Światowe zasoby energii. Stan. Przyszłość. Dr inż. Janusz LICHOTA. Wydział Mechaniczno-Energetyczny

Transkrypt

1 Wydział Mechaniczno-Energetyczny Dr inż. Janusz LICHOTA Światowe zasoby energii Stan. Przyszłość. Wrocław, czerwiec, Lichota@pwr.wroc.pl

2 Spis treści Wstęp Czynniki wpływające na spadek zasobów nośników energii Wzrost populacji i zapotrzebowanie na nośniki Zasoby nośników energii i bezpieczeństwo energetyczne Wpływ na środowisko Krzywa Hubberta Scenariusze rozwoju Krzywa Hubberta dla węgla Skala wyzwań Wnioski

3 Wstęp Bez energii nie istnieje cywilizacja jaką znamy. Jedna baryłka ropy (159 litrów, 6.12 GJ) = godzin ludzkiej pracy. Dostępne nośniki energii są wyczerpywane, lecz powstają zasadnicze pytania. W jakim tempie są one wyczerpywane? Gdzie lokalnie będzie brakować nośników energii w przyszłości? Jakie technologie mogą zastąpić elektrownie oparte o węgiel lub gaz? Czym napędzać samochody?

4 Wstęp Nagłówki z Financial Times

5 Wstęp Co determinuje przyszłość energetyczną świata? 1) Wzrost populacji => wzrost zużycia energii 2) Dostępne źródła energii

6 Wstęp Bbl/ rok / mieszkańca 15 największych gospodarek świata pozostałe Potencjał oszczędności Zależność dochodu przypadającego na jednego mieszkańca od zużycia ropy World Bank lipiec 2007, John C. Chen 1 m 3 = bbl (baryłka USA)

7 Czynniki wpływające na zasoby Wzrost populacji Nastąpi duży wzrost populacji w Azji oraz Afryce, w Europie nastąpi spadek liczby ludności.

8 Czynniki wpływające na zasoby Wzrost zapotrzebowania na energię Zapotrzebowanie na energię i PKB na mieszkańca ( )

9 Czynniki wpływające na zasoby Wzrost zapotrzebowania na energię 1 mld ludzi 2.5 mld ludzi

10 Czynniki wpływające na zasoby Wzrost zapotrzebowania na energię 4000 Mtoe 0 Ameryka Północna Europa ZSRR Bliski Wschód Azja Ameryka Południowa Afryka Roczne zapotrzebowanie na energię ( ) 1 toe = 41,9 GJ Ton of oil equivalent

11 Czynniki wpływające na zasoby Wzrost zapotrzebowania na energię 1000 quadów/rok Rok 2000: 385 quadów Rok 2050: 1500 quadów 0 Ameryka Północna Europa Bliski Wschód Azja Ameryka Południowa Afryka Źródło : obliczenia : John C. Chen 1 quad = 1.05 x J

12 Installed Capacity 100GW ( ) Czynniki wpływające na zasoby Wzrost zapotrzebowania na energię: Chiny Moc elektryczna zainstalowana w Polsce 35 GW (2002 r.) Growth of power capacity x moc Polski 发 电 容 量 2002, GDP per capital =US$ ,GDP: GDP per capital =US$ Growth of steel Growth of cement 新 型 干 法 水 泥 产 量 立 窑 水 泥 产 量 万 辆 Growth of automobile 1953~1992 (39 years) 中 国 汽 车 产 量 ~2003 (1 year) 2000~2002 (2 years) 1992~2000 (8 years) million automobiles Źródło : prof. Mao, Pekin

13 Czynniki wpływające na zasoby Wzrost zapotrzebowania na energię: Chiny Zamówienia na instalację źródeł energii elektrycznej Źródło : prof. Mao, Pekin Rok zamówienia

14 Czynniki wpływające na zasoby Zasoby nośników energii (zasoby pewne) 2004 Energy Reserves Mtoe coal oil gas nuclear Africa Europe (excl. Russian Fed) Russian Federation Middle East China Australia/New Zealand Other Asia/Pacific inc Indian Subcontinent North America Central/South America

15 Czynniki wpływające na zasoby Bezpieczeństwo energetyczne (zasoby pewne) Jeszcze w 1994 roku szacowano, że węgla na świecie może wystarczyć na lat.

16 Czynniki wpływające na zasoby Bezpieczeństwo energetyczne (zasoby pewne) Stan na 2005 rok

17 Czynniki wpływające na zasoby Bezpieczeństwo energetyczne (zasoby pewne) Stan na 2005 rok

18 Czynniki wpływające na zasoby Bezpieczeństwo energetyczne (zasoby pewne) Stan na 2008 rok 1 tona ropy naftowej ~ = 7.3 bbl 1 MCF ~= 1000 stóp sześciennych

19 Czynniki wpływające na zasoby Wpływ na środowisko

20 Czynniki wpływające na zasoby Wpływ na środowisko

21 Krzywa Hubberta Q max Q(t) a,b - całkowita ilość zasobu (np. ropy) - skumulowane wydobycie, - stałe

22 Krzywa Hubberta Predykcja M. Kinga Hubberta z roku 1956

23 Krzywa Hubberta Rzeczywiste wydobycie ropa naftowa USA 1970 rok

24 Krzywa Hubberta Rzeczywiste wydobycie ropa naftowa Norwegia Meksyk Kanada

25 Krzywa Hubberta Rzeczywiste wydobycie ropa naftowa Kraje, które już osiągnęły szczyt wydobycia Japonia : 1932 Niemcy: 1966 Libia: 1970 Wenezuela: 1970 USA: 1970 Iran: 1974 Nigeria: 1979 Trynidad i Tobago : 1981 Egipt: 1987 Rosja: sztuczny szczyt w 1987, rzeczywisty 2006/2007 Francja: 1988 Indonezja: 1991 Syria: 1996 Indie: 1997 Nowa Zelandia: 1997 Wielka Brytania: 1999 Argentyna: 1999 Columbia: 1999 Norwegia: 2000 Oman: 2000 Meksyk : 2004 Australia: 2000 Kraje, przed szczytem wydobycia Irak: 2018 Kuwejt: 2013 Arabia Saudyjska: 2014

26 Krzywa Hubberta Rzeczywiste wydobycie - węgiel

27 Krzywa Hubberta Rzeczywiste wydobycie - węgiel

28 Scenariusze rozwoju Krzywa Hubberta dla węgla

29 Scenariusze rozwoju Skala wyzwań Zapotrzebowanie : 1500 quadów (1 quad=1.055x10 18 J) w roku rozważmy tylko Energia potrzebna na transport stanowi obecnie 33% z 385 quadów rocznie. Załóżmy, że docelowo postęp techniczny doprowadzi do tego, że zapotrzebowanie będzie wynosiło tylko 10% z 1500 quadów. Stąd wymagana będzie konwersja związków węgla w fabrykach petrochemicznych wynosząca 150 x 2 x 10 7 T/rok = 3 x 10 9 T/rocznie. Obecna konwersja wynosi 1.1x10 8 T/rocznie. Stąd należy zwiększyć przepustowość zakładów petrochemicznych 3e9/1.1e8=29 razy. Oznaczałoby to w przybliżeniu, że rocznie w latach należałoby budować na świecie tyle zakładów petrochemicznych ile istnieje w roku 2009

30 Scenariusze rozwoju Skala wyzwań Według John C. Chen a USA, aby wymienić swoją przestarzałą flotę elektrowni w okresie około 20 lat na nową musiałyby budować 1 blok mocy 500 MWe w ciągu 3 dni.

31 US dollars Scenariusze rozwoju Wpływ na globalną ekonomię 100,00 90,00 80,00 70,00 60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00 0,00 Year

32 Scenariusze rozwoju Wpływ na globalną ekonomię

33 Scenariusze rozwoju Wpływ na globalną ekonomię

34 Scenariusze rozwoju Raport Hirscha W 2005 roku US Department of Energy opublikowała raport Peaking of World Oil Production: Impacts, Mitigation, & Risk Management (raport Hirscha) Konkluzje z raportu Hirscha Światowy szczyt wydobycia ropy naftowej nastąpi i będzie miał przebieg gwałtowny i rewolucyjny Szczyt wydobycia wpłynie szkodliwie na globalną ekonomię, w szczególności na gospodarki krajów uzależnionych od ropy. Szczyt wydobycia stanowi unikalne wyzwanie. Problem stanowią paliwa płynne dla sektora transportu. Wysiłki ograniczające skutki szczytu wydobycia wymagają znacznego czasu 20 lat na przejście bez znaczącego wpływu na gospodarki ( given enough leadtime, the problems can be solved with existing technologies. ) 10 lat szybkiej transformacji z ograniczonym wpływem na gospodarki, lecz przy ogromnych wysiłkach rządów, przemysłu i konsumentów.

35 Scenariusze rozwoju

36 Scenariusze rozwoju Przyszłe źródła energii

37 Scenariusze rozwoju Przyszłe źródła energii Energia promieniowania słonecznego wydzielana rocznie na powierzchni Ziemi: - całkowita E s = ~ EJ - w tym na lądach: E L = ~ EJ - w tym w Polsce: E sp = 1170 EJ EPS na powierzchni lądów: EJ/rok Roczne zapotrzebowanie energii pierwotnej (2006 r): - światowe E z = ~480 EJ - polskie: E zp = ~4,3 EJ Nadwyżka energii słonecznej względem potrzeb: - całkowita E s /E z = ~ w tym na lądach: E L /E z = ~ w tym w Polsce: E sp /E zp = ~272 Źródło: Roksana Mazurek, Aleksander Andrzej Stachel, Techniczne i ekonomiczne aspekty przetwarzania energii promieniowania słonecznego w ciepło i energię elektryczną, XIV Konferencja REC-2008 Nałęczów, października 2008

38 Scenariusze rozwoju Przyszłe źródła energii Energia fuzji 1 kg wody morskiej = energii spalania 300 kg benzyny = godzin pracy ludzkiej

39 Wnioski Jedynym pewnym źródłem energii w długoterminowej przyszłości jest węgiel. Nie jest możliwy rozwój gospodarczy bez dostępu do źródeł energii. Możemy mieć nadzieję, że eksperyment ITER oraz przejście na gospodarkę wodorową się powiodą.

40 Dziękuję za uwagę