Primární energetické zdroje. Zdroje energie a jejich využívání

Transkript

1 Primární energetické zdroje Prof. Ing. Pavel Noskievič, CSc. Zdroje energie a jejich využívání

2 Zdroje energie a jejich využívání Spolehlivá a dostupná energie je základním kamenem moderní společnosti Rozvoj civilizace rostoucí spotřeba energie 1 mil. př. n.l. 8 MJ denně 100 tis. př. n.l. 20 MJ denně 500 let př. n.l. 50 MJ denně (rozvoj zemědělství) 15 stol. 100 MJ denně 19 stol. 300 MJ denně (počátek průmyslového rozvoje) dnes 1000 MJ denně (prům( prům.. obyvatel vyspělých zemí) fosilní paliva představují v posledních stoletích naprosto dominantní zdroj energie rozvoj civilizace + nárůst populace = strmý nárůst spotřeby energie

3 Růst světové spotřeby fosilních paliv

4 Vývoj světové populace Počet obyvatel rok

5 Elektrická energie Tepelná energie Spotřeba energie Primární energetické zdroje Energie paliv pro dopravní zařízení Další formy jaderná en. - obnovitelné zdr.. energie Přelom 20. a 21. stol. - podíl zdrojů na světové spotřebě energie zemní plyn 20% voda 8% jádro 7% ropa 45% uhlí 20%

6 Životnost zásob Zásadní otázka bez uspokojivé odpovědi Kapacita zásob/roční spotřeba??? Zásoby připravené k těžbě, ekonomicky vytěžitelné, vytěžitelné a zásoby geologické Připravené k těžbě: uhlí 300 l., ropa 60 l., zemní plyn 80 l. Malthusovy teorie vyčerpání zdrojů (1798); kniha manželů Meadowsonových Limity růstu (1970) ekonomicky mimořádně úspěšná kniha Vyčerpání zdrojů do 100 let, kolaps planety (omezení růstu) celý model je koncepčně naivní, konstrukčně zoufale amatérský a nevíc používá okrajových a k tomu ještě zcela zdeformovaných dat - nositel Nobelovy ceny za ekonomii James Mirrlees Přírodní zdroje neexistují nezávisle na člověku, lidské poznání samo zdroje vytváří a je samo o sobě nevyčerpatelným zdrojem

7 Čerpání zásob na konci 20. stol. Studie IPCC, Climate Change 2001: Mitigation,, Cambridge University Press prověřené zásoby fosilních paliv 1,1% 17,4% Spotřeba v letech Připraveno k těžbě a schopné těžby 81,5% Konvenční a nekonvenční zásoby s vyššími težebními náklady a potřebou nových technologií

8 Histor.. vývoj ceny ropy bez vlivu inflace Začátek války mezi Irákem a Iránem; ceny ropy vrcholí Saudská Arábie se vzdává vedoucí role ; zhroucení cen ropy Konec války v Perském zálivu Cenový vzestup při irácké válce, náhlý vzrůst poptávky, omezená schopnost dodávek OPEC, nízké zásoby, atd... Náhlý vzrůst cen vlivem omezení produkce OPEC, vzrůst poptávky Saudská lehká ropa Revoluce v Iránu; šáh sesazen 1976 Arabské ropné embargo Irák napadá Kuvajt Ekonomická krize v Asii, přebytek produkce, náhlý pokles cen Náhlý pokles cen vlivem událostí z 11.září, ekonomické oslabení

9 Dostupnost zdrojů Problémem není velikost zásob, ale jejich rozmístění bezpečnost a spolehlivost dodávek Uhlí býv. SSSR 22% Afrika 6% Asie 22% Evropa 15% Austrálie 8% Latinská Am. 2% Severní Am. 25%

10 Ropa a zemní plyn Dostupnost zdrojů Evropa 2% Asie 5% Afrika 6% Severní Am. 4% Latinská Am. 12% býv. SSSR 6% Stř. Východ 65%

11 Dostupnost zdrojů zvyšování účinnosti Nebezpečí využívání dominantního postavení k vytváření politického tlaku - v poslední době sílí snahy o posílení energetické soběstačnosti zejména vyspělých zemí Využívání všech dostupných zdrojů energie Voda, vítr, slunce, biomasa a další obnovitelné zdroje energie Zvyšování účinnosti transformace energie hledat řešení umožňující vyrábět ze stejného množství paliva větší množství užitečné energie Zvýšení účinnosti = snížení palivových nákladů, spotřeby paliva, produkce škodlivin a prodloužení zásob paliva Očekává se sedminásobné zvýšení spotřeby primárních zdrojů při trvalém používání technologií z konce 20. století Při uplatnění nových a dnes již dostupných technologií nárůst pouze poloviční

12 Prognóza vývoje spotřeby primárních zdrojů

13 Zvyšování účinnosti Racionálního hospodaření s energií = snižování energ.. náročnosti Nejlevnější energie je ta, která se nemusí vyrobit Vytápění bytových domů Standardní technologie cca 600 MJ/m2 ročně Energeticky úsporné domy cca 220 MJ/m2 ročně Nízkoenergetické domy cca 100 MJ/m2 ročně

14 Obnovitelné zdroje energie Posílení energetického mixu primárních zdrojů obnovitelnými zdroji je nepochybně racionální rozhodnutí Vítr, voda, slunce, biomasa, mořský příliv, apod. Výrobní náklady jsou obvykle vyšší ve srovnání s klasickými zdroji Provoz zdrojů a dodávka energie (el.) dána přírodními podmínkami Přeceňování kapacitních možností Moderní a efektivní technologie jsou převážně ve stádiu výzkumu a vývoje Počáteční fáze rozvoje využívání obnovitelných zdrojů se neobejde bez státní podpory a dotace vždy deformují přirozené tržní prostředí Hlavním argument 0 produkce oxidu uhličitého??? Příspěvek obnovitelných zdrojů v jednotkách procent EU Bílá kniha zdvojnásobení podíl ob. en. do r na dvojnásobek (12 %)

15 Obnovitelné zdroje energie 10 % nárůst spotřeby energie v Nedostatek vlastních zdrojů Po rozšíření EU v r. 04 dovozová závislost ve výši přes 80 % V ČR OZE na 8 % do r W k r = P i Hodnocení produkce a spotřeby jednotka kilowattrok (MWr, GWr) 1 kwr = 8760 kwh.8760 Blok vyrobil 100 MWr elektřiny = průměrný roční výkon 100 MW r Koeficient ročního využití instalovaného výkonu k r [-] k = r Wr P.8760 i W r roční výroba energie, P i instalovaný výkon Pro ekonomické é hodnocení zařízení

16 Obnovitelné zdroje energie Wr k r = P.8760 i Elektřinu a teplo nelze akumulovat ve větším rozsahu (ukládání paliva) OZE jako jsou voda, vítr, slunce - disponibilita dána přírodními zákony a podmínkami, ve vztahu ke spotřebě až protichůdná Regulace sítě v takovém případě musí reagovat jak na okamžitou spotřebu, tak i na okamžitou (proměnlivou, náhodnou) produkci z OZE, což není ani jednoduché, ani levné Biomasa lze skladovat! OZE - dlouhodobě garantována státní podpora (elektřina) Účinnost 20 % malé zdroje, 30 % velké zdroje, kogenerace 80 % Neuváženě stanovený cíl (tj. 8 % elektřiny z OZE)/racionální využívání biomasy s co možná nejvyšší účinností

17 Obnovitelné zdroje energie v ČR V r odhadovaná spotřeba el. en. 8,6 GWr vč. ztrát Stanovený cíl pro OZE 0,69 GWr Vodní elektrárny na limitu Velké 140 MWr,, malé vodní cca 120 MWr; souč.. produkce 74 MWr Wr k r = P.8760 i Větrné potenciál cca MWr,, při kr = 0,15 je nutný instalovaný výkon MWr => 1 tis. větr.. motorů po 1 MW Vícenáklady na výrobu elektřiny a podpůrné služby Podle studie budou při P i 500 MW náklady na podpůrné služby 3 mld. Kč + další dotace na výrobu, tedy celkem cca 8 mld. Kč Biomasa je pro pouhou výrobu elektřiny málo efektivní Spoluspalováním s uhlím ČEZ v r MWr,, do r bude úspěchem 1 % Extrémně optimistické odhady = 6 % spotřeby el. en z OZE v 2010

18 Opomíjeno, nepopulární V ČR 300 kg/obyvatele ročně kom. odp kg čistír.. kalů v sušině Existence technologií pro energetické využívání komunálních odpadů včetně minimalizace emisí škodlivin V ČR 3 mil.t kom. odpadu s výhřevností MJ/kg - 2/3 využit. Potenciál 46 MWr elektřiny a 400 MWr tepla W k r = P i r.8760 OZE v ČR - odpady U spaloven limitovány i další škodliviny Škodlivé látky nezatěžují životní prostředí svou koncentrací ve spalinách, ale absolutním hmotovým množstvím Emisní limity zdrojů do 50 MW za stejných podmínek

19 Efektivita využívání zdrojů energie Vždy existují procesní ztráty výkon výstup Účinnost η = tj.( ) príkon vstup Nutné stanovit hranice systému (horkovodní kotel, elektráren. blok) Příklad: Výtěžnost hlubinných ložisek % Doprava paliva do elektrárny 10 % Účinnost elektrárny 35 % Ztráty v rozvodech 10 % Na konci si uvaříme 1 l vody a zalijeme 0,2 l vody jedno kafe Celková účinnost dosáhne cca 2,3 % Podrobná analýza, určení článku s nejnižší účinností Výtěžnost ložisek, transformace energie, ztráty motorem je rostoucí cena energie

20 Energetická efektivita státu PEZ E N = HDP Nestačí technické hodnocení Základní energetické jednotka koruna Energetická náročnost ekonomiky poměr spotřeby primární zdrojů (PEZ) a hrubého domácího produktu (HDP) [J/Kč] E N = PEZ HDP Články: Fakta proti mýtům o obnovitelných zdrojích I a II Pavel Noskievič, Jaroslav Kaminský

21 Schéma tepelné elektrárny

22 Výroba elektrické energie v ČR v r v GWh

23 Výroba elektrické energie v ČR v roce 2003 v TWh

24 Významní výrobci elektřiny v ČR Hrubá výroba elektřiny v ČR dosáhla v roce 2003 výše 83,23 TWh, což o o 6,88 TWh více než v roce Hlavní podíl na zvýšené tuzemské výrobě má společnost ČEZ, a.s., která uvedla do provozu oba bloky Jaderné elektrárny Temelín. ČEZ navýšil výrobu o 6,82 na 60,93 TWh, z toho 25,87 TWh bylo vyrobeno v jaderných elektrárnách a 34,04 TWh vyprodukovaly tepelné elektrárny. Podíl společnosti ČEZ na tuzemské výrobě elektřiny tak vzrostl ze 70,9 na 73,2 %. Sokolovská uhelná loni zvýšila hrubou výrobu elektřiny o 3,7 % na 3,43 TWh, přičemž její čistá výroba činila 2,75 TWh. Kladenská teplárna ECK Generating navýšila hrubou výrobu o 0,3 % na 1,667 TWh, čemuž odpovídala čistá výroba 1,52 TWh. Podle statistik Energetického regulačního úřadu patřily v roce 2002 mezi významné producenty také společnosti Dalkia Morava s 1962 GWh, Elektrárny Opatovice s 1957 GWh, Ispat Nová huť s 1312 GWh, Chemopetrol s 1203 GWh, Energotrans s 1165 GWh a United Energy s 1002 GWh.

25

26

27 Cena elektřiny v ČR pro rok 2004 Výsledná průměrná cena pro chráněné zákazníky (domácnosti a podnikatelský maloodběr) byla pro rok 2004 stanovena ve výši 2258,30 Kč/MWh bez DPH. Ve srovnání s rokem 2003 stoupla průměrná cena pro tuto kategorii spotřebitelů o 60,74 Kč/MWh, tedy o 2,8 %. Výsledná průměrná cena pro chráněné zákazníky odebírající z hladiny VN byla pro rok 2004 stanovena ve výši 1605,5 Kč/MWh bez DPH. Průměrné zvýšení ceny pro chráněné zákazníky na hladině VN ve srovnání s rokem 2003 činí 3,1 %.

28 Cena elektřiny pro domácnosti v Evropě

29

30 Celkový světový instalovaný výkon větrné energetiky tím dosáhl MW.

31 Větrná mapa ČR

32

33

34

35

36

37 Světový den vody Průměrný limit obnovitelné vody je v Evropě 1700 kubíků na osobu na rok, v Česku nám jí příroda, tedy řeky, dodá méně, jen 1500 metrů krychlových Odhaduje se, že do roku 2025 budou až dvě třetiny světové populace, tedy na 5,5 miliardy lidí, žít v zemích, které budou čelit jejímu vážnému nedostatku.

38