Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava
ENERGIE Z OBNOVITELNÝCH ZDROJŮ A JEJÍ VLASTNOSTI Mojmír Vrtek Fakulta strojní Katedra energetiky
Historický vývoj spotřeby energie Průměrný „příkon“ na 1 člověka rok
[kW]
před -100.000
0,1
-100.000
0,2
1800
0,5
1900
1,5
2006
6,2 6,0 2,4
Pozn.
Vyspělé země OECD ČR Svět
Historický vývoj populace
Scénáře spotřeby primárních energetických zdrojů 1600 1400 1200
[EJ]
1000 800 600 400 200 0 2000
2010
2020
2030
2040
2050
2060
2070
2080
2090
2100
Year Shell - Sustainable growth - 1995 Shell - Dynamics as Usual - 2001 IEA-Baseline - 2006
Shell - The Spirit of the Coming Age - 2001 Geller - 2003
Scénáře spotřeby primárních energetických zdrojů 500 490 480 470
[EJ]
460 450 440 430 420 410 400 2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
Year Shell - The Spirit of the Coming Age
Shell - Dynamics as Usual
Geller
IEA-Baseline
Real
Odhady budoucí skladby zdrojů 600
Skladba zdrojů pro scénář „Geller“ 2003
500
400
300
Zemní plyn
200
Uhlí
100
Ropa
0 1990
2000
2010
2020
2030
2040
2050
2060
2070
rok 1600 1400 1200
solár nová biomasa
1000
obnovitelné
Skladba zdrojů pro scénář Shell „Sustainable growth“ 1995
geotermál mořská energie
[EJ]
[EJ]
Obnovitelné Jádro
vítr voda
800 600 400
dřevo jádro plyn nafta uhlí
200 0 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050 2060
rok
Poměrné pokrytí spotřeby PEZ obnovitelnými zdroji pro jednotlivé scénáře 50% 45% 40% 35% 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0% 2000
2010
2020
2030
2040
Year Shell - Sustainable growth - 1995 Shell - The Spirit of the Coming Age - 2001 IEA-Baseline - 2006
Shell - Dynamics as Usual - 2001 Geller - 2003 Real
2050
Uváděné argumenty pro nasazení OZE • produkce skleníkových plynů • vyčerpatelnost neobnovitelných zdrojů • trvale udržitelná tepelná stabilita planety z hlediska využívání vnitřních zdrojů
Uváděné argumenty pro nasazení OZE • produkce skleníkových plynů (a to zvláště oxidu uhličitého) při spalování fosilních paliv
Alternativa – Jaderná energie
Uváděné argumenty pro nasazení OZE • vyčerpatelnost neobnovitelných zdrojů 13 508 EJ
212 193 EJ
992 000 EJ Spotřeba v letech 1860 - 1998 Připraveno k těžbě a schopné těžby Konvenční a nekonvenční zásoby s vyššími těžebními náklady a potřebou nových technologií
Jeden z optimistických odhadů světových zásob fosilních paliv (IPPC, Climate Change 2001: Mitigation. Cambridge : Cambridge University Press, 2001)
Uváděné argumenty pro nasazení OZE • vyčerpatelnost neobnovitelných zdrojů Klasifikace zásob a zdrojů nerostných surovin Hlediska: • rozvoj lidských znalostí v oboru průzkumné geologie • stupeň připravenosti těžby - stav a charakter lokality, politické poměry v místě těžby, různé zákonné normy, zejména environmentální • fyzikální a chemické vlastnosti suroviny, investiční náklady, provozní náklady (těžební, úpravnické, dopravní, aj.), stav a cena suroviny na trhu ap.
Uváděné argumenty pro nasazení OZE • vyčerpatelnost neobnovitelných zdrojů Citát z odborné literatury z roku 1939 Steiner, A., Veselý, J. - Světlo a síla, Praha – Karel Synek 1939, 325 stran, edice: Světové dějiny techniky, svazek 5
„jenom již známá ložiska uhlí stačí nám na 2000 let a známé prameny nafty na 50 let“
Životnost prověřených zásob ROPA
Rok odhadu Životnost v letech 1939 50 1950 22 1960 37 1970 35 2000 41 2008 54
UHLÍ
Rok odhadu Životnost v letech 1939 2000 1972 150 1992 166 2006 142
Jaderná energie ? množivé reaktory, termojaderná fúze ?
Uváděné argumenty pro nasazení OZE • trvale udržitelná tepelná stabilita planety z hlediska využívání vnitřních zdrojů
Uváděné argumenty pro nasazení OZE • trvale udržitelná tepelná stabilita planety z hlediska využívání vnitřních zdrojů Other (geotherm,solar,wind etc.) 0.4%
Natural gas 20.9% Coal 25.1%
Combustible Renewables and Waste 10.6% Hydro 2.2% Nuclear 6.5%
Podíl jednotlivých primárních zdrojů na celosvětové roční spotřebě energie (86,8 % z neobnovitelných zdrojů )
Oil 34.3%
Porovnání s množstvím ročního slunečního záření, jež energeticky ovlivňuje Zemi cca 0,011 % Při uvažování teoretických zákonů v oblasti záření těles by se při desetinásobném zvýšení současné spotřeby z vnitřních zdrojů a při zachování současného stavu skleníkových plynů zvýšila průměrná teplota Země o necelou 0,1 °C
Charakteristické vlastnosti energetických výroben energetická výrobna
zdroj strana zdroje
produkt
spotřebič
strana produktu
ENERGIE ZDROJE, ENERGIE PRODUKTU Transformovatelnost Akumulovatelnost Transportovatelnost Spolehlivost dodávky
Obnovitelné zdroje energie • energie slunečního záření • energie biomasy a odpadů • energie vodních toků • energie větru • geotermální energie • nízkopotenciální teplo přírodních hmot • energie moří
Charakteristické vlastnosti obnovitelných zdrojů + možnost ekologického využívání + nevyčerpatelnost, schopnost regenerace + zpravidla nízké relativní provozní náklady - malá plošná koncentrace, nízká „hustota“ energie - nestejnoměrné územní rozložení - proměnlivá intenzita během dne, roku - vyšší či vysoké relativní investiční náklady
Porovnání „hustoty“ energie • chemická energie v 1 kg černého uhlí • potenciální energie 30 m3 vody při spádu 100 m • kinetická energie 200 000 m3 vzduchu – větru při rychlosti 15 m/s (~ krychle o hraně 58 m ~ 54 km/h) • jednodenní průměrné celoroční množství slunečního záření dopadajícího na 3 m2 horizontální plochy • 1,5 hodinové čerpání nízkopotenciálního tepla ze 100 m vrtu • 12 dm3 dřevní štěpky • anihilace 3,27 x 10-10 kg hmoty
Charakteristické vlastnosti obnovitelných zdrojů Druh produktu (Transformovatelnost) • elektrická energie • teplo
Akumulovatelnost energie • na straně zdroje • na straně produktu
Spolehlivost dodávky produktu • okamžitá • za určité období
Transportovatelnost energie • na straně zdroje • na straně produktu
Produkce elektřiny z OZE v ČR Elektřina +transformovatelnost, +transportovatelnost, – špatné možnosti akumulace dodávka do celostátní sítě
Vodní elektrárny + velmi kvalitní zdroj + VVE – regulace, akumulace + MVE - relativní stálost Větrné elektrárny + možnost zemědělského využití pozemků - nestabilní produkce
Elektrárny na biomasu, odpady + kvalitní zdroj + regulace, akumulace paliva + kogenerační výroba tepla - spalovací procesy - provozní náklady – energetická náročnost a cena paliva? Sluneční elektrárny (FVS) + minimální provozní náklady - vysoké investiční náklady - velmi nestabilní produkce
Produkce tepla z OZE v ČR Teplo -omez. transformovatelnost, transportovatelnost, + možnost krátkodobé akumulace spotřeba v místě nebo okolí
Biomasa, odpady + kvalitní zdroj + regulace, akumulace paliva + kogenerační výroba elektřiny - spalovací procesy - provozní náklady – energetická náročnost a cena paliva?
Sluneční energie + plošná dostupnost + možnost pasivního využití - denní a sezónní nesoulad „nabídky a poptávky“
Geotermální energie + kvalitní, stálý zdroj - málo vhodných lokalit
Nízkopotenciální teplo přírodních hmot + obecně plošná dostupnost - provozní náklady ~ pohonná energie
Fandi obnovitelným zdrojům ale zůstaň technikem a ekonomem!
Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava
ENERGIE Z OBNOVITELNÝCH ZDROJŮ A JEJÍ VLASTNOSTI Mojmír Vrtek Fakulta strojní Katedra energetiky
DĚKUJI ZA POZORNOST
