Plynné emise ze spalování paliv • Celosvětově, emise CO2 ze spalování fosilních paliv činí cca 20,000 milionů tun ročně - z toho 45% pochází z uhlí a 40% z nafty. • Každoročně 1,000 MWe uhelná elektrárny vyprodukuje okolo 7 milionů tun CO2, cca 200 000 tun SO2 a okolo 200 000 tun pevného odpadu, většinou popílku. Tento popílek obsahuje několik set tun toxických těžkých kovůvčetně As, Cd, Pb, V, a Hg. Pokud elektrárna spaluje hnědé yhlí, je množství vyprodukovaného CO2 okolo 9 milionů tun.
Emise skleníkových plynů z výroby elektřiny
Vývoj emisí CO2 v ČR Y ear 1990 C O 2 a g g r. 1 8 7 .5 [M t] C O 2 a g g r. 1 0 0 .0 [% 1 9 9 0 ]
1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1 7 0 .2 1 5 5 .2 1 4 9 .1 1 4 3 .4 1 4 2 .7 1 4 9 .6 1 5 1 .4 9 0 .8
8 2 .8
7 9 .5
7 6 .5
7 6 .1
7 9 .6
8 0 .7
Pokud by byl celý výkon jaderných elektráren Temelín a Dukovany nahrazen týmž výkonem uhelných elektráren, vzrostly by emise CO2 v ČR o 17%.
Možnosti snížení produkce skleníkových plynů • • • •
Větší účinnost využívání energie Obchodovatelná emisní povolení Obnovitelné zdroje energie Nové technologie využití fosilních paliv (dosud zaměřovány na snížení množství polutantů jiných než CO2) • Významný přesun z uhlí na plyn (spalování plynu produkuje pouze polovinu množství CO2 na jednotku energie, než spalování uhlí) • Separace a zachycování CO2 při spalování fosilních paliv a jeho injektování do hlubokomořských sedimentů nebo do podzemních prostor (zásobníků). • Jaderná energie
Redukce skleníkových plynů – plány a skutečnost - Plány: V roce 1988 byl přijat tzv. Torontský cíl „zredukovat emise CO2 přibližně o 20% do roku 2005". - Realita: Od roku 1988 globální emise CO2 ve skutečnosti vzrostly o 16% a to ještě nemáme rok 2005; - Plány: V roce 1992 byl na kongresu v Riu přijaly průmyslově vyspělé země cíl vrátit do roku 2000 emise CO2 na úroveň roku. - Realita: Od roku 1990 emise CO2 v zemích OECD ve skutečnosti vzrostly o cca 8% - Plány: v roce 1997 byl na zvláštním zasedání UNGA přijat plán 15%-ní redukce skleníkových plynů do roku 2010 ve srovnání s rokem 1990. - Realita: studie International Energy Agency (OECD) předpovídá, že emise CO2 in 2010 budou o 36 až 50% vyšší než úroveň roku 1990.
Strategie udržitelnosti v energetickém sektoru ČR • Základem je transformace struktury zdrojů. • Prvním směrem je přechod na energetické zdroje spalující „čistší" fosilní paliva, zejména zemní plyn. • Druhým směrem je redukce ztrát tepla a elektrické energie při přenosu a distribuci. • Třetím směrem je podpora rozvoje energetiky obnovitelných zdrojů. • Velmi důležitým prvkem je zvyšování účinnosti výroby energie cestou zavádění moderních technologií spalování fosilních paliv (zvýšení účinnosti o 5–20 %) a cestou kombinované výroby elektrické energie a tepla (až 40% zvýšení účinnosti). • Energetické ztráty představovaly v roce 1999 33 % energie vyrobené v ČR (Statistická ročenka ŽP ČR, 2000).
Výroba elektřiny Z primárních zdrojů energie v bývalém Československu vyrobených v r. 1985, bylo 32 % ztraceno během výroby a distribuce a pouze 68 % vyrobené energie došlo ke konečnému uživateli. K dalším ztrátám docházelo díky nízké účinnosti zařízení v domácnostech, takže celková účinnost nepřesáhla 35%. Výroba elektřiny na hlavu - 1.8 MWh (ročně).
Podíly druhů energie celosvětově • Celosvětově v roce 1998 pokrývalo uhlí 38% výroby elektřiny, jaderná energie 17%, plyn 16%, nafta 9%, hydroelektrárny a jiné zdroje 20%. • V současnosti je jadernou energetikou vyráběno více elektřiny, než bylo vyráběno v roce 1961 všemi zdroji (2448 miliard kWh v roce 2000).
Vývoj podílu obnovitelných zdrojů energie
Zdroj: Energy Information Administration (EIA), International Energy Annual 1997, DOE/EIA-0219(97) (Washington, DC, April 1999).
Podíly obnovitelné energie v ČR • Produkce energie z obnovitelných zdrojů činila v ;roce 2000 cca 26 TJ (bez velkých vodních elektráren, které produkovaly 21,5 ;TJ). • Dostupný potenciál obnovitelných zdrojů energie v ČR (vztaženo k ;roku 2010) činí dalších cca 71 TJ podíl TSPEZ by dosáhl 5,6 % při investici cca 191 mld. Kč. • Ekonomický potenciál (uplatnění na trhu stanovené na základě doby návratnosti při současné politice a současných cenách energií) činí cca 37 TJ, což odpovídá podílu TSPEZ 3,6 % při investici 26 mld. Kč
Podíl obnovitelných zdrojů energie na celkové spotřebě v ČR Contribution of renewable sources, icluding biomass, to the consumption of primary energy sources in the Czech Republic 16% 14% 12% 10% Scenario of a real growth
8%
EUR15 scenario FORUM
6% 4% 2% 0% 1995
2000
2005
2010
2015
2020
2025
2030
Obnovitelné zdroje Dosažení ekvivalentu kapacity 1000 MW elektrárny obnovitelnými zdroji vyžaduje: • plochu 25 až 50 km2 k instalaci slunečních baterií nebo • •50
až 150 km2 pro větrno elektrárnu nebo
• •3000-5000
km2 pro plantáže na pěstování biomasy.
(Spoutaná) padající voda…
Hydroelektrárny • Možné kolísání výroby v důsledku dlouhotrvajících such: v r. 1999 byly v důsledku katastrofálních such některé země (Mexiko, Chile) závislé na hydroelektrárnách nuceny dovážet (v Chile vyrobily místo obvyklých 80% celkové spotřeby energie jen 15%). • Hydroelektrárny se dnes budují ponejvíce v rozvojových zemích. Největší současný projekt 18,200 MW Three Gorges Dam v Číně (podporováno Světovou bankou, kritizováno ekology).
Hydroelektrárny Čistá energie? -změna charakteru krajiny (odpar, zádrž kontaminantů) - zábrana migrace ryb V USA dosáhli ochránci přírody toho, že byla zbořena poprvé v historii proti vůli vlastníka – 160 let existující vodní elektrárna Edwards Dam ve státě Maine.
Přílivové elektrárny Jediná provozovaná přílivová elektrárna je v Rance v severní Francii. Nevýhody: ovlivňuje životní prostředí (hnízdiště ptáků a ryb); produkce energie omezena na 10 hodin denně.
Sluneční energie Pro produkci elektrické energie je nadějná pouze fotovoltaika. Výroba slunečních panelů není k přírodě tolerantní: za sedm let solární článek vyrovná pouze tu část energie, která byla spotřebována při jeho výrobě. Pokud takový nadšenec použije pro skladování energie olověné akumulátory, škodí pravděpodobně přírodě více než ten, který umývá auto v horské říčce. Názorný příklad: Pokud bychom chtěli nahradit roční produkci 1000MW bloku elektrárny, museli bychom v ČR pokrýt 60 km2 plochy fotovoltaickými články. Lze odhadnout, že by k tomu bylo potřeba asi 100 000 tun křemíku. Odhadneme-li dobu výstavby na 10 let, museli bychom mít továrnu s roční produkcí 10 000 tun křemíku. I kdyby tato továrna pracovala neustále, přesto by díky omezené životnosti článků po cca 20 - 30 letech pouze obnovovala panely a výkon elektrické energie ze slunečních panelů by pravděpodobně nepřesáhl 2000 - 3000 MW (středováno za celý rok).
Sluneční energie
Energie nepřímo získaná ze Slunce Energie biomasy – uvolňuje se spalováním dřeva nebo jiných organických látek vzniklých na základě fotosyntézy. Tato hmota slouží jako zásobárna energie; její spalování ovšem produkuje látky nebezpečné životnímu prostředí (skleníkové plyny, dioxiny, benzpyreny aj.)
Chtít chytit vítr … Výhody: nevyčerpatelný zdroj, „zdarma“ Nevýhody: může fungovat jen v místech s dostatečně pravidelnými a dostatečně silnými větry (horské hřebeny, mořské pobřeží). Hyzdí krajinu, hlukové znečištění. Vysoké náklady na udržování.
Podíl větrné energie V roce 1999 dosáhl instalovaný výkon všech větrných elektráren na světě 13,400 megawattů. Zdroj: American Wind Energy Association (AWEA), European Wind Energy Association. Nevýhody: nákladnost, hlučnost, náročné opravy, vhodné jen do lokalit s dostatečným větrným potenciálem Nejrychleji se rozvíjí ve vyspělých zemích: USA, Německo (Sasko, Šlesvicko – Holštýnsko), Dánsko (nyní 12% z celostátní spotřeby, cíl – 20%), Španělsko. V USA byl v období 6/1998 – 6/1999 nainstalován výkon 1,073 MW, v západní Evropě 1,400 MW, na celém světě dohromady 3,600 MW.
Příbřežní větrné elektrárny
Větrné elektrárny Předpověď WEC (optimistická): „s adekvátní podporou“ může vzrůst dodávka elektřiny z obnovitelných zdrojů ze současného 1% podílu na 5-8% (v r. 2020). Pět států – Německo, USA, Dánsko, Španělsko a Indie – mají instalováno 80% ze světových „větrných“ kapacit. Celkový výkon všech věttrných elektráren činí 14.000 MW.
Horký dech země
Geothermální elektrárna Svartsengi v pozadí Modré laguny (Island)
Průkopníci využívání geotermální energie Nejstarší (6. stol. př.n.l.) využívání geotermálních fluid – Coline Metallifere v Etrurii (dnešní Toskánsko). Spolupodílely se na vzniku velmi vyspělé metalurgické civilizace Etrusků. Později je Římané využívali např. k barvení textilu. Při válce o tato termální pole („lagune“ – pro získávání kamence, vitriolu, síry) v r. 1472 je zničil Lorenzo di Medici. V roce 1827 započal moderní výrobu bóru vytvářením větších lagun Francesco Larderel.
V r. 1906 se Larderello prvním místem na světě, kde byla geotermální energie použita k výrobě elektřiny na komerční bázi, když Pietro Ginori Conti využil přírodní endogenní páru k pohonu motorů vrtného zařízení. Roku 1931 dosáhla elektrárna Larderello kapacity 11,000 kilowattů.
Co je potřeba k vybudování geotermální elektrárny? • Blízkost existujícího vedení • Horká geotermální fluida • Dostupnost vody na s nízkým obsahem solí a plynů doplňování chladicího okruhu. • Mělké zvodně pro získávání a • Teplota geotermální vody by reinjektáž vody měla být alespoň 150 oC Geotermální elektrárna Hatchobaru (Japonsko)
Jaká je cena vybudování a provozu geotermální elektrárny?
• Počáteční náklady na vybudování se v USA pohybují okolo 2000 $ na každou instalovanou kW; u malých elektráren (<1Mwe) mezi 3000 až 5000 $ /kW a od 1500 do 2500 $ /kWe u velkých elektráren (závisí hlavně na teplotě vody a obsahu solí a plynů). • Náklady na provoz a údržbu činí 0.015 až 0.045 $ na kWh.
Nepřímé využití geotermální energie
Nepřímé využití– na principu tepelných čerpadel: počátek v polovině 80.let – aplikace analogie s plicním dýchání svysokou frekvencí, bylo zjištěno, že oscilací viskózní kapaliny v sadě otevřených kapilár, mezi jejichž konci existuje tepelný rozdíl vede k velmi silnému axiálnímu toku, nedoprovázenému však konkomitantní konvektivní výměnou hmoty
(Zatím) méně rozšířené zdroje energie V principu funguje palivový článek jako baterie. Na rozdíl od baterie se však nevybije ani nepotřebuje dobíjení. Produkuje energii v podobě elektrického proudu a tepla tak dlouho, jak dlouho je do něj přiváděno palivo. Palivový článek sestává ze dvou elektrod obklopených elektrolytem. Kyslík přichází k jedné elektrodě, vodík k druhé; přitom vzniká elektrický proud, voda a teplo.
Systém palivového článku, který zahrnuje i „palivový proměňovač“, může využívat vodík z jakéhokoli uhlovodíkového paliva – od zemního plynu přes metanol po naftu. Vzhledem k tomu, že v něm nedochází ke spalování, emise z tohoto palivového článku budou vždy menší než ten „nejčistší“ proces spalování paliva. Zdroj vodíku: buď voda, nebo uhlovodíky
Vodíkové palivo je přiváděno k anodě palivového článku. Kyslík (nebo vzduch) vstupuje do článku skrze katodu. Za působení katalyzátoru se vodíkový atom rozštěpí na proton a elektron, které se ke katodě ubírají odlišnými cestami. Proton prochází elektrolytem. Elektrony tvoří oddělený proud, který může být využit před tím, než se vrátí na katodu, aby se tam spojil s vodíkem a kyslíkem v molekule vody.
Co to vlasně je palivový článek?
Vůz budoucnosti ….
Podíl jednotlivých zdrojů energie dnes …
… a jejich proměny v budoucnosti
Z globálu k nám domů
Lokalizace a typu elektráren v ČR
Strategické cíle státní energetické politiky: • Vytvoření základní koncepce dlouhodobého rozvoje energetiky • Ustavení legislativy a ekonomického prostředí které by přiměly výrobce energie chovat se přátelsky k životnímu prostředí • Postupná redukce objemů energie a surovin spotřebovávaných hospodářstvím na úroveň vyspělých průmyslových zemí • Podpora nových výrobních postupů s minimálními požadavky na spotřebu energie a surovin s maximálně efektivním využitím energie a surovin • Podpora programů vedoucích k úspoře energie a většímu využívání alternativních energií a surovin při zásobování obyvatelstva energií
Ovlivňování spotřeby el. energie • daňová politika ve vztahu k cenám energií se liší od původně zamýšlené (DPH byla s výjimkou dodávek tepla zvýšena z 5% na 22%); zatímco původním záměrem bylo postupně přibližovat sazby DPH průměru EU • ceny energií nebyly plně narovnány, nebyly rekonstruovány cenové sazebníky, nebyly změněny odpisové sazby ani odpisové základy (prosté nahrazení zařízení nemůže být zcela uhrazeno z odpisů a rozumného zisku); ceny elektřiny a zemního plynu jsou nadále křížově dotovány • Dosud nebylo dosaženo podstatného zlepšení vztahu veřejnosti a podnikatelů k možným úsporám energie a ke využití obnovitelných zdrojů energie.
Daňová politika v EU - sazby DPH na energie a paliva ČR
B
DK
D
E L
E
F
Plyn
22
21
25
16
8
7/1 6
Elektřina
22
21
25
16
8
Topné dřevo
22
6
25
7
Benzín
22* 21
25
Nafta
22
21
LPG
22
Topný olej
5
I
L
NL
A
PT
FIN
S
UK
19,6/5,5 12,5
10
6
19
20
17
22
25
5
16
19,6/5,5 12,5
10
6
19
20
5
22
25
5
8
16
5,5
12,5
10
12
19
10
17
22
25
17,5
16
18
16
19,6
20
20
12
19
20
17
22
25
17,5
25
16
18
16
19,6
20
20
15
19
20
12
22
25
17,5
21
25
16
18
16
19,6
20
20
6
19
20
17
22
25
17,5
21
25
16
18
16
19,6
12,5
20
12
19
20
5
22
25
5
* + spotřební daň 10840 Kč/1000 l
IRL
