Zdroje energie Energetická abeceda pro začátečníky Zdeněk Bochníček za posledních 300 let se zvýšila spotřeba energie lidstva 200krát Rozvoj civilizace je spojen s růstem spotřeby energie • růst počtu obyvatel • růst spotřeby na obyvatele Růst světové populace modra kniha 4 Spotřeba energie na hlavu berglee-fig01_022 C:\Users\Dana.Drabova\Documents\Zábava\Energy demand.jpg 200 000 TWh Prognóza 1 Primary%20Energy%20Supply%20-%20Contributions%20from%20Fossil%20and%20Nuclear%20Fuels Prognóza 2 UHDGdepletion Prognóza 3 https://4dtraveler.files.wordpress.com/2011/11/ml-5.jpg?w=436 Výsledek obrázku pro prognosis world energy consumption Prognóza 4 Prognóza 5 http://gailtheactuary.files.wordpress.com/2012/07/forecast-of-world-energy-consumption.png Prognóza 6 https://img.mf.cz/500/577/4-bernstein.png Prognóza 7 Skutečnost: Spotřeba energie podle zdrojů 1.jpg Spotřeba energie na Zemi poroste .. pokud se bude vyvíjet směrem k lepšímu Existují jediné dvě možnosti, jak skutečně významně snížit spotřebu energie: genocida a bída Zdroje energie: Fosilní paliva: • uhlí • ropa • zemní plyn Jaderná paliva: • uran • thorium • plutonium Obnovitelné zdroje: • slunce • vítr • voda • biomasa • geotermální energie world-proven-oil-reserves-bp Fosilní paliva Problémy: • omezené zásoby • životní prostředí – emise (nejen) CO2 , (skleníkový jev) ropa Římský klub 1972: Ropa bude vyčerpána do r. 1992 340 W/m2 75 W/m2 165 W/m2 100 W/m2 60 W/m2 175 W/m2 Emise CO2 skleníkový jev ohřev Země o 33⁰C Skleníkové plyny CO2 CH4 N2O Atmospheric carbon dioxide at record high levels despite reduced emissions in 2020 - Met Office Fig. 1 Obnovitelné zdroje Problémy: • malá hustota energie • vysoká cena • nerovnoměrnost a nepředvídatelnost • zásah do krajiny, ekologické škody Příklady: pokrytí potřeby elektřiny ČR pomocí jednotlivých obnovitelných zdrojů Elektřina: 20 - 25% celkové spotřeby energie ČR Elektřina v ČR (GWh) Výroba 82 500 100% Vývoz-dovoz 10 000 12% Ztráty v rozvodu 4 000 5% Spotřeba domácností 16 000 20% Spotřeba domácností plyn 26% hnědé uhlí 3% černé uhlí 5% Energeticky soběstačná obec Kněžice, zde mapa záření malá Slunce solar-radiation-diagram-60degN Elektřina ČR = 400 – 500km2 plochy solárních článků neřiditelný zdroj Bez vlivu odběrového diagramu. Nyní: Nainstalováno 2GW výkonu (jako Temelín), výroba necelá 3% potřeby elektřiny (se 100% odběrem) (Temelín cca 19%) Máme 10-15km2 solárních článků (?) Ohřev teplé vody 4 - 6m2/rodinný dům: 300kWh/m2 rok Vítr průměrná rychlost větru počet elektráren N 5 m/s 130 000 6 m/s 80 000 7 m/s 60 000 8 m/s 45 000 Německo v roce 2021 64 GW instalovaného výkonu (2021) (výroba jako 8 Temelínů) Potřeba elektřiny ČR = N větrných elektráren s průměrem rotoru 44m (Jindřichovice pod Smrkem) Větrná mapa České republiky VE Jindřichovice VE Jindřichovice pod Smrkem Roční výroba 1 200MWh (2004) 1 085MWh (2005) z instalovaného výkonu – 10 000 MWh využití 10 - 12% !!! vyroba Jindrichovice Výroba VE Jindřichovice údaje od r. 2006 nezveřejněny Spotřeba elektřiny ČR = 120 000 Jindřichovických elektráren Jindřichovice pod Smrkem (120 tis. vrtulí, v Jindřichovicích jsou dvě.) Voda Elektřina v ČR = 50x území ČR s malými vodními elektrárnami Biomasa Roční výnos: smrkový les: 4t/ha topol, vrba: 10t/ha křídlatka: 20t/ha Výhřevnost lib. dřeva (20% vlhkosti): 4kWh/kg Účinnost tepelné elektrárny: 35% – 40% Biomasa Elektřina v ČR = 120 000km2 (smrkového lesa) Plocha lesů ČR = 28 000km2 Nyní: biomasa 3% Uváděný dostupný potenciál https://biom.cz/cz/odborne-clanky/biomasa-pro-energii-1-zdroje 27 000 GWh tepla 11 000 GWh elektřiny (15%) kogenerace Jaderné zdroje - štěpení uranu, plutonia Problémy: • neobnovitelný zdroj • problém jaderného odpadu • riziko havárie • velké vstupní investice • vztah veřejnosti Zásoby uranu: • těžený: 90 let • přepracováním 140 let • v množivých reaktorech 5000 let Možné jiné zdroje: termonukleární fúze vodík termonukleární fúze - slučování jader Vysoká teplota Dostatečná hustota a čas DT DD DT DD Lawsonovo kriterium Tokamak tokamak JET (Joint European Torus) (Culham GB) výkonové zesílení Q = 0,64 851791med J9443med ITER (cesta) zde International Tokamak (Thermonuclear) Experimental Reactor objem 837 m3 proud 15·106A teplota 100 ·106 oC výkonové zesílení Q 10 výkon fúze 410 MW (150 MW el.) spotřeba 110 MW [USEMAP] Cadarache Francie zde Perspektivy jaderné fúze ITER 2010 – 2030 DEMO (demonstrační elektrárna) 2035 komerční elektrárna 2050 Nebude dodrženo 2006 Signature of the ITER Agreement 2007-2009 Land clearing and levelling 2010-2014 Ground support structure and seismic foundations for the Tokamak 2014-2021 Construction of the Tokamak Building 2010-2021 Construction of the ITER plant and auxiliary buildings for First Plasma 2020-2025 Main assembly phase 1 Dec 2025 First Plasma (2016 Baseline schedule) Dalších 10 let provozováno bez D, T Palivo pro termojadernou fúzi deuterium – z obyčejné vody (1 atom D na 6500 atomů H) zásoba na miliardu let tritium – radioaktivní, poločas 12,5 let, malé množství z kosmického záření výroba z lithia přímo v reaktoru zásoba Li na tisíce let (Krušné hory 1% světových zásob) Vodík palivo s vysokou hmotnostní výhřevností [USEMAP] Německo sází na vodík ale velmi malou objemovou: 1kg nafty je 6000litrů vodíku (za norm. tlaku) Uvažuje se o tlakových nádobách 700 atm energie potřebná ke kompresi = 15% energie paliva 350 kg stlačeného vodíku v 40t soupravě zplodiny hoření: voda zdroje vodíku: voda - elektrolýza - tepelný rozklad (3000°C) fosilní paliva - metan CH4 Vodík není zdroj, ale jen zásobník energie!!! greta2 Dnešek v příkladech a kuriozitách Náš „panelák“ 16 bytů na 1000m2 obytné plochy (60m2 na byt) zateplený plášť r. 2000 (400 tis. Kč) plastová okna spotřeba na vytápění 200 GJ/rok 2014 tedy 0,20GJ/rok a m2, tj. 56kWh/rok a m2 nízkoenergetický dům 15 – 50kWh/rok a m2 . Zateplování domů Spotřeba tepla v našem paneláku na vytápění ve vybraných měsících jako funkce průměrné teploty. Černé – nezateplený, červené – zateplený, zelené – s plastovými okny. [USEMAP] Biopaliva do automobilů Příklad: roční spotřeba ropy dopravě (benzín, nafta) v ČR cca 3,8 mil tun z 1 ha se získá 1 tuna řepkového oleje Pokrytí spotřeby znamená osázet 38 000 km2 plochy řepkou. orná půda ČR 30 000 km2 Elektromobilita Kam kráčíš elektromobilito? (ČVUT, Fakulta strojní) album/Album_Model_Album/1388/image19.png Energetický mix ČR: 0,52 kg CO2/kWh Německo: 0,58 kg CO2/kWh Omlazený Hyundai Kona má české ceny. Prémie natlačila základ pod 400.000 Kč – AutoRevue.cz Elektromobily: •Omezený dojezd, dlouhé dobíjení •Omezená životnost nejdražší části •Vysoká cena •Surovinová náročnost baterií (cena neklesne) •Surovinová závislost (Čína) •Další nárok na výrobu elektřiny •Energetické ztráty při rozvodu, „tankování“ a skladování (v baterii) •Další nárok na skladování elektřiny „na zimu“ •Nezbytnost nové infrastruktury •Nemorálnost dotací •Spotřební daň •Atd …….. Další nárok na výrobu elektřiny Spotřeba nafty a benzínu: 5 000 tis. tun = 60 TWh (2019) 3 800 tis. tun = 43 TWh (2020 – covid) Účinnost spalovacího motoru: 40% (extrém 50% zde) 60TWh příkonu je tedy cca 24TWh výkonu Což je asi 1,5 Temelína (při dokonale optimalizovaném odběru a bez započtení dalších ztrát.) ztráty při nabíjení 15% ztráty při přenosu 5% účinnost elektromotoru 95% Dodatečné ztráty 23% 0,85*0,95*0,95 = 0,77. Reálně násobek této hodnoty ? elektromobilita Elektromobil v zimě Fakt, že topení snižuje dojezd, je malý problém, řešením je svetr, rukavice a kulich. Skutečný problém: kde v bezemisní energetice vzít v zimě elektřinu. Jediný zdroj může (hypoteticky) poskytnout skutečně mnoho energie: Slunce ale jen v létě! Modelový příklad: Slunce → fotovoltaika → vodík → elektřina → elektromobil Na 1m2 dopadne za rok asi 1000kWh Solární články vyrobí 150kWh (účinnost 15%) Elektrolýzou se získá 80kWh (50-60%) Po kompresních ztrátách zbyde 68kWh (85%) Po spálení (palivový článek, hoření) zbyde 30kWh (40-50%) Ztráty rozvodem, nabíjením, elektromotorem 23kWh (77%) Spotřeba paliva v dopravě: 60 TWh (2019) Za zimu řekněme 20TWh Potřebujeme 900km2 solárních článků jen pro akumulaci pro dopravu na zimu (Nyní máme 10 – 15km2 (?)). A tomu solární články pro letní provoz (s krátkodobou akumulací). Uhlí v České republice z pohledu statistiky :: Přinášíme vám informace, které dávají smysl A tomu elektřina pro průmysl, domácnosti, teplo a teplou vodu. Vynucená elektromobilita je druhou největší pitomostí Green Dealu S velkým náskokem je největší pitomostí odstoupení od jaderné energetiky. Racionální zdůvodnění pro elektromobilitu existuje: Primárním cílem elektromobility není „bezemisní“ doprava. Primárním cílem je neumožnit velké většině populace přístup k individuální dopravě. Ano, pak to smysl dává! TDI a elektromobily Škoda Octavia 1,6 TDI: 4,5 litru/100km „výkon“ 18kWh/100km „příkon“ 45kWh/100km Model Udávaná spotřeba (kWh/100 km) Ecotest ADAC (kWh/100 km) 1. Hyundai Ioniq Electric 11,5 14,7 2. VW e-Golf 12,7 17,3 3. BMW i3 94 Ah 12,6 17,4 4. Smart Fortwo Coupé EQ 12,9 18,3 5. Opel Ampera-e First 14,5 19,7 6. Renault Zoe Intens 13,3 20,3 7. Nissan Leaf (ZE1) 15,2 22,1 8. Tesla Model S P90D 20 24 9. Tesla Model X 100D 20,8 24 Nesmyslné limity NOx Emise a koronavirus Lodní a letecká doprava spotřeba letadel Praha –Paříž po silnici: 1000km Queen Mary 2 v Suezském průplavu 2. dubna 2009 Queen Mary 2 6litrů na 100km a pasažéra [USEMAP] zde Biopaliva do elektráren Uhelná elektrárna Drax byla předělána na spalování pelet (zdroj: Drax) Uhelná elektrárna Drax byla předělána na spalování pelet (zdroj: Drax) Výkon 4GW, ročně 7,5 milionu tun biomasy, dovoz z Ameriky Planet of Humans [USEMAP] Obyčejná žárovka 100 W Úsporná zářivka - střední životnost - 23 W Úsporná zářivka - dlouhá životnost - 23 W Příkon /watty/ 100 23 23 Spotřeba za 15000 hodin /kWh/ 1500 345 345 Platba za elektřinu /346 Kč/kWh/ /Kč/ 5190 1194 1194 Životnost světelného zdroje /hodiny/ 1000 6000 15000 Pořizovací náklady na světelný zdroj /za 15 000 hodin/ /Kč/ 150 /15 ks á 10 Kč/ 500 /2,5 ks á 200 Kč/ 400 /1 ks á 400 Kč/ Celkové náklady za 15 000 hodin /Kč/ 5340 1694 1594 Úspora oproti obyčejné žárovce /Kč/ - 3646 3746 Zákaz klasických žárovek Physics Education EU chystá zákaz topinkovačů a rychlovarných konvic zde Skladování energie Krátkodobě - akumulátory Dlouhodobě (z léta na zimu) – vodík, nebo jiná paliva (metanizace vodíku) Modelový příklad: Nutnost akumulace na zimu průměrné domácnosti Elektřina: třetina roční spotřeby s ohledem na účinnost tepelného stroje Teplo: byt v našem zatepleném paneláku Teplá voda: třetina roční spotřeby (3 členná rodina) Benzín, nafta: třetina roční spotřeby při nájezdu 15 tis km (úsporný diesel) Tedy celkem je potřeba na zimu v létě naakumulovat 9000kWh energie. Při použití vodíkové technologie (viz část o elektromobilech) je třeba 140m2 solárních článků na (tříčlennou) domácnost To je 460km2 na 3,3 mil domácností Jen pro akumulaci na zimu! Současně musí běžet solární články pro letní spotřebu elektřiny a elektromobilitu (a část tepla) Vlastní spotřeba domácností je jen zlomkem celkové spotřeby státu. Mluvíme tedy o potřebě provozovat řádově tisíce km2 solárních článků. Gravitační akumulace zde Akumulátor na 35MWh Temelín 2000MWe 1 minuta práce Temelína Ale neznáme technické detaily Modelový příklad 1000 tunové závaží do hloubky 1000m Potenciální energie 5 sekund práce Temelína Zelená dohoda pro Evropu (European Green Deal) Do roku 2030 snížit emise skleníkových plynů o 55% oproti roku 1990. Do roku 2050 být klimaticky neutrální. Cíl Green Deal 2030 2030 Švédsko závazek 1980: odstoupení od jaderné energetiky do roku 2010 skutečnost 2017: 37% elektřiny z jádra do r. 2020 – nezávislé na ropě do r. 2050 – bez emisí CO2 Nové závazky 2006: zde spotřeba ropy ve Švédsku a zde 2011: Sweden continues to expand nuclear energy production Greta Thunbergová Greta Thunberg: Co dělají její rodiče a kdo ukradl aktivistce ... a zkažené dětství Organizátor Fridays for Future píše babičce, proč se zapojuje do ... Pátky pro budoucnost A co s tím jako chcete dělat? Ústav výzkumu globální změny Akademie věd ČR Mgr. Alexander Ač, Ph.D. | Sisyfos - Český klub skeptiků Alexander Ač Existují jediné dvě možnosti, jak skutečně významně snížit spotřebu energie: genocida a bída Záchrana planety je ušlechtilý cíl. Největší cíl v dějinách lidstva. A v jeho zájmu je ospravedlnitelné cokoliv! I teror! Našlápnuto je docela slušně Tim Hunt (Nobelova cena za biologii) – téměř konec akademické kariéry, zde Šest let natvrdo za dvě věty na internetu, zde Skutečné šílenství, zde Skutečné násilí, zde Vaporizace, zde Není pravda, že za západem zaostáváme, naopak jsme jej o 70 let předběhli! http://www.totalita.cz/images/pic0233_1.jpg http://www.totalita.cz/images/pic0233_2.jpg Myslete na to, bude to Váš svět.