W
energetyce światowej wiek XIX był epoką węgla i pary wodnej. Wiek XX był epoką
ropy naftowej i gazu. Wiek XXI będzie epoką
energetyki
zasobów odnawialnych. Co leży u podstaw takiej koncepcji i jakie są możliwości
jej rozwoju.
Wprowadzenie
W okresie ostatnich zaledwie 200 lat ponad 50% zasobów przyrodniczych
Ziemi, w tym
kopaliny energetyczne - zostało wyczerpanych. Jeżeli za geologiem
prof. S.
Aleksandrowiczem (AGH) posłużymy się modelem czasowym istnienia kuli ziemskiej,
której wiek ocenia się na około 4,6 mld lat w skali roku - to jedna sekunda w
tym modelu odpowiada około 150 latom. Oznacza to, że w tej skali ludzkość zużyła
powyższe zasoby energetyczne w ciągu zaledwie 1,5sekundy. Jeżeli tempo rozwoju
gospodarczego świata utrzyma się na obecnym poziomie to w ciągu najbliższych 100
-150 lat, czyli 1 sekundy w powyższym
modelu, wyczerpiemy
wszystko.
Kopaliny energetyczne znikną
z naszej Ziemi w okresie znacznie krótszym, w niektórych krajach w okresie 20
-40 lat. Światowych złóż ropy naftowej wystarczy na przykład na około 40 lat
eksploatacji, rosyjskich na 22 lata, należących do USA na 11 lat, jedynie ze
złóż irackich można czerpać prawie 150 lat [1]. Konsekwencje spalania surowców
energetycznych są nam znane. Globalne zmiany klimatyczne stanowią jeden z
najważniejszych międzynarodowych problemów ekologicznych. Na ich negatywne
skutki, między innymi susze, gwałtowne ulewy, powodzie,
zagrożenia
terenów nadmorskich i inne –narażony jest także nasz kraj. W Europie wzrost
średniej temperatury rocznej powietrza do roku 2100 wyniesie od 2 do 6ºC
[8].
*Prezentacja
dorobku naukowego zespołu krakowskiego w składzie: prof. R.H. Kozłowski (PK),
prof. J. Sokołowski (PAN), prof. J. Zimny (AGH). Autorzy są członkami
Parlamentarnego Zespołu Ekspertów ds. Restrukturyzacji
Energetyki w
Polsce.
Według zgodnych opinii naukowców z przeszło 100 krajów opracowujących
ostatni „Raport
Ekologiczny ONZ”-
jeżeli nie uda się ograniczyć emisji szkodliwych gazów w tym dwutlenku węgla,
pochodzącego m.in. ze spalania paliw kopalnych o 70%, by móc w połowie XXI
odtworzyć w pełni „płaszcz ochronny ziemi”- to ludzkość zostanie dotknięta
zmianami ekologicznymi o
niewyobrażalnych
dotąd rozmiarach [2].
Kierunki rozwoju
Obserwując zasadnicze zmiany, jakim podlega sektor energii w wymiarze lokalnym i
globalnym (szczególnie po największej w dziejach energetyki zawodowej awarii
systemu w Ameryce Północnej, która 14 sierpnia
2003r.
pozbawiła prądu przeszło 100 mln mieszkańców USA i Kanady) należy ze szczególną
uwagą śledzić dane, analizy i opinie, o tendencjach determinujących przyszłość
tego strategicznego obszaru infrastruktury gospodarczo-społecznej świata.
W „Wizji Roku
2020”, opracowanej przez Międzynarodową Radę Wielkich
Systemów
Elektroenergetycznych (Joint Advisory Group SC15/D1-JAG02TC-
„Elektra” nr 207,
04-2003) wskazano na przyszłościowe technologie wytwarzania energii elektrycznej
i cieplnej, przesyłu i dostaw, jak też racjonalizację ich wykorzystania.
Technologie wytwórcze dzielą się na dwie klasy: udoskonalone technologie
spalania, będące kontynuacją dotychczasowego postępu w zakresie wytwarzania
energii (podniesienie sprawności energetycznej bloków przez wzrost
temperatury
i ciśnienia pary przegrzanej- co było przedmiotem programu europejskiego do roku
2004 w ramach Projektu COST 522 dotyczącego energetyki XXI wieku o wysokiej
sprawności i niskiej emisji zanieczyszczeń) oraz technologie bazujące na energii
z zasobów
odnawialnych z systemami magazynowania energii.
Zdecentralizowane źródła energii wykorzystują jako podstawowe paliwa (w razie
braku zasobów geotermicznych) głównie węgiel, gaz ziemny i ropę,
aczkolwiek
perspektywicznymi surowcami energetycznymi po stworzeniu
odpowiedniej
infrastruktury stanie się wodór i metanol. Szczególnie zauważalny jest obecnie
rozwój turbin gazowych małej mocy (– mikroturbiny, monobloki) z
przeznaczeniem dla
skojarzonego wytwarzania energii elektrycznej i cieplnej.
Przyszłościową
technologią jest uruchomienie produkcji tanich ogniw paliwowych, w których
następuje bezpośrednia zamiana energii chemicznej węglowodorów w energię
elektryczną, a procesowi temu towarzyszy powstawanie dużej ilości energii
cieplnej.
Technologie wykorzystujące energię odnawialnych zasobów energetycznych uzyskały
priorytet rozwojowy w świecie wskutek malejących zasobów kopalin oraz
zaostrzanych systematycznie światowych norm dotyczących emisji zanieczyszczeń w
energetyce konwencjonalnej. Wodór, który stanowi 87%
materii
Wszechświata jest idealnym paliwem, gdyż spala się bez zanieczyszczeń dając w
efekcie wodę.
Opracowanie tanich metod otrzymywania wodoru i potanienie procesu
produkcyjnego
ogniw paliwowych – przyczyni się z pewnością do rozwoju energii
elektrycznej i
cieplnej z tego idealnego paliwa. Dotychczas dla uzyskania wodoru
metodą klasycznej
elektrolizy wody zużywa się więcej energii niż otrzymuje się podczas jego
spalania. Stąd najnowsze próby uzyskania wodoru z przesyconej pary
wodnej w ogniwach
paliwowych
z elektrolitem w postaci tzw. stałego utleniacza, którym może być np. dwutlenek
cyrkonu. Niewątpliwie przyszłościowym sposobem, jest otrzymywanie wodoru za
pomocą energii słonecznej z ogniw fotowoltaicznych, z których prąd elektryczny
przepływając przez powłokę katalityczną zanurzoną w wodzie powoduje jej rozkład
na wodór i tlen, lub z energii elektrycznej otrzymywanej z elektrowni
geotermalnych,
wiatrowych, wodnych, z biopaliw lub biomasy.
Ogniwa
paliwowe, kwalifikuje się według zastosowanego w nich elektrolitu.
Ogniwa typu PAFC (elektrolit w postaci kwasu fosforowego), MCFC (elektrolit w
postaci
ciekłych węglanów litu i potasu), SOFC (elektrolit w postaci stałego utleniacza
dwutlenku cyrkonu), a szczególnie te dwa ostatnie znalazły już
zastosowania w energetyce
światowej. Podstawowymi zaletami ogniw paliwowych jest duża sprawność
wytwarzania energii elektrycznej oraz nieuciążliwość procesu dla środowiska.
Energia wodorowa wymaga do jej wszechstronnych zastosowań pokonania
jeszcze wielu barier
technologicznych. Energia z innych zasobów odnawialnych,
szczególnie
geotermicznych -może radykalnie wpłynąć na szybki rozwój Polski
oraz dobrobyt Narodu.
W dobie
narzuconej nam globalnej gospodarki rynkowej po przystąpieniu do UE, jak również
globalnego zagrożenia terroryzmem - rządy poszczególnych państw są
odpowiedzialne za bezpieczeństwo energetyczne, gospodarcze i zdrowotne oraz
zapewnienie godnych warunków życia swoich obywateli.
Polska, od
1989r.
dostosowująca swoją gospodarkę do reguł wolnorynkowych
zmuszana
jest
permanentnie do ograniczania własnego rozwoju przemysłu,
w tym
wydobywczego (już
do 50%), przemysłu ciężkiego, chemicznego, rolnictwa i innych strategicznych
gałęzi gospodarki -
co
doprowadziło aktualnie kraj do
blisko 20%
bezrobocia i niespotykanego
dotychczas w
Europie zubożenia społeczeństwa. To zagraża dalszej egzystencji i bytowi narodu.
W 2005 roku rząd planuje dalsze radykalne cięcia budżetowe m.in. w nauce i
szkolnictwie.
To jest nic
innego jak zaplanowany program eksterminacji Narodu. Co mamy
dalej robić? Dla
wyjścia z tej dramatycznej sytuacji nie wystarczy dokonanie tylko drobnych
korekt w tym samym, co poprzednio tzw. układzie resortowym oraz w systemie
myślenia i gospodarowania. Konieczna jest całkowita zmiana wizji rozwoju państwa
i narodu;
filozofii energetycznej i gospodarczej Polski.
- Aby
nasza gospodarka mogła stać się konkurencyjną i twórczą w stosunku do przemysłu
państw zachodnich musi mieć do dyspozycji tańszą energię, gdyż
jej koszt decyduje w
zasadniczym stopniu o tym jak kosztowna jest produkcja
poszczególnych
towarów i ceny usług.
- Tym samym nie do przyjęcia jest w Polsce globalny system energetyczny, który
zakłada jednakowe ceny energii elektrycznej i cieplnej w krajach UE.
- Mieszkańcy
Polski zużywają średnio o połowę mniej energii niż mieszkańcy krajów zachodnich.
Dopóki ceny energii będą ciągle wzrastały
(a są one
aktualnie najwyższe na świecie w stosunku do zarobków)
nie
powiększy się
jej zużycie,
co przekłada się na wzrost produkcji, a krajowa gospodarka nie będzie w żadnym
stopniu konkurencyjna z gospodarką UE i państw rozwiniętych. Ostatnie podwyżki
cen energii elektrycznej i gazu dla odbiorców indywidualnych, jak też opracowana
przez rząd SLD-UP
„Krótkoterminowa
Prognoza Rozwoju Sektora Energetycznego Kraju” -nie
wskazują, aby w
filozofii ekonomicznej i energetycznej kraju nastąpiła
jakakolwiek zmiana.
To
prowadzi do nikąd.
Ciągle mówi się o
rozwoju sektora energetycznego w ujęciu branżowym, a nie o kompleksowym rozwoju
gospodarczym kraju; o wyprzedaży energetyki, a nie o racjonalizacji zużycia,
decentralizacji wytwarzania taniej, ekologicznej energii i w efekcie obniżaniu
cen energii.
-
Polska,
jak wykazują
wyniki badań wielu instytutów naukowych i wyższych
uczelni, (PIG, PAN,
PGA) -
posiada
wystarczające ilości zasobów
energetycznych
(zawartych w kopalinach palnych, wodach geotermalnych,
w energii
wiatru, promieniowaniu słonecznym, w płynących wodach i w biomasie), aby
wytwarzać z nich tanią energię użyteczną, umożliwiającą pośrednio obniżyć
bezrobocie,
jak przede wszystkim przyczynić
się do podniesienia konkurencyjności produkowanych w naszym kraju towarów.
Jesteśmy krajem samowystarczalnym energetycznie pod względem potencjału nośników
energii, szczególnie geotermii, jedynym w Europie [3,4].
- Zasadnicza
zmiana filozofii energetycznej
kraju powinna polegać na stopniowym likwidowaniu przestarzałych i wycofywaniu
się z inwestycji
koniecznych dla
importu
kosztownych
nośników gazowych
a w ich miejsce
rozwijaniu w Polsce inwestycji geoenergetycznych opartych na własnych,
czystych, odnawialnych
zasobach energii w każdej gminie.
- Gdyby
rząd SLD-UP wspierał rozwój geoenergetyki, tak jak obecnie ułatwia i
promuje import
kosztownego gazu i ropy naftowej z Rosji, to
energia cieplna
i elektryczna w Polsce,
po wybudowaniu odpowiednich gminnych zakładów
geoenergetycznych,
mogłaby być
nawet o 50% tańsza
niż obecnie. To
pozwoliłoby na proporcjonalne
potanienie
produktów
wytwarzanych w naszym kraju,
podniesienie
poziomu życia mieszkańców, zlikwidowałoby bezrobocie, spowodowało rozwój
najnowszych obszarów
nauki i techniki,
radykalne
ożywienie gospodarcze,
stworzyłoby nowe miejsca pracy.
- Chcąc mieć prawidłowo opracowaną „Strategię Rozwoju Polskiej Energetyki”,
zapewniającą wystarczającą ilość taniej i czystej energii cieplnej i
elektrycznej, musimy odejść od obowiązującej od czasów PRL filozofii
postępowania zakładającej, że strategię opracowuje się „z góry” w
ministerstwach, jak też, że podstawą tej strategii są tylko ograniczane zasoby
krajowego węgla kamiennego, brunatnego oraz zwiększany import gazu i
ropy.
- W
przyjętej przez Rząd i Parlament RP w 2001 roku „Strategii rozwoju energetyki
odnawialnej” założono, że w 2010 roku energetyka polska osiągnie minimum 7,5%
energii z zasobów odnawialnych kosztem 14,5mld złotych. W
wariancie drugim tej
strategii przewiduje
się osiągnięcie 9% tej energii kosztem 19,1mld złotych. Niestety nic w tym
zakresie się nie robi. Unia Europejska osiągnie w tym czasie 22% energii z
zasobów odnawialnych.
- Zgodnie z wieloma propozycjami skierowanymi do Ministerstwa Środowiska,
Ministerstwa
Gospodarki i instytucji centralnych przez niezależne środowiska naukowe,
stowarzyszenia i specjalistów, należałoby przystąpić do opracowania nowej
„Strategii rozwoju energetyki w Polsce”, uwzględniając trzy poziomy:
gmina, region i kraj.
- Strategię
tego typu powinny opracować zespoły naukowo-badawcze i stowarzyszenia
pozarządowe, natomiast opracowana „Strategia” powinna być autoryzowana
po to, aby
wiadomym było, kto odpowiada za jej opracowanie, ewentualne braki, które mogą
wystąpić, czy również za
pozytywne
efekty. Czas skończyć z anonimowością i poufnością decyzji w
sprawach krajowych.
Zielony Kuwejt Europy
Przebywając w Norwegii, Islandii, czy Austrii można być przekonanym, że energia
zasobów odnawialnych może być wiodącym czynnikiem rozwojowym
danego
kraju. Jak sytuacja ta wygląda w Polsce? Trudno porównywać się naszemu krajowi z
Norwegia, jeżeli chodzi o energię zasobów odnawialnych, jaką stanowią wody
spływające bez przerwy z fiordów
skandynawskich.
Natomiast
energia zasobów
zawarta w wodach geotermalnych,
które w naszym kraju są przeważnie mieszaninami wód synsedymentacyjnych (wody,
które zachowały się w porach skalnych od czasu tworzenia skał)
w
przeciwieństwie do wód Islandii
(pochodzenia
wulkanicznego) -
jest
zdecydowanie większa.
Norwedzy i
Anglicy obliczyli, że energia zasobów ropy i gazu w przeliczeniu
na
tony paliwa
umownego (tpu)
na Morzu
Północnym, w tzw. Kuwejcie Europy,
odpowiada 13 mld tpu,
natomiast
energia naszych
wód geotermalnych,
których
objętość obliczamy na
6 do 10 tys. km3
(kilka
objętości Bałtyku) – jest równoważna około 80 mld tpu![3,4].
Według najnowszej „Mapy zasobów i wykorzystania odnawialnych źródeł energii w
Polsce” z roku 2004 opracowanej przez Państwowy Instytut Geologiczny –
Wydawnictwo GEA,
potencjał
energetyczny zasobów geotermicznych Polski wynosi 246 tys. tpu na 1 km2
co
odpowiada wyżej
podanej wartości.
Są to zasoby
gigantyczne, niewyczerpywalne, największe na świecie w przeliczeniu na jednego
mieszkańca.
Przeprowadzone przez nasze krakowskie zespoły studia w tym
zakresie -
wskazały kierunki rozwoju polskiej geoenergetyki i gospodarki [5,6]. Przy
uwzględnieniu światowych tendencji do wzrostu udziału
odnawialnych
nośników energii (obecnie stanowią one 18% w skali światowej a w ciągu XXI wieku
mają wzrosnąć do 80%) w Polsce istnieje możliwość i potrzeba zbudowania do 2020
roku około 300 gminnych zakładów geoenergetycznych, a do 2050 roku około 3000
tych zakładów (dla każdej gminy).
Powstanie takich
centrów
energii geotermalnej pozwoliłoby na
stworzenie
pełnego bezpieczeństwa energetycznego na poziomie lokalnym, na zatrudnienie
dużej ilości
pracowników
w tych
zakładach i budowę całej infrastruktury towarzyszącej: szklarnie, suszarnie,
chłodnie, kąpieliska balneologiczne i rekreacyjne oraz ośrodki
ekoturystyczne a nawet
hodowlę ryb ciepłolubnych. Zakłady te w zdecydowany sposób przyczyniłyby się
do
zmniejszenia zanieczyszczeń atmosfery, hydrosfery, biosfery i litosfery, a przez
to do poprawy zdrowotności społeczeństwa. Możemy być w krótkim czasie Zielonym
Kuwejtem Europy.
A
kopaliny?
Kopaliny energetyczne stałe (węgiel kamienny i brunatny) oraz płynne (gaz, ropa)
cechują się tym, że mają podobną genezę jak pary i wody geotermalne, występują w
tych samych zbiornikach i basenach geostrukturalnych. Czym różnią się kopaliny
energetyczne
od wód geotermalnych? Jak
przedstawia się
potencjał energii innych zasobów odnawialnych w Polsce na tle
geoenergii?
Istotna
różnica polega na tym, że
woda geotermalna
dla celów grzewczych
nie jest
kopaliną. W czasie eksploatacji wód geotermalnych odbiera się z niej tylko część
posiadanej energii cieplnej, a ochłodzone wody wracają do złoża, z którego
zostały pobrane i tam ponownie ulegają podgrzaniu przez otaczające gorące skały,
podczas gdy przy eksploatacji złóż węgla, ropy i gazu,
kopaliny wydobyte
ulegają w procesie przeróbki lub spalania, zwykle całkowitej destrukcji,
zanieczyszczając przy tym środowisko
naturalne.
Z tych też
powodów
pozyskanie energii cieplnej czy elektrycznej z wód geotermalnych
jest najtańsze.
Z najnowszego opracowania Instytutu Gospodarki Surowcami
Mineralnymi i
Energią PAN w Krakowie z 2004 pt.: „Występowanie i możliwości zagospodarowania
energii geotermalnej w Małopolsce” wynika, że koszt jednostki ciepła (GJ) z
geotermii w Małopolsce waha się w przedziale 3,53zł/1GJ (Poronin),
5,09zł/1GJ
(Bukowina Tatrzańska) do 13,6zł/1GJ (Zakopane), średnio 10zł/1GJ
energii cieplnej z
wód geotermalnych [4].
Aktualnie
jest to kwota o połowę niższa niż ciepło otrzymywane z wykorzystania
sprężarkowych pomp ciepła (SPC), 3-krotnie niższa niż ze spalania węgla,
5-krotnie niższa niż ze spalania gazu, 7-krotnie niższa niż ze spalania oleju
opałowego ekoterm, 8-krotnie tańsza niż ze spalania gazu propan butan i 10-
krotnie tańsza niż z energii elektrycznej [7].
W dokumentach rządowych poprzedniej
koalicji: AWS-UW (II Polityka
Ekologiczna
Polski: „Strategia Rozwoju Energetyki Odnawialnej” Sejm, sierpień 2001) –źle
oszacowano własne możliwości i potrzeby Polski w zakresie zasobów
energetycznych, niewspółmiernie zaniżając ogromne bogactwo narodowe i potencjał
energetyczny w nich zawarty.
Przeprowadzone w
ostatnich latach oceny
energii zasobów
odnawialnych
wykazują
niezbicie, że łącznie
przekraczają
one przeszło 150 – krotnie potrzeby
Polski
na energię
pierwotną i
są
niewyczerpywalne.
Największy potencjał energetyczny zawarty jest w energii geotermicznej (gorąca
woda, gorące skały i
wysady solne).
Ocenia się,
że
na ponad 80% powierzchni naszego kraju są odpowiednie
warunki dla
rozwoju energetyki geotermalnej.
Zasoby te stanowią 99% potencjału wszystkich odnawialnych nośników
energetycznych w Polsce. Resztę około 1% stanowią łączne zasoby energii:
wiatru, biomasy,
wody i słońca. Koszt sprzedanej jednostki energii cieplnej otrzymywanej z
zasobów geotermalnych w Europie (Francja, Niemcy, Włochy)
jest o
30-50% niższy w
porównaniu do ceny energii z gazu lub oleju [7].
Warunki rozwoju Polski Warunki
przyspieszenia realizacji przedstawionej wizji wykorzystania i
rozwoju
odnawialnych zasobów energii (OZE) w Polsce są znane.
Dla zrealizowania
przedstawionej wizji
rozwoju OZE konieczne są najważniejsze
decyzje:
-
Opracowanie programów edukacyjnych dla szkół podstawowych, średnich i wyższych
oraz dla administracji gminnej, powiatowej i wojewódzkiej w zakresie nowej
strategii rozwoju społeczno – gospodarczego Polski
z
wykorzystaniem własnych zasobów przyrodniczych.
- Wykonanie ocen zasobów energii geotermicznej znajdującej się pod każdą gminą,
powiatem i województwem – zgodnie z metodyką opracowaną przez Instytut
Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN w Krakowie
( Zespół
prof. Juliana Sokołowskiego) oraz Polską Geotermalną Asocjacją
(PGA).
-
Przygotowanie grupy specjalistów mogących realizować projekty geotermalne w
poszczególnych województwach, powiatach i gminach, w oparciu o polską wiedzę,
polskie placówki naukowe i wyższe uczelnie.
- Szybkie
doprowadzenie do uchwalenia „Ustawy o racjonalnym wykorzystaniu
energii z zasobów
odnawialnych” będącej aktualnie przedmiotem prac sejmowych (druk sejmowy nr 905,
przewodnicząca Komisji poseł Zofia
Krasicka-Domka) w jej
wersji pierwotnej.
Zasoby energii
geotermicznej, znajdującej się pod obszarem każdej gminy powinny stać się
własnością komunalną gminy. Gmina powinna też uzyskać prawo do dysponowania
„zlikwidowanymi” odwiertami wraz z pełną dokumentacją Państwowego Instytutu Geologicznego
(PIG) oraz Polskiego Górnictwa
Naftowego i
Gazownictwa (PGNiG) - znajdującymi się na jej terenie.
Zaś
najbardziej ważnym i pilnym obowiązkiem polskiego Parlamentu jest wprowadzenie
do Konstytucji RP zapisu, że zasoby przyrodnicze w
atmosferze,
biosferze, hydrosferze i litosferze na obszarze naszego kraju są niezbywalną
własnością NARODU.
Co
świadomie usunięto w ostatniej Konstytucji RP, żeby było „wszystko na sprzedaż”
tzw. strategicznym inwestorom zagranicznym.
Przypisy:
1. Roczniki statystyczne
świata i Polski 2003 i 2004 r.
2. ONZ, Raport
ekologiczny, 2004 r., Nowy York.
3.
Państwowy Instytut Geologiczny w Warszawie, Mapa zasobów i źródeł energii
odnawialnej
w Polsce, 2003 i 2004 r. 4. Prace IGSMiE PAN w Krakowie, 2002-2004 r.
5. Program rozwoju
samorządnej, niepodległej Polski, niepublikowane (praca zespołowa pod redakcją
J. Sokołowskiego, Warszawa-Kraków 2003).
6. Program gospodarczy Polgeotermii Sp. z o.o. u udziałem PAN
7. Katedra Maszyn i Urządzeń Energetycznych AGH, Audyty energetyczne 2000-2004.
8.
Europejska Agencja ds. Środowiska, 2004
Wrocław 2001 System Miłości Narodów