Jaka energia w XXI wieku?

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Jaka energia w XXI wieku?"

Tadeusz Kaczmarek
8 lat temu
Przeglądów:

1 Jaka energia w XXI wieku? Autor: prof. zw. dr hab. inŝ. Włodzimierz Kotowski ( Energia Gigawat styczeń/luty 2008) Decydującym czynnikiem w określaniu źródeł pozyskiwania nośników energii w bliŝszej i dalszej perspektywie jest zwiększające się zaludnianie naszej planety. Do roku 2050 będzie nas na tej ziemi prawie 9 miliardów, tj. trzy razy tyle, ile było przed stu laty. W dodatku z pokolenia na pokolenie wzrasta silnie średnie zuŝycie energii na przeciętnego człowieka. Odczuwa się to szczególnie teraz w ramach rozwijającej się globalizacji oraz intensywnego rozwoju przemysłu w Chinach i Indiach. Aktualnie sektor światowego transportu (łącznie z morskim oraz lotniczym) zuŝywa połowę wydobywanej ropy. Szacuje się, Ŝe globalna ilość pojazdów samochodowych na świecie dziś wynosząca 800 mln ulegnie podwojeniu do 2030 roku. Rozwój lotnictwa szacuje się na 5% rocznie, co oznacza jego podwojenie na przestrzeni 15 lat. Tymczasem w latach zuŝycie ropy: - w USA uległo podwojeniu, - w Europie wzrosło czterokrotnie, - w obszarze Pacyfiku powiększyło się aŝ dziesięciokrotnie. W skali światowej zapotrzebowanie na energię będzie w latach wzrastało o średnio 1,2% rocznie, a w okresie o około 0,7% rocznie. Trzeba w tym miejscu podkreślić ogromne róŝnice w zaludnieniu oraz w zuŝywaniu energii między krajami uprzemysłowionymi, a rozwijającymi się, co ilustruje rys. 1. Czołowe kraje gospodarki światowej zuŝywają ponad połowę wszystkich nośników energii, mając tylko 15% zaludnienia planety. Same tylko USA, mając 5% światowego zaludnienia, zuŝywają aŝ 26% wydobywanej z wnętrza naszej planety ropy. Perspektywiczne źródła pokrycia światowych potrzeb na nośniki energii Dziś największy udział w zaspokajaniu światowych potrzeb na nośniki energii ma ropa i to na poziomie 41%. Następnie węgiel kamienny w wysokości około 20% przy czym czołową jest jego 1

naszej planety. Do roku 2050 będzie nas na tej ziemi prawie 9 miliardów, tj. trzy razy tyle, ile było przed stu laty.

2 pozycja w wytwórczości energii elektrycznej na naszej planecie. W tej dziedzinie kolejne miejsca zajmują gaz ziemny, energetyka jądrowa, a po niej energia wody, co doskonale ilustruje rys % 50% 55% 50% Procentowy udział w światowym zuŝyciu energii Procentowy udział w zaludnieniu ziemi 40% 35% 30% 30% 20% 15% 15% 10% 0% USA, Japonia Wspólnota Niepodległych Kraje Zachodnia Europa, Państw, Chiny, rozwijające się Australia Wschodnia Europa Źródło: Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft Rys. 1. ZuŜycie energii w wybranych regionach naszej planety w powiązaniu z ich zaludnieniem Rys. 2. Rosnący udział odnawialnych nośników energii w globalnej wytwórczości energii elektrycznej Na tym rysunku widać wyraźnie, Ŝe juŝ w następnych latach rola nieodnawialnych nośników energii będzie malała gdyŝ szybko obniŝają się ich zasoby i rosną koszty wydobycia. Tymczasem 2

Państw, Chiny, rozwijające się Australia Wschodnia Europa Źródło: Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft Rys. 1.

3 odnawialne nośniki energii co uwidacznia rys. 3 stoją do dyspozycji ludzkości w ogromnych ilościach w porównaniu do naszych potrzeb. Wszystkie one bazują na emitowanej na ziemię energii słońca, której wielkość przewyŝsza razy obecne zapotrzebowanie na nośniki energii mieszkańców naszej planety. Rys. 3. Coroczna oferta odnawialnych nośników energii dla mieszkańców naszej planety (Źródło: Gemeisam forschen für die Energie der Zukunft ForschungsVerbund Sonnenenergie, Hahn Meitner Institut, Berlin, 2005 r.) Zastępując nieodnawialne nośniki energii odnawialnymi, obniŝa się emisję dwutlenku węgla do atmosfery. Tymczasem w tym obszarze ogólnoświatowe uzgodnienia obejmują obniŝkę emisji CO 2 do atmosfery o 50% (w porównaniu z rokiem bazowym 1990) do polowy XXI wieku, gdyŝ jest to strategicznie waŝny warunek wstrzymania negatywnych zmian w klimacie ziemi. Wytwarzanie energii elektrycznej z odnawialnych nośników energii Dziś czołową pozycję w tej grupie zajmuje energia wody, którą stosuje się do napędu elektrogeneratorów niemal od początków ich seryjnej budowy. NaleŜy do najtańszych i harmonizuje ze środowiskiem. Energetyczne wykorzystanie biomasy winno juŝ w najbliŝszych dziesięcioleciach zaowocować odczuwalnym rozmiarem w zastępowaniu nieodnawialnych nośników energii. Uzyskuje się ją z energii słonecznej, jest magazynowalnym paliwem, które w dodatku łatwo przetwarza się w inne rodzaje energii. W jej obszarze prowadzi się rozległe prace badawczo-wdroŝeniowe: od zakładania wysoko-wydajnych plantacji roślin energetycznych, poprzez ich zgazowywanie, do stosowania w kogeneracyjnych elektrociepłowniach z mikroturbinami gazowymi, silnikami Stirlinga oraz ogniwami paliwowymi. Z biomasy wytwarza się paliwa silnikowe wg rozmaitych technologii. NajwaŜniejsza obejmuje zgazowanie drewna i słomy, aby następnie mieszaninę CO + H 2 3

Coroczna oferta odnawialnych nośników energii dla mieszkańców naszej planety (Źródło: Gemeisam forschen für die Energie der Zukunft ForschungsVerbund Sonnenenergie, Hahn Meitner Institut, Berlin,

4 przetworzyć w benzynę, paliwa odrzutowe oraz olej napędowy wg know-how Fischera-Tropscha. W Polsce energetyczny potencjał biomasy szacowany jest na powyŝej 10% obecnego zapotrzebowania nośników energii. W ostatnim 15-leciu najwyŝszą dynamikę przyrostu mocy obserwuje się w nowo wznoszonych parkach elektrowni wiatrowych. Oprócz realizowanych inwestycji tylko w obszarze Morza Północnego oraz Morza Bałtyckiego w latach dokumentuje poniŝsza tabela 1 oraz rys. 4. Rys. 4. Rozmieszczenie parków wiatraków energetycznych we wschodniej części Morza Północnego i zachodniej części Morza Bałtyckiego. Ciemno-czerwony kolor obejmuje parki wiatraków wg załączonej tabeli. (Źródło: Eilers-Media, Sonne Wind & Wärme, 58, 2, 2005 r.) Obecnie budowane wiatraki energetyczne osiągają juŝ moc aŝ 5 MW. Wg rys. 3 dostępne moce energii wiatrowej są gigantyczne w porównaniu z zapotrzebowaniem na media energetyczne przez mieszkańców ziemi. 4

W ostatnim 15-leciu najwyŝszą dynamikę przyrostu mocy obserwuje się w nowo wznoszonych parkach elektrowni wiatrowych.

5 Tabela 1 Wybudowane parki wiatraków energetycznych w latach we wschodniej części Morza Północnego i zachodniej części Morza Bałtyckiego. Rok Projektant, Zainstalowana moc; Kraj uruchomienia inwestor MW 1991 Dania Vindeby 5, Holandia Lely 2, Dania Tonø Knob 5, Holandia Dronten 16, Szwecja Bockstigen 2, Anglia Blyth 4, Szwecja Utgrunden 10, Dania Middelgrunden 40, Szwecja Yttre Stengrund 10, Dania Horns Rev 160, Dania Frederikshavn 10, Dania Nysted 165, Dania Samsø 23, Irlandia Arklow Bank 25, Anglia North Hoyle 60, Anglia Scroby Sands 60, RFN Ems-Emden 4,5 RAZEM 604,5 Źródło: Unternehmensangaben w Sonne Wind & Wärme, 57,2,2005 r. Tymczasem rozbudowa elektrowni geotermalnych wg schematu na rys. 5 jest obecnie na naszej planecie, w porównaniu z budową wiatraków energetycznych mniej jak skromna. Natomiast geotermia stawia do naszej dyspozycji pokaźne moce i to z równomierną dostawą kaŝdej doby przez cały rok niezaleŝnie od warunków atmosferycznych. Atrakcyjność budowy elektrowni geotermalnych wzrosła z chwilą uruchomienia turbiny cyrkulującym amoniakiem, a nie wodą. Na turbinę sprzęŝoną z elektrogeneratorem kieruje się amoniak o temperaturze około 100 st. C. Największe pokłady źródeł geotermalnych są w Islandii, a Polska ma ich więcej niŝ inne kraje na kontynencie europejskim. 5

Anglia Blyth 4,0 2000 Szwecja Utgrunden 10,1 2001 Dania Middelgrunden 40,0 2001 Szwecja Yttre Stengrund 10,0 2002 Dania Horns Rev 160,0 2003 Dania Frederikshavn 10,6 2003 Dania Nysted 165,6 2003

6 Rys. 5. Schemat nowoczesnej geotermalnej elektrowni, w której turbinę parową (sprzęŝoną z elektrogeneratorem napędzają opary amoniaku o temperaturze około 100 st. C, a nie układ wodno-parowy. (Źródło: Gemeisam forschen für die Energie der Zukunft ForschungsVerbund Sonnenenergie, Hahn Meitner Institut, Berlin, 2005 r.) Największy potencjał wśród odnawialnych nośników energii tkwi w promieniowaniu słonecznym, co doskonale ilustruje rys. 3. Fotowoltaiczna konwersja energii przez baterie słoneczne dla bezpośredniej wytwórczości energii elektrycznej znalazła szeroki front badawczo-wdroŝeniowy w Środkowej Europie, Japonii oraz w USA dopiero od minionej dekady. W szerokim zastosowaniu są ogniwa krzemowe oraz cienkowarstwowe, których sprawność przekracza juŝ 20%. Działania badawczo-wdroŝeniowe koncentrują się nad wydłuŝaniem ich Ŝywotności (do ponad 25 lat) oraz podwyŝszeniu sprawności do około 40%. Równolegle rozpracowuje się róŝnorakie technologie kolektorów słonecznych budując na ich bazie ciepłownie oraz elektrownie. Na rys. 6 prezentuje się największy budynek w Manchester (Anglia), którego fasadę wyłoŝono bateriami fotowoltaicznymi. NajwaŜniejszym jest fakt, Ŝe nie jest to odosobniona inwestycja w Europie a jedna z bardzo wielu. 6

) Największy potencjał wśród odnawialnych nośników energii tkwi w promieniowaniu słonecznym, co doskonale ilustruje rys. 3.

7 Rys. 6. Baterie fotowoltaiczne na fasadzie największego budynku w Manchester w Anglii (Źródło: Sharp, Sonne Wind & Wärme, 12, 2, 2005 r.) W podsumowaniu stwierdza się, Ŝe kraje wysoko uprzemysłowione traktują działania badawczowdroŝeniowe jak i inwestycje w obszarze rozwoju energetyki na bazie odnawialnych nośników energii jako zadania strategiczne o najwyŝszym priorytecie. 7

Podobne dokumenty

PRZYSZŁOŚĆ ODNAWIALNYCH ŹRÓDEŁ ENERGII NA TLE WYZWAŃ ENERGETYCZNYCH POLSKI. Prof. dr hab. inż. Maciej Nowicki

PRZYSZŁOŚĆ ODNAWIALNYCH ŹRÓDEŁ ENERGII NA TLE WYZWAŃ ENERGETYCZNYCH POLSKI Prof. dr hab. inż. Maciej Nowicki ENERGIA WARUNKIEM WZROSTU GOSPODARCZEGO W XX wieku liczba ludności świata wzrosła 4-krotnie,