22.11.2015 Doc. RNDr.Petr Sládek, CSc. KFCHO PdF MU Brno 1 Světová energetická bilance (Spotřeba energie a zdroje energie ve světě) Doc. RNDr. Petr Sládek, CSc. Katedra fyziky, chemie a odborného vzdělávání Pedagogická fakulta Masarykova univerzita Brno 22.11.2015 Doc. RNDr.Petr Sládek, CSc. KF PdF MU Brno 2 Úvod nAktuální témata týkající se nobnovitelných zdrojů energie, núspor energie, nochrany před radioaktivním zářením a bezpečnostních pravidel jaderných elektráren nè odrážejí chování lidské společnosti n (současné i budoucí) n nJako primární se pak jeví otázka spotřeby energie a dostupných zdrojů energie. 22.11.2015 Doc. RNDr.Petr Sládek, CSc. KF PdF MU Brno 3 nPři současném nárůstu kolem 2,5 % roční spotřeby energie, bude lidstvo potřebovat v r. 2040 až 2/3 více energie nČR je současný významný exportér elektřiny - pokud u nás spotřeba energie naroste – bude potřeba nové bloky JETE nebo postačí budovat obnovitelné zdroje ? n n n nPřednáška uvádí přehled současného stavu hospodaření s energií ve světě, zejména v zemích střední a východní Evropy (CEEC), v zemích Evropské unie (EU) a plánovanými výhledy do budoucna. 22.11.2015 Doc. RNDr.Petr Sládek, CSc. KF PdF MU Brno 4 Produkce elektřiny a tepla bývá často diskutována jenom z technologického hlediska, ale přitom je potřeba brát v úvahu i otázky - ekonomické - politické - sociální Þvše musí být vnímáno jako jeden komplex. nNapř. cena za roční otop RD v ČR n http://vytapeni.tzb-info.cz/tabulky-a-vypocty/138-porovnani-nakladu-na-vytapeni-tzb-info nKrize na Blízkém východě Þ růst/pokles cen ropy a zemního plynu , vývoj kursu $, € nMírný pokles ceny elektřiny po spuštění JETE, dnes otop elektřinou (akumulačními kamny) blízký otopu plynem 22.11.2015 Doc. RNDr.Petr Sládek, CSc. KF PdF MU Brno 5 n Statistické studie jako např. Key World Energy Statistics 2014 (IEA) ukazují, že trvale udržitelný rozvoj je možné zajistit jen harmonickým vyvážením tří pilířů 3E, které zásadním způsobem ovlivňují a jsou ovlivňovány lidskou činností: n n Ekonomika (a z ní vyplývající potřeba energie) n Energetika (dostupnost zdrojů) n Ekologie (vliv těžby surovin, a výroby a spotřeby energie na životní prostředí). n n Je jednoznačně prokázáno, že ekonomický růst je doprovázen růstem spotřeby primární a především elektrické energie (i přes úsporná energetická opatření), a uspokojování rostoucích energetických potřeb přináší nevratné zásahy do životního prostředí. 22.11.2015 Doc. RNDr.Petr Sládek, CSc. KF PdF MU Brno 6 Tři hlavní oblasti spotřeby energie nVýroba tepla (topení + potřeba tepla v průmyslu) nVýroba elektřiny nDoprava (přímá spotřeba paliva) n n nNejlepší cestou je však hledání možností úspor energie. 22.11.2015 Doc. RNDr.Petr Sládek, CSc. KF PdF MU Brno 7 nV současné době žije na Zemi více než 7,3 miliard obyvatel s průměrným ročním přírůstkem 1,3%. nKaždých 12 let se počet obyvatel zvyšuje o 1 miliardu. 79% světové populace žije v méně vyvinutých zemích (Asie, Afrika, Latinská Amerika). Přírůstek této populace je 1,6% ročně, až polovina obyvatel v méně vyvinutých zemích je mladší 15 let, n zvyšující se lékařská a sociální péče vede k prodlužování života, dochází k vyšší migraci obyvatelstva do městských aglomerací s vyšší spotřebou energie. 22.11.2015 Doc. RNDr.Petr Sládek, CSc. KF PdF MU Brno 8 nPřesto dosud: nnejméně 2 miliardy této populace nemá přístup k elektřině n1,3 miliardy nemá přístup k nezávadné pitné vodě n2,4 miliardy používá biomasu pro vaření a vytápění n2,5 miliardy lidí zde žije za méně než 2US$/den. n n Těchto 79% světové populace se zatím podílí na spotřebě energie jen 35%. n Je zřejmé, že nastartovaný ekonomický růst v takových regionech jako je Čína (růst HDP 6% ročně) přinese i zvýšené energetické potřeby (současný roční nárůst spotřeby elektrické energie 8-10%). n 22.11.2015 Doc. RNDr.Petr Sládek, CSc. KF PdF MU Brno 9 nOtázkou ovšem zůstává, kam se budou ubírat ceny vyráběné elektrické energie s ohledem na současné výkyvy cen surovin a spolehlivost dodávek fosilních paliv. nI přes vysoké investiční náklady na výstavbu jaderné elektrárny (60% pro jádro, 25% pro uhlí, 15% pro plyn), jsou vzhledem k velmi nízkým palivovým nákladům (10% pro jádro, 45% pro uhlí, 80% pro plyn) celkové výrobní náklady elektrické energie v jaderné elektrárně velmi konkurenceschopné a v mnoha zemích i nejnižší (např. USA, ČR). nNavíc světové ceny uranu zůstávají dlouhodobě na nízké a stabilní úrovni. 22.11.2015 Doc. RNDr.Petr Sládek, CSc. KF PdF MU Brno 10 Emise CO2 nS velkým znepokojením je očekáváno, že světové emise CO2 ze spalování fosilních paliv vzrostou nz 21Gt (gigatun) CO2/rok v r. 1990 na 45 Gt CO2/rok v r. 2030. nSoučasná jaderná energetika "šetří" životní prostředí eliminací asi 2,4 Gt CO2/rok. n n 1Gt = 1 gigatuna = 109tun 22.11.2015 Doc. RNDr.Petr Sládek, CSc. KF PdF MU Brno 11 nUhelná elektrárna o ekvivalentním výkonu 1000 MWe spotřebuje ročně 2–6 miliónů tun paliva (podle typu uhlí) a vyprodukuje 6.500.000 tun CO2 (960 t CO2/GWh). nAnalogická plynová elektrárna spotřebuje ročně 2-3 miliardy m3 plynu a produkuje 480 t CO2/GWh. nOlejová elektrárna stejného výkonu spotřebuje ročně 1.500.000 tun topného oleje a produkuje 730 t CO2/GWh. n n[1] 1MWe = 1 megawatt = 106W vyrobené energie ve formě elektřiny 22.11.2015 Doc. RNDr.Petr Sládek, CSc. KF PdF MU Brno 12 nElektrárna na spalování biomasy o stejném výkonu by představovala zábor půdy pro pěstování biomasy na rozloze 6.000 km2 nVětrná elektrárna by zabrala 100 km2 a sluneční 50 km2. nNaproti tomu bezemisní jaderná elektrárna o výkonu 1000 MWe spotřebuje ročně jen 35 t paliva a zabírá rozlohu několika km2. 22.11.2015 Doc. RNDr.Petr Sládek, CSc. KF PdF MU Brno 13 nPři rozhodování o nejnovějším evropském jaderném projektu - novém 5. finském energetickém bloku dospěl investor ve svých analýzách při výběru zdroje k následujícím výrobním nákladům pro různé typy elektráren: n jaderná 2,4 €centech/kWh n uhelná 3,2 €centech/kWh n plynová 3,2 €centech/kWh n biomasa 4,0 €centech/kWh n větrná 5,0 €centech/kWh 22.11.2015 Doc. RNDr.Petr Sládek, CSc. KF PdF MU Brno 14 Přitom úsporná opatření (především snižování energetické náročnosti při výrobě a spotřebě energie) v průmyslově vyspělých zemích povedou ke snížení podílu těchto zemí na emisích ze 70% v r. 1990 na 42% v r. 2030. Naopak extrémní absolutní nárůst je očekáván v rozvojových zemích, především Číně a Indii. 22.11.2015 Doc. RNDr.Petr Sládek, CSc. KF PdF MU Brno 15 Trendy světového vývoje trhu s energií nKonečná potřeba energie byla určována zejména dopravou a terciální-domácnostní sférou. nPotenciál pro další potřebu energie je obrovský zejména v rozvojových zemích. 22.11.2015 Doc. RNDr.Petr Sládek, CSc. KF PdF MU Brno 16 nPalivový koš se změnil ve prospěch zemního plynu, ale ropné produkty stále zůstaly dominantní složkou. n nZemě OECD zvýšily svůj podíl na světové produkci energie. n nSvětové emise CO2 vzrostly o 8% od roku 1990. 22.11.2015 Doc. RNDr.Petr Sládek, CSc. KF PdF MU Brno 17 Jednotky (základní) nJoule (J) - systém SI nKalorie (cal) n ohřev 1g vody o 1°C z 14,5 na 15,5°C n kcal – 1 kg n 1 kcal = 4186 J nKilowatthodina (kWh) 1 kWh = 3 600 000 J = 3,6 . 106J 22.11.2015 Doc. RNDr.Petr Sládek, CSc. KF PdF MU Brno 18 Britský systém (lb, °F) nBritská tepelná jednotka (Btu) n 1 Btu = 1055 J n n n n 22.11.2015 Doc. RNDr.Petr Sládek, CSc. KF PdF MU Brno 19 Jednotky makroekonomiky nExajoule (EJ) Terajoule n 1 EJ = 1018 J 1TJ = 1012 J nGigawatthodina (GWh) n 1 GWh = 3,6 x 1012 J = 3,6 TJ nTuna ekvivalentu ropy (toe) n 1 toe = 1,07x1010 cal = 0,447 TJ nTuna ekv. uhlí, ekv. ft3 plyn n 22.11.2015 Doc. RNDr.Petr Sládek, CSc. KF PdF MU Brno 20 Převodní tabulka 22.11.2015 Doc. RNDr.Petr Sládek, CSc. KF PdF MU Brno 21 nTPES (total primary energy supply) celkové primární zdroje energie nCombustible renwable & waste biomasa+bioplyn + spalovny odpadu nTFC (total final consumption) celková spotřeba koncových uživatelů nInternational marine bunkers množství „ukryté“ enrgie v tankerech plujících pod různými vlajkami 22.11.2015 Doc. RNDr.Petr Sládek, CSc. KF PdF MU Brno 22 Primární energetické zdroje 22.11.2015 Doc. RNDr.Petr Sládek, CSc. KF PdF MU Brno 23 Primární energetické zdroje - koláč n 22.11.2015 Doc. RNDr.Petr Sládek, CSc. KF PdF MU Brno 24 Dělení na regiony nOECD nNon-OECD Evropa nZemě býv. Sov. svazu (kontinuita dat) nAfrika nAsie nČína nStřední východ nLatinská Amerika 22.11.2015 Doc. RNDr.Petr Sládek, CSc. KF PdF MU Brno 25 Regiony - OECD organizace pro ekonomickou spolupráci a rozvoj nRakousko, Belgie, Kanada, Česko, Dánsko, Finsko, Francie, Německo, Řecko, Maďarsko, Island, Irsko, Itálie, Lucembursko, Norsko, Nizozemí, Polsko, Portugalsko, Slovensko, Španělsko, Švédsko, Švýcarsko, Velká Británie nAustrálie,Kanada, Japonsko, Korea, Mexiko, Nový Zéland, Turecko, USA. n 22.11.2015 Doc. RNDr.Petr Sládek, CSc. KF PdF MU Brno 26 Non – OECD Evropa nAlbánia, Bosna a Hercegovina, Bulharsko,Chorvatsko, Kypr, Gibraltar, Malta, dřívější Makedonie (FYROM), Rumunsko, Srbsko a Černá Hor, Slovinsko. n 22.11.2015 Doc. RNDr.Petr Sládek, CSc. KF PdF MU Brno 27 Dřívější země Sov. svazu nArménie, Ázerbajdžán, Gruzie, Kazachstán,Kyrgyzie, Tádžikistán, Turkmenistán, Uzbekistán nEstonsko,Litva, Lotyšsko nBělorusko, Moldávie, Rusko, n Ukrajina 22.11.2015 Doc. RNDr.Petr Sládek, CSc. KF PdF MU Brno 28 Dělení podle regionů - zdroje n 22.11.2015 Doc. RNDr.Petr Sládek, CSc. KF PdF MU Brno 29 Dělení podle regionů - zdroje - koláč n 22.11.2015 Doc. RNDr.Petr Sládek, CSc. KF PdF MU Brno 30 Produkce surové ropy n 22.11.2015 Doc. RNDr.Petr Sládek, CSc. KF PdF MU Brno 31 n 22.11.2015 Doc. RNDr.Petr Sládek, CSc. KF PdF MU Brno 32 Produkce plynu n 22.11.2015 Doc. RNDr.Petr Sládek, CSc. KF PdF MU Brno 33 n 22.11.2015 Doc. RNDr.Petr Sládek, CSc. KF PdF MU Brno 34 Produkce uhlí 22.11.2015 Doc. RNDr.Petr Sládek, CSc. KF PdF MU Brno 35 n 22.11.2015 Doc. RNDr.Petr Sládek, CSc. KF PdF MU Brno 36 Produkce z jádra n 22.11.2015 Doc. RNDr.Petr Sládek, CSc. KF PdF MU Brno 37 n 22.11.2015 Doc. RNDr.Petr Sládek, CSc. KF PdF MU Brno 38 Produkce z vodních děl n 22.11.2015 Doc. RNDr.Petr Sládek, CSc. KF PdF MU Brno 39 n 22.11.2015 Doc. RNDr.Petr Sládek, CSc. KF PdF MU Brno 40 Výroba elektřiny podle zdrojů n 22.11.2015 Doc. RNDr.Petr Sládek, CSc. KF PdF MU Brno 41 Výroba elektřiny podle zdrojů - koláč n 22.11.2015 Doc. RNDr.Petr Sládek, CSc. KF PdF MU Brno 42 Výroba elektřiny podle oblastí n 22.11.2015 Doc. RNDr.Petr Sládek, CSc. KF PdF MU Brno 43 Producenti, exportéři, importéři elektřiny 22.11.2015 Doc. RNDr.Petr Sládek, CSc. KF PdF MU Brno 44 Konečná spotřeba energie -uživatelé (např. elektřina, otop uhlím, plynem, spotřeba ropy pro chem.) n 22.11.2015 Doc. RNDr.Petr Sládek, CSc. KF PdF MU Brno 45 Konečná spotřeba energie - koláč (např.elektřina, otop uhlím, plynem, spotřeba ropy pro chem.) - koláč n 22.11.2015 Doc. RNDr.Petr Sládek, CSc. KF PdF MU Brno 46 Konečná spotřeba energie podle regionů n 22.11.2015 Doc. RNDr.Petr Sládek, CSc. KF PdF MU Brno 47 Konečná spotřeba energie podle regionů - koláč n 22.11.2015 Doc. RNDr.Petr Sládek, CSc. KF PdF MU Brno 48 Konečná spotřeba uhlí po sektorech n 22.11.2015 Doc. RNDr.Petr Sládek, CSc. KF PdF MU Brno 49 Konečná spotřeba ropy po sektorech n 22.11.2015 Doc. RNDr.Petr Sládek, CSc. KF PdF MU Brno 50 Konečná spotřeba plynu – po sektorech n 22.11.2015 Doc. RNDr.Petr Sládek, CSc. KF PdF MU Brno 51 Konečná spotřeba elektřiny – po sektorech n 22.11.2015 Doc. RNDr.Petr Sládek, CSc. KF PdF MU Brno 52 Vývoj ceny ropy n 22.11.2015 Doc. RNDr.Petr Sládek, CSc. KF PdF MU Brno 53 Vývoj ceny uhlí n 22.11.2015 Doc. RNDr.Petr Sládek, CSc. KF PdF MU Brno 54 Vývoj ceny plynu n 22.11.2015 Doc. RNDr.Petr Sládek, CSc. KF PdF MU Brno 55 Emise CO2 Do roku 2030 až o 50% ? n 22.11.2015 Doc. RNDr.Petr Sládek, CSc. KF PdF MU Brno 56 Emise CO2 Do roku 2030 až o 50% ? n 22.11.2015 Doc. RNDr.Petr Sládek, CSc. KF PdF MU Brno 57 Emise CO2 Do roku 2030 až o 50% ? 22.11.2015 Doc. RNDr.Petr Sládek, CSc. KF PdF MU Brno 58 Emise CO2 Do roku 2030 až o 50% ? n 22.11.2015 Doc. RNDr.Petr Sládek, CSc. KF PdF MU Brno 59 Výhled v produkci energie až o 2/3 n 22.11.2015 Doc. RNDr.Petr Sládek, CSc. KF PdF MU Brno 60 Výhled – skladba produkce energie n 22.11.2015 Doc. RNDr.Petr Sládek, CSc. KF PdF MU Brno 61 Výhled dle regionů n 22.11.2015 Doc. RNDr.Petr Sládek, CSc. KF PdF MU Brno 62 Mil.obyv Výroba Mtoe Exp-impt (Mtoe) Sportř El. TWh Eemise CO2 Mt TPES toe /obyv kWh/ obyv T CO2 / obyv 22.11.2015 Doc. RNDr.Petr Sládek, CSc. KF PdF MU Brno 63 Mil.obyv Výroba Mtoe Exp-impt (Mtoe) Sportř El. TWh Eemise CO2 Mt TPES toe /obyv kWh/ obyv T CO2 / obyv 22.11.2015 Doc. RNDr.Petr Sládek, CSc. KF PdF MU Brno 64 Mil.obyv Výroba Mtoe Exp-impt (Mtoe) Sportř El. TWh Eemise CO2 Mt TPES toe /obyv kWh/ obyv T CO2 / obyv 22.11.2015 Doc. RNDr.Petr Sládek, CSc. KF PdF MU Brno 65 Mil.obyv Výroba Mtoe Exp-impt (Mtoe) Sportř El. TWh Eemise CO2 Mt TPES toe /obyv kWh/ obyv T CO2 / obyv 22.11.2015 Doc. RNDr.Petr Sládek, CSc. KF PdF MU Brno 66 Mil.obyv Výroba Mtoe Exp-impt (Mtoe) Sportř El. TWh Eemise CO2 Mt TPES toe /obyv kWh/ obyv T CO2 / obyv 22.11.2015 Doc. RNDr.Petr Sládek, CSc. KF PdF MU Brno 67 Mil.obyv Výroba Mtoe Exp-impt (Mtoe) Sportř El. TWh Eemise CO2 Mt TPES toe /obyv kWh/ obyv T CO2 / obyv 22.11.2015 Doc. RNDr.Petr Sládek, CSc. KF PdF MU Brno 68 Mil.obyv Výroba Mtoe Exp-impt (Mtoe) Sportř El. TWh Eemise CO2 Mt TPES toe /obyv kWh/ obyv T CO2 / obyv 22.11.2015 Doc. RNDr.Petr Sládek, CSc. KF PdF MU Brno 69 Mil.obyv Výroba Mtoe Exp-impt (Mtoe) Sportř El. TWh Eemise CO2 Mt TPES toe /obyv kWh/ obyv T CO2 / obyv 22.11.2015 Doc. RNDr.Petr Sládek, CSc. KF PdF MU Brno 70 Mil.obyv Výroba Mtoe Exp-impt (Mtoe) Sportř El. TWh Eemise CO2 Mt TPES toe /obyv kWh/ obyv T CO2 / obyv 22.11.2015 Doc. RNDr.Petr Sládek, CSc. KF PdF MU Brno 71 Zásoby paliv nPodle nejnověji zveřejněné statistiky British Petroleum budou celosvětové zásoby vyčerpány u: nropy za 40 let nzemního plynu za 65 let nuhlí za 200 let n (a to i přes nově objevovaná nalezišt n n. Hydroenergetika je sice v některých zemích důležitým zdrojem, ale s minimální možností dalšího rozšíření a se značnou závislostí na hydrometeorologických podmínkách. n Světové zásoby uranu (především v Austrálii, Kanadě a Africe) vystačí v současných typech jaderných reaktorů na stovky let, při použití v rychlých reaktorech vystačí na tisíce let. 22.11.2015 Doc. RNDr.Petr Sládek, CSc. KF PdF MU Brno 72 Onovitelné zdroje energie n 22.11.2015 Doc. RNDr.Petr Sládek, CSc. KF PdF MU Brno 73 Onovitelné zdroje energie n 22.11.2015 Doc. RNDr.Petr Sládek, CSc. KF PdF MU Brno 74 nKaždý druh obnovitelných zdrojů energie má své přednosti, ale také svá omezení a limity.. Příhodné lokality se u nás téměř vždy nacházejí ve vyšších nadmořských výškách, obvykle nad 600 m n. m. nAle máme-li před sebou „větrnou“ mapu ČR s vyznačením izočar rychlostí větru je vidět, že zcela převažují území, kde rychlost větru nepřesahuje 4 m/s. nOblasti s vyšší rychlostí připomínají mapu zvláště chráněných území a rezervací. Možnost výstavby „větrných farem“ je v těchto územích velmi limitovaná, a bereme-li vážně ochranu přírody a krajiny, je velmi omezená. 22.11.2015 Doc. RNDr.Petr Sládek, CSc. KF PdF MU Brno 75 nSluneční záření dopadající na povrch České republiky poskytuje ročně asi 90.000 TWh energie. Ploch použitelných pro fotovoltaické systémy je 50,2 km2, což reprezentuje ročně asi 5,5 TWh. Mezi jejich nevýhody patří vyšší vstupní náklady, které jsou však kompenzovány dlouhou, prakticky bezúdržbovou životností (20 let a více). n n 1TWh = 1 terawatthodina = 1012Wh 22.11.2015 Doc. RNDr.Petr Sládek, CSc. KF PdF MU Brno 76 Fotovoltaický systém na PdF MU n 22.11.2015 Doc. RNDr.Petr Sládek, CSc. KF PdF MU Brno 77 22.11.2015 Doc. RNDr.Petr Sládek, CSc. KF PdF MU Brno 78 IMG_1588 22.11.2015 Doc. RNDr.Petr Sládek, CSc. KF PdF MU Brno 79 nDěkuji za pozornost. SO01038_ Řešení : … ?