Zrównoważyć rozwój

ZrównowaŜyć rozwój...
Autor: prof. zw. dr hab. inŜ. Włodzimierz Kotowski
("Energia Gigawat" - nr 1-2/2010)
Obok nasilających działań w obszarze ochrony środowiska, głównym zadaniem
gospodarki światowej są i będą wielokierunkowe przedsięwzięcia, związane z
zapewnieniem jej niezawodnych dostaw energii. Skoro w systematycznie rozwijającym
się przemyśle rosnącą rolę odgrywa energia elektryczna, to niezawodną bazą jej
wytwórczości na wiele kolejnych dziesięcioleci wciąŜ jeszcze pozostaje węgiel.
Systematycznie wzrasta zaludnienie naszej planety, którą dziś zamieszkuje 7 miliardów ludzi,
a za 15 lat będzie nas juŜ 8 miliardów. W dodatku z kaŜdym kolejnym rokiem coraz więcej
mieszkańców na naszej Ziemi zwiększa swój poziom zamoŜności. JuŜ ten fakt dokumentuje
wystarczająco dalszy wzrost zuŜycia energii, wody oraz surowców – a wśród nich kopalne
zajmują nadal znaczącą pozycję.
Wzrastającemu zapotrzebowaniu na nośniki energii stoją do dyspozycji gospodarki światowej
róŜnorakie źródła oraz surowce. Wśród tych nieodnawialnych główną pozycję stanowi węgiel
(kamienny i brunatny), którego zasoby wystarczą na około 140 lat.
Wydobycie węgla w roku 2008 wzrosło w stosunku do poprzedniego o 11 procent i wyniosło
5,9 miliardów ton. Do krajów wiodących w wydobyciu węgla naleŜą Chiny – 2,7 miliarda ton
oraz USA – 1,1 miliarda ton. Głównym eksporterem węgla jest Australia – 261 milionów ton
(Brennstoffspiegel und mineralölrundschau; 44, 11, 2009).
Na rysunku 1 przedstawia się główne regiony wydobycia oraz zuŜycia węgla na świecie w
2008 roku.
Źródło: VDKI, WCI, 2009
Rys. 1. Światowe wydobycie oraz zuŜycie węgla w 2008 roku w wybranych regionach naszej
planety.
1
W 2009 roku ogólnoświatowy kryzys w gospodarce spowodował krótkookresowe załamanie
wydobycia węgla o 8% i to głównie koksującego – związanego z hutnictwem stalowym. Na
przestrzeni całego 2009 roku eksport węgla koksującego obniŜy się w stosunku do
poprzednich 12 miesięcy o około 45 milionów ton. Tymczasem w eksporcie koksu Chiny
zawładnęły prawie 50 procentami tego rynku, na którym wysokie pozycje zajmują teŜ Kanada
oraz USA.
Recesja – która juŜ ustępuje – w światowej gospodarce doprowadziła do załamania cen na
rynku węglem. Te jednak są relatywnie wciąŜ jeszcze na wysokim poziomie w porównaniu do
kilku minionych lat. Gdy minie obecny kryzys, zapewne szybko wrócą ceny do poziomu 2008
roku, gdyŜ Chiny oraz Indie rozwijają nadal intensywnie swoje gospodarki, a tam węgiel
stanowi bazę energetyki.
W krajach wysokorozwiniętych, takich jak Niemcy, odnawialne źródła energii znajdują się w
intensywnym rozwoju (na bazie wiatru, słońca, biomasy oraz geotermii), ale dominującymi są
wciąŜ jeszcze węgiel i energetyka jądrowa obok gazu ziemnego oraz ropy. RFN importuje
pokaźne ilości węgla z wszystkich regionów świata, co ilustruje rys. 2 i nadal będzie
budowała nowoczesne, wysokosprawne bloki energetyczne.
Źródło: VDKI, 2009
Rys. 2. Import węgla energetycznego oraz koksującego do Niemiec w 2008 roku.
Nieustający rozwój gospodarki światowej jest nie tylko nierozerwalnie sprzęŜony ze
wzrostem wytwarzania energii elektrycznej oraz ciepła uŜytkowego, ale dotychczas wciąŜ
jeszcze z rosnącym efektem cieplarnianym. Ograniczenie zagroŜenia niekontrolowanego
wzrostu temperatury powierzchni Ziemi ma wpływ na gospodarkę paliwowo-energetyczną i z
tego zrodziła się potrzeba zrównowaŜonego rozwoju gospodarki. Coraz ostrzejsze wymagania
w obszarze ochrony środowiska wymuszają radykalne oraz relatywnie szybkie obniŜenie
emisji CO2, co wymusza poprawę efektywności energetycznej, jak i wprowadzenie do
2
elektrowni nowych, wysokosprawnych technologii produkcji energii elektrycznej z
nieodnawialnych paliw.
Nie tylko Międzynarodowe Konferencje Klimatyczne w Kioto oraz w Kopenhadze, ale
równieŜ Komisja Europejska dyrektywą z dnia 10.01.2007 roku ograniczają globalne
ocieplenie naszej planety do 2 st. C. Realizacja tego zadania wymaga redukcji emisji
dwutlenku węgla o 50% do 2050 roku – w tym o 30% do roku 2020.
Znaczne oraz relatywnie szybkie obniŜenie emisji CO2 moŜna osiągnąć poprzez zamianę
wszelkiego typu ciepłowni na elektrociepłownie, gdyŜ na tej drodze uzyskuje się pokaźny
wzrost sprawności do poziomu w granicach 85-95 procent. Skoro w tego typu działaniach
innowacyjnych obniŜa się radykalnie zuŜycie pierwotnych nośników energii, to trzeba je
traktować priorytetowo i to przede wszystkim w naszym kraju.
Tymczasem 60 procent krajowych mocy wytwórczych pochodzi sprzed co najmniej 30 lat, a
to oznacza, Ŝe te bloki energetyczne są technicznie oraz technologicznie przestarzałe – co
czyni je nieekonomicznymi jak i szkodliwymi dla środowiska.
W tej sytuacji naleŜy wysoko ocenić inicjatywę Południowego Koncernu Energetycznego
S.A., który w będzińskiej Łagiszy wybudował i juŜ oddał do eksploatacji blok energetyczny o
parametrach nadkrytycznych w technologii fluidalnej z mocą 460 MW. Ta jednostka spełnia
wszelkie normy Unii Europejskiej, jak i wymogi Najlepszych Dostępnych Technologii
(BAT).
Wymieniony wyŜej koncern jest równieŜ zainteresowany budową nowoczesnej, tzw.
elektrowni poligeneracyjnej, umoŜliwiającej jednoczesną produkcje czystej energii
elektrycznej, ciepła uŜytkowego i gazu syntetycznego dla wytwórczości chemicznej. W tej
technologii uwzględnia się tlenowo-parowe zgazowanie węgla do mieszaniny, głównie tlenku
węgla z wodorem i to wraz z usuwaniem CO2 oraz jego składowaniem w podziemnych
strukturach geologicznych, co określa się skrótem CCS (Carbon Capture and Storage).
Wytwarzany w tym procesie gaz syntezowy będzie w części kierowany do turbiny gazowej,
sprzęŜonej z elektrogeneratorem i blokiem parowo-energetycznym, a w części przetwarzany
do 500.000 ton rocznie metanolu.
Jeden z największych wytwórców energii elektrycznej oraz ciepła uŜytkowego w Europie,
znany pod nazwą Vattenffal, uruchomił jako pierwszy w świecie w 2008 roku pilotową
elektrownię na terenie Schwarze Pumpe w RFN tym znamienną, Ŝe węgiel bywa tam spalany
przy uŜyciu czystego tlenu, a spaliny są częściowo zawracane. Jej moc wynosi 30 MW, przy
czym CO2 bywa wydzielany dla składowania go w wyeksploatowanych pokładach gazu
ziemnego w miejscowości Altmark koło Berlina. Rysunek 3 ilustruje budowę tej pilotowej
elektrowni.
Dwutlenek węgla w postaci skroplonej moŜe być składowany w wyeksploatowanych
strukturach geologicznych po ropie oraz gazie ziemnym, jak i w zapiaszczonych solankach
wodnych. MoŜna go równieŜ wtłaczać w postaci gazowej do pozabilansowych pokładów
węgla.
Proces zatłaczania CO2 wymaga systematycznego monitorowania. Sam obszar tego magazynu
trzeba monitorować w zakresie migracji dwutlenku węgla. W tym celu przeprowadza się –
między innymi – kontrolę poziomu wody w specjalnych odwiertach.
3
Źródło: Vattenfall
Rys. 3. Budowa pilotowej elektrowni Vattenfall w latach 2006-2008 w Schwarze Pumpe, RFN,
gdzie węgiel spala się w czystym tlenie, a wydzielany ze spalin CO2 wtłacza się w podziemne
struktury geologiczne.
W podsumowaniu niniejszego artykułu trzeba podkreślić konieczność wprowadzenia do
elektrowni wysokosprawnych, nowoczesnych bloków energetycznych, ograniczać globalne
zuŜycie surowców energetycznych poprzez wzrost efektywności wytwarzania energii
elektrycznej i ciepła uŜytkowego oraz zwiększać udział odnawialnych źródeł w bilansie
energii pierwotnej.
Te zadania stanowią wyzwanie dla naszej gospodarki jako warunek zwiększenia jej
konkurencyjności do zagranicznych rynków. Dlatego zaprezentowano powyŜej te spośród
róŜnych nowych technologii w elektrowniach węglowych, które wydają się optymalnymi dla
krajowych uwarunkowań.
4