak snižuje náklady elektráren tím, že je zefektivňuje,” říká Jin.

Celkově je Hong Li optimistický, že vládní investice a vědecký pokrok zvítězí. “Pokud vyvineme správné politiky a technologie, které je podpoří,” říká, “můžeme postupně snižovat naši závislost na uhlí.”

.