Artykuł opublikowany pod adresem: http://gigawat.net.pl/article/articleprint/804/-1/67/
|
Gdy skończą się kopaliny – nie będziemy mieć wyboru...
|
Informacje
Numery
Numer 08/2006
W XX wieku zaludnienie naszej planety wzrosło trzykrotnie, natomiast zużycie paliw kopalnianych wzrosło aż ponad dwudziestokrotnie. Tabela 1 zawiera podstawowe dane obrazujące światowe zużycie energii pierwotnej. Warto zauważyć, że zaledwie 12,2% (54,6 EJ) tej energii pochodzi ze źródeł odnawialnych.
Światowa gospodarka oparta jest obecnie w dominującym stopniu (87,8%) na paliwach kopalnianych. W celu określenia „wystarczalności” surowców i możliwości zrównoważonego rozwoju energetyki, bazując na rezerwach i wydobyciu, powszechnie stosowany jest wskaźnik R/P (stosunek rezerw do wydobycia surowca, ang. reserves-to-production (R/P) ratio). Tabela 2 przedstawia wskaźniki R/P dla trzech podstawowych paliw kopalnianych: ropy naftowej, gazu ziemnego i węgla. Wskaźniki te przedstawiają na jak długo wystarczą zasoby, które się opłaca wydobywać (tzn. rezerwy) na obecnym poziomie zużycia.
Szersza dyskusja na temat rezerw, wzrostu rezerw, zasobów i zasobów prognostycznych wykracza poza ramy tego artykułu. W ujęciu ogólnym możemy stwierdzić, że w miarę jak wyczerpywane są udokumentowane rezerwy paliw kopalnianych, w ramach poszukiwań i za pomocą nowych technologii poszukiwawczych są nowe rezerwy i/lub eksploatacja poprzednio znalezionych, wcześniej nierentownych w wydobyciu zasobów staje się opłacalna. Nie postulujemy, że paliwa kopalne zostaną zupełnie wyczerpane, jednak jest ich coraz mniej w związku z wysokim i wciąż wzrastającym tempem wydobycia.
Oprócz tradycyjnego zastosowania biomasy, największym źródłem energii odnawialnej jest energia wody. Energia ta znana jest od tysięcy lat. Jednak obecnie, bezpośrednie korzystanie z tej energii jest coraz rzadziej spotykane. Energia potencjalna i kinetyczna płynącej wody wykorzystywana jest głównie do produkcji energii elektrycznej.
Rozróżniamy dwa podstawowe rodzaje elektrowni wodnych: duże i małe. Nie ma jednak jednomyślności w gronie specjalistów, co do określenia maksymalnej mocy „małej” elektrowni wodnej. Z reguły jest to moc mieszcząca się w przedziale od 2,5 do 30 MW. Współcześnie coraz częściej za „małe” uważa się elektrownie o mocy poniżej 10 MW. Możliwości wykorzystania wody są ściśle uzależnione od topografii akwenu, gdyż potencjał energetyczny jest proporcjonalny do ilości przepływającej wody i różnicy poziomu terenu.
Produkcja energii pozyskanej z wody wynosiła w roku 2002 na świecie około 2676 TWh, a zainstalowana moc do jej produkcji 750 GW. Duże elektrownie wodne wytwarzają około 20% energii elektrycznej ogółem na świecie. W krajach bogatych w energię wodną takich jak np. Norwegia, pokrywane jest blisko 100% zapotrzebowania na energię elektryczną. Według prognoz, dynamika wykorzystywana energii wodnej na świecie będzie wzrastać o około 1,8% w ciągu roku. Wzrost ten nie będzie jednak równomierny we wszystkich krajach. Wystąpi on jedynie w tych rejonach świata, gdzie istnieją ku temu sprzyjające warunki.
Konwencjonalne zasoby energii wodnej, możliwej do wykorzystania w elektrowniach wodnych na świecie szacowane są na około 40000 TWh/rok (144 EJ/rok). Zasoby te przekraczają o 150% całkowite, światowe zapotrzebowanie na energię elektryczną. Z zasobów tych około 8000 TWh stanową rezerwy reprezentujące potencjał ekonomiczny, który może być obecnie wykorzystany w sposób rentowny.
Energia oceanów
Energia kinetyczna i termalna zawarta w oceanach i morzach szacowana jest na około 7 400 EJ i ponad piętnastokrotnie przekracza całkowite zapotrzebowanie ludzkości na energię na świecie. Większość, bo aż 97% jej zasobów stanowi energia związana z różnicą temperatur, a po około 1% przypada na energię potencjalną oraz kinetyczną przypływów i odpływów wód, fal i wynikającą z różnicy zasolenia. Ilość energii zawartej w oceanach i morzach jest praktycznie nieograniczona jednak większość tej energii jest rozproszona lub niedogodna do eksploatacji. Istnieją nieliczne przykłady osiągania pożytków z energii mórz i oceanów, przeważnie blisko wybrzeży, na obszarach gdzie występują duże i częste odpływy i przypływy.
W niektórych krajach, kontynuowane są badania nad wykorzystaniem energii fal. Jeśli uda się pokonać różnorakie bariery techniczne to energia ta mogłaby docelowo być dostępna nawet na poziomie 300 TWh/rok na świecie. Trwają też prace naukowo-badawcze nad wykorzystaniem energii przepływu wody przy małych różnicach lustra wody. Jednak również ta technologia jest nadal w fazie eksperymentów i zaczyna być opłacalna wtedy, gdy średnia prędkość wody przekracza 1,5 m/s. Większość wód płynie zbyt wolno w dostępnych do eksploatacji akwenach by umożliwić takie zastosowanie. Potencjalny koszt budowy elektrowni wykorzystujących energię z oceanów może wynieść od 1500 do 3000 USD/kWe, a sama energia może kosztować 60–200 USD/MWh. Wykorzystywanie różnicy temperatury wody jest również przedmiotem zainteresowań naukowców, jednak nie istnieją jeszcze technologie wytwarzania znaczących ilości energii.
Hydroelektrownie
Na świecie wykorzystane jest jedynie około 1/3 potencjału ekonomicznego energii z elektrowni wodnych (por. tabela 3). Wynika to przede wszystkim z dużego kosztu budowy tych elektrowni. W krajach należących do OECD wskaźnik wykorzystania korzystnej lokalizacji akwenów na opłacalne elektrownie wodne jest znacznie wyższy – wynosi około 80% potencjału ekonomicznego.
Energia wody jest obecnie drugim największym (17,6% udziału ogółem) źródłem energii odnawialnej i największym odnawialnym źródłem energii elektrycznej: ponad 90% udziału ogółem (por. tab. 1). Podstawowymi nakładami związanymi z budową elektrowni wodnej są koszty projektu i analizy wpływu elektrowni na środowisko naturalne oraz koszty prac budowlanych (zazwyczaj 50 – 60% kosztów ogółem), zakupu osprzętowania i turbin. Z kolei przeprowadzono analizę opartą na danych charakteryzujących osiem typowych elektrowni wodnych w sześciu krajach, w tym jednej elektrowni przepływowej, oznaczonej symbolem AUT-H1. Koszt budowy elektrowni wodnych (por. rys 1) małej i średniej wielkości o mocy od 714 kW do 123,5 MW wynosi od 1541 do 6985 USD/kWe (średnio 3623 USD/kWe).
Budowa elektrowni wodnej trwa zazwyczaj od roku do pięciu lat w zależności od jej wielkości i mocy. Przeważnie jest to duża inwestycja, przewidziana do wieloletniej eksploatacji - od 30 do 60 lat. Rysunki 2 i 3 prezentują koszty uzyskania energii elektrycznej w 8 elektrowniach objętych analizą.
Tabela 4 zawiera dane o kosztach energii elektrycznej pochodzącej z objętych analizą hydroelektrowni. Spłata kredytu zaciągniętego na inwestycje stanowi największą część nakładów na hydroelektrownie. Przy 5% koszcie kapitału (por rys. 2) spłata nakładów na inwestycje wynosi od 31 do 113,30 USD/MWh (średnio 51,89 USD/MWh, co stanowi 80,1% kosztu energii). Przy 10% koszcie kapitału (por. rys. 3) spłata nakładów na inwestycje pochłania od 56,60 do 210,30 USD/MWh (średnio 94,99 USD/MWh – stanowi to 88,1% kosztu energii). Warto zwrócić uwagę na stosunkowo niski koszt eksploatacji, który wynosi od 1,60 do 31,60 USD/MWh niezależnie od kosztu kapitału.
Uwagi: Łączny minimalny i maksymalny koszt energii obliczony został dla całych elektrowni (nie jest to więc suma minimalnych i maksymalnych kosztów inwestycji i eksploatacji dla odrębnych elektrowni).
wydajność (ang. capacity factor) = (średnia moc produkowana) / (moc nominalna)
μ = średnia, σ = odchylenie standardowe
Podsumowując, otrzymywanie energii elektrycznej z przepływu wody wymaga dużych nakładów inwestycyjnych. Największy wpływ na cenę energii ma koszt zainwestowanego kapitału. Koszt energii produkowanej w elektrowniach wodnych objętych badaniami mieści się w przedziałach:
-
od 39,70 do 142,90, średnio 64,76 USD/MWh przy koszcie kapitału 5%,
-
od 63,60 do 241,90, średnio 107,86 USD/MWh przy koszcie kapitału 10%.
Dla hydroelektrowni ważny jest również wskaźnik wydajności (ang. capacity factor), który określa proporcje średniej mocy uzyskiwanej w czasie eksploatacji do mocy nominalnej. Dla badanych hydroelektrowni wyniósł on od 25% do 59,5% – średnio 48,3%.
Bariery
Budowa dużych elektrowni wodnych wiąże się z wznoszeniem tam, które zazwyczaj wywierają negatywny wpływ na środowisko naturalne – proporcjonalnie do wielkości tamy i mocy elektrowni. Do negatywnych następstw można najczęściej zaliczyć:
-
Zalanie terenów ponad tamą. Koszt odszkodowań związanych z zalaniem terenów oraz koniecznością przesiedlenia mieszkańców jest często tak wysoki, że projekt staje się nierentowny.
-
Zmiana natężenia przepływu wody poniżej tamy.
-
Utrudnienie wędrówki ryb bądź zabijanie ryb przez turbiny.
Dokończenie znajdziesz w wydaniu papierowym. Zamów prenumeratę miesięcznika ENERGIA GIGAWAT w cenie 108 zł za cały rok, 54 zł - za pół roku lub 27 zł - za kwartał. Możesz skorzystać z formularza, który znajdziesz tutaj
Zamów prenumeratę
Artykuł opublikowany pod adresem: http://gigawat.net.pl/article/articleprint/804/-1/67/
|
Copyright (C) Gigawat Energia 2002
|
