TECHNICKO-EKONOMICKÉ ASPEKTY ENERGETIKY

Transkript

1 OBSAH 5 Obsah 1. Abstract Úvod Termodynamika a ekonomie Energetika v genezi společnosti: energetický determinismus Energetická evoluce Prvotní energetické éry Středověké a raně moderní pokroky Přechod k modernitě Moderní energeticky náročné společnosti Limity energetického determinismu Ropa a zemní plyn Historie Původ uhlovodíků Průzkum Průzkumné techniky Výsledky: hodnocení efektivity průzkumu Těžba Techniky vrtání Účel vrtání Předpoklady rotačního vrtání Transport Transport ropy a zemního plynu Námořní přeprava Ropa a ropné tankery Konstrukce a klasifikace Obchodování s přepravou po moři Zemní plyn: transport LNG tankery Upstream Midstream Downstream Potrubní přeprava Předpoklady výstavby potrubí Konstrukce Zpracování Zpracování zemního plynu Zpracování ropy Trhy s ropou a zemním plynem Světový trh s ropou Zásoby Nejvýznamnější producenti a exportéři na trhu s ropou Saúdská Arábie Ruská federace USA Írán Čína Kanada Spotřebitelé USA...81

2 6 TECHNICKO-EKONOMICKÉ ASPEKTY ENERGETIKY Čína Japonsko Indie Saúdská Arábie Stručná historie ropného trhu a hlavní aktéři Struktura a fungování světového trhu s ropou Pružnost nabídky a poptávky Volatilita cen ropy Fungování komoditního kartelu Tvorba cen Typy kontraktů Komoditní burzy Kurz dolaru Trh se zemním plynem Tvorba cen Cenové indexy Obchodování Kontrakty Dělení kontraktů dle závaznosti Dělení kontraktů dle délky Bilaterální kontrakty Kontrakty Over the Counter (OTC) Huby a burzy Regionální trhy s plynem a obchod s LNG Severoamerický trh Asijský trh Evropský trh Obchod s LNG Jak se obchoduje LNG? Terminované obchodování Promptní obchodování (spot) Současný stav a trendy Nekonvenční zdroje plynu: tichá revoluce Rozložení zásob Transformace trhu Elektroenergetika Kvalita energie Elektřina Výroba elektřiny Přenos elektřiny Náklady na konstrukci dálkového vysokonapěťového vedení Řízení sítě Uhlí Zásoby uhlí Těžba Zpracování Transport Námořní přeprava Pozemní přeprava Využití

3 OBSAH Další možnosti spalování Kombinovaná výroba tepla a elektřiny (kogenerace) Spalování pomocí integrovaného gasifikačního kombinovaného cyklu (IGCC) Trh Nejvýznamnější producenti na trhu s uhlím Austrálie Indonésie Jihoafrická republika Rusko Kolumbie a Venezuela USA Vietnam Polsko Kanada Nejvýznamnější importéři Japonsko Jižní Korea Tchaj-wan Čína Indie Velká Británie Německo Obchodování Cena Nabídka a poptávka Transport Jádro Jaderné elektrárny: historie USA Evropa Základní principy fungování jaderné energie Využité technologie výroby elektřiny Charakteristiky reaktorů Klasifikace reaktorů Základní typy reaktorů (BWR, PWR) Další typy reaktorů Další klasifikace reaktorů Palivový cyklus (uran) Těžba Zpracování uranové rudy Konverze Obohacení přírodního uranu na zhruba 3 5 % Ochuzení vysoce obohaceného uranu (HEU) Zpracování obohaceného uranu a výroba paliva Palivové články pro tlakovodní reaktory (PWR) Palivové články pro varné reaktory (BWR) Palivové články pro reaktory využívající těžkou vodu (PHWR, Candu) Palivové články pro plynem chlazené reaktory (AGR) Palivové články pro reaktory RBMK Palivo vysokoteplotních reaktorů

4 8 TECHNICKO-EKONOMICKÉ ASPEKTY ENERGETIKY Palivo ze smíšených oxidů (MOX) Jaderné kontroverze: jaderný odpad a bezpečnost jaderných elektráren Zpracování jaderného odpadu a vyhořelého paliva Možnosti skladování a ukládání Bezpečnost jaderných elektráren Ekonomie jaderné energetiky Výzvy spojené s projektem jaderné elektrárny Ekonomie jaderné elektrárny Uranový trh Historie Charakteristika Výroba elektřiny z plynu Obnovitelné zdroje energie Hydroenergetika Principy Dělení vodních elektráren Vodní energie ve světě , Větrná energie Principy Technologie Náklady Větrná energie ve světě Biomasa Technologie Využití Biomasa ve světě Solární energie Solární vytápění Solární chlazení Výroba elektřiny Koncentrované sluneční záření Fotovoltaické systémy Principy Technologie a konstrukce Náklady Solární elektřina ve světě Geotermální energie Základní principy Technologie Získávání energie a energetická konverze Geotermální energie ve světě Literatura Přílohy Základy termodynamiky, entropie a maximální účinnost tepelného stroje Jmenný rejstřík

5 SEZNAM BOXŮ, TABULEK A OBRÁZKŮ 9 Seznam boxů Box 1: Počátky ropného průmyslu v USA...27 Box 2: Význam štěpných procesů...66 Box 3: Ilustrace důsledků vysoké volatility cen...93 Box 4: Západní Evropa jako rozhraní komoditního trhu a trhu s indexovanými cenami Box 5: Termodynamické zákony Box 6: Elektřina Box 7: Zákonitosti pohybu elektřiny Box 8: Výpadky elektrického proudu Box 9: Elektrárna Dětmarovice Box 10 Jaderná elektrárna Dukovany (EDU) Box 11: Reaktory III. a III+ generace Box 12: Elektrárna Hrušovany nad Jevišovkou Seznam tabulek Tab. 1: Srovnání ekologické a neoklasické ekonomie...18 Tab. 2: Klasifikace tankerů dle Average Freight Rate Assessment (AFRA)...40 Tab. 3: Klasifikace tankerů dle Flexible Market Scale...40 Tab. 4: Světová tankerová flotila dle vlastníků v roce Tab. 5: Průměrné spotové dopravné dle Worldscale sazebníku...44 Tab. 6: Dopravné surové ropy ve spotovém tankerovém transportu...44 Tab. 7: Průměrné denní dopravné v pronájmu lodí typu voyage charter...45 Tab. 8: Deset států s největší registrovanou flotilou lodí na světě...46 Tab. 9: Kapacitní klasifikace současné LNGC flotily (k lednu 2009)...53 Tab. 10: Klasifikace LNG flotily...54 Tab. 11: Expanze přebytkové kapacity volné pro flexibilní obchodování...55 Tab. 12: Produkční kapacita loděnic schopných vyrábět LNGV...55 Tab. 13: Vztah mezi průtokem a průměrem potrubí...59 Tab. 14: Teploty varu jednotlivých frakcí...63 Tab. 15: Držitelé největších zásob ropy v roce Tab. 16: Největší producenti a exportéři ropy v roce Tab. 17: Logika fungování komoditního kartelu...94 Tab. 18: Problém free-ridingu...95 Tab. 19: Hlavní faktory určující cenu ropy...96 Tab. 20: Obsah metanu v zemním plynu vybraných producentů Tab. 21: Kdo je kdo na trhu s LNG Tab. 22: Organizace evropského trhu s elektřinou Tab. 23: Klasifikace uhlí dle obsahu vody a uhlíku Tab. 24: Fáze těžebního projektu Tab. 25: Struktura australské produkce Tab. 26: Struktura indonéské produkce Tab. 27: Struktura jihoafrické produkce Tab. 28: Struktura ruské produkce Tab. 29: Nejvýznamnější hráči na trhu s uhlím Tab. 30: Srovnání energie dosažitelné z různých paliv

6 10 TECHNICKO-EKONOMICKÉ ASPEKTY ENERGETIKY Tab. 31: Reaktory v provozu a ve výstavbě Tab. 32: Typy reaktorů v provozu Tab. 33: Reaktory IV. generace Tab. 34: Těžba uranové rudy (t/rok) Tab. 35: Závody na konverzi uranu Tab. 36: Podíly používaných obohacovacích metod ve světě Tab. 37: Obohacovací závody ve světě Tab. 38: Závody na výrobu paliva pro lehkovodní reaktory Tab. 39: Závody na výrobu paliva smíšených oxidů (MOX) Tab. 40: Závody na výrobu paliva těžkovodních reaktorů Tab. 41: Investiční rizika jaderné energie Tab. 42: Výroba a podíl na světové výrobě elektřiny z vody Tab. 43: Rozdělení investičních nákladů větrných elektráren Tab. 44: Výroba a podíl na světové výrobě větrné elektřiny Tab. 45: Výtěžnost některých plodin Tab. 46: Výroba a podíl na světové výrobě elektřiny z biomasy Tab. 47: Výroba a podíl na světové výrobě sluneční elektřiny Tab. 48: Výroba a podíl na světové výrobě geotermální elektřiny Seznam obrázků Obr. 1: Energetika v ekonomice dle ekologické ekonomie...15 Obr. 2: Percepce energetického sektoru...17 Obr. 3: Energetika v ekonomice dle neoklasické ekonomie...17 Obr. 4: Křivka HDI v závislosti na spotřebě energie...25 Obr. 5: Nárůst tankerové flotily v letech Obr. 6: Schéma LNG zkapalňovače...50 Obr. 7: Faktory napjatého EPC trhu...51 Obr. 8: Moss LNGV...52 Obr. 9: Prismatický design...52 Obr. 10: Schéma membránového tanku...53 Obr. 11: Membránový tank s čerpacím stožárem...53 Obr. 12: Atmosférická destilace ropy...64 Obr. 13: Základní rafinační procesy...65 Obr. 14: C6 izomery...66 Obr. 15: Štěpení...67 Obr. 16: Podíl ropy na světovém TPES (roky 1973 a 2010)...71 Obr. 17: Poměr zásob k produkci v jednotlivých produkčních regionech...72 Obr. 18: Pavučinový model...92 Obr. 19: Srovnání struktury výroby elektřiny pro roky 1973 a Obr. 20: Dispečerské stanoviště ČEPS Obr. 21: Rozmístění primárních regulačních záloh v jednotlivých regulačních oblastech soustavy UCTE (ENTSO-E) Obr. 22: Kontinuální povrchová těžba v německém dole Garzweiler Obr. 23: Elektrárna Dětmarovice Obr. 24: FOB mezní náklady: hlubinné vs. povrchové doly Obr. 25: Duální uhelný trh

7 SEZNAM BOXŮ, TABULEK A OBRÁZKŮ 11 Obr. 26: Vývoj ceny uhlí Obr. 27: Cenové faktory konkurence uhlí a plynu v rámci současného severoamerického trhu (ceny v USD/MMBtu) Obr. 28: Kumulativní výkon a počet reaktorů v letech 1954 až Obr. 29 : Graf připojení a odstavení reaktorů v jednotlivých letech Obr. 30: Reaktory ve výstavbě, Obr. 31: Uran U-238 a U Obr. 32: Schéma varného reaktoru Obr. 33: Schéma tlakovodního reaktoru Obr. 34: Schéma CANDU reaktoru Obr. 35: Schéma reaktoru AGR Obr. 36: Schéma reaktoru RBMK Obr. 37: Dělení reaktorů dle vývoje konstrukce Obr. 38: Schéma metody separační membrány (difuze) Obr. 39: Obohacovací závod Georges Besse I Obr. 40: Obohacování pomocí centrifugy Obr. 41: Vakuové tubusy s centrifugami v německém závodu Urenco Obr. 42: Schéma metody separační trysky Obr. 43: Schéma palivového článku se čtvercovým průřezem (Mitsubishi Nuclear Fuel) Obr. 44: Palivový článek s šestiúhelníkovým průřezem Obr. 45: Palivové články pro tlakovodní reaktor Obr. 46: Indické palivové články pro PHWR Obr. 47: Palivový článek pro plynem chlazené reaktory (AGR) Obr. 48: Chladicí nádrž pro použité palivo v recyklačním závodě Sellafield, Velká Británie Obr. 49: Uranová ruda: těžba a poptávka Obr. 50: Graf světové uranové těžby a poptávky Obr. 51: Peltonova turbína Obr. 52: Kaplanova turbína Obr. 53: Francisova turbína Obr. 54: Větrná turbína Obr. 55: Výkon dle rychlosti větru Obr. 56: Vývoj investičních nákladů Obr. 57: Solární článek Obr. 58: Propustnost materiálů Obr. 59: Vrstvení článků Obr. 60: Geotermální elektrárna Obr. 61: PV diagram se znázorněním izotermy a adiabaty Obr. 62: Carnotův cyklus Obr. 63: Tepelný stroj