Japońska wizja czystej energii - projekt Japonia bogata w energię

Transkrypt

1 Japońska wizja czystej energii - projekt Japonia bogata w energię Autor: prof. dr hab. inż. Włodzimierz Kotowski, Politechnika Opolska ( Czysta Energia czerwiec 2005) Aby chronić ludzi i środowisko naturalne przed niebezpiecznie wysokim poziomem zmian klimatycznych, musimy wyeliminować stosowanie paliw kopalnych i przejść na technologie oferujące energię czystą. Doskonałym przykładem jest Japonia. Wizja czystej, bazującej na promieniowaniu słonecznym energii odnawialnej jest nie tylko możliwa, ale także wykonalna w skali globalnej (rys. 1-4). Rys. 1. Popyt na nośniki energii w Japonii w 1999 r. i warianty modeli o wysokiej sprawności Sześć scenariuszy zasilania o różnej zależności od importu nośników energii. Scenariusze 2, 4 i 6 zakładają zmniejszenie się liczby ludności w Japonii. Biomasę przyjęto wstępnie jako zero, gdyż nie jest jeszcze określona. Jeśli pozna się ten potencjał, wówczas zastąpi on paliwa wodorowe.

2 Rys. 2. Produkcja energii brutto w petadżulach w Japonii, z wykorzystaniem technologii przetwarzania energii ze źródeł odnawialnych według sześciu scenariuszy

3 Rys. 3. Produkcja energii elektrycznej, ciepła i paliw we wszystkich sześciu scenariuszach dla programu Japonia Bogata w Energię Nadwyżki energii elektrycznej są wykorzystywane do produkcji ciepła i paliw płynnych. Biomasę wymieniono, ale przyjęto ją jako zero z powodu braku dostępności informacji o jej potencjale produkcyjnym.

4 Rys. 4. Dynamika wytwarzania energii elektrycznej dla dwóch tygodni w roku System zasilania uwzględnia wytwarzanie wystarczającej ilości energii elektrycznej, aby pokryć zapotrzebowanie. Jeśli produkcja energii elektrycznej z energii wiatru oraz jednocześnie z ogniw fotowoltaicznych jest mała, to automatycznie wykorzystuje się napompowane stokaże, aby zagwarantować pełne pokrycie i ciągłość jej dostaw (patrz dni 14,18,19 i 271). Technologie energii odnawialnej, wykorzystujące zasoby regionalne oraz światowe, połączone ze zmniejszaniem jej zużycia poprzez stosowanie procesów oszczędnie nią gospodarujących, oferują jedyną, bezpieczną i sprawdzoną opcję, dostępną dla gospodarki światowej w kontekście przyszłego zapotrzebowania na nośniki energii. Japonia, wykorzystująca tę opcję, jest w stanie wszystkie swoje potrzeby energetyczne pokryć z odnawialnych jej nośników. Projekt Japonia bogata w energię powinien stać się w Polsce przyczynkiem do dyskusji nad możliwościami przejścia z kopalnych źródeł energii do zrównoważonego układu energetycznego, tak jak to miało miejsce w Japonii. Japonia jest silnie uprzemysłowiona i ma 127 mln mieszkańców żyjących w niewielkim, wyspiarskim kraju. Jednak już w 1999 r. miała ona drugą co do potęgi gospodarkę i bazę przemysłową na świecie, którą uznano za jedną z najbardziej energowydajnych wśród krajów uprzemysłowionych.

5 Potrzeba matką wynalazków Japonia jest zmuszona do wysoko efektywnego gospodarowania energią, gdyż dysponuje bardzo małymi zasobami konwencjonalnych jej źródeł. Jej przemysłowe elektrownie w całości pokrywają zapotrzebowanie na energię, importując paliwo jądrowe i paliwa kopalne, uzupełniając importem niewielką krajową produkcję ropy i gazu, oraz niewielkimi mocami energii hydro- i geotermalnej. Sumaryczne zużycie energii pierwotnej w Japonii wyniosło w 1999 r. nieco ponad petadżuli, z czego (80%) zaimportowano w postaci paliwa nuklearnego i paliw kopalnych. Mimo tego w niedalekiej przyszłości Japonia może być niezależna i bogata w energię. Wykorzystując dane za 1999 r. jako bazowe, raport Japonia bogata w energię pokazuje, jak zakłady przemysłowe, posiadające najwyższą dzisiaj sprawność energetyczną, mogą w 100% pokryć krajowe zapotrzebowanie na energię. Zamiast dążyć do bezpieczeństwa energetycznego poprzez ogromnie kosztowny, powodujący w dodatku skażenie środowiska program nuklearny, Japonia może zbudować własny przemysł energii odnawialnej i przejść do niej bez utraty przez mieszkańców swego standardu życia ani zdolności produkcyjnych krajowego przemysłu. Stosowne studium w postaci raportu o obecnym zużyciu energii w Japonii wykazuje, że popyt można by zmniejszyć prawie o 50% przy pomocy już dzisiaj dostępnych energooszczędnych technologii. Model ERJ High Efficiency Demand Model (model popytu na wysoką sprawność gospodarki Japonii, bogatej w energię odnawialną) wykazał, że stosowanie technologii o wysokiej energooszczędności umożliwia zaoszczędzenie prawie 40% dzisiejszego zużycia energii w sektorze przemysłowym, ponad 50% w sektorze budownictwa mieszkaniowego i handlu oraz ok. 70% w sektorze transportu. Następnie raport ten pokazuje, jak można użytkować energię odnawialną, aby sprostać nowemu poziomowi popytu, zmniejszając a w końcu eliminując potrzebę importowania nośników energii. W raporcie podano sześć scenariuszy dojścia do takiej sytuacji, przy czym wszystkie razem mogą one zapewnić Japonii 100% energii ze źródeł odnawialnych (rys. 1-4). Scenariusze projektu W modelu podstawowym (scenariusz pierwszy) zakłada się pokrycie ponad 50% sumy potrzeb energetycznych z krajowych źródeł odnawialnych. Każdy kolejny scenariusz zawiera warianty lub rozszerzenia scenariusza pierwszego, stopniowo zmniejszając zależność od importu nośników energii. Wykorzystując różne przewidywane modele rozwoju populacji i spodziewane wersje wzrostu produkcji energii odnawialnej oraz wzrost sprawności energetycznej gospodarki, dochodzi się do sytuacji, w której przed scenariuszem piątym i szóstym nie ma już potrzeby importu nośników energii. Przyjmując pewność dostaw energii jako zagadnienie strategiczne, potrzebne do tego, aby podaż i popyt były idealnie dopasowane w czasie, dla japońskiego systemu zasilania elektrycznego i dla części systemu ogrzewania przeprowadzono symulację na bazie programu komputerowego SimREN. Artykuł nie jest próbą znalezienia odpowiedzi na dwa kluczowe pytania: Jak szybko można taki system wdrożyć i ile będzie on kosztował? Aby zademonstrować możliwości dostaw

6 energii słonecznej dla Japonii, nie ma konieczności podania wymaganych kosztów ani harmonogramów czasowych. Opisane w artykule systemy stanowią ramy dla debaty, dotyczącej restrukturyzacji japońskiej gospodarki energetycznej. Jednak restrukturyzacja z wykorzystaniem energii odnawialnej nie musi się ograniczać do idei opisanych w projekcie. Możliwe są również inne systemy, zapewniające Japonii zasilanie energią odnawialną. Wszystkie scenariusze mogą być zrealizowane w Japonii, zarówno w kategoriach technicznych, jak i w uwzględnieniu zasobów naturalnych, takich jak wiatr, promieniowanie słoneczne i źródła geotermalne. Decydującymi czynnikami będą akceptacja społeczna, priorytety ustalone w polityce narodowej z punktu widzenia bezpieczeństwa energetycznego, zaangażowanie międzynarodowe oraz przyszły rozwój wydarzeń w branży technologii związanych z energią odnawialną. Projekt Japonia bogata w energię to koncepcja ambitna, ale zachowawcza, jeśli chodzi o metodologię. Wszystkie warianty tego obszernego, doskonale umotywowanego programu przedstawiono na rys Trzeba zaznaczyć, że wdrożenie projektu Japonia bogata w energię będzie wymagało inwestycji w infrastrukturze i daleko idących zmian w sposobie projektowania oraz budowania sektorów: przemysłowego, budownictwa mieszkaniowego, handlu oraz transportu. W porównaniu z zagrożeniami ekologicznymi, przed którymi stają wszystkie kraje świata, wynikającymi ze zmian klimatycznych, koszty zaniechania rozwoju zrównoważonych układów energetycznych (czy to w Japonii, czy w jakimkolwiek innym kraju) są potencjalnie znacznie wyższe. Jak osiągnąć zrównoważony układ energetyczny to pytanie, które sygnalizuje się w niniejszym artykule. Obecnie potrzebna jest wola i dążenie do tego, aby ideę tę zrealizować nie tylko w Japonii, ale również w Polsce. Źródła 1. Kruska M.: Raport Institute for Sustainable Solutions and Innovations oraz Science Forum of the Renewables 2004 ForschungsVerband Sonnenenergie: Hahn Meitner Institut. Berlin ISEP Tokio. Commissioned by Greerpeace International and Greenpeace. Japan. 3. Evans G., Herbergs S., Ichiro D., Mallon K., Ohbayashi M., Peter S., Takase K., Tetsunari L.: Wuppertal Institute. D. Assmann. EUTech Aachen.