Nauka

Bajty zamienię na dżule

Węgiel i ropa – paliwa dla biednych

Panele słoneczne w chińskim mieście Wuhan Panele słoneczne w chińskim mieście Wuhan Kevin Frayer / Getty Images
Energetyka rozproszona, działania proekologiczne i cyfryzacja energetyki dadzą razem więcej megawatów niż nowe węglowe bloki. Węgiel i ropa to paliwa biednych i niepotrafiących wprowadzić innowacji gospodarek.
Samowystarczalny energetycznie dom w szwajcarskim Brütten pod Zurychem. Energii elektrycznej dostarcza tu głównie słońce, resztę zyskuje się dzięki wykorzystaniu pompy ciepła i biogazu produkowanego z odpadków wyrzucanych przez lokatorów.Adrian Bretscher/Moval Samowystarczalny energetycznie dom w szwajcarskim Brütten pod Zurychem. Energii elektrycznej dostarcza tu głównie słońce, resztę zyskuje się dzięki wykorzystaniu pompy ciepła i biogazu produkowanego z odpadków wyrzucanych przez lokatorów.

Artykuł w wersji audio

Gdybyśmy wykorzystali choć jedną tysięczną docierającej na powierzchnię Ziemi energii słonecznej, i tak mielibyśmy sześciokrotnie więcej energii, niż dzisiaj jesteśmy w stanie zużyć. Jest wielce prawdopodobne, że w ciągu najbliższych 20 lat – o ile nie przeciwstawią się temu różne lobbies producentów węgla, gazu i ropy naftowej oraz koncernów energetycznych – ponad 50 proc. energii elektrycznej i cieplnej będzie pochodzić z energii słonecznej, przynależnej do Odnawialnych Źródeł Energii (OZE).

Drugie tyle można uzyskać dzięki postępującej rewolucji cyfrowej i gwałtownemu wzrostowi znaczenia inteligentnych systemów elektroenergetycznych (ang. smart grids). Koszt dostarczenia zielonej energii stał się już teraz niższy niż tradycyjnej.

W skali świata trwa wyścig, kto skuteczniej dotrze do naszej wyobraźni, dotychczas zwykłych konsumentów energii elektrycznej i cieplnej, byśmy stali się pełnoprawnymi uczestnikami rynku, wykorzystującymi domowe mikroźródła, takie jak mikrowiatraki, panele fotowoltaiczne czy przydomowe biogazownie. Odpowiednia aplikacja w smartfonie obliczy, ile uzyskaliśmy energii z tych źródeł i jak ją zagospodarować: ile zużyć na własne potrzeby, ile zmagazynować, np. w akumulatorach samochodów elektrycznych, a ile sprzedać.

Na to wszystko nakłada się możliwość budowy domów zeroenergetycznych, czyli takich, w których energia jest właśnie wytwarzana lokalnie (energia słoneczna, wiatr), przy jednoczesnym zmniejszeniu całkowitego jej zużycia dzięki energooszczędnym systemom ogrzewania, wentylacji, klimatyzacji i technologii oświetleniowych. Celem jest tzw. dom off-grid, czyli bez podłączenia do zewnętrznej sieci elektrycznej i cieplnej.

Przykładem jest dwupiętrowy budynek mieszkalny w szwajcarskim Brütten pod Zurychem, o powierzchni ponad 1,3 tys. m kw., z dziewięcioma mieszkaniami od 80 do 143 m kw. „W 2016 roku słońce dostarczyło mieszkańcom 92 MWh energii elektrycznej” – podaje portal Wysokienapiecie.pl. Wszystkie potrzeby mieszkańców oszacowano na 120 MWh energii elektrycznej i cieplnej. Resztę energii zyskano dzięki wykorzystaniu pompy ciepła i biogazu produkowanego z odpadów wyrzucanych przez lokatorów. Starczyło też na zasilanie dwóch samochodów domowników, współużytkowanych w systemie car-sharingu. Nad całością czuwa zaawansowany system informatyczny, który na bieżąco bilansuje produkcję i zapotrzebowanie odbiorców. Jego elementy zaprojektowano w globalnym Centrum Rozwoju Oprogramowania ABB w Krakowie. Ale to nie wszystko. To także edukacja społeczna. Mieszkańcy muszą wystrzegać się marnotrawstwa w ramach przyznanego budżetu energetycznego. Swoje zużycie energii śledzą na smartfonach, porównując z sąsiadami.

Energetyczni obywatele

Żeby uniezależnić się od energetyki wielkoskalowej, w warunkach polskich opartej w 85 proc. na węglu, konieczna jest rozbudowa inteligentnych sieci elektroenergetycznych, które potrafią harmonijnie integrować zachowania i działania wszystkich przyłączonych do niej użytkowników: wytwórców, odbiorców oraz tych, którzy pełnią obydwie te funkcje, celem zapewnienia zrównoważonego, ekonomicznego i niezawodnego zasilania. Na początek wystarczą połączenia w obrębie gminy.

Sąsiad ma własną instalację fotowoltaiczną? A ty masz wiatrak? W pobliżu działa biogazownia? Załóż spółdzielnię energetyczną lub klaster. Niech jak najwięcej energii elektrycznej, ale również cieplnej, powstaje na miejscu w ramach tzw. społeczności energetycznej.

W Unii Europejskiej działa ok. 2400 spółdzielni energetycznych, głównie w Europie Zachodniej. Najwięcej jest ich w Niemczech (ponad 900), Danii i Austrii. W Polsce kilkanaście. REScoop.eu – europejskie stowarzyszenie spółdzielni energetycznych – chwali się, że jego członkami jest 1500 takich przedsięwzięć o łącznej mocy ponad 1 GW. W ocenie tego stowarzyszenia energetyka obywatelska wyprodukuje 611 terawatogodzin (TWh) energii elektrycznej w 2030 r. i 1557 TWh w 2050 r. Oznacza to, że w 2030 r. prosumenci mogliby zaspokoić 19 proc. popytu na energię elektryczną w Europie i 45 proc. w 2050 r. Mogliby, gdyby nie opór poszczególnych członków UE, czytaj – ich koncernów energetycznych, które boją się samowystarczalności energetycznej obywateli, upatrując w tym potencjalne źródło destabilizacji krajowych sieci elektroenergetycznych.

Zdaniem Laurenta Schmitta, sekretarza generalnego Europejskiej Sieci Operatorów Systemów Przesyłowych Energii Elektrycznej (ENTSO-E), nie można dopuścić do powstawania samowystarczalnych energetycznie „wysp”. W swoim dobrze pojętym interesie gospodarstwa domowe i firmy oparte na OZE winny być również przyłączone do sieci dystrybucyjnej i za to płacić – twierdzi. To ich polisa ubezpieczeniowa na wypadek, gdyby zawiodły słońce i wiatr.

Tego typu argumentacja znalazła swoje odzwierciedlenie w ostatnich decyzjach Rady Europejskiej, która chociaż zaproponowała, aby udział OZE w produkcji energii wyniósł 27 proc. do 2030 r. (wzrost o 7 proc. w stosunku do założeń pakietu energetyczno-klimatycznego z 2008 r.), to odrzuciła plan Komisji Europejskiej, oferujący społecznościom energetycznym autonomię w zarządzaniu. Jeśli Parlament Europejski nie zdecyduje inaczej, spółdzielnie i klastry będą musiały partycypować w kosztach utrzymania sieci dystrybucyjnej.

Otwiera się pole do popisu dla firm, które zaproponują np. systemy informatyczne bilansujące wytwarzanie energii, pobór mocy w obrębie klastra i eksport energii do sieci dystrybucyjnej czy też wirtualne połączenia między klastrami na terenie danego kraju lub wręcz w skali kontynentalnej. Tak nastąpi wirtualizacja sprzedaży energii na wzór przetwarzania danych cyfrowych. Ale rozwój energetyki obywatelskiej to przede wszystkim konieczność rozwoju technik magazynowania energii.

Magazyny energii

Dotychczas za magazyny energii służyły głównie elektrownie szczytowo-pompowe. Inną metodą są magazyny sprężonego powietrza, do których trafia pozaszczytowa energia elektryczna. Wykorzystywana jest do sprężenia i gromadzenia powietrza, używanego później do napędzania turbiny gazowej w porze szczytu.

Niemiecki Instytut Fraunhofera (Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.), który należy do najbardziej innowacyjnych i liczących się organizacji naukowych wspierających przemysł w Europie – m.in. jego dziełem jest format muzyczny MP3 – eksperymentuje z magazynowaniem energii w morzu (tzw. Stensea, czyli Stored Energy in Sea). Betonowe kule z wbudowanymi turbinami byłyby wypełniane wodą i umieszczane na dnie Morza Śródziemnego i Oceanu Atlantyckiego, idealnie na głębokości 600–800 m. Energia elektryczna posłużyłaby do wypompowywania wody z kuli do morza. Żeby zaś ją wyprodukować, pompa zadziałałaby w przeciwnym kierunku i woda wpływałaby do betonowej przestrzeni. W planach są magazyny o pojemności 5 i 20 MWh.

Zwycięzcą ubiegłorocznego konkursu PowerUp! Europejskiego Instytutu Technologicznego InnoEnergy (2017) została węgierska firma HeatVentors, która zaproponowała nowy system przechowywania energii cieplnej w zbiornikach wodnych, oparty na materiałach zmiennofazowych. Dzięki temu zbiornik uległ zmniejszeniu o 90 proc. przy wzroście jego efektywności. Natomiast drugie miejsce zajął maltański start-up FLASC, który przygotował zbiorniki pozwalające na dłuższe przechowywanie energii w turbinach wiatrowych umieszczonych na morzu.

Jednakże największy potencjał drzemie w ogniwach paliwowych (wykorzystujących wodór) – ze względu na ich elastyczność, oraz bateriach litowych – ze względu na ich ciągle powiększaną pojemność oraz możliwość zapewnienia stabilizacji sieci elektrycznej w przyszłości. Tym tropem podążył Elon Musk.

Jego Tesla oferuje obecnie mały magazyn energii tzw. Powerwall 2 o nominalnej pojemności 14 kWh (realnie 13,5 kWh) i mocy 7 kW w szczycie i 5 kW w trybie ciągłym dla gospodarstw domowych, które chciałyby przechowywać energię z własnej instalacji fotowoltaicznej w oczekiwaniu na zapotrzebowanie. Gwarancja obejmuje nieograniczoną liczbę cykli ładowań w okresie do 10 lat. Urządzenie kosztuje 5,5 tys. dol., czyli za dolara kupujemy 2,46 Wh pojemności.

Nowością Powerwalla 2 jest zamontowany fabrycznie falownik, tzw. inwerter, którego zadaniem jest zamiana prądu stałego na przemienny. Prąd stały, powstający w fotoogniwach, nie nadaje się do zasilania domowych urządzeń. Konieczne jest jego przetworzenie w falowniku do napięcia nominalnego 230 V i częstotliwości 50 Hz.

Drugie życie baterii

Równolegle do koncepcji domowych magazynów Tesli biegną prace konkurencyjnego koncernu Renault-Nissan, który planuje w Niemczech albo w Holandii budowę zakładu magazynowania energii, wykorzystującego wyeksploatowane baterie samochodowe. To właściwie elektrownia o mocy 100 MW, zdolna dostarczyć energię elektryczną do 120 tys. gospodarstw domowych. W ten sposób koncern motoryzacyjny chce „dać drugie życie bateriom z samochodów elektrycznych” – podaje Agencja Reutera. Baterie w pojazdach elektrycznych stosuje się przez 8 do 10 lat. Technologia, którą użyje Renault-Nissan, wydłuża życie baterii o kolejne 10. Dopiero potem trafiają do recyklingu. Zakład Renault-Nissan nie będzie samodzielnie wytwarzać energii elektrycznej, ale w zamian za to będzie ładować baterie w godzinach szczytu, a następnie, kiedy pojawi się zapotrzebowanie, odsprzeda prąd do sieci energetycznej.

W ocenie Bloomberga systemy magazynowania energii po raz pierwszy w ubiegłym roku pozwoliły przechować prawie 1,5 GW. Ekspansja magazynów domowych Tesli i Renault przyczyni się do gwałtownego obniżenia cen i wzmożenia walki konkurencyjnej w obrębie energetyki obywatelskiej.

Polityka 3.2018 (3144) z dnia 16.01.2018; Nauka; s. 62
Oryginalny tytuł tekstu: "Bajty zamienię na dżule"
Więcej na ten temat
Reklama

Czytaj także

Kraj

Marian Turski: Auschwitz nie spadło z nieba

Nie bądźcie obojętni – apelował Marian Turski. Były więzień Auschwitz, nasz redakcyjny kolega, wziął udział w uroczystościach z okazji 75. rocznicy wyzwolenia obozu Auschwitz-Birkenau.

Marian Turski
27.01.2020
Reklama

Ta strona do poprawnego działania wymaga włączenia mechanizmu "ciasteczek" w przeglądarce.

Powrót na stronę główną