Energetika bez emisí do roku 2030?

Vítr, voda a solární technologie mohou poskytovat 100 % energie a mohou tak vyřadit všechna fosilní paliva

/ Mark Z. Jacobson, Mark A. Delucchi: Cesta k udržitelné energetice do roku 2030, Scientific Ameriran Česko, srpen 2012/.

Studie Stanfordovy univerzity z roku 2009 vyhodnotila zdroje energie podle

•  Vlivu na globální oteplování a znečišťování ovzduší

•   Vlivu na zásobování vodou, využití půdy a život v přírodě

Dobré varianty poháněné větrem, vodou a sluncem (WWS):

• Větrné, solární, geotermální, přílivové a vodní elektrárny

Horší varianty založené na jaderné energii  a palivech:

• Spalování uhlí (se systémy zachycujícími CO2), ropa, zemní plyn, bioethanol

• Jaderné elektrárny.  S  termojadernou elektrárnou recyklující  z obalu tritium se nedá počítat za 30 let, spíše za 50-70 let. A možná je v nedohlednu, protože nejsou materiály schopné vyhovět požadavkům na obal takového reaktoru, kde se počítá s teplotou až 10^8 K. Tento obal je zatím nehřešen, dělají se pouze pokusy s pulzní fúzí, která je na hony vzdálená kontinuálně pracující termojaderné elektrárně.

• Hybridní reaktory, které využívají   v obalu tok neutronů z termojaderné fúze pro zpracování jaderného paliva nebo i  jaderného odpadu  - jsou perspektivní v horizontu 20 a více let.

Náhrada  benzínu a nafty pro motorová vozidla pomocí  elektromobilů s akumulátory  a palivovými články  přinese omezení emisí zvláště ve městech. Dobíjení a elektrolytický zdroj vodíku  bude ze zdrojů WWS. Větrná, vodní a solární energetika představuje obrovské změny ve výrobě, ale je možná. USA během 2.světové války produkovaly 300 000 letadel. Od roku 1956 USA za 35 let vybudovaly 76 000 km dálnic.

Světová potřeba  elektrického výkonu  ( TW) v roce 2011   z tradičních zdrojů           12,5 TW
Světová potřeba  elektrického výkonu  ( TW) v roce 2030   z tradičních zdrojů           16,9 TW
Světová potřeba  elektrického výkonu  ( TW) v roce 2030  z obnovitelných zdrojů    11,5 TW 

Graf-1 -světová spotřeba do 2030, zdroj Scientific American Česko, 2012/8.

Teoretický potenciál obnovitelných zdrojů světa je obrovský.

• 1 700 TW větrné energie

• 6 500 TW sluneční energie
  
  Graf 2- Světový potenciál obnovitelných zdrojů, zdroj Scientific American Česko, 2012/8

Nelze však počítat s širým oceánem, hornatými, odlehlými  oblastmi a chráněnými krajinnými oblastmi.  Naopak střechy měst jsou vhodné pro fotovoltaické panely. Celkový  využitelný  elektrický výkon ( TW)  v okamžitě dostupných oblastech

• Voda               2 TW

• Vítr          45-80 TW

• Slunce         580 TW

Graf 3- reálné využití obnovitelných zdrojů, zdroj Scientific American Česko, 2012/8

Graf 4- energetický mix 2000-2050-2100. Primární energie v EJ ( 1 Exajoule =1EJ = 10^ 18 J = 278 000 GWh ). Změny podílu zdrojů energie svět do 2010. Podle tohoto grafu podíl uhlí (?) má klesat od 2030, zemní plyn asi od 2030-2040, biomasa od 2030-2040, energie větru od 2040. Od roku 2040 má být zřetelný nárůst podílu sluneční energie.Jaderná energie má vymizet do 2100 a geotermílní má dosáhnout hodnoty několika %.

Jiné zdroje tvrdí něco jiného. Ropa ( od 2005), zemní plyn ( od 2025) a dokonce i uhlí ( od  2025) jsou na hranici zlomu a poklesu těžby. Pokles těžby uhlí má být pomalý a ještě roku 2045 má být kolem  3 000 Mtoe. Zajímavé je, že hodnoty maxim jsou si navzájem blízká 3000 Mtoe/rok až  4000 Mtoe/ rok ( 1 tuna ropného ekvivalentu =1Mtoe = asi 42 GJ energie). Kolem roku 2050 má být pokles všech fosilních  druhů zdrojů energie, stagnace jaderné energetiky a vzestup vodní a obnovotelné energie. Součty jednotlivých zdrojů všech energiií kolem roku 2095 dosahují přibližně 1/2 dnešních zdrojů ropy, zemního plynu nebo uhlí. Svět prostě není připraven na energetický kolaps a nechce o něm ani slyšet.  Odhady se diametrálně liší, neliší se jen vyčkávací taktika. Kodaňskou úmluvu potvrdily roku 2012 vpodstatě jen země EU, které přestavují 15 % světových emisí.

Graf 5 - využití světových energetických zdrojů  1965 -2095.

Graf 6 zdroje ropy 1965-2050

Graf 7- zdroje světového zemního plynu 1965-2050

Graf 8- světové zdroje uhlí 1965- 2050

Graf 9 - výkon obnovitelných zdrojů- svět 2030, zdroj Scientific American Česko, 2012/8

Průměrný prostoj v důsledku roční údržby ( dny v roce a %)

• Tepelné elektrárny  spalující  uhlí  46 dní ( 12,5%)

• Větrné turbíny                                7 dní  (  2%)

• Fotovoltaické elektrárny                 7 dní   (2%)

Zcela jiná je otázka, kolik dní v roce a v jakém období lze alternativní energii využít.  Sluneční energii lze využívat především ve dne, akumulační sluneční systémy s pohlcováním tepla do taveniny solí jsou drahé, mohou však být využity i k dodávkám podle potřeb  energetické špičky v dané oblasti.

Do roku 2030 podle uvedeného odhadu Stanfordské univerzity by bylo možno dosáhnout:

Vodní a geotermální  energetika- celkem 1,1 TW ( 9% celkové dodávky)

• 490 000 přílivových turbin po 1 MW, méně než 1% je již v provozu

•     5 350 geotermálních  elektráren po 100 MW, 2% je již v provozu

•        900 vodních elektráren po 1300 MW, 70% je již v provozu.

•   3 800 000 velkých větrných turbin  po 5 MW, 1% je již nyní v provozu

•     720 000 vlnových konvertorů po 0,75 MW, méně než 1% je už v provozu. Vlnový konvertor  využívá energii  vln hlavně moře, které žene vítr.

• 4 000 000 větrných  turbin. Je to hodně, ale ve světě se vyrobí ročně 73 000 000 aut a lehkých nákladních aut.

• 1 700 000 000 střešních fotovoltaických systémů po 0,003 MW  (čili 3 kW), méně než 1% je už v provozu.

•        49 000 koncentrovaných slunečních  elektráren po 300 MW, méně než 1%.

•       40 000  fotovoltaických  elektráren  300 MW, méně než 1% je již v provozu.
  

•   lithium pro akumulátory

• neodym pro převodovky větrných elektráren 

• pro sluneční panely ( stříbro pro všechny druhy fotovoltaických článků, indium a telur pro tenkovrstvé solární články)

• platina pro palivové články

Graf 10 - ČR obnovitelné zdroje  energie 2010 -2030

Graf 12- instalované kapacity větrných elektráren ČR 1996-2011

http://www.tzb-info.cz/1037-krize-vetrne-energetiky-u-nas-dusledky-a-priciny

Z prodeje elektrické energie za rok 1997 byl stanoven "součinitel využití - K_f". Jde o poměr mezi skutečně vyrobeným množstvím a teoreticky možným množstvím elektřiny. Tedy elektrárna by měla součinitel K_f=100% tehdy, pokud by pracovala s jmenovitým výkonem 24 hodin po 365 dnů v roce. Přitom je třeba upozornit, že jmenovitý výkon větrné elektrárny se udává při rychlosti větru okolo 15 m/s. Takový vítr ale vane jen několik hodin v roce. Součinitel využití se u dobrých vnitrozemských lokalit na návětrné (německé) straně Krušných hor vyšplhá na 25%. Naše výsledky jsou podstatně horší , snad kolem 10%.

Slunce je nevyčerpatelným zdrojem energie a její využití je nenáročné a především šetrné k přírodě. Efektivita závisí samozřejmě na místě, ve kterém bydlíte. Ačkoliv podle průzkumů lze využívat sluneční energii po celém území naší republiky, více energie získáte, pokud bydlíte v horských oblastech a na místě s velkou intenzitou i délkou slunečního svitu. Vše závisí také na proměnlivosti počasí. Energii ze slunce můžeme využívat dvěma způsoby.

• První z nich je pasivní a známe jej všichni, koneckonců používáme jej již celá desetiletí ať už v podobě skleníků, zimních zahrad, nebo nově také v podobě prosklených fasád či tepelně akumulačních stěn.
•  Pro bydlení a potřebný ohřev vody, vytápění nebo zisk elektrické energie je však potřeba energii získávat aktivně za pomoci dalších zařízení a to slunečních kolektorů nebo fotovoltaických modulů.

Průměrné roční sluneční záření na území ČR

"Podle dosavadních měření se délka slunečního svitu, kdy jsou bezmračné dny v ČR, pohybuje v hodnotách od 1400 do 1700 hodin za rok. Globální záření, které dopadá kolmo na 1m² se pohybuje 1350 Wm-2. Z toho část se odrazí zpět do atmosféry a na zem pronikne kolem 800 - 1000 Wm-2."  Zdroj Revolt s.r.o.

Můj názor : Na povrch u nás tedy pronikne nejvýše 1000 W/m2. Reálná účinnost  fotovoltaických  panelů je asi 12%.

Elektřinu nelze skladovat, elektrickou energii lze se ztrátami a dalšími náklady akumulovat např. do přečerpávacích nádrží, do stlačeného vzduchu nebo roztočených setrvačníků.

Současné alternativní zdroje  naší republiky tedy globálně neřeší základní problémy:

• Z čeho získat elektřinu, když je jí nedostatek.

• Co udělat s elektřinou, která je vyrobena vyrobit, ale aktuálně ji nikdo nepotřebuje

• Mezinárodní obchod s elektřinou je postavený na hlavu dosud platícím nařízením EU, že nadbytečná elektřina se přepravuje zdarma přes cizí území. Konkrétně  převod nadbytečné elektřiny z větrníků ze severního  Německa směrem na jih přes naše území hrozí kolapsem rozvodných sítí. Investice do modernizace rozvodných sítí jdou do miliard a nezvládá je ani samotné Německo ve směru sever-jih.

 http://www.mzp.cz/C1257458002F0DC7/cz/potencial_oze/$FILE/oued-potencial_tab1-20100317.jpg

Graf 13-  Evropa 1995-20111 Nově instalované výkony elektráren.

Můj závěr: Výroba elektřiny v parních elektrárnách ( na uhlí , ropu nebo jadrené) pracují s účinností  řádově 40 %  energie uniká chladcími věžemi bez užitku. Temelín jeden 1000 MW blok má tepelný výkon 3 000 MW a do sítě dodává 915 MW. Modernizované bloky  o 20 MW více, čili tepelná účinnost výroby elektřiny je kolem 31%. Postavit moderní vysokotlaké teplovody do blízkých měst jsou několikamiliardové náklady s nejistou návratností.  Při pohledu na graf 5 se chmurným energetickým výhledem do roku 2095 se vnucuje otázka, zda si můžeme dovolit topit Pánu Bohu do oken. Žijeme s hlavou v oblacích a máme tam i svá cloud úložiště dat. Fenomén roku 2012 je šťastně za námi, je na čae se zabývat něčím rozumnějším. Mnoho proroků se mýlilo, mýlit se může i věda a hlavně nic definitivně nevyřeší.  Každý vyřešený problém nastolí tři další, o kterých jsme před tím nevěděli.

Tento článek o energetice nic nevyřešil a nastolil tři otázky- zda má smysl ho psát, číst a něco si z toho pamatovat. 
Použitá literatura : [1] Mark Z. Jacobson, Mark A. Delucchi: Cesta k udržitelné energetice do roku 2030, Scientific Ameriran Česko, srpen 2012.