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.
Rys. 2. Produkcja energii brutto w petadżulach w Japonii, z wykorzystaniem technologii przetwarzania energii ze źródeł odnawialnych według sześciu scenariuszy
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.
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.
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 22 970 petadżuli, z czego 18 500 (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
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. 1-4. 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 2004. 2. 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.