Jutro energetyki Dr inż. Janusz Lichota Politechnika Wrocławska
Przed nami jest ogromna fala popytu na energię 3.6 mld ludzi nie ma dostępu do elektryczności lub ma ograniczony 136 2 209 70 21 1,054 493 378 184 449 585 31 miliony ludzi z ograniczonym dostępem do elektryczności miliony ludzi bez dostępu do elektryczności Source: International Energy Agency World Energy Outlook 2011 and The World Bank World Development Indicators 2011.
Przed nami jest ogromna fala popytu na energię Rok 2050: nastąpi duży wzrost populacji w Azji oraz Afryce, w Europie nastąpi spadek liczby ludności.
Energia elektryczna wytwarzana z węgla na świecie, TWh Światowy produkt brutto, mld S (2005) Wzrost gospodarczy głównym motorem wzrostu zapotrzebowania Silna korelacja pomiędzy zużyciem energii i dochodem Bbl/ rok / mieszkańca 15 największych gospodarek świata pozostałe 120 000 100 000 80 000 16 000 14 000 12 000 10 000 60 000 40 000 20 000 8 000 6 000 4 000 2 000 0 0 1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030 Rok Zależność światowego PKB i zużycia energii elektrycznej Zależność zużycia ropy przez jednego mieszkańca od jego dochodu World Bank lipiec 2007, John C. Chen 1 m 3 = 8.386649 bbl (baryłka USA)
Energia elektryczna wytwarzana z węgla w USA, TWh Oczekiwana długość życia w USA, lata Wzrost gospodarczy głównym motorem wzrostu zapotrzebowania Silna korelacja pomiędzy zużyciem energii i długością życia 2 500 80 2 000 1 500 1 000 500 78 76 74 72 70 68 0 66 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 Rok
Cena energii elektrycznej w USA, /kwh Zatrudnienie w sferze wytwarzania, mln osób Wzrost gospodarczy głównym motorem wzrostu zapotrzebowania Silna korelacja pomiędzy ceną energii i bezrobociem 7.0 6.5 Cena energii 18 17 6.0 5.5 5.0 4.5 Zatrudnienie 16 15 14 13 12 4.0 11 2000 2002 2004 2006 2008 2010 Rok
0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 Wzrost gospodarczy głównym motorem wzrostu zapotrzebowania Silna korelacja pomiędzy ceną energii i bezrobociem Study: For Every Green Job, Subsidies Cost 2.2 Jobs Elsewhere Stopa bezrobocia w Hiszpanii 2008 2009 2010 2011 2012 2013 Spain has already attempted to lead the world in a clean energy transformation. But our research shows that Spain's policies were economically destructive and a source of social harm and net job destruction. - Professor Gabriel Calzada, King Juan Carlos University Study of the effects on employment of public aid to renewable energy sources" Source: Frederick Palmer, Peabody http://energeticafutura.com
Zmiana ceny energii elektrycznej w Australii, % Wzrost gospodarczy głównym motorem wzrostu zapotrzebowania Korelacja pomiędzy ceną energii i polityką Niemcy: brak wpływu na politykę. Udział wydatków na media w portfelu: 5% Polska: 0,14 /kwh Udział wydatków na media w portfelu: 10% Bułgaria: W lutym 2013 po 100% podwyżkach cen energii elektrycznej pod wpływem społecznych protestów ustąpił rząd, obniżono ceny energii oraz odebrano koncesję firmie CEZ. Udział wydatków na media w portfelu: 10% 600 Przemysł 500 400 300 200 100 0 1981 1986 1991 1996 2001 2006 2011 Rok Gospodarstwa domowe Australia: W lipcu 2013 rząd premier J. Gillard ustąpił w związku z polityką energetyczną, a partia, którą reprezentowała, kilka dni temu przegrała wybory. Tym razem bezpośrednią przyczyną było skokowe wprowadzenie podatku od emisji CO 2 z elektrowni do 23$/t, co spowodowało skokowy wzrost ceny energii elektrycznej.
Wzrost gospodarczy głównym motorem wzrostu zapotrzebowania Roczne zapotrzebowanie na energię (1971-2003) 4000 Mtoe 2000 2050 0 Ameryka Północna Europa Bliski Wschód ZSRR Azja Ameryka Południowa Afryka 1 toe = 41,9 GJ Ton of oil equivalent
Wzrost gospodarczy głównym motorem wzrostu zapotrzebowania Rok 2000: 385 quadów Rok 2050: 1500 quadów 1000 quadów/rok Ameryka Północna Ameryka Południowa Afryka Źródło : prof.., John C. Chen 1 quad = 1.05 x 10 18 J
Wyzwanie na dzisiaj: przyszłe zapotrzebowanie W roku 2050, świat zobaczy przyrost globalnego PKB o 270% wzrost wygenerowanej elektryczności o 130% populację wynoszącą 9 mld ludzi 16 mld ton węgla używanego każdego roku Źródło : Frederick Palmer, Peabody
Globalny rynek energii Dominującym znanym zasobem jest węgiel Węgiel Ropa Gaz Uran 2004 Energy Reserves Mtoe coal oil gas nuclear Czas zużycia zasobów przy obecnym wykorzystaniu (2008 rok) - węgiel 133 lata, - ropa 41 lat, - gaz 60 lat. Africa 33499 15304 12654 10220 Europe (excl. Russian Fed) 64418 9125 14418 14300 Russian Federation 68699 9862 43200 3160 Middle East 2279 100104 65547 0 China 58900 2332 2007 0 Australia/New Zealand 39234 546 2214 21480 Other Asia/Pacific inc Indian Subcontinent 65016 2728 8568 0 North America 123367 8320 6588 10820 Central/South America 9198 13804 6390 2860 120000 100000 120000 80000 100000 60000 80000 40000 60000 20000 40000 0 20000 0
Globalny rynek energii Przyszłość i decyzje w sprawie węgla nie należą do UE 85% znanych zasobów węgla należy do 6 państw
Decyzje nie pozostawiają wątpliwości Ameryka i Chiny We ll invest in technology that will allow us to use more coal, America s most abundant energy source, with the goal of creating five first-of-a-kind coal-fired demonstration plants with carbon capture and sequestration. - President Barack Obama As a country with coal dominating its energy structure, China still has a huge potential. We will put in place a system that supplies stable, economical and clean energy. President Hu Jintao, PRC
W energetyce węgiel jest eko Najpierw Ameryka. Łączne nakłady na badania w latach 1985-2015 na badania nad czystymi technologiami węglowymi : 12 mld $. Rys. Spadek emisji zanieczyszczeń z elektrowni węglowych w USA na tle wzrostu zapotrzebowania na moc elektryczną i wzrostu PKB w USA Rys. FutureGen 2.0, niemal zeroemisyjna elektrownia węglowa. Planowane uruchomienie 2017 rok.
W energetyce węgiel jest eko FutureGen 2.0: American dream o zero-emisyjnym węglu Zgazowarka ASU & CPU Zgazowarka Boiler Island Wychwyt: SO 2-99%, Hg - 90% (2010 rok), 95%, (2020 rok); Miejsce: Meredosia/Illinois Technologia: oxyspalanie Wychwyt 90% CO 2 Czystsze od bloku gazowego Niższy koszt wychwytu CO 2 od metod postcombustion 275 MWe Tlenownia Air Separation Unit (ASU) Emisja tlenków azotu NO x : 2 ppm. Sprężanie i oczyszczanie spalin Compression & Purification Unit (CPU)
Globalny rynek energii - Chiny Chiny budują połowę zaawansowanych elektrowni na świecie Chiny + Indie = 1000 nowych elektrowni węglowych Reszta = 400 nowych elektrowni Nowa moc w Chinach od 2017 ~450 GW Chiny 250 GW Indie 70 GW Indonezja 15 GW Wietnam 20 GW Pozostałe 20 GW Afryka 15 GW Reszta Azji 35 GW Europa 25 GW Source: Platts World Electric Power Plant Database, January 2013 and Peabody Energy Global Analytics.
Globalny rynek energii - Chiny Chiny posiadają już najlepsze technologie energetyczne w dużej mierze rozwijane w oparciu o własne ośrodki naukowe. Sterownia w Tianjin, Chiny, blok GreenGen, moc 250 MWe, uruchomiony w 2012
Globalny rynek energii - Chiny Chińską gospodarkę napędza silnik zasilany w 80% przez węgiel Węgiel Ciepło Elektryczność Gaz przemysłowy SNG sieciowe LNG Wychwyt CO 2 Zgazowanie i konwersja węgla Etanol, metanol, DME, nawozy, amoniak, mocznik Diesel Paliwa samolotowe Pył - paliwo do silnika Wodór
Globalny rynek energii - Chiny Poligeneracja Węgiel na ropę Uruchomione w 2009 r.: -Shenhua Erdos: 1 mln t/a -Yitai Group: 160,000 t/a -Luan Group: 210,000 t/a Planowane: -Shenhua Wulumuqi : 3 mln t/a -Shenhua Ningmei: 4 mln t/a -Guanghui Xinjiang: 3.6 mln t/a -Luan Group: 5,4 mln t/a ropy i produktów chemicznych Węgiel na glikol etylenowy Uruchomiona: Tongliao Jin Coal Group: 200,000 t/a Planowana: Henan Coal/chemical Group: 1 mln t/a Węgiel na SNG Obiekty budowane -Datang Inner Mongolia Chifeng: 4 mld m3/a 4 mld m3/a -Datang Liaoning Fuxin: 4 mld m3/a -Huineng Inner Mongolia Erdos : 1.6 mld 1.6 m3/a mld m3/a -Qinhua Xinjiang Yili: 5.5 mld 5.5 m3/a mld m3/a Ponad 30 obiektów planowanych m.in. -Xinjiang Guanghui : 5 mld m3/a -Guodiang Inner Mongolia Wulanhaote: 2 mld m3/a -Shenhua Hangmian Erdos : 2 mld m3/a -Yunnan Guoneng Coal/power: 2.5 mld m3/a
Zmiany cen energii elektrycznej w Europie, USA i Japonii, % Globalny rynek energii Konkurencyjność energetyczna UE jest niska. 160 150 140 UE 130 120 JPN 110 100 90 USA 80 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 Rok
Globalny rynek energii Przyczyna niskiej konkurencyjności UE. Koszty energii elektrycznej są najniższe dla źródeł węglowych. Energie odnawialne (wiatr, fotowoltaika) kosztują 2-2.5 raza więcej, nie wliczając kosztów emisji CO 2. Węgiel brunatny Fotowoltaika? Nuk. EDF-Hinley Point Koszt CO 2 (CCS)
Globalny rynek energii Konkurencyjność energetyczna UE jest niska. Wpływ Unii Europejskiej na klimat można łatwo oszacować mnożąc kilka liczb abcd = 0.00042% a - wpływ CO 2 na ocieplenie, co najwyżej 5% wg prof. Jaworowskiego, b - udział całkowitej antropogenicznej emisji w całkowitej emisji CO 2, 0.3%, c - udział UE w antropogenicznej emisji, 11%-14%, d - planowana redukcja emisji przez UE, 20%.
Globalny rynek energii Zadłużenie UE wpłynie na zahamowanie inwestycji Prof. Hans-Werner Sinn szacuje zadłużenie Europy na 10 bln euro. Dla przypomnienia - kanclerz Merkel poszukiwała 2 bln euro dla funduszu stabilizacyjnego. Średnie zadłużenie 17 krajów UE wynosiło 87 % (2011 r.). 108% 85% 65% 98 % 81% 56% 107% 68% 85% 72% 80% 120 % 72% 165 % 71%
Globalny rynek energii UE gdzie jest gruba kreska dla emisji CO 2? Hydroelektrownie Wiatr Energia jądrowa Fotowoltaika IGCC Gaz ziemny Ropa Węgiel kamienny Węgiel brunatny 13 4 16 8 23 16 160 80 430 410 640 640 890 890 1080 790 1230 980 Emisja ze źródeł gazowych Bloki z lat 70-80-tych Bloki z lat 90-tych Rys. 5 Emisja CO2 z różnych źródeł, g CO 2 /kwh, obliczenia dla całego czasu życia elektrowni [3] Rys. 6 Emisja CO 2 w różnych elektrowniach holenderskich współspalających węgiel i biomasę [4]
Cena gazu i węgla $ (2011)/mln BTU Globalny rynek energii Węgiel kontra gaz łupkowy Przetwarzanie np. węgla brunatnego na gaz ziemny i inne produkty ma stabilne ceny w porównaniu do gazu łupkowego, który wnosi na rynek energii zmienność ceny ze względu na technologię wydobycia wymagającą wykonywania nowych otworów i zmienny strumień pozyskiwanego gazu 12 10 8 6 4 2 0 1990 2000 2010 2020 2030 2040 Rok Rys. 2 Przewidywana cena gazu łupkowego i węgla w kopalniach należących do elektrowni w USA według EIA [13]
Miliony ton oleju ekwiwalentnego Globalny rynek energii Światowe zapotrzebowanie na paliwa Węgiel 2013 Ropa Gaz 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 Source: Wood Mackenzie Energy Service, Frederick Palmer, Peabody Uran Hydro Odnawialne
Globalny rynek energii - Japonia Podniesienie parametrów pary oraz zmiana technologii z kotłów pyłowych (PC) na ogniwa paliwowe uzyskujące energię ze zgazowania węgla (IGFC) powoduje zejście poniżej limitu emisji CO 2 dla gazu przy wychwycie wynoszącym 30% CO 2 i 2% spadku sprawności. Rys. 7 Spadek sprawności różnych typów elektrowni węglowych w wyniku wychwytu CO 2 [4], skróty angielskie : IGFC - integrated gasification fuel cell, IGCC - integrated gasification combined cycle, S.C.-supercritical, USC ultrasupecritical, PC - pulverized coal
Globalny rynek energii Polska Przykładanie tej samej miary energetycznej do rynków posiadających różne zasoby i technologie sprawia, że miara ta będzie preferowała jeden rynek kosztem drugiego. Źródło: Komisja Europejska Zasoby paliw w Europie 2006 Udział paliw w wytwarzaniu energii elektrycznej 2007
50 $/MW Globalny rynek energii Polska Która technologia wygra konkurencję? 148 $/MWh 240 $/MWh
W energetyce węgiel jest eko Elektrownia Turów lata 50-te XX wieku 18.5 raza Dwutlenek siarki, 1990-2020 3.7 raza Tlenki azotu, 1994-2020 Elektrownia Turów obecnie 57 razy Pył, 1990-2020
Globalny rynek energii Polska Naturalnym miejscem jest poligeneracja. Węgiel Ciepło Elektryczność Gaz przemysłowy SNG sieciowe LNG Wychwyt CO 2 Zgazowanie i konwersja węgla Etanol, metanol, DME, nawozy, amoniak, mocznik Diesel Paliwa samolotowe Pył - paliwo do silnika Wodór
Efektywność. Przykład : trigeneracja. Temperatura 0 365 dni Czas Chłód Ciepło Prąd
Efektywność. Przykład : trigeneracja. Chłód Ciepło Prąd
Dziękuję za uwagę Dr inż. Janusz Lichota Politechnika Wrocławska