Perspektywy inteligentnego dołączania nieznanych źródeł energii

fot. yoppy/CC/Flickr

W artykule przedstawiono podstawowe zagadnienia związane z dołączaniem nowych i nieznanych źródeł energii. Scharakteryzowano istniejące źródła, przypomniano zasady dołączania źródeł już rozpoznanych. Przedstawiono przykład dotyczący wykorzystania energii w budynku inteligentnym. Zaproponowano zasady przyłączania nieznanych źródeł energii elektrycznej.

Dzisiejsze źródła energii mają w zasadzie znane właściwości. Istnieją więc skuteczne metody i procedury dołączania tych źródeł do systemu zasilającego. Ze względu na poszukiwanie nowych źródeł energii należy założyć między innymi nieznajomość ich parametrów, w tym charakterystyk implikujących sposób dołączania.

Obecne źródła energii 

Obecnie na świecie wykorzystywane są następujące źródła energii:

• nieodnawialne: węgiel kamienny i brunatny, ropa naftowa, gaz ziemny, paliwa jądrowe (rozszczepialne),
• odnawialne: Słońce, wiatr, woda, biomasa, biogaz, geotermia skał i wody wewnątrz Ziemi, pływy morskie i oceaniczne.

Dominującymi obecnie na świecie, ze względu na stopień wykorzystania, źródłami energii są: ropa naftowa (35%), węgiel (22%), gaz ziemny (22%), paliwa jądrowe i odnawialne (21%). W Polsce nadal notowane jest największe wykorzystanie węgla kamiennego (53%) i brunatnego (35%), następnie odnawialnych źródeł energii (6,2%) – biomasy, wody, wiatru, biogazu (kolejność według ich wykorzystania) oraz gazu ziemnego (3,4%) [1].

Ze względu na nieodwracalne wyczerpywanie się nieodnawialnych źródeł energii oraz dbałość o środowisko naturalne zauważalny jest trend do coraz większego wykorzystywania odnawialnych źródeł energii, co pokazano na rysunku 1. Szczególnie widoczny jest fakt istnienia olbrzymich zasobów energii słonecznej, które dotychczas nie są skutecznie zagospodarowane.

Rys. 1. Zmiany w globalnym bilansie energetycznym do 2100 r., EJ/a = EJ/rok (według danych i prognozy rady naukowej federalnego rządu Niemiec)

Energia promieniowania słonecznego docierająca rocznie do powierzchni Ziemi kształtuje się na poziomie 2 810 000 EJ (1018 J) = 780 000 TWh, z czego 227 960 TWh dociera do lądów; do Polski dociera 325 TWh [2]. Należy nadmienić, iż zapotrzebowanie na energię elektryczną w Polsce w 2010 r. szacowane było na poziomie 141 TWh, zaś w 2030 r. na 217 TWh [1].

Głównymi zadaniami europejskiej polityki energetycznej do 2020 r. są:

• 20-procentowe ograniczenie emisji gazów cieplarnianych w odniesieniu do poziomu emisji w 1990 r.,
• 20-procentowy udział źródeł odnawialnych w bilansie energii pierwotnej,
• 20-procentowa redukcja globalnego zużycia energii pierwotnej (poprzez wzrost efektywności wytwarzania energii, wzrost sprawności odbiorników, oszczędność energii, itd.)

Są to zadania stwarzające nadzieję na osiągnięcie w dłuższej perspektywie czasu stabilizacji zmian klimatycznych.

Dynamiczny rozwój energetyki wykorzystującej energię odnawialną oraz ograniczenia jej stosowania, związane głównie z niedostatecznym dostosowaniem elektroenergetycznych urządzeń i sieci przesyłowych oraz często losową sezonowością (niepewnością) występowania nośników odnawialnych, warunkują plany energetyczne na przyszłość nakreślane przez poszczególne państwa, w tym Polskę.

W tabeli 1 zestawiono historyczne i prognozowane ilości produkowanej energii elektrycznej w Polsce z różnych źródeł. Zauważyć można, że podstawowym źródłem energii nadal będzie węgiel, jednakże źródła odnawialne powinny odgrywać coraz większą rolę w ogólnym bilansie, przy czym dominującym nośnikiem energii elektrycznej będzie wiatr, biomasa oraz biogaz.

Tabela 1. Produkcja energii elektrycznej netto w podziale na paliwa, TWh

Źródło energii	Rok 2006	Rok 2010	Rok 2020	Rok 2030
Węgiel kamienny	86,1	68,2	62,7	71,8
Węgiel brunatny	49,9	44,7	40,0	42,3
Gaz ziemny	4,6	4,4	8,4	13,4
Produkty naftowe	1,6	1,9	2,8	3,0
Paliwo jądrowe	0,00	0,00	10,5	31,6
Energia odnawialna	3,9	8,0	30,1	38,0
Wodne pompowe	0,97	1,00	1,00	1,00
Odpady	0,6	0,6	0,6	0,7
RAZEM	147,7	128,7	156,1	201,8
udział energii z OZE, %	2,7	6,2	19,3	18,8

Na rysunku 2 pokazano tendencje zużycia energii w Unii Europejskiej do 2030 r. Tendencje unijne i polskie pokrywają się w znacznym stopniu, z wyjątkiem prognozy dotyczącej wykorzystania paliw jądrowych.

Rys. 2. Przewidywana struktura zużycia energii pierwotnej w UE [3]