Wielokrotnie podkreślałem, że światowy system energetyczny znajduje się na rozdrożu. Nie wszyscy zgadzają się z tym stwierdzeniem. Z jednej strony są to obrońcy status quo, z drugiej ci, którzy uważają, że właściwsze byłoby zastąpienie określenia „na rozdrożu” stwierdzeniem „na krawędzi przepaści”.
Świat paliw kopalnych
Oto obraz światowego systemu energetycznego w pigułce.
Rysunek 1. Światowe zużycie energii z podziałem na źródła. Po prawej stronie powiększenie przedziału 12 000-13 000 Mtoe.. Źródło Przegląd statystyczny zasobów i zużycia energii British Petroleum (BP) 2014.
Trwa wykładniczy wzrost zużycia energii – z drobniutkim ząbkiem przerwy we wzroście w 2008 roku, od której w ciągu 5 lat zwiększyliśmy zużycie energii o blisko 1400 Mtoe, do poziomu prawie 13 000 Mtoe.
Pomijając prymitywnie spalaną w biednych krajach biomasę paliwa kopalne dają nam blisko 90% energii.
Zwolennicy status quo stwierdzają, że trwające od pokoleń trendy wzrostu wykładniczego da się utrzymywać kolejne dekady, dorzucając „do pieca” kolejne złoża , gazu łupkowego, ropy łupkowej, piasków roponośnych, podziemnej gazyfikacji węgla, kerogenu czy hydratów metanu.
Do miksu energetycznego dochodzi trochę energii wodnej (w 2013 roku 3782 TWh, czyli 316 mtoe) oraz jądrowej (2489 TWh, czyli 207 mtoe). Żeby w ogóle dostrzec źródła energii uważane za źródła energii przyszłości, trzeba wziąć solidną lupę (powiększenie po prawej na Rys. 1). Aby zobaczyć coś więcej, umieśćmy energię uzyskiwaną z atomu, wiatru i słońca na osobnym wykresie. W sumie jest to niecałe 280 Mtoe z całości zużycia blisko 13 000 Mtoe – raptem 2,2%.
Rysunek 2. Atom, wiatr, słońce – zużycie energii z podziałem na źródła. Źródło Przegląd statystyczny zasobów i zużycia energii British Petroleum (BP) 2014.
Przyglądając się „pod lupą” energii z atomu, wiatru i słońca dostrzegamy, że od dekady ilość energii wytwarzanej z atomu spada. Wynika to z szeregu czynników. Warto zauważyć, że jedynym krajem, nie posiadającym wcześniej reaktorów atomowych, który w XXI wieku zdecydował się na ich budowę jest Iran – zamyka się znacznie więcej starych reaktorów niż oddaje do użytku nowych, a ze względu na małą liczbę reaktorów w budowie trend spadku ilości energii z atomu w najbliższych latach będzie się pogłębiał, nie tylko pod względem udziału procentowego, ale nawet w wartościach bezwzględnych.
Ilość energii wytwarzanej z wiatru i słońca co prawda rośnie, jednak od bardzo niskiego poziomu – źródła te dają łącznie tylko 0,5% całości energii.
Postrzegana z tej perspektywy przyszłość energetyczna świata, zarówno punktu widzenia wyczerpywania zasobów paliw kopalnych, coraz trudniejszej sytuacji rejonów importujących paliwa, a także zmiany klimatu wygląda paskudnie. Czy więc nasz świat opartego na paliwach kopalnych wzrostu wykładniczego jest skazany na twarde zderzenie z rzeczywistością?
Świat alternatywny
Większość świata siłą bezwładu i różnorodnych interesów podąża drogą status quo. Są jednak miejsca, w których podejmowane są wysiłki w celu przestawienia systemu energetycznego na inne tory. Jednym z takich miejsc są Niemcy. Tak wygląda niemiecki miks źródeł produkcji energii (elektrycznej, nie całości!) z ostatnich 7 miesięcy.
Rysunek 3. Produkcja energii elektrycznej w Niemczech w pierwszych siedmiu miesiącach 2014 roku w podziale na źródła. Źródło Fraunhofer Institute.
Łączna produkcja energii z wiatru, słońca, biomasy i wody wyniosła w tym okresie 93,5 TWh, co w przeliczeniu rocznym przekłada się na ponad 160 TWh energii.
Dużo to, czy mało? Porównajmy to z polskim zużyciem elektryczności. Pierwsza osoba, która napisze w komentarzach, ile ono wynosi i jak ma się do niemieckiego, wygrywa nagrodę! Owszem, Niemcy są ludniejszym krajem i o wyższym zużyciu elektryczności na osobę, ale to pokazuje, że w podobnych warunkach geograficzno-klimatycznych można stworzyć zrównoważony system energetyczny oparty o odnawialne źródła energii.
Malkontenci mogą zauważyć, że Niemcy wciąż spalają więcej węgla niż Polska. To prawda, ale trend zmian jest wyraźny. Zobaczmy, co maleje, a co rośnie.
Rysunek 4. Zmiany produkcji energii elektrycznej w Niemczech w pierwszych siedmiu miesiącach 2014 roku względem pierwszych siedmiu miesięcy 2014 roku. Źródło Fraunhofer Institute.
Biorąc pod uwagę eksplozję odnawialnych źródeł energii, planowane masowe zamykanie starych elektrowni węglowych w najbliższych latach oraz niewielką liczbę budowanych nowych, trend będzie się utrzymywał.
Tu mogą pojawić się wątpliwości. Trzy najczęściej spotykane to:
- czy nie jest to zbyt drogie? Może i Niemcy na to stać, ale czy inne kraje (na przykład Polskę) też?
- czy zbyt wysoki udział w systemie energetycznym wiatru i słońca nie spowoduje, że okresowo nie będzie dość prądu?
- to tylko zmiany w produkcji prądu – w ogóle nie dotyka się tu zużycia energii w innych sektorach, w szczególności transporcie i ogrzewaniu mieszkań.
Czy nie jest to zbyt drogie? Może i Niemcy na to stać, ale czy inne kraje (na przykład Polskę) też?
W Niemczech ceny prądu dla gospodarstw domowych są o ok. 60% wyższe niż w Polsce. Instalacje prosumenckie (słońce, wiatr, biogaz) już teraz są cenowo konkurencyjne i to nawet bez dopłat. Wynika to nie tylko z dość wysokich cen prądu z sieci, ale też z niskich cen instalacji. Dlaczego np. system fotowoltaiczny, który w USA kosztuje 20 000$, w Niemczech można sobie kupić i zainstalować za 8 000$?
Ceny np. paneli słonecznych i innego ‘hardware’ są zbliżone. Skąd więc różnice?
Rysunek 5. Porównanie kosztów zakupu i podłączenia dachowej instalacji słonecznej o mocy 4 kW w USA i Niemczech. Źródło Forbes.
Badania National Renewable Energy Laboratory i University of California, Berkeley pokazują że wyższe ceny w USA prawie w całości wynikają z kosztów „papierologii” niezbędnej, by otrzymać wszelki niezbędne pozwolenia i na końcu szczęśliwie „oficjalnie” podłączyć się do sieci.
W Niemczech podłączenie instalacji prosumenckiej nie wiąże się z biurokracją – wiąże się to zarówno z przyjaznym prawem, jak i masową skalą instalacji. Firmy sprzedające panele mają zoptymalizowany łańcuch dostaw, projekt instalacji jest zwykle gotowy tego samego dnia, proces uzyskiwania pozwolenia jest przeprowadzany online i prawie natychmiastowy, koszty pozyskania (masowego) klienta zaś bardzo niskie. Cała dokumentacja mieści się na dwóch stronach.
Dzięki temu rozwiązaniu w Niemczech zakup paneli zwraca się w pięć lat. Polityka ułatwiania działalności dotyczy też instalacji wiatrowych czy biogazowych. Banalnie proste jest też zakładanie spółdzielni i „sąsiedzkie” dzielenie się energią. W Polsce jeśli chcemy udostępnić energię komuś innemu, trzeba mieć pozwolenia i dokumenty na prowadzenie działalności gospodarczej z zakresu produkcji energii, sąsiedzka wymiana prądu zostaje opodatkowana, a kiedy chcemy zbudować biogazownię, urzędy wymagają takiej ilości dokumentów, jakbyśmy mieli budować Bełchatów 2.
Może kiedyś, kiedy panele słoneczne, biogazownie i wiatraki były nową technologią, praktykowana w USA czy Polsce papierologia mogła mieć sens – teraz, kiedy wszystko jest zestandaryzowane, proste w instalacji i bezpieczne, a także dużo tańsze i dostępne do masowej instalacji – cała ta papierologia tylko blokuje rozwój odnawialnych źródeł energii, tworzenie nowych firm, miejsc pracy i bezpieczeństwa energetycznego. Można wręcz powiedzieć: “We have met the enemy and he is us.” (co po polsku można przetłumaczyć jako “Spotkaliśmy wroga, a jesteśmy nim my sami”.
Czy zbyt wysoki udział w systemie energetycznym wiatru i słońca nie spowoduje, że okresowo nie będzie dość prądu?
Owszem, system energetyczny musi się bilansować, ale tu też pojawiły się nowe możliwości i rozwiązania. Kiedyś, kiedy raz na kwartał przychodził inkasent z elektrowni i spisywał stan liczników na klatce, nie było miejsca na wyrafinowane rozwiązania. Teraz mamy do dyspozycji narzędzia o znacznie większych możliwościach.
W szczególności możemy wprowadzić inteligentne sieci energetyczne i zarządzanie popytem (to nowość, dotychczas popyt był jaki był, a zarządzaliśmy jedynie podażą zmieniając moc elektrowni). Rozwiązanie z uwolnieniem cen prądu i ich dynamicznymi zmianami powinno spodobać się sympatykom wolnego rynku, a nawet JKM: kiedy panele słoneczne i wiatraki będą zalewać system energetyczny prądem, jego cena byłaby bardzo niska, powiedzmy 5 gr/kWh. Z kolei bezwietrzną nocą (lub bardzo pochmurnym zimowym dniem) trzeba by uruchamiać rezerwowe źródła energii (np. elektrownie gazowe), a za prąd trzeba by zapłacić znacznie więcej, np. 2 zł/kWh. Użytkownicy (zarówno indywidualni, jak i firmowi) widzieliby zmiany cen (co więcej, na podstawie prognoz pogody można by z bardzo dobrą dokładnością, na poziomie 90%, przewidzieć dostawy prądu i jego ceny na 2-3 dni naprzód). Energożerne urządzenia w domach (pralki, odkurzacze, zmywarki, …) byłyby uruchamiane, kiedy prąd byłby prawie tani, a nie wtedy, kiedy byłby drogi. Podobnie warsztaty, fabryki itp. mogłyby planować prowadzenie energożernych procesów (w szczeg. produkcji) wtedy, kiedy prąd byłby bardzo tani, a w okresach wysokich cen wstrzymywać produkcję. To dopasowałoby popyt do podaży.
Dodatkowo, opłacałoby się wyposażenie pracującej obecnie w trybie ciągłym biogazowni o mocy 1 MW w turbinę o mocy 3 MW i uruchamianie jej z dużą mocą wtedy, kiedy byłyby wysokie ceny. Biogazownie takie włączałaby się więc, zastępując źródła chwilowo nie generujące dużo prądu. Dokładnie to zaczęli robić ostatnio Niemcy. Tak właśnie należy postrzegać system energetyczny – jako system, w którym współpracują i uzupełniają się miliony mniejszych i większych instalacji. W podobnym trybie działałyby elektrownie wodne, zbierając wodę podczas pracy farm wiatrowych i instalacji PV, a ruszając, gdy ich produkcja prądu będzie potrzebna.
Biogazownie mają nie tylko tę zaletę, że mogą generować prąd na żądanie, ale też nie prowadzą do marnowania materii organicznej jak przy współspalaniu drewna i innej materii organicznej z węglem (wręcz przeciwnie – oprócz energii w formie biogazu/biometanu/prądu/ciepła wychodzi z nich bardzo dobry nawóz!). Utylizują też odpady organiczne – dziś położone np. nad brzegiem jeziora chlewnie czy kurze fermy często oznaczają dla niego katastrofę ekologiczną – dzięki biogazowni mamy nie problem, tylko cenny surowiec energetyczny. To samo można powiedzieć o spożywczych resztkach organicznych, gazie wysypiskowym czy gazie z oczyszczalni ścieków. Z uprawami energetycznymi należy jednak postępować ostrożnie. Jeśli już, to na glebach niższej jakości i w skali nie prowadzącej do konkurencji z systemem żywnościowym i bez olbrzymich monokultur.
Jaki może być maksymalny sensowny areał upraw energetycznych w Polsce? W latach 50. XX w Polsce mieliśmy około 3 mln koni. Koń potrzebuje ¾ ha pastwiska i ¾ ha pod uprawy owsa na zimę. Jednym słowem, pod uprawy energetyczne dla ówczesnych „maszyn rolniczych” przeznaczaliśmy 4,5 mln ha. Biorąc pod uwagę, że z 1 ha można pozyskać ok. 50 MWh biogazu, moglibyśmy mieć ponad 20 TWh energii, co odpowiada ok. 20 mld m3 gazu ziemnego rocznie (dla porównania, Polska zużywa obecnie ok. 16 mld m3 gazu ziemnego rocznie).
W systemie energetyki prosumenckiej dużą role może też odegrać samochód elektryczny. Silniki samochodów elektrycznych mają moc 50-300 kW. W Polsce jest obecnie blisko 20 mln samochodów. Powiedzmy, że w wyniku wprowadzenia dobrego planowania przestrzennego, rozpowszechnienia się alternatyw zintegrowanego systemu transportowego i zmiany postaw społecznych samochody staną się mniej znacznie popularne i wystarczy ich o połowę mniej – 10 mln. Ich łączna moc (przy mocy silnika 100 kW) wyniosłaby 1000 GW. Dla porównania – szczytowe zapotrzebowanie na prąd w Polsce jest rzędu 26 GW. Oznacza to, że wystarczy by niecałe 3% właścicieli aut – prosumentów – oddawało w danej chwili do sieci prąd z akumulatorów (w naszym przykładzie ładując je prądem za 5 gr/kWh, a odsprzedając go za 2 zł/kWh, przy okazji zarabiając na każdym takim cyklu przy akumulatorze 80 kWh ponad 150 zł), to w ogóle nie potrzebowalibyśmy elektrowni (to oczywiście przesada, bo mielibyśmy biogazownie, elektrownie wodne i interkonektory do innych krajów, w których np. akurat wieje wiatr gdy u nas jest flauta) – nie byłyby za to potrzebne obecne elektrownie zawodowe na węgiel, gaz czy atom.
To tylko zmiany w produkcji prądu – w ogóle nie dotyka się tu zużycia energii w innych sektorach, w szczególności transporcie i ogrzewaniu mieszkań.
Samochody elektryczne, zintegrowane w prosumenckim systemie produkcji energii, w dużym stopniu rozwiązują problem wolnych i dyspozycyjnych mocy energetycznych (bilansowanie podaży i popytu). Rozwiązują też problem transportu i uzależnienia od ropy. Elektryfikacja transportu towarowego (tiry na tory, lokalne huby transportowe łączące transport szynowy z dowozem furgonetkami elektrycznymi), traktorów i maszyn budowlanych dalej zmniejsza uzależnienie od ropy. Wiele maszyn da się też przestawić na gaz (biometan) – np. w wielu szwedzkich miastach wszystkie autobusy zasilane są biometanem.
Bez problemu możemy budować budynki, którym do ogrzewania wystarczy 7 kWh/m2/rok (obecnie normą są budynki zużywające ponad 100 kWh/m2/rok), na co w dużym stopniu wystarcza ciepło własne mieszkańców, urządzeń elektrycznych, gotowania i ciepłej wody. Nie bez powodu Niemcy tak intensywnie rozwijają technologie budownictwa energooszczędnego.
Podsumowanie
Którą drogę wybierzemy? Z mediów wciąż słychać naszych polityków, mówiących, że Polska węglem stała i stać będzie, a storpedowanie europejskiej polityki transformacji energetycznej jest polską racją stanu. To potwornie krótkowzroczne podejście.
Owszem, ta transformacja będzie kosztować. W skali świata trzeba w nią będzie zainwestować dziesiątki tysięcy miliardów dolarów. Ale możemy na to spojrzeć inaczej, tak, jak to robią Niemcy – to jest rynek, który będzie wart dziesiątki tysięcy miliardów dolarów. Zajęcie na nim mocnych pozycji i wykrojenie jak największego kawałka z tego tortu jest czymś, o co warto powalczyć. W naszej przyszłości nie widać miejsc pracy w sektorach, o które tak walczą nasi politycy. Wiele wskazuje na to, że w ogóle nadchodzą trudne czasy dla gospodarki. Jeśli gdzieś jest polska racja stanu, bezpieczeństwo, w tym uniezależnienie od rosyjskiej „gazrurki”, przyszłe innowacyjne koła zamachowe polskiej gospodarki, miejsca pracy, rozwój i pozytywna, także środowiskowo, to właśnie tam – w efektywności energetycznej, energetyce prosumenckiej, domach autonomicznych, transporcie niskoenergetycznym i lokalnych miejscach pracy, które nie wyjadą za granicę. Stworzenie chłonnego rynku w Polsce na te rozwiązania pozwoliłoby rozwinąć skrzydła naszym innowacyjnym firmom, które za chwilę zaczęłyby ekspansję na inne rynki (to, co już robią Fakro, Solaris, Pesa, Newag, Watt, …). Nie tylko Niemcy mogą zarabiać na tym rynku, my też możemy wykroić sobie w nim duży udział – jeśli tylko zamiast rzucać kłody pod nogi przepisy będą ułatwiać rozwój przedsiębiorstw w tych przyszłościowych branżach.
Nie znamy przyszłości, ale warto na naszym rozdrożu wybrać tę wizję. To nie tylko odpowiedź na zagrożenia związane ze schyłkiem epoki paliw kopalnych, ale też spójna wizja upodmiotowionego społeczeństwa, działającej i innowacyjnej gospodarki, czystego środowiska i bezpiecznego świata.
To wizja zorientowana na przyszłość, a nie na konserwowanie minionej epoki.
