stan. przyszłość. - wrocŁaw energii... · krzywa hubberta rzeczywiste wydobycie –ropa naftowa...
TRANSCRIPT
Światowe zasoby energii
Stan. Przyszłość.
Wrocław, czerwiec, 2009E-mail : [email protected]
Wydział Mechaniczno-Energetyczny
Dr inż. Janusz LICHOTA
• Wstęp
• Czynniki wpływające na spadek zasobów nośników energii• Wzrost populacji i zapotrzebowanie na nośniki
• Zasoby nośników energii i bezpieczeństwo energetyczne
• Wpływ na środowisko
• Krzywa Hubberta
• Scenariusze rozwoju• Krzywa Hubberta dla węgla
• Skala wyzwań
• Wnioski
Spis treści
Bez energii nie istnieje cywilizacja jaką znamy.
Jedna baryłka ropy (159 litrów, 6.12 GJ) = 25 000 godzin ludzkiej pracy.
Dostępne nośniki energii są wyczerpywane, lecz powstają zasadnicze pytania.
W jakim tempie są one wyczerpywane?
Gdzie lokalnie będzie brakować nośników energii w przyszłości?
Jakie technologie mogą zastąpić elektrownie oparte o węgiel lub gaz?
Czym napędzać samochody?
Wstęp
Wstęp Nagłówki z „Financial Times”
Wstęp
Co determinuje przyszłość energetyczną świata?
1) Wzrost populacji => wzrost zużycia energii
2) Dostępne źródła energii
Wstęp
Zależność dochodu przypadającego na jednego mieszkańca od zużycia ropy
15 największych gospodarek świata
pozostałe
Bbl/ rok / mieszkańca
1 m3 = 8.386649 bbl (baryłka USA)World Bank lipiec 2007, John C. Chen
Potencjał oszczędności
Czynniki wpływające na zasoby Wzrost populacji
Nastąpi duży wzrost populacji w Azji oraz Afryce, w Europie nastąpi spadek
liczby ludności.
Czynniki wpływające na zasoby Wzrost zapotrzebowania na energię
Zapotrzebowanie na energię i PKB na mieszkańca (1980-2004)
Czynniki wpływające na zasoby Wzrost zapotrzebowania na energię
1 mld ludzi
2.5 mld ludzi
Czynniki wpływające na zasoby Wzrost zapotrzebowania na energię
Roczne zapotrzebowanie na energię (1971-2003)
Ameryka Północna
Ameryka Południowa Afryka
Europa
Bliski Wschód
Azja
4000 Mtoe
0
1 toe = 41,9 GJ
Ton of oil equivalent
ZSRR
Czynniki wpływające na zasoby Wzrost zapotrzebowania na energię
Źródło : obliczenia : John C. Chen1 quad = 1.05 x 1018 J
Ameryka Północna
Ameryka Południowa Afryka
Europa
Bliski Wschód
Azja
1000 quadów/rok
0
Rok 2000: 385 quadówRok 2050: 1500 quadów
0
1
2
3
4
5
6
7
8
发电容量
Insta
lled C
apacity
(100G
W
)
0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
70000
新型干法水泥产量 立窑水泥产量
2000 2001 2002 2003 2004 2005
中国汽车产量1953-2003
444.37
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
1953 1958 1963 1968 1973 1978 1983 1988 1993 1998 2003
万辆
1953~1992
(39 years)
2002~2003
(1 year)
2000~2002
(2 years)
1992~2000
(8 years)
1 million
automobiles
Growth of power capacityGrowth of steel
Growth of cement
Growth of automobile
Czynniki wpływające na zasoby Wzrost zapotrzebowania na energię: Chiny
2002, GDP per capital =US$1000
2007,GDP: GDP per capital =US$2500
Źródło : prof. Mao, Pekin
Moc elektryczna
zainstalowana w Polsce
35 GW (2002 r.)
3 x moc Polski
Rok zamówienia
Czynniki wpływające na zasoby Wzrost zapotrzebowania na energię: Chiny
Zamówienia na instalację źródeł energii elektrycznej
Źródło : prof. Mao, Pekin
Czynniki wpływające na zasoby Zasoby nośników energii (zasoby pewne)
2004 Energy Reserves Mtoe coal oil gas nuclear
Africa 33499 15304 12654 10220
Europe (excl. Russian Fed) 64418 9125 14418 14300
Russian Federation 68699 9862 43200 3160
Middle East 2279 100104 65547 0
China 58900 2332 2007 0
Australia/New Zealand 39234 546 2214 21480
Other Asia/Pacific inc Indian Subcontinent 65016 2728 8568 0
North America 123367 8320 6588 10820
Central/South America 9198 13804 6390 2860
0
20000
40000
60000
80000
100000
120000
0
20000
40000
60000
80000
100000
120000
Jeszcze w 1994 roku szacowano, że
węgla na świecie może wystarczyć na
500-1000 lat.
Czynniki wpływające na zasoby Bezpieczeństwo energetyczne (zasoby pewne)
Czynniki wpływające na zasoby Bezpieczeństwo energetyczne (zasoby pewne)
Stan na 2005 rok
Czynniki wpływające na zasoby Bezpieczeństwo energetyczne (zasoby pewne)
Stan na 2005 rok
Czynniki wpływające na zasoby Bezpieczeństwo energetyczne (zasoby pewne)
1 tona ropy naftowej ~ = 7.3 bbl
1 MCF ~= 1000 stóp
sześciennych
Stan na 2008 rok
Czynniki wpływające na zasoby Wpływ na środowisko
Czynniki wpływające na zasoby Wpływ na środowisko
Krzywa Hubberta
Qmax - całkowita ilość zasobu (np. ropy)
Q(t) - skumulowane wydobycie,
a,b - stałe
Krzywa Hubberta Predykcja M. Kinga Hubberta z roku 1956
Krzywa Hubberta Rzeczywiste wydobycie – ropa naftowa
USA
1970 rok
Krzywa Hubberta Rzeczywiste wydobycie – ropa naftowa
Norwegia Meksyk Kanada
Krzywa Hubberta Rzeczywiste wydobycie – ropa naftowa
Irak: 2018
Kuwejt: 2013
Arabia Saudyjska: 2014
Kraje, które już osiągnęły szczyt
wydobyciaKraje, przed szczytem wydobycia
•Wielka Brytania: 1999
•Argentyna: 1999
•Columbia: 1999
•Norwegia: 2000
•Oman: 2000
•Meksyk : 2004
•Australia: 2000
Japonia : 1932
•Niemcy: 1966
•Libia: 1970
•Wenezuela: 1970
•USA: 1970
•Iran: 1974
•Nigeria: 1979
•Trynidad i Tobago : 1981
•Egipt: 1987
•Rosja: sztuczny szczyt w 1987,
rzeczywisty 2006/2007
•Francja: 1988
•Indonezja: 1991
•Syria: 1996
•Indie: 1997
•Nowa Zelandia: 1997
Krzywa Hubberta Rzeczywiste wydobycie - węgiel
Krzywa Hubberta Rzeczywiste wydobycie - węgiel
Scenariusze rozwojuKrzywa Hubberta dla węgla
Scenariusze rozwojuSkala wyzwań
Zapotrzebowanie : 1500 quadów (1 quad=1.055x1018 J) w roku 2050. rozważmy tylko
Energia potrzebna na transport stanowi obecnie 33% z 385 quadów rocznie.
Załóżmy, że docelowo postęp techniczny doprowadzi do tego, że zapotrzebowanie
będzie wynosiło tylko 10% z 1500 quadów.
Stąd wymagana będzie konwersja związków węgla w fabrykach petrochemicznych
wynosząca 150 x 2 x 107 T/rok = 3 x 109 T/rocznie. Obecna konwersja wynosi 1.1x108
T/rocznie.
Stąd należy zwiększyć przepustowość zakładów petrochemicznych
3e9/1.1e8=29 razy.
Oznaczałoby to w przybliżeniu, że rocznie w latach 2010-2040 należałoby budować na świecie
tyle zakładów petrochemicznych ile istnieje w roku 2009
Według John C. Chen’a USA, aby wymienić swoją
przestarzałą flotę elektrowni w okresie około 20 lat na
nową musiałyby budować
1 blok mocy 500 MWe w ciągu 3 dni.
Scenariusze rozwojuSkala wyzwań
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
60,00
70,00
80,00
90,00
100,00
Year
US
dolla
rs
1987 1991 1995 1999 2003 2007
Scenariusze rozwojuWpływ na globalną ekonomię
Scenariusze rozwojuWpływ na globalną ekonomię
Scenariusze rozwojuWpływ na globalną ekonomię
Scenariusze rozwojuRaport Hirscha
W 2005 roku US Department of Energy opublikowała raport „Peaking
of World Oil Production: Impacts, Mitigation, & Risk Management”
(raport Hirscha)
Konkluzje z raportu Hirscha
Światowy szczyt wydobycia ropy naftowej nastąpi i będzie miał przebieg gwałtowny i rewolucyjny
Szczyt wydobycia wpłynie szkodliwie na globalną ekonomię, w szczególności na gospodarki krajów
uzależnionych od ropy.
Szczyt wydobycia stanowi unikalne wyzwanie.
Problem stanowią paliwa płynne dla sektora transportu.
Wysiłki ograniczające skutki szczytu wydobycia wymagają znacznego czasu
•20 lat na przejście bez znaczącego wpływu na gospodarki (“given enough lead-
time, the problems can be solved with existing technologies.”)
•10 lat szybkiej transformacji z ograniczonym wpływem na gospodarki, lecz przy
ogromnych wysiłkach rządów, przemysłu i konsumentów.
Scenariusze rozwoju
Scenariusze rozwojuPrzyszłe źródła energii
EPS na powierzchni lądów: 820000 EJ/rokEnergia promieniowania słonecznego
wydzielana rocznie na powierzchni
Ziemi:
- całkowita Es= ~2810000 EJ
- w tym na lądach: EL= ~820000 EJ
- w tym w Polsce: EsP = 1170 EJ
Roczne zapotrzebowanie energii
pierwotnej (2006 r):
- światowe Ez= ~480 EJ
- polskie: EzP= ~4,3 EJ
Nadwyżka energii słonecznej
względem potrzeb:
- całkowita Es/Ez= ~5850
- w tym na lądach: EL/Ez= ~1708
- w tym w Polsce: EsP/EzP= ~272
Źródło: Roksana Mazurek, Aleksander Andrzej Stachel, Techniczne i ekonomiczne aspekty przetwarzania energii promieniowania słonecznego w ciepło i energię elektryczną, XIV Konferencja
„REC-2008” Nałęczów, 22-24 października 2008
Scenariusze rozwojuPrzyszłe źródła energii
Scenariusze rozwojuPrzyszłe źródła energii
Energia fuzji 1 kg wody morskiej = energii spalania 300 kg benzyny =
47 000 godzin pracy ludzkiej
Wnioski
Jedynym pewnym źródłem energii w długoterminowej przyszłości jest węgiel.
Nie jest możliwy rozwój gospodarczy bez dostępu do źródeł energii.
Możemy mieć nadzieję, że eksperyment ITER oraz przejście na gospodarkę
wodorową się powiodą.
Dziękuję za uwagę