Stan obecny i perspektywy wykorzystania energii odnawialnej

Transkrypt

1 Stan obecny i perspektywy wykorzystania energii odnawialnej Informacje ogólne Zdzisław Kusto Politechnika Gdańska

2 UŻYTKOWANIE SUROWCÓW ENERGETYCZNYCH Opracowane Opracowane według według IIASA IIASA

3 ENERGETYKA W GOSPODARCE IIASA IIASA--Międzynarodowy Instytut Stosowanej Analizy Systemowej Laxenburg -- Austria Austria Problemy badawcze energetyki w ujęciu ujęciu systemowym PODSTAWOWE ZAŁOŻENIA ENERGETYKI KOMPLEKSOWEJ: 1) 1) Każda Każda dziedzina energetyki nie nie może może być być traktowana indywidualnie, wszystkie dziedziny należy należy widzieć jako jako elementy całości. 2) 2) Energetyka w całości musi musi być być postrzegana jako jako część część składowa całej całej gospodarki krajowej i i w poawiązaniach międzynarodowych

4 BILANS ENERGII PIERWOTNEJ W POLSCE

5 ŹRÓDŁA PIERWOTNE ENERGII ODNAWIALNEJ PROMIENIOWANIE SŁONECZNE - KONWERSJA BEZPOŚREDNIA CIEKI WODNE 1. Wytwarzanie ciepła niskotemperaturowego ( < C ) - słoneczne ogrzewanie pomieszczeń, - słoneczne ogrzewanie wody użytkowej 2. Instalacje fotowoltaiczne do wytwarzania energii elektrycznej 3. Wytwarzanie ciepła wysokotemperaturowego (farmy słoneczne) 4. Chemia słoneczna: - wspomaganie produkcji biomasy, - produkcja wodoru oraz innych związków chemicznych (wodór - paliwo przyszłości!!?) 1. Duże elektrownie wodne (elektrownie przepływowe, zbiornikowe, szczytowo-pompowe) - energetyka zawodowa 2. Małe elektrownie wodne 3. Energia pływów morskich 4. Inne siłownie wodne

6 ŹRÓDŁA PIERWOTNE ENERGII ODNAWIALNEJ WIATR 1. Elektrownie wiatrowe. 2. Inne siłownie wiatrowe (młyny, kuźnie, generatory ciepła, Napowietrzacze zbiorników wodnych). BIOMASA I BIOGAZ 1. Biomasa cyklu jednorocznego (np.: słoma, algi) 2. Biomasa cyklu wieloletniego (drewno, odpady drewna): - pozyskanie z naturalnego wzrostu, - pozyskanie ze wzrostu przyśpieszonego (mutanty). 3. Biogaz - jako produkt fermentacji metanowej biomasy. CIEPŁO GEOTERMALNE 1. Wody geotermalne (wspólnie ze złożami węglowodorów). 2. Gorące suche skały (rejony wulkaniczne).

7 ŹRÓDŁA PIERWOTNE ENERGII ODNAWIALNEJ INNE FORMY ENERGII NIEKONWENCJONALNEJ I ODNAWIALNEJ 1. Pompy ciepła indywidualne pompy ciepła małej mocy, pompy ciepła dużej mocy współpracujące z systemami ciepłowniczymi (odzysk ciepła odpadowego), 2. Ciepło odpadowe 3. Ogniwa paliwowe 4. Paliwo wodorowe 5. Energia potencjału elektrochemicznego mórz i oceanów. 6. Energia fal morskich 7. Energia z paliw niskokalorycznych (spalanie i recykling odpadów), 8. Niekonwencjonalne silniki - silniki Spilinga, - silniki Stirlinga (!) 9. Generatory MHD, MGD (?) 10. Niekonwencjonalne formy transportu - między innymi: statki żaglowe sterowce

8

9 AKUMULACJA ENERGII SŁONECZNEJ (?!!) BIOMASA PALIWA KOPALNE Energia promieniowania słonecznego akumulowana krótkookresowo: - w cyklu rocznym, - w cyklu wieloletnim. Energia promieniowania słonecznego akumulowana w cyklu milionów lat.

10 KOSZT JEDNOSTKOWY CIEPŁA I ENERGII ELEKTRYCZNEJ W POLSCE Źródło energii Koszt energii Słoneczne ogrzewanie wody użytkowej zł/gj US$/GJ Wykorzystanie ciepła słonecznego zł/gj do suszenia płodów rolnych lub ziół 7-13 US$/GJ Biogaz zł/gj US$/GJ Ogrzewanie geotermalne zł/gj 6-9 US$/GJ Energia elektryczna z siłowni wiatrowych gr/kw h 6-25 USc/kW h Ogrzewanie wody energią elektryczną zł/gj US$/GJ Gazowe ogrzewanie wody zł/gj 8-16 US$/GJ Ogrzewanie wody olejem opałowym zł/gj US$/GJ Cena ciepła z systemu ciepłowniczego zł/gj 8-16 US$/GJ Energia elektryczna w systemie elektro- 25 gr/kw h energetycznym w sieci niskiego napięcia 8 USc/kW h 1 US$ = 3,3 zł

11 ZUŻYCIE ZASOBÓW PRZY PRZY BUDOWIE I I EKSPLOATACJI ELEKTROWNI RÓŻNYCH TYPÓW L.p Zużycie zasobów Powierzchnia terenu, [m 2 /MW] Elektrownia + cykl paliwowy Elektrownie węglowe Elektrownie jądrowe Elektrownie fotowoltaiczne Instalacje słoneczne do wytwarzania ciepła Woda, [10 6 dm 3 /(MW*a)] 0,5 9, ,6 0,9 Materiały budowlane, [t/mw] - cement 3 12,7 4,3 174,0 - stal 3 2,3-39,0 - szkło ,5 2,2 - inne - - 5,0 6,3 Paliwo, [t/(mw*a)] Roboczogodziny, [godz/mw]

12

13 ENERGIA ELEKTRYCZNEJ ZE ZE ŹRÓDEŁ NIEKONWENCJONALNYCH Według rozporządzenia Ministra Gospodarki z dnia 15 grudnia 2000 r. o obowiązku zakupu energii elektrycznej ze źródeł niekonwencjonalnych Przedsiębiorstwa energetyczne mają obowiązek zakupienia energii elektrycznej (!) wytworzonej w źródłach niekonwencjonalnych w ilości nie mniejszej niż: - 2,40 % - w roku ,50 % - w roku ,65 % - w roku ,85 % - w roku ,10 % - w roku ,60 % - w roku ,20 % - w roku ,00 % - w roku ,00 % - w roku ,50 % - w roku 2010

14 OGÓLNE ZAŁOŻENIA ROZWOJU ODNAWIALNYCH ŹRÓDEŁ ENERGII DO ROKU 2020 WNIOSKI Z OPRACOWANIA RZĄDOWEGO: 1. Gros zapotrzebowania pokryte zostanie przez paliwa stałe: węgiel kamienny, węgiel brunatny 2. W scenariuszach odniesienia i przetrwania nie przewiduje się zastosowania energetyki jądrowej

15 SCENARIUSZE ROZWOJU ENERGETYKI ODNAWIALNEJ PROGNOZA ZAPOTRZEBOWANIA: Udział energii odnawialnej w pokryciu krajowego zapotrzebowania na poziomie energii pierwotnej Scenariusz przetrwania 5,3% 5,5% 5,9% Scenariusz odniesienia 5,5% 6.0% 7,1% Scenariusz postępu 5,4% 5,9% 7,2% Inne opracowania przewidują większy udział energii odnawialnej w bilansie energii pierwotnej: 2010 rok: - 7,5 % 2020 rok: - 14,0 %

16 GENERACJA ROZPROSZONA: Generacja rozproszona to są małe źródła wytwórcze ciepła, energii elektrycznej lub ciepła i energii elektrycznej (w tym są także źródła energii odnawialnej) Obserwuje się wzrost znaczenia generacji rozproszonej w bilansie energetycznym!! W początkowym okresie generacja rozproszona jest dotowana Oszacowanie: Udział generacji rozproszonej w produkcji energii elektrycznej i ciepła osiągnie poziom około 30 %

17 Przyczyny zainteresowania wykorzystaniem źródeł źródeł energii energii odnawialnej 1) Wyczerpywanie się zasobów surowców energetycznych Należy podjąć poszukiwanie nowych źródeł energii 2) Konieczność ograniczenia emisji zanieczyszczeń SO 2, NO x, pyłów i innych substancji degradujących środowisko (np.: kwaśne deszcze, eutrofizacja wód, gleby,... ) oraz emisji CO 2 powodującego efekt cieplarniany 3) Konieczność ograniczenia depozytu sadzy na gruntach i na śniegu Sadza zmniejsza odbicie promieniowania słonecznego, zwiększa wchłanianie. Sadza jest produktem spalania.

18 Przyczyny zainteresowania wykorzystaniem źródeł źródeł energii energii odnawialnej POLSKA JEST SYGNATARIUSZEM: 1) Protokółu a Oslo (tzw. Drugi Protokół Siarkowy ), na podstawie którego zobowiązuje się do obniżenia emisji tlenku siarki - SO 2 - do poziomu tys. ton w roku w dwóch etapach pośrednich: a) tys. ton - w roku 2000 b) tys. ton - w roku ) Protokółu Sofijskiego dotyczącego redukcji emisji tlenków azotu - NO x - zobowiązując się do obniżenia emisji w roku 1994 do poziomu emisji z roku 1987 (1 530 tys. ton) i dalszego ograniczania tej emisji w latach następnych W dalszym etapie - przyjęcie zobowiązania redukcji emisji - metali ciężkich, - lotnych i trwałych związków organicznych

19 Przyczyny zainteresowania wykorzystaniem źródeł źródeł energii energii odnawialnej

20 Przyczyny zainteresowania wykorzystaniem źródeł źródeł energii energii odnawialnej EMISJA GŁÓWNYCH ZANIECZYSZCZEŃ POWIETRZA [tys. Mg] Dane według prof. Solińskiego Emisja Zmiana [%] SO CO NOx Pyły

21 Przyczyny zainteresowania wykorzystaniem źródeł źródeł energii energii odnawialnej OCHRONA ŚRODOWISKA Emisja zanieczyszczeń: Rok 1989 = 100% Polska Energetyka zawodowa [%] SO 2 60,6 59,7 51,8 NO x 77,9 78,1 57,7 CO 2 77,9 98,8 90,2 pyły 52,1 21,5 12,7

22 Przyczyny zainteresowania wykorzystaniem źródeł źródeł energii energii odnawialnej Do wyprodukowania 1 MWh energii elektrycznej potrzebne jest zużycie średnio 500 kg węgla, co powoduje wyemitowanie do atmosfery : kg CO 2-11 kg CO kg SO ,2 kg NO x - 49 kg pyłów Według Według danych danych z z roku roku

23 Przyczyny zainteresowania wykorzystaniem źródeł źródeł energii energii odnawialnej Udział Udział energetyki w całkowitej emisji emisji zanieczyszczeń (!!!): (!!!): -- w emisji emisji SO SO % -- w emisji emisji NO NO x x % -- emisji emisji pyłów pyłów %

24 DYSKUSJA PROGNOZY WZROSTU UDZIAŁU ENERGII ODNAWIALNEJ W KRAJOWYM BILANSIE ENERGETYCZNYM Rozwój Rozwój energetyki energetyki odnawialnej odnawialnej można można przyrównać przyrównać do do mniej mniej lub lub bardziej bardziej wyboistej wyboistej drogi. drogi. Kiedy Kiedy jest jest łatwiej łatwiej rozwijać rozwijaćenergetykę odnawialną? odnawialną? Czy Czy wtedy, wtedy, gdy gdy gospodarka gospodarka i i społeczeństwo społeczeństwo jest jest do do tego tego nieprzystosowane nieprzystosowane (małe (małe koła), koła), czy czy wtedy, wtedy, gdy gdy gospodarka gospodarka i i społeczeństwo społeczeństwo jest jest do do tego tego przystosowane przystosowane (duże (duże koła)? koła)?

25 DYSKUSJA PROGNOZY WZROSTU UDZIAŁU ENERGII ODNAWIALNEJ W KRAJOWYM BILANSIE ENERGETYCZNYM 1) 1) Dopóki Dopóki jest jest niewielki udział udziałźródeł energii energii odnawialnej odnawialnej w krajowym krajowym bilansie bilansie energetycznym energetycznym (2,5%), (2,5%), dopóty dopóty gospodarka gospodarka nie nie odczuwa trudności trudności w ich ich akceptacji akceptacji 2) 2) Wzrost tego tego udziału wymaga wymaga restrukturyzacji gospodarki, gospodarki, w tym tym -- między między innymi: innymi: -- restrukturyzacji restrukturyzacji przemysłu przemysłu (maszynowego,wydobywczego, chemicznego, chemicznego, budowlanego, budowlanego,......),), -- restrukturyzacji restrukturyzacji wszelkiego wszelkiego rodzaju rodzaju zaplecza zaplecza i i usług, usług, -- szczególnej szczególnej restrukturyzacji restrukturyzacji szeroko szeroko pojętego pojętego procesu procesu nauczania nauczania --rozumianego rozumianego jako jako szeroko szeroko pojęty pojęty proces proces edukacji edukacji społecznej. społecznej.

26 DYSKUSJA PROGNOZY WZROSTU UDZIAŁU ENERGII ODNAWIALNEJ W KRAJOWYM BILANSIE ENERGETYCZNYM Istnieje proces proces oswajania nowych technologii -- w aspekcie aspekcie technicznym technicznym i i technologicznym technologicznym (w (w gronie gronie specjalistów) specjalistów) -- w aspekcie aspekcie społecznym społecznym który który może może trwać trwać kilkadziesiąt kilkadziesiąt lat lat!!!!!!!!!! Konieczne Konieczne jest jest więc więc znaczne znaczne wyprzedzenie wyprzedzenie w czasie czasie działań, działań, w szczególności szczególności edukacyjnych, edukacyjnych, przed przed wprowadzeniem wprowadzeniem nowych nowych technologii technologii do do społecznego społecznego użytkowania użytkowania na na szeroką szeroką skalę skalę

27 ŹRÓDŁA ENERGII ODNAWIALNEJ W KRAJOBRAZIE 1) 1) Wykorzystanie warunków terenowych 2) 2) Bezkolizyjne wkomponowanie w krajobraz i i otoczenie -- Architektura obiektów -- Ochrona flory i i fauny!!!!!!

28 JEDNOSTKI ENERGII 1 kw h - Można podgrzać do stanu wrzenia około 9 kg wody pobranej z sieci wodociągowej. Cena energii elektrycznej ~32 gr. za 1 kw h. 1 MW h - Jednostka 1000 razy większa od 1 kw h. Można podgrzać do stanu wrzenia około 9000 kg wody pobranej z sieci wodociągowej. Cena energii elektrycznej ~320 zł za 1 MW h 1 MJ - Można podgrzać do stanu wrzenia około 2,5 kg wody pobranej z sieci wodociągowej. 1 GJ - Jednostka 1000 razy większa od 1 MJ. Można podgrzać do stanu wrzenia około 2500 kg wody pobranej z sieci wodociągowej. 1 GJ ciepła pobranego z gdańskiej sieci ciepłowniczej kosztuje w 1998 roku ~ 38 zł.