Zdroje energie Zdeněk Bochníček Přírodovědecká fakulta MU, Brno Vstup, káva i moudrost zdarma. Rozvoj civilizace je spojen s růstem spotřeby energie • růst počtu obyvatel • růst spotřeby na obyvatele JRC: 76.5% of world's population in urban areas as of 2015 - Green Car Congress Růst světové populace Spotřeba energie na hlavu modra kniha 4 Něco se přece musí stát! Primary%20Energy%20Supply%20-%20Contributions%20from%20Fossil%20and%20Nuclear%20Fuels Prognóza 1 UHDGdepletion Prognóza 2 Ale zatím se to neděje! Skutečnost: Spotřeba energie podle zdrojů https://ourworldindata.org Jiné prognózy https://img.mf.cz/500/577/4-bernstein.png Global Energy Forecast to 2100 | Energy Matters World population growth. Spotřeba energie na Zemi poroste .. pokud se svět bude vyvíjet směrem k lepšímu Existují jediné dvě možnosti, jak skutečně významně a rychle snížit spotřebu energie: genocida a bída Zdroje energie Vodní bez přečerpávacích, biomasa = biomasa + bioplyn + odpady Fosilní paliva: • uhlí • ropa • zemní plyn Jaderná paliva: • uran • thorium • plutonium Obnovitelné zdroje: • slunce • vítr • voda • biomasa • geotermální energie Fosilní paliva Problémy: • omezené zásoby • životní prostředí – emise (nejen) CO2 , (skleníkový jev) ropa Římský klub 1972: Ropa bude vyčerpána do r. 1992 Obnovitelné zdroje Problémy: • malá hustota energie • vysoká cena (?) • nerovnoměrnost a nepředvídatelnost • zásah do krajiny, ekologické škody 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): 4,3kWh/kg Účinnost tepelné elektrárny: 40% Biomasa Elektřina v ČR = 110 000km2 (smrkového lesa) Plocha lesů ČR = 27 000km2 Nyní: biomasa 6,5% Uváděný dostupný potenciál https://biom.cz/cz/odborne-clanky/biomasa-pro-energii-1-zdroje 27 000 GWh tepla 11 000 GWh elektřiny (15%) jednotky procent celkové spotřeby energie ČR. Voda a biomasa – jediné stabilní a předvídatelné zdroje energie V celkové energetice ČR však mohou hrát jen málo významnou roli. Zbývá tedy vítr a slunce Vítr Potřeba elektřiny ČR = N větrných elektráren s průměrem rotoru 44m (Jindřichovice pod Smrkem) průměrná rychlost větru počet elektráren N 5 m/s 150 000 6 m/s 90 000 7 m/s 56 000 8 m/s 38 000 VE Jindřichovice Větrná mapa České republiky Realita: bylo by třeba 120 000 jindřichovických elektráren Jen elektřina! Zbývá tedy pouze slunce mapa záření malá Slunce solar-radiation-diagram-60degN 1kWh = 3,6MJ Elektřina ČR = 400 km2 plochy solárních článků Nyní: Nainstalováno 2,5GW výkonu (Temelín 2GW), výroba necelá 3% potřeby elektřiny (se 100% odběrem) Máme asi 10 - 15km2 solárních článků Jen elektřina! Solární článek – fotovoltaický jev Jiný způsob – solární pec Doosan staví v chilské poušti sluneční elektrárny za stovky milionů | Hospodářské noviny (HN.cz) Sluneční pec v Alternátoru opékala klobásy - Třebíčský objektiv 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 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 J9443med ITER 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 ITER, listopad 2024 Perspektivy jaderné fúze ITER 2010 – 2030 DEMO (demonstrační elektrárna) 2035 komerční elektrárna 2050 Nebude dodrženo Palivo pro termojadernou fúzi deuterium – z obyčejné vody (1 atom D na 6500 atomů H) zásoba na miliardy 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) 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 2050 EU https://ourworldindata.org/co2-and-greenhouse-gas-emissions Svět Cíl Green Deal 2030 2030 2050 EU Minulý snímek neukazuje, že to půjde, ale naopak, že to nepůjde! Nahrazovat fosilní paliva obnovitelnými zdroji bude stále těžší a těžší! Modelový příklad – solární ohřev vody a vytápění hadice na solární ohřev (1m2, 1400Kč) zde energetický zisk za jeden letní slunečný den: cca 10kWh/m2 Za jeden letní měsíc je investice zpět 1kWh – 5Kč. Varianta 1 - svítí slunce mám, nesvítí, nemám. Varianta 2 – celé léto, část jara a podzimu Kompletní solární systém na rodinný dům [USEMAP] solární set 5m2, 1500kWh/rok, 7500Kč úspora návratnost 10 a více let http://www.solarpower.cz/home/images/srovnanikol.jpg Zdaleka nepokryje celoroční spotřebu Pokles účinnosti Varianta 3 – celý rok Akumulace energie v tepelně izolované vodní nádrži. Průměrný nízkoenergetický dům 100m2 , 30kWh/m2, 3000kWh na vytápění. Průměrná spotřeba teplé vody: 40l/osoba den Zimní spotřeba teplá voda 4 členná rodina – polovina celoroční, 1200kWh Pro akumulaci je potřeba nádrž cca 120m3, krychle o hraně 5m. Celkem 4200kWh akumulace na zimu. Pokles účinnosti – tepelné ztráty tloušťka izolace 50cm ztráty asi 50%, izolace + beton: díra s rozměry 7x7x7m3 Cíl: zajistit akumulaci pro 1 mil. domácností investice 1 bilión Kč šestiletá výroba betonu v celé ČR Získá se několik procent celkové spotřeby energie ČR Investice 1 mil. Kč ? [USEMAP] Německo poslední rok odkaz Základní problém: akumulace solar-radiation-diagram-60degN Na úvod jedna kuriozita Gravitační akumulace zde https://www.nazeleno.cz/wp-content/uploads/2018/12/energy_vault.png Modelový příklad 1000 tunové závaží do hloubky 1000m (1000 tun = 700 vozů Octavia) Potenciální energie 5 sekund práce Temelína Ep = mgh =106∙10 ∙1000 = 1010J projekt Gravitriciti v Ostravě Možnosti akumulace: Krátkodobá •akumulátorové baterie •horká voda •vodík (+ syntetická paliva) •přečerpávací elektrárny •gravitace Dlouhodobá •vodík (+ syntetická paliva) •horká voda Vodík palivo s vysokou hmotnostní výhřevností (120MJ/kg) (nafta 43MJ/kg) ale velmi malou objemovou: 1 litr nafty je 5000 litrů vodíku (za norm. tlaku) V současnosti používané tlakové nádoby 350 atm, počítá se s 700 atm energie potřebná ke kompresi cca 10% energie paliva 350 kg stlačeného vodíku v 40t soupravě https://www.schwarzmueller.com/fileadmin/_processed_/3/f/csm_C_AG-38000_PIC1_81527e77d2.png 38 000l (32 000 kg) nafty v návěsu spotřebuje na 100km jízdy 3% toho, co veze spotřebuje na 100km jízdy 0,1% toho, co veze https://www.schwarzmueller.com/fileadmin/_processed_/3/f/csm_C_AG-38000_PIC1_81527e77d2.png https://www.schwarzmueller.com/fileadmin/_processed_/3/f/csm_C_AG-38000_PIC1_81527e77d2.png https://www.schwarzmueller.com/fileadmin/_processed_/3/f/csm_C_AG-38000_PIC1_81527e77d2.png https://www.schwarzmueller.com/fileadmin/_processed_/3/f/csm_C_AG-38000_PIC1_81527e77d2.png https://www.schwarzmueller.com/fileadmin/_processed_/3/f/csm_C_AG-38000_PIC1_81527e77d2.png https://www.schwarzmueller.com/fileadmin/_processed_/3/f/csm_C_AG-38000_PIC1_81527e77d2.png https://www.schwarzmueller.com/fileadmin/_processed_/3/f/csm_C_AG-38000_PIC1_81527e77d2.png Akumulace solární elektřiny ve vodíku Slunce → fotovoltaika → elektřina → vodík → elektřina Na 1m2 dopadne za rok asi 1000kWh Solární články vyrobí 200kWh (účinnost 20%) Elektrolýzou se získá 140kWh (70%) Po kompresních ztrátách zbude 126 kWh (90%) Po spálení (palivový článek, hoření) zbude 50-75kWh (40-60%) (V dalším budeme počítat s 60kWh) Modelový příklad: Akumulace energie na zimu pro české domácnosti Spotřeba elektřiny domácností v období říjen-březen 8800GWh Průměrná spotřeba teplé vody: 40l na osobu a den pro ČR v období říjen-březen (systematické chyby) 4,5 mil domácností v průměrném nízkoenergetickém bytě (domě) s plochou 80m2 a spotřebou na vytápění 30kWh/m2 za rok. 10 000GWh 2 900GWh Pro pokrytí zimních potřeb domácností bude potřeba 350km2 plochy solárních článků Jen pro akumulaci na zimu! Spotřeba domácností je jen zlomkem celkové spotřeby státu (20 – 25%) + solární články na okamžitou letní spotřebu + články na krátkodobou akumulaci (noc, zamračené počasí) Lze tedy odhadnout, že bude potřeba cca 1 500km2 solárních článků. i kdyby to byla polovina..... je to zcela mimo realitu. i kdyby to byla třetina..... Máme 500km2 solárních článků (200W/m2). Ve slunečném dni se v síti objeví 100GW (50 elektráren Temelín) a bude muset být k dispozici infrastruktura, která tento výkon dokáže zpracovat (elektrolýza, komprese) a to vše se má stihnout za 26 let. Uvažujme tu třetinu Ani desetina není reálná! Elektromobilita Kam kráčíš elektromobilito? (ČVUT, Fakulta strojní) album/Album_Model_Album/1388/image19.png Energetický mix ČR: 0,52 kg CO2/kWh Omlazený Hyundai Kona má české ceny. Prémie natlačila základ pod 400.000 Kč – AutoRevue.cz word-image-1 Elektromobily: •Omezený dojezd, dlouhé dobíjení •Omezená životnost nejdražší části •Vysoká cena •Surovinová náročnost baterií •Surovinová závislost (Čína) •Další nárok na výrobu elektřiny •Energetické ztráty při rozvodu, „tankování“ a skladování (v baterii) •Další nárok na skladování energie „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%) 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 spíše násobek této hodnoty Ztráty: 2 Temelíny elektromobilita ? Vynucená elektromobilita je nesmysl! Racionální zdůvodnění pro zákaz spalovacích motorů existuje: Primárním cílem elektromobility není „bezemisní“ doprava. Primárním cílem je neumožnit velké většině populace přístup k individuální dopravě. Ano, pak to smysl dává! Green Deal je mylný projekt, který je v násobném rozporu s fyzikální a technickou realitou. Výsledkem nebude záchrana planety, ale bída. Trend snižování spotřeby fosilních paliv je správný, ale harmonogram je zcela nerealistický a některé zvolené metody chybné. •Thermal coal consumption •billion short tons World thermal coal consumption and production •https://www.eia.gov/outlooks/ieo/ •Net imports of natural gas •trillion cubic feet Natural gas net imports, top importing regions •Liquid fuels-related carbon dioxide emissions for select regions •billion metric tons Petroleum liquids carbon dioxide emissions by region •Natural gas-related carbon dioxide emissions for select regions •billion metric tons Natural gas carbon dioxide emissions by region history projections •Coal-related carbon dioxide emissions for selected countries/regions •billion metric tons Coal carbon dioxide emissions by region history projections Jak je to možné? Přece to musí být nějak spočítané! Lisabonská strategie (2000): Do roku 2010 bude EU nejkonkurenceschopnější a nejdynamičtější ekonomika světa. Wikipedie: Lisabonská strategie dle všech dostupných dat skončila fiaskem. Švédsko Závazek 1980: odstoupení od jaderné energetiky do roku 2010 skutečnost 2022: 29% elektřiny z jádra do r. 2020 – nezávislé na ropě do r. 2050 – bez emisí CO2 Nové závazky 2006: [USEMAP] zde [USEMAP] zde Dvě hypotézy 1) Nekompetence EU chystá zákaz topinkovačů a rychlovarných konvic [USEMAP] zde Martin Bursík: Do roku 2030 lze uhelné elektrárny nahradit fotovoltaikou. [USEMAP] zde 2) Je to spočítané, ale jinak Řešení není v technologiích! Je třeba změna společenského systému! Existují jediné dvě možnosti, jak skutečně významně a rychle 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! Teror státní moci Občanský teror Našlápnuto je docela slušně Tim Hunt (Nobelova cena za biologii)– konec akademické kariéry, zde Skutečné šílenství, zde Skutečné násilí, zde Vaporizace, zde Severní Korea je méně šílená než americká univerzita, zde Extinction Rebellion ČR zde Green Deal je hrozbou, prosperitu, svobodu. hrozbou ohrožující Děkuji za pozornost.