VIZE NASAZOVÁNÍ TECHNOLOGIÍ V ENERGETICE V PŘÍŠTÍCH DVOU DESETILETÍCH 30.březen 2011 Prof.Ing.František Hrdlička,CSc
Předpověď vývoje energetiky ve světě (WEC) Obyvatelstvo Hrubý domácí produkt (HDP) HDP v rovnosti kupní síly Spotřeba primárních energetických zdrojů
Celková konečná spotřeba energie
1971
2007
2030
2050
3 700 GUSD2000
6 609 40 482
8309 81 775
9 150 136 638
GUSD2000 PJ
63 866 503 253
129 012 696 696
215 565 924 432
229 910
PJ
346 918
Spotřeba elektřiny
PJ TWh
61 196 16 999
153 603 42 667
Spotřeba elektřiny podle scénáře Mezinárodní energetické agentury (Blue Map IEA)
PJ TWh
61 196 16 999
133 013 36 948
Emise skleníkových plynů
Gt CO2ekv
27
40
57
Emise skleníkových plynů podle scénáře Mezinárodní energetické agentury (Blue Map IEA)
Gt CO2ekv
27
40
13,5
Scénáře OECD výroby elektřiny do roku 2050
Údaje v tabulce jsou v TWh, není li uvedeno jinak
Základní scénář
2007
2050 (Baseline)
Oceán (odliv/příliv/vlny) Slunce Celkem Jaderné elektrárny (JE) Uhelné a plynové elektrárny
Scénář 2050 s CCS
Scénář 2050 bez CCS
(BLUE Map)
(BLUE no CCS)
Scénář 2050 s velkým podílem JE (BLUE hi NUC)
Scénář BLUE 2050 3% 2050 s velkým podílem OZE (BLUE hi REN)
1 5 19 756 14% 68%
25 905 46 186 10% 68%
133 4 958 40 137 24% 28%
274 5 512 38 526 25% 21%
99 4 113 41 140 39% 20%
552 9 274 37 656 12% 14%
408 7 608 41 943 23% 21%
16% 3% 32% 28,9
12% 10% 32% 57
14% 34% 72% 14
14% 39% 79% 18,2
14% 28% 80% 13,1
16% 59% 86% 12,9
14% 42% 79% 13,2
Dodatečné investiční náklady oproti základnímu scénáři, TUSD
6,0
10,7
6,3
12,1
Zvýšení nákladů na elektřinu oproti základnímu scénáři
19%
38%
6%
31%
Vodní elektrárny (VE) Obnovitelné zdroje (OZE) JE+VE+OZE Emise skleníkových plynů
Gt CO2ekv
Elektrárenství dle WEC
Shrnutí - analýzy renomovaných institucí po roce 2040:
Budou plně k disposici vyzkoušené čisté uhelné technologie na nižší úrovni nákladů. Jaderné elektrárny spočívající na štěpné reakci se budou stavět s novými moderními bezpečnými reaktory. Budou zveřejněny výsledky realizace programu ITER jaderné fúze. Nepředpokládá se vyřešení ekonomických solárních elektráren, které stále nebudou vhodné jako základní zdroj elektřiny. Vodík jako palivo bude určen převážně jako palivo pro dopravu; nejde o prvotní zdroj a jeho výroba je energeticky náročná. Palivové články dosáhnou lepší účinnosti, avšak pro základní zásobování sotva budou vhodné.
LOKÁLNÍ VÝROBA ENERGIE
Podle vyslovených názorů World Alliance for Decentralized Energy (WADE) decentralizované výroba energie (DE) (např. malá kogenerace) představuje klíčovou (udržitelnou) alternativu budoucnosti. Současný podíl DE představuje kolem 10 %, lze ji definovat jako vysoce účinnou kogeneraci, výrobu elektřiny z OZ v místě spotřeby, průmyslové recyklování energie. Výhodou DE jsou nižší investiční a provozní náklady, nižší nároky na přenos a rozvod a nižší emise – podle WADE v průměru o 47 %, v USA o 49 %, v EU o 12 %.
Fosilní energetika v ČR
Uhelné elektrárny
Jejich hrubá účinnost je limitována parametry s jakými byly postaveny před cca 30 lety a čistá účinnost je limitována vysokou vlastní spotřebou – zejména pro finální čištění spalin před vstupem do atmosféry Část elektráren je významným dodavatelem tepla do sítě velkých soustav CZT, zejména v Severočeském regionu ČEZ podmínil emisemi a povolenkami odstavení výkonu 3829 MW (z 6612 MW) před rokem 2020
Situace v hnědouhelném průmyslu ČR Výhled těžeb HU při zablokovaných zásobách a při jejich přehodnocení 45 000
ČSA
40 000
Bílina
35 000
Mír 450
30 000
ČSA 2500
25 000
Jiří 7000
20 000
Bílina 8000
ČSA
15 000 10 000
Libouš 12300
Bílina
Družba 2000
5 000
Vršany, JŠ. 10500
2070
2065
2060
2055
2050
2045
2040
2035
2030
2025
2020
2015
0 2010
[ tis.tun ]
50 000
Roky 7
Změny Je nezbytné v období do roku 2020 část uhelných elektráren, pro které bude na dalších 30 let disponibilní uhlí, rekonstruovat na parametry odpovídající současným technologiím (vysoký nebo nadkritický tlak a teploty až 620 0C) a připravit se technologicky na teploty ostré páry 700 0 C nebo postavit postavit příslušný výkon v paroplynech, protože Jaderné se stihnout nemohou
Průměrná účinnost výroby elektřiny v ČR je 32 % , dodávky 29 % Účinnosti různých energetických technologií využití uhlí a jejich předpokládaný vývoj
Lze realizovat uhelný blok na hnědé nebo černé uhlí pro teploty páry 700 0C ?
Mohou to být jen klasické PC bloky Na vývoji vhodného materiálu se dlouhodobě pracuje – tlaku a teplotě odolává Nejsou zvládnuty technologie tváření pro nezbytné aplikace Odolnost proti vysokoteplotní korozi se ověřuje Nalepování popelovin na koncové výhřevné plochy je téměř jisté a odstraňování dosud neumíme (konference Niigata, listopad 2010)
Elektrárna Tachikaba Wan 2 s účinností 46 %
Emise (mg/Nm3 @ 6% O2) NOx = 90 KOMÍN
SO2 = 140 TL
Pára
= 10
600°/610°C, 250 bar KOTLE SKLAD PALIVA
ESP WFGD
Technologie CCS
Oxyfuel , řada problémů, ale vhodný i pro teplárny po dořešení Pre – combustion= zplyňování technologie v ČR používaná , včetně kyslíkového oxidantu a stripování párou – vhodná modifikace současného metanolového procesu pro minimalizaci emisí Základní podmínka – vhodné palivo na min. 30 roků
Oxyfuel
IGCC power generation
Plynové elektrárny
Problém se zajištěním ekonomicky efektivních kapacit do roku 2020, kdy mohou být uváděny do provozu nové jaderné elektrárny a cena povolenek může výrazně penalizovat využití uhelných elektráren. To může vést k výstavbě několika pokročilých paroplynových elektráren (projekt 700)- růst ceny plynu? Zřejmě bude nezbytné vybudovat paroplynovou elektrárnu pro pokrývání špiček odběrového diagramu s přihlédnutím na energetickou závislost a bezpečnost( velikost lze odvodit z požadavků elektr. soustavy)
Kogenerační výroba elektřiny a tepla
Uhelné teplárny využití vícepalivového systému (2 až 3 paliva, z nich jedno obnovitelné) zvýšení účinnosti zdroje v nenávrhovém režimu s nízkým podílem tepla (vliv sezónního režimu) Využití elektřiny z „load follow“ pro výrobu tepla
Plynové teplárny
zvyšování nominální účinnosti zvyšováním parametrů využití trigenerace pro sezónní zásobování objektů chladem zvyšování pohotovosti pro sekundární a terciární regulaci elektrizační soustavy implementace prvků vhodných pro zařazení do ostrovního provozu (prvky distribuované soustavy) Využití elektřiny z „load follow“ pro výrobu tepla
Mini a mikro kogenerace s plynovými turbínami a tepelnými čerpadly
umožňuje využít kogenerace i tam, kde není SCZT nebo kde využití jiných technologií je neefektivní Optimální nasazování je možné jen na základě analýz integrace v energetice v makroměřítku
Jaderná energetika
Do roku 2030 nelze předpokládat se spuštěním výrazně jiných, než dnes existujících reaktorů (dnes započatá výstavba =generace 3+ znamená pravděpodobné uvedení do provozu v roce cca 2020 +). Udržení v provozu stávajících (generace 2+ a 3) a efektivní výstavba nových reaktorů (generace 3+ - 3,5) však vyžaduje permanentní inovace podpořené výzkumem a vývojem.
European Pressurized Water Reactor - EPR
20
Plynem chlazený reaktor IV. generace
Obnovitelné zdroje
Větrné elektrárny, vzhledem k situaci ČR a jaderné energetice v základním zatížení by se v ČR uplatnily při výrobních nákladech cca 0,15 Kč/kWh Pro FV (fotovoltaika) elektrárny platí nutnost požadavku vysoké účinnosti FV článků (laboratorní nad 22%), regulovatelnost vyvedení výkonu, jednoznačná kontrola vyrobené energie a současně pouze ekonomicky přijatelná dotační podpora. Biomasa a bioplyn se uplatní zejména v teplárenství, kde není potenciál JE vzhledem k nízkému koeficientu využití (0,25). Jejich ekonomičnost bude dána technologickým vývojem a cenou povolenek. Využití bioenergie též snižuje exportní závislost, řeší lokální zaměstnanost a nadprodukci v zemědělství. Meze využití jsou dány využitelnou plochou půdy pro tyto účely (maximum cca 150 MW).
Proč nemůže FV a vítr suplovat velkou energetiku? Z tabulky je zřejmé, že oněch téměř 2000 MW instalovaných fotovoltaických panelů vyrobí za rok pouhé 2 TWh elektrické energie a ČR oněch TWh potřebuje 60.
Doprava a její vliv na energetiku
Ovlivňuje potenciální produkci biopaliv pro energetiku (10 % biopaliv pro dopravu ze 2/3 vyčerpává volnou ornou půdu) Elektromobilita může být významným stabilizačním faktorem akumulace energie – avšak pouze ve vyspělém systému „smart grids“ Stejně významným stabilizačním a akumulačním prvkem může být vodík – pravděpodobně nikoliv však v příštích 20 letech
ORTEP sro.
ORTEP sro.
DĚKUJI ZA POZORNOST
