Energia verde este vazuta ca o optiune posibila a tranzitiei catre o lume care sa nu se bazeze pe combustibilii fosili, avand surse de energie teoretic inepuizabile asa cum sunt apa, vantul si energia solara.
Practic, civilizatia umana a folosit aceste resurse inca din cele mai vechi timpuri, fara lumina si caldura soarelui nu s-ar putea vorbi de agricultura, fara apa viata nu ar exista, iar energia vantului a fost folosita pentru navigatie si faimoasele mori de vant. Pana la revolutia industriala care a introdus masina cu aburi si combustibilii fosili oamenii au trait prin agricultura, cresterea animalelor si folosind biomasa mai precis lemn.
Pentru a intelege cat de mult poate fi energia verde un game changer am sa explic mai intai conceptul de energie.
Din punct de vedere științific, energia este o mărime care indică capacitatea unui sistem fizic de a efectua lucru mecanic când trece printr-o transformare din starea sa într-o altă stare aleasă ca stare de referință. Energia este o funcție de stare.
După modul de manifestare a energiei se vorbește despre energie mecanică, energie electrică, energie luminoasă.
După purtătorul de energie se vorbește de energie termică.
La nivelul unei economii moderne, aproximativ 50% din energie este folosita sub forma de electricitate, restul fiind consumata sub forma de caldura si abur in procesele termice din industrie sau sub forma de transporturi motorizate cu combustibili fosili. Pentru a exemplifica circulatia fluxurilor energetice si provenienta lor, am sa dau ca exemplu Statele Unite, pentru certitudinea datelor disponibile.
In diagrama de mai jos se poate vedea fluxul formelor de energie din SUA la nivelul anului 2012 plecand de la sursa si ajungand la sectorul din economie alimentat.
Din punct de vedere al surselor primare de energie si forma sub care ajung sa fie consumate se disting:
Astfel, in urma unui calcul sumar se observa ca 83% din sursele primare sunt combustibili fosili, 17% sunt constituite de nuclear si energie regenerabila, aproximativ 70% din aceasta fiind hidroenergie, restul fiind eolian si solar. Insumand ratia de electricitate din coloana a doua si inmultind-o cu procentul din prima coloana corespunzator sursei, se observa ca electricitatea este aproximativ 40% din totalul formelor de utilizarea a energiei.
Limitarea numarul unu:
Electricitatea constituie aproximativ 40% din totalul formelor de utilizarea a energiei.
Un prim rationament care deriva de aici este ca pentru a beneficia mai mult de potentialul energiei electrice regenerabile, electricitatea per ansamblu ar trebui extinsa ca pondere din totalul formelor de energie pentru a face diferenta . Acest proces se numeste electrificare iar un exemplu rapid de electrificare ar fi electrificarea retelei feroviare sau autoturismele electrice.
Pentru a intelege mai bine electricitatea verde (regenerabila) ar trebui vazut cand si cat de mult poate fi folosita.
O sursa de electricitate ideala trebuie sa se adapteze rapid la cerere, si sa fie disponibila in permanenta.
Pntru al doilea criteriu a fost introdusa marimea Factor de capacitate.
Factorul de capacitate reprezinta cat timp este disponibila o sursa, ca procent din durata ei de viata.
Acesta este limitat de conditiile de mediu si starea tehnica a echipamentelor.
Spre exemplu electricitatea din sursa nucleara este disponibila aproximativ 90% din timp restul de 10% fiind constituit de revizii, opriri reparatii etc. Electricitatea din sursa eoliana este disponibila atunci cand vantul are o viteza suficienta, o dublare a vitezei vantului putatind creste de pana la 8 ori cantitatea de electricitate produsa, de unde se observa caracteristica neliniara dintre input si output. In Romania spre exemplu, in Dobrogea unde este una dintre cele mai bune zone de vant din Europa de Est, factorul de capacitate este de 30%.
Electricitatea din sursa solara este disponibila in functie de locatie in jurul valorii de 2000 de ore pe an functionand in general in intervalul orar 8-16 si preponderent in anotimpul cald. Ca si Factor de Capacitate valoarea de 25% este acceptata ca fiind economic viabila, in zonele in care soarele iradiaza cu o putere superioara valorii de 1300kwh/m2, zona in care Romania se afla, avand un maxim de 1600w/m2 in sudul tarii.
Limitarea a doua:
Factorul de capacitate pentru electricitatea din surse verzi este in jurul valorilor de 30% pentru eolian si 25% pentru solar
Rationamentul care deriva din aceasta limitare, este ca in cazul in care omenirea da dori sa se bazeze mai mult pe electricitate regenerabila va trebui ori sa se adapteze intermitentei care deriva din factorul de capacitate scazut sau sa inmagazineze cumva aceasta electricitate pentru a o folosi in intervalele in care productia este defazata de consum. Conditia de intermitenta ar impune mari dificultati proceselor cu foc continuu din industrie (prelucrarea metalelor) sau pastrarii alimentelor congelate si a proceselor criogenice din industrie.
Inmagazinarea se poate face in hidrocentrale care sa functioneze in dublu sens, avand rezervor atat in amonte cat si in avalul turbinei. Eficienta acestui proces este de 70%, 30% (se pierde prin frecare).
In Europa se prefera interconectarea retelelor electrice la nivel continental, astfel incat variatiile produse de sursele intermitente sa fie compensate intre mai multe tari, pe masura ce nevoia dintr-o tara se suprapune excesului de productie din alta.
Ultimul criteriu care caracterizeaza o sursa de energie este randamentul energetic net sau EROI (Energy Return on Investment). Mai precis, cate unitati de energie se produc, din investitia intr-o unitate de energie.
Spre exemplu pentru a fabrica o turbina eoliana, este nevoie de otel, de cupru pentru bobina si metale rare pentru magneti, care se produc prin minerit, prelucrarea metalului in cuptoare, constructia unor fundatii de beton, transportul de la fabrica la zona in care va produce, mentenanta si consumul de piese de schimb pe parcursul vietii, si inclusiv demontarea si reciclarea sau decomissioning -ul. Logic se poate vedea ca o sursa care aduce mai multe surse de energie prin valorificarea materiei prime este si mai eficienta economis si sustenabila. Contributii esentiale in introducerea conceptului de EROI a avut-o Charles Hall, pentru aprofundarea subiectului recomand lucrarea "EROI of different fuels and the implications for society".
Mai jos se poate vedea care este EROI pentru energia verde si alte surse de energie
EROI pentru energia verde, in locatii propice pentru functionare oscileaza in jurul urmatoarelor valori:
EROI-energie fotovoltaica -thin film Ce-Te- 20-25
EROI-energie eoliana-turbine GE de ultima generatie 19-25
EROI- reactor CANDU cu apa grea si uraniu natural 75
Energie hidroelectrica 95-100
Termocentrale carbuni 30-40
O prima observatie care deriva este ca energia fotovoltaica si cea eoliana tind sa aiba un EROI mai scazut fata de alte surse, in timp ce energia hidroelectrica este printre cele mai eficiente.
Limitarea a treia
Sursele de electricitate regenerabile au un EROI destul de scazut.
Ce implicatii are EROI? Ei bine societatea foloseste surplusul net pe care o energie o produce, altfel constransa sa foloseasca un excedent de energie mai mic si un efort material si financiar mai mare va fi dislocat din economie pentru ca o astfel de resursa sa functioneze. Actualmente cercetatorii considera ca civilizatia pentru a supravietui are nevoie de un EROI peste valoarea de 11. Daca doriti sa aflati ce resurse au un EROI inferior acestei valori ei bine sunt gazele de sisturi si biocombustibilii care au un EROI in jurul valorii de 6 respectiv 1,3.....motivele pentru care se continua producerea lor, este ca alte surse de energie care au un EROI mai ridicat sunt canibalizate pentru a le produce, cum ar fi petrolul si termoelectricitatea.
Actualmente in lume se incearca o tranzitie catre aceste surse de energie, se fac cercetari in domeniu, tarile europene investesc masiv (vezi Energiewende), dar tranzitia este facuta tot prin folosirea resuselor conventionale, a masinilor si a vapoarelor pe motorina , a termocentralelor pe carbune, prea putin din energiile verzi fiind "crescute" din alte proiecte de energie verde, asa cum se visa spre exemplu cu proiectul Desertec care sa functioneze ca un solar breeder, adica o fabrica care sa produca la randul ei alte fabrici folosind doar materialele disponibile in apropiere si energia solara. Tradus in cifre, un asemenea proiect este imposibil de derulat cu tehnologia de astazi.
Limitarea a patra
Energia verde depinde in continuare de combustibilii fosili
Fie ca se vorbeste de transporturi, fie ca se vorbeste de sursele continue din sistemul energetic din pacate energia regenerabila este inca dependenta de sursele clasice de energie. Vestea buna este ca exista in lume aproximativ 25 de tari care produc integral electricitatea din surse regenerabile. Acestea produc electricitatea preponderent din surse hidrologice, beneficiind de conditii geografice propice, rauri cu debit constant si suficienta putere. Asadar teoretic este posibil un asemenea sistem, dar in practica daca se vorbeste de energie solara si eoliana, campionul este Danemarca, care produceanual aproximativ 40% din electricitate din vant, avand un potential eolian ridicat si regland sistemul energetic prin exporturi catre vecini, respectiv importuri.
Limitarea a cincea
Ponderea din sistem
Pentru ca un sistem energetic sa poata functiona continuu, este nevoie ca sursele de productie sa aiba un factor de capacitate ridicat, si sa fie disponibile atunci cand nevoia o cere. Fara investitii enorme in capacitati de stocare (care diminueaza corespunzator randamentul energetic net EROI) fara extinderea si interconectarea retelelor electrice, energia solara si eoliana nu pot asigura mai mult de 55% teoretic dintr-un sistem energetic, valoare care reiese din insumarea empirica a factorilor de capacitate , desi este extrem de logic ca cele doua surse nu vor functiona mereu in antifaza. Fara surse de backup si inmagazinarea energiei se considera ca realista ar fi o pondere de maximum 40% in sistem valoare care ar putea fi extinsa la 65% prin capacitati care sa asigure inmagazinarea suficienta pentru 4 ore de consum.
Concluzie
Electricitatea din surse solare si eoliene sunt o parte a solutiei care va reduce dependenta de combustibilii fosili, dar nu rezolva total problema. Prin electrificarea intensiva a proceselor din industrie, prin insumarea cu energia hidro acolo unde este disponibila, prin electrificarea transporturilor se poate mari ponderea lor din sistem. Vestea buna este ca Romania la nivelul anului 2014 a produs cumulat din solar eolian si hidro 40% din electricitatea proprie. Prin constructia hidrocentralei Tarnita cu stocare prin pompaj, a unitatilor 3 si 4 de la Cernavoda, a cablului subteran de 800 Mw catre Turcia Romania ar putea defosiliza sistemul electric national in urmatorii 10 ani. Este o sansa buna pe care o avem prin conditiile geografice care ar fi pacat sa se piarda. Pe termen lung transporturile trebuiesc si ele electrificate, asta inseamna mai multe tramvaie troleibuze si metrou, si atunci automat te intrebi ce minte au putut avea cei care au ras transportul electric din Constanta. Dar este mult sa vorbesti de "minte" in cazul unor derbedei parveniti de la conditia de pitiponc la edil. Pentru ei petrolul nu se termina...e infinit si va propulsa pentru eternitate masinile lor supramotorizate din parcarea de la Rex atunci cand vin sa se dea in spectacol la bulivar.....
Practic, civilizatia umana a folosit aceste resurse inca din cele mai vechi timpuri, fara lumina si caldura soarelui nu s-ar putea vorbi de agricultura, fara apa viata nu ar exista, iar energia vantului a fost folosita pentru navigatie si faimoasele mori de vant. Pana la revolutia industriala care a introdus masina cu aburi si combustibilii fosili oamenii au trait prin agricultura, cresterea animalelor si folosind biomasa mai precis lemn.
Pentru a intelege cat de mult poate fi energia verde un game changer am sa explic mai intai conceptul de energie.
Din punct de vedere științific, energia este o mărime care indică capacitatea unui sistem fizic de a efectua lucru mecanic când trece printr-o transformare din starea sa într-o altă stare aleasă ca stare de referință. Energia este o funcție de stare.
După modul de manifestare a energiei se vorbește despre energie mecanică, energie electrică, energie luminoasă.
După purtătorul de energie se vorbește de energie termică.
La nivelul unei economii moderne, aproximativ 50% din energie este folosita sub forma de electricitate, restul fiind consumata sub forma de caldura si abur in procesele termice din industrie sau sub forma de transporturi motorizate cu combustibili fosili. Pentru a exemplifica circulatia fluxurilor energetice si provenienta lor, am sa dau ca exemplu Statele Unite, pentru certitudinea datelor disponibile.
In diagrama de mai jos se poate vedea fluxul formelor de energie din SUA la nivelul anului 2012 plecand de la sursa si ajungand la sectorul din economie alimentat.
| Nume Sector | Descriere | Utilizări majore [15] [16] [17] |
|---|---|---|
| Industrial | Instalații și echipamente utilizate pentru producerea și prelucrarea bunurilor. | Produse chimice 22% 16% la rafinarea petrolului 14% topirea metalelor / rafinare |
| Transport | Vehiculele pentru transport persoane/ bunuri pe sol, aer sau apa. | 61% combustibil benzina Motorină 21% 12% aviație |
| Rezidential | Spații de locuit pentru gospodăriile private. | 32% de încălzire a spațiului De încălzire a apei cu 13% 12% iluminat Aer conditionat 11% 8% refrigerare 5% electronice 5% umed-curat (mai ales haine uscătoare) |
| Comercial | Furnizoare de servicii instalații și echipamente (afaceri, guvern, alte instituții). | 25% iluminat 13% încălzire 11% răcire 6% refrigerare De încălzire a apei 6% 6% ventilare 6% electronice |
Din punct de vedere al surselor primare de energie si forma sub care ajung sa fie consumate se disting:
| Surse de alimentare | Procentul de utilizare | ||
|---|---|---|---|
| Petrol 37,1% | 71% Transport 23% industrială 5% rezidențiale și comerciale 1% Electricitate | ||
| Gaze naturale 23,8% | 3% Transport 34% industrială 34% rezidențiale și comerciale 29% Electricitate | ||
| Carbune 22,5% | 8% industrială <1% rezidențiale și comerciale 91% Electricicitate | ||
| Energii Regenerabile 7,3% | 11% Transport 28% industrială 10% rezidențiale și comerciale 51% Electricicitate | ||
| Nuclear Electric 8,5% | 100% Electricitate |
Astfel, in urma unui calcul sumar se observa ca 83% din sursele primare sunt combustibili fosili, 17% sunt constituite de nuclear si energie regenerabila, aproximativ 70% din aceasta fiind hidroenergie, restul fiind eolian si solar. Insumand ratia de electricitate din coloana a doua si inmultind-o cu procentul din prima coloana corespunzator sursei, se observa ca electricitatea este aproximativ 40% din totalul formelor de utilizarea a energiei.
Limitarea numarul unu:
Electricitatea constituie aproximativ 40% din totalul formelor de utilizarea a energiei.
Un prim rationament care deriva de aici este ca pentru a beneficia mai mult de potentialul energiei electrice regenerabile, electricitatea per ansamblu ar trebui extinsa ca pondere din totalul formelor de energie pentru a face diferenta . Acest proces se numeste electrificare iar un exemplu rapid de electrificare ar fi electrificarea retelei feroviare sau autoturismele electrice.
Pentru a intelege mai bine electricitatea verde (regenerabila) ar trebui vazut cand si cat de mult poate fi folosita.
O sursa de electricitate ideala trebuie sa se adapteze rapid la cerere, si sa fie disponibila in permanenta.
Pntru al doilea criteriu a fost introdusa marimea Factor de capacitate.
Factorul de capacitate reprezinta cat timp este disponibila o sursa, ca procent din durata ei de viata.
Acesta este limitat de conditiile de mediu si starea tehnica a echipamentelor.
Spre exemplu electricitatea din sursa nucleara este disponibila aproximativ 90% din timp restul de 10% fiind constituit de revizii, opriri reparatii etc. Electricitatea din sursa eoliana este disponibila atunci cand vantul are o viteza suficienta, o dublare a vitezei vantului putatind creste de pana la 8 ori cantitatea de electricitate produsa, de unde se observa caracteristica neliniara dintre input si output. In Romania spre exemplu, in Dobrogea unde este una dintre cele mai bune zone de vant din Europa de Est, factorul de capacitate este de 30%.
Electricitatea din sursa solara este disponibila in functie de locatie in jurul valorii de 2000 de ore pe an functionand in general in intervalul orar 8-16 si preponderent in anotimpul cald. Ca si Factor de Capacitate valoarea de 25% este acceptata ca fiind economic viabila, in zonele in care soarele iradiaza cu o putere superioara valorii de 1300kwh/m2, zona in care Romania se afla, avand un maxim de 1600w/m2 in sudul tarii.
Limitarea a doua:
Factorul de capacitate pentru electricitatea din surse verzi este in jurul valorilor de 30% pentru eolian si 25% pentru solar
Rationamentul care deriva din aceasta limitare, este ca in cazul in care omenirea da dori sa se bazeze mai mult pe electricitate regenerabila va trebui ori sa se adapteze intermitentei care deriva din factorul de capacitate scazut sau sa inmagazineze cumva aceasta electricitate pentru a o folosi in intervalele in care productia este defazata de consum. Conditia de intermitenta ar impune mari dificultati proceselor cu foc continuu din industrie (prelucrarea metalelor) sau pastrarii alimentelor congelate si a proceselor criogenice din industrie.
Inmagazinarea se poate face in hidrocentrale care sa functioneze in dublu sens, avand rezervor atat in amonte cat si in avalul turbinei. Eficienta acestui proces este de 70%, 30% (se pierde prin frecare).
In Europa se prefera interconectarea retelelor electrice la nivel continental, astfel incat variatiile produse de sursele intermitente sa fie compensate intre mai multe tari, pe masura ce nevoia dintr-o tara se suprapune excesului de productie din alta.
Ultimul criteriu care caracterizeaza o sursa de energie este randamentul energetic net sau EROI (Energy Return on Investment). Mai precis, cate unitati de energie se produc, din investitia intr-o unitate de energie.
Spre exemplu pentru a fabrica o turbina eoliana, este nevoie de otel, de cupru pentru bobina si metale rare pentru magneti, care se produc prin minerit, prelucrarea metalului in cuptoare, constructia unor fundatii de beton, transportul de la fabrica la zona in care va produce, mentenanta si consumul de piese de schimb pe parcursul vietii, si inclusiv demontarea si reciclarea sau decomissioning -ul. Logic se poate vedea ca o sursa care aduce mai multe surse de energie prin valorificarea materiei prime este si mai eficienta economis si sustenabila. Contributii esentiale in introducerea conceptului de EROI a avut-o Charles Hall, pentru aprofundarea subiectului recomand lucrarea "EROI of different fuels and the implications for society".
Mai jos se poate vedea care este EROI pentru energia verde si alte surse de energie
EROI pentru energia verde, in locatii propice pentru functionare oscileaza in jurul urmatoarelor valori:
EROI-energie fotovoltaica -thin film Ce-Te- 20-25
EROI-energie eoliana-turbine GE de ultima generatie 19-25
EROI- reactor CANDU cu apa grea si uraniu natural 75
Energie hidroelectrica 95-100
Termocentrale carbuni 30-40
O prima observatie care deriva este ca energia fotovoltaica si cea eoliana tind sa aiba un EROI mai scazut fata de alte surse, in timp ce energia hidroelectrica este printre cele mai eficiente.
Limitarea a treia
Sursele de electricitate regenerabile au un EROI destul de scazut.
Ce implicatii are EROI? Ei bine societatea foloseste surplusul net pe care o energie o produce, altfel constransa sa foloseasca un excedent de energie mai mic si un efort material si financiar mai mare va fi dislocat din economie pentru ca o astfel de resursa sa functioneze. Actualmente cercetatorii considera ca civilizatia pentru a supravietui are nevoie de un EROI peste valoarea de 11. Daca doriti sa aflati ce resurse au un EROI inferior acestei valori ei bine sunt gazele de sisturi si biocombustibilii care au un EROI in jurul valorii de 6 respectiv 1,3.....motivele pentru care se continua producerea lor, este ca alte surse de energie care au un EROI mai ridicat sunt canibalizate pentru a le produce, cum ar fi petrolul si termoelectricitatea.
Actualmente in lume se incearca o tranzitie catre aceste surse de energie, se fac cercetari in domeniu, tarile europene investesc masiv (vezi Energiewende), dar tranzitia este facuta tot prin folosirea resuselor conventionale, a masinilor si a vapoarelor pe motorina , a termocentralelor pe carbune, prea putin din energiile verzi fiind "crescute" din alte proiecte de energie verde, asa cum se visa spre exemplu cu proiectul Desertec care sa functioneze ca un solar breeder, adica o fabrica care sa produca la randul ei alte fabrici folosind doar materialele disponibile in apropiere si energia solara. Tradus in cifre, un asemenea proiect este imposibil de derulat cu tehnologia de astazi.
Limitarea a patra
Energia verde depinde in continuare de combustibilii fosili
Fie ca se vorbeste de transporturi, fie ca se vorbeste de sursele continue din sistemul energetic din pacate energia regenerabila este inca dependenta de sursele clasice de energie. Vestea buna este ca exista in lume aproximativ 25 de tari care produc integral electricitatea din surse regenerabile. Acestea produc electricitatea preponderent din surse hidrologice, beneficiind de conditii geografice propice, rauri cu debit constant si suficienta putere. Asadar teoretic este posibil un asemenea sistem, dar in practica daca se vorbeste de energie solara si eoliana, campionul este Danemarca, care produceanual aproximativ 40% din electricitate din vant, avand un potential eolian ridicat si regland sistemul energetic prin exporturi catre vecini, respectiv importuri.
Limitarea a cincea
Ponderea din sistem
Pentru ca un sistem energetic sa poata functiona continuu, este nevoie ca sursele de productie sa aiba un factor de capacitate ridicat, si sa fie disponibile atunci cand nevoia o cere. Fara investitii enorme in capacitati de stocare (care diminueaza corespunzator randamentul energetic net EROI) fara extinderea si interconectarea retelelor electrice, energia solara si eoliana nu pot asigura mai mult de 55% teoretic dintr-un sistem energetic, valoare care reiese din insumarea empirica a factorilor de capacitate , desi este extrem de logic ca cele doua surse nu vor functiona mereu in antifaza. Fara surse de backup si inmagazinarea energiei se considera ca realista ar fi o pondere de maximum 40% in sistem valoare care ar putea fi extinsa la 65% prin capacitati care sa asigure inmagazinarea suficienta pentru 4 ore de consum.
Concluzie
Electricitatea din surse solare si eoliene sunt o parte a solutiei care va reduce dependenta de combustibilii fosili, dar nu rezolva total problema. Prin electrificarea intensiva a proceselor din industrie, prin insumarea cu energia hidro acolo unde este disponibila, prin electrificarea transporturilor se poate mari ponderea lor din sistem. Vestea buna este ca Romania la nivelul anului 2014 a produs cumulat din solar eolian si hidro 40% din electricitatea proprie. Prin constructia hidrocentralei Tarnita cu stocare prin pompaj, a unitatilor 3 si 4 de la Cernavoda, a cablului subteran de 800 Mw catre Turcia Romania ar putea defosiliza sistemul electric national in urmatorii 10 ani. Este o sansa buna pe care o avem prin conditiile geografice care ar fi pacat sa se piarda. Pe termen lung transporturile trebuiesc si ele electrificate, asta inseamna mai multe tramvaie troleibuze si metrou, si atunci automat te intrebi ce minte au putut avea cei care au ras transportul electric din Constanta. Dar este mult sa vorbesti de "minte" in cazul unor derbedei parveniti de la conditia de pitiponc la edil. Pentru ei petrolul nu se termina...e infinit si va propulsa pentru eternitate masinile lor supramotorizate din parcarea de la Rex atunci cand vin sa se dea in spectacol la bulivar.....
No comments:
Post a Comment