Na Ziemi produkuje się coraz więcej i więcej energii, jednocześnie zmieniają się także jej źródła. W przeszłości świat oparty był o drewno, potem nastała era węgla, teraz wchodzimy w epokę źródeł odnawialnych. Coraz większe zapotrzebowanie gospodarki na energię jest wyzwaniem zarówno dla świata, jak i dla Polski.

Spis tematów (kliknij, aby przejść do wyboru tematów)


Przemysł

VII Energetyka na świecie

1. Bilans energetyczny świata i jego zmiany

Pierwszym paliwem wykorzystywanym na dużą skalę do produkcji energii było drewno. Paliwo to było tanie i łatwe do pozyskania oraz powszechnie dostępne w państwach uprzemysławiających się. Jego efektywność ekonomiczna była jednak niska. Z czasem odkryto cudowne paliwo w postaci węgla (zwłaszcza kamiennego), który w Europie był surowcem łatwo dostępnym. Spowodowało to po raz pierwszy na wielką skalę rozwój światowej energetyki. Mniej więcej do czasu I Wojny Światowej, węgiel wyprzedził drewno jako podstawowe paliwo.

W okresie międzywojennym, a zwłaszcza podczas II Wojny Światowej odkryto wielką wartość paliwa płynnego – ropy naftowej. Do połowy XX wieku rozpoczęto jej masową eksploatację, a w latach 60-tych wybiła się ona na drugie miejsce jako światowe źródło energii. Wzrost znaczenia ropy jest związany przede wszystkim z masowa motoryzacją oraz odkryciem jej licznych źródeł i względnie prostą technologią wydobycia. W latach 70-tych ropa stała się już najważniejszym surowcem energetycznym, mimo stale rosnącego wykorzystania węgla. W tym samym czasie drewno spadło na czwartą lokatę, wyprzedzone przez nowe wartościowe paliwo – gaz ziemny. Rosnące zapotrzebowanie na paliwo prowadziło do stałego wzrostu zużycia paliw kopalnych. W międzyczasie rozpoczęło się wykorzystanie źródeł odnawialnych, początkowo wody, która jako źródło energii znana była od tysięcy lat. W latach 80-tych w światowej energetyce coraz większą rolę zaczęła odgrywać energetyka jądrowa.

Na początku XXI wieku rola źródeł tradycyjnych oraz atomu zaczęła nieco wyhamowywać, na rzecz coraz szerzej rozwijanej energii odnawialnej, zwłaszcza z nowych źródeł – wiatru, biomasy i geotermii. Za sprawą rozwoju źródeł alternatywnych stoją przede wszystkim problemy takie jak:

  • Rosnące koszty pozyskiwania paliw kopalnych, zwłaszcza węgla.
  • Wyczerpanie tanich i łatwo dostępnych źródeł paliw kopalnych.
  • Dezindustrializacja i malejące znaczenie przemysłu ciężkiego opartego o surowce mineralne.
  • Pojawienie się problemu globalnego ocieplenia i świadomość konieczności ograniczenia wysokoemisyjnych źródeł energii.

Historia użycia wybranych źródeł energii w skali globalnej

Źródło: https://www.e-education.psu.edu/earth104/sites/www.e-education.psu.edu.earth104/files/Unit2/Mod8/Earth104Mod8Fig2.png

2. Produkcja energii elektrycznej na świecie 

Kluczową rolę w produkcji energii odgrywa energia elektryczna. Jej produkcja na świecie stale i dynamicznie wzrasta. Jest to związane z rozwojem nowych przemysłowych, energochłonnych gospodarek (zwłaszcza w Azji np. Chin i Indii), które generują coraz większe zapotrzebowanie na energie i samemu jej sobie dostarczają. Z drugiej strony w państwach wysokorozwiniętych produkcja energii utrzymuje się na stałym poziomie, a nawet spada, za sprawą coraz mniej energochłonnych technologii.

Coraz wyższa efektywność energetyczna np. sprzętu AGD prowadzi do ograniczenia zużycia energii

Źródło: https://www.skentndent.com/wp-content/uploads/2017/07/ref22.jpg

Do zwiększonego zużycia energii przyczynia się jednak co ciekawe nie tylko rozwój gospodarczy, ale też coraz bardziej odczuwalne skutki globalnego ocieplenia. Powtarzające się fale upałów latem przy obecnych ciągle mrozach zimą, prowadzą do zwiększonego zużycia energii odpowiednio na chłodzenie i ogrzewanie.

Światowa struktura produkcji według źródeł i wielkość produkcji energii elektrycznej

Źródło: Opracowanie własne na podstawie danych https://www.bp.com/en/global/corporate/energy-economics/energy-outlook.html

Prawie 3/4 światowych źródeł energii pochodzi ze spalania paliw kopalnych, głównie węgla (~36%) i gazu (~23%). W tej grupie są jednak także elektrownie atomowe (~10%) o zerowej emisji i niskiej szkodliwości dla środowiska.  Ze źródeł emisyjnych pochodzi więc obecnie około 65% produkowanej energii (łącznie z biomasą i biogazem). Nieco ponad 1/4 energii pochodzi ze źródeł odnawialnych, wśród których dominuje hydroenergetyka (~15%). W ostatnich latach znacząco wzrasta rola elektrowni wiatrowych, które odpowiadają już za produkcję ponad 5% światowej energii. Najnowszym źródłem w światowym mixie energetycznym jest energia słoneczna (2,7% w 2019 r.).

W ciągu ostatnich 35 lat rósł udział zarówno źródeł tradycyjnych (węgla i gazu), ale też odnawialnych, które zaczęły dynamicznie rozwijać się po 2010 roku. Jednocześnie pod koniec drugiej dekady XXI wieku wzrost udziału węgla i gazu w światowej produkcji energii został mocno wyhamowany.

Zmiany w strukturze produkcji energii elektrycznej w latach 1985-2017

Źródło: ourworldindata.org

Produkcja energii elektrycznej dynamicznie wzrasta. Obecnie to już ponad 27 000 terawatogodzin (TWh). To prawie 3-krotnie więcej niż w 1985 r. i 10-krotnie więcej niż krótko po II Wojnie Światowej – w latach 50-tych.

10 największych światowych producentów energii

Źródło: Opracowanie własne na podstawie: https://www.bp.com/en/global/corporate/energy-economics/energy-outlook.html

Producentami i konsumentami energii są najczęściej te same państwa. W tym gronie największe znaczenie mają Chiny, odpowiedzialne z ponad 1/4 światowej produkcji energii, wyprzedzając tym samym USA, Indie, Rosję czy Japonię oraz inne duże gospodarki. Związane jest to z ogromną energochłonnością dynamicznie rozwijającego się chińskiego przemysłu. Polska w światowej produkcji energii ogrywa skromną rolę, odpowiadając za nieco ponad 0,5% światowej produkcji.

3. Bilans i mix energetyczny Polski

Polska produkuje obecnie około 163 TWh energii elektrycznej. Wielkość ta nieznacznie wzrasta w skali czasu.

Wielkość i struktura produkcji energii elektrycznej w Polsce

Źródło: Opracowanie własne na podstawie danych https://www.pse.pl/home

Nieznacznie rosnąca produkcja energii w Polsce to przede wszystkim skutek instalowania w systemie nowych źródeł odnawialnych, gdyż od lat nie zrealizowano większych inwestycji w energetyce konwencjonalnej. Do 2014 r. Polska notowała nadwyżki produkcji energii, którą odsprzedawała innym krajom. Jednak na skutek reindustrializacji i dynamicznego wzrostu produkcji przemysłowej w naszym kraju, w ostatnich latach saldo energetyczne jest ujemne i istnieje konieczność importu energii zza granicy (głównie od sąsiadów – Szwecji, Czech, Niemiec, a nawet malutkiej Litwy). Polska w 2019 r. musiała zaimportować aż 10 TWh energii (to np. 1/3 całej produkcji energii elektrycznej Danii). Klienci indywidualni odczuwają coraz boleśniej niedorozwój sektora energetycznego w Polsce, gdyż droga produkcja i import, przekładają się na coraz wyższe rachunki za prąd.

Bilans energetyczny Polski w latach 1990-2019

Źródło: Opracowanie własne na podstawie danych https://www.pse.pl/home

W produkcji energii elektrycznej w Polsce największą rolę odgrywa węgiel (kamienny i w mniejszym stopniu brunatny). Jednak od 2004 r. (wejście Polski do UE) rośnie udział odnawialnych źródeł energii (zwłaszcza wiatru i biomasy) oraz mniej szkodliwego dla środowiska gazu ziemnego.

Struktura produkcji energii elektrycznej w latach 1985-2019

Źródło: Opracowanie własne na podstawie: https://www.bp.com/en/global/corporate/energy-economics/energy-outlook.html

Przed akcesją do Unii, Polska aż 94% energii produkowała z węgla (prawie 61% z kamiennego i prawie 34% z brunatnego), a źródła odnawialne stanowiły zaledwie 2,6% mixu energetycznego. W ciągu ostatnich 15 lat doszło do odczuwalnych (choć wciąż niewystarczających) zmian w polski mixie energetycznym – znacząco wzrósł udział gazu (prawie 9%),a wśród źródeł odnawialnych: wiatru (ponad 9%), a dodatkowo także biomasy (4,6%), co pozwoliło na przekroczenie granicy 15% energii produkowanej z OZE (z czego około 3/4 było nieemisyjne). Nadal jednak aż 73,5% energii produkowaliśmy z węgla. W prognozie rozwoju polskiej energetyki rząd zakłada, że do 2040 r. ze struktury energii elektrycznej w Polsce prawie zniknie węgiel brunatny, a utrzymana na obecnym poziomie produkcja energii z węgla kamiennego zmniejszy swój udział procentowy w mixie energetycznym, do zaledwie 22% (cały węgiel – 27%), dzięki zainstalowaniu dużych mocy nowych źródeł energii. Rząd planuje przede wszystkim rozwój energetyki wiatrowej na Morzu Bałtyckim (wzrost udziału do 18,5%) i częściowego rozwoju biomasy i biogazu. Dużą rolę (prawie 22%) pokłada się w energetyce dostarczonej do siebie przez małych producentów (np. zakłady przemysłowe i odbiorców indywidualnych), która w przytłaczającej większości pochodzić ma z fotowoltaiki (słońca). W 2032 r. ma ruszyć pierwsza w Polsce elektrownia jądrowa, a w 2040 udział energii atomowej ma sięgnąć 18% produkowanej w Polsce energii.

Mix energetyczny Polski w latach: 2004 i 2019 oraz prognoza na 2040 r.

Źródło: Opracowanie własne na podstawie: https://www.bp.com/en/global/corporate/energy-economics/energy-outlook.html

4. Źródła energii w wybranych państwach świata

Państwa świata podchodzą do produkcji energii w bardzo różny sposób. W większości państw struktura produkcji zależy od posiadanych źródeł energii, np. dużych rzek (rozwój hydroenergetyki) czy posiadanych surowców (rozwój energetyki gazowej, węglowej i w mniejszym stopniu naftowej). Ponadto, niektóre kraje zmieniają swój mix energetyczny z powodów politycznych i środowiskowych np. inwestując w OZE.

Struktura produkcji energii elektrycznej według źródeł w wybranych państwach świata

Opracowanie własne na podstawie: https://www.bp.com/en/global/corporate/energy-economics/energy-outlook.html i danych rozproszonych.

Polska należy do najbardziej uzależnionych od surowców kopalnych na świecie (zwłaszcza od węgla). Nawet Chiny uważane za największego truciciela świata, mają niższy (~65%) od Polskiego (~73%) udział węgla w produkcji energii. Wśród państw silnie uzależnionych od kopalin są jeszcze: Japonia (węgiel – 31,5%), gdzie drugim istotnym źródłem jest gaz ziemny (35%) oraz Iran, który opiera się na produkcji gazu (62,5%) oraz jako jeden z nielicznych używa do produkcji elektryczności elektrowni naftowych na dużą skalę (prawie 26%). Mocno zróżnicowane mix energetyczny mają m.in. USA (~39% z gazu ziemnego, ~24% z węgla i ~19% z atomu) czy Niemcy (~15% z gazu ziemnego, 28% z węgla, ~12% z atomu), które są także jednym ze światowych prekursorów wykorzystania energii odnawialnej (wiatr ~21%), zwłaszcza ze słońca (fotowoltaika – jeden z europejskich liderów ~8%).

Światowym potentatem produkcji energii atomowej jest Francja, w której stanowi ona największy na świecie udział w mixie energetycznym (prawie 72%). Norwegia, Brazylia i Islandia oparte są z kolei głównie o hydroenergetykę (korzystne warunki przyrodnicze, produkując odpowiednio: ~93%, ~64% i ~69% prądu z tego źródła. Ostatni z wymienionych krajów, najbardziej na świecie wykorzystuje ponadto energię geotermalną (~31%), ze względu na niezwykle korzystne warunki geologiczne. Światowym liderem produkcji energii ze źródeł odnawialnych jest z kolei Dania, która w tej sposób pozyskuje aż 76% swojej energii, zwłaszcza z wiatru (53%) i w mniejszym stopniu z biomasy i biogazu  oraz innych OZE (23%).

5. Struktura produkcji energii a bezpieczeństwo energetyczne

Źródła produkcji energii mają istotne znaczenie dla bezpieczeństwa energetycznego państwa. Wpływają na to w największym stopniu:

  • Stopień dywersyfikacji (zróżnicowania) źródeł produkcji energii.
  • Stopień uzależnienia od zagranicznych dostaw surowców energetycznych.
  • Stan instalacji przesyłu energii i jej możliwość importu z zagranicy.
  • Stopień wykorzystania krajowych surowców i zasobów w produkcji energii.

Generalnie można wyciągnąć prosty wniosek – państwa o zróżnicowanych źródłach produkcji energii (dywersyfikacja źródeł) oraz mające własne zasoby lub wielu różnych dostawców surowców (dywersyfikacja dostaw) można uznać za mające wysoki poziom bezpieczeństwa energetycznego, ponieważ ewentualna utrata jednego ze źródeł energii lub któregoś z dostawców, nie prowadzi do załamania się krajowej produkcji prądu. Wśród takich państw są np. USA, Rosja i Iran (duże własne zasoby surowców i duża dywersyfikacja źródeł w przypadku USA), czy Niemcy (oparcie produkcji energii na 5 źródłach o dużym znaczeniu, w tym odnawialnych). Często za bezpieczne energetycznie uważa się także kraje oparte o OZE (np. Dania, Norwegia, Brazylia, Islandia), ponieważ trudno sobie wyobrazić by nagle wiatr przestał wiać, woda płynąc, słońce świecić, a ziemia grzać, ale teoretycznie są to państwa uzależnione od jednego tylko źródła energii, co samo w sobie jest ryzykowne.

Polska jest krajem o rażąco niskim poziomie bezpieczeństwa energetycznego. Wynika to przede wszystkim z oparciu się niemal wyłącznie na jednym źródle energii (węgiel). Dodatkowym problemem jest wyczerpywanie się krajowych zasobów tego surowca. W ten sposób Polska jest dodatkowo uzależniona od zagranicznych dostawców. W sytuacji kryzysowej np. blokady handlowej Polski, nasze państwo zostałoby praktycznie “wyłączone”. Z tego powodu od kilku lat kolejne rządy podejmują intensywne wysiłki na rzecz poprawy bezpieczeństwa energetycznego Polski. Do takich inicjatyw należą:

  • Rozwój OZE i stopniowe zmniejszanie udziału węgla w mixie energetycznym.
  • Planowana budowa elektrowni jądrowych.
  • Budowa infrastruktury przesyłowej pozwalającej na import energii z państw sąsiadujących, zwłaszcza z Niemiec.
  • Dążenie do zwiększenia produkcji energii przez mikroproducentów (zakłady przemysłowe i indywidualni odbiorcy np. z wykorzystaniem fotowoltaiki) i tym samym zmniejszenie krajowego zapotrzebowania na energię produkowaną przez państwo.
  • Poszukiwanie nowych dostawców kluczowych surowców i budowanie w tym celu stosownej infrastruktury np. gazoportu w Świnoujściu.
  • Modernizacja krajowej sieci energetycznej w celu ograniczenia strat energii na przesyle z miejsc produkcji do miejsc odbioru.
  • Zachęcanie do oszczędzania energii odbiorców indywidualnych (promowanie proekologicznej postawy, ale też podnoszenie rachunków za prąd).
  • Programy rządowe na rzecz wymiany źródeł energii u odbiorców indywidualnych i instytucjonalnych oraz środki na termomodernizację obiektów użyteczności publicznej (dzięki czemu stają się one energooszczędne).

Budowa paneli i kolektorów słonecznych pozwala zmniejszać zapotrzebowanie na energię z sieci i dynamicznie zyskuje na popularności w Polsce

Źródło: https://budujesz.info/pliki/image/artykuly/instalacje/duze/panele-sloneczne-na-dachu4172.jpg

6. Niebezpieczne skutki rosnącego zapotrzebowania na energię

Niekontrolowany wzrost zapotrzebowania na energię elektryczną niesie za sobą olbrzymie zagrożenia, ponieważ oznacza wprost konieczność zwiększenia produkcji energii, a to odbywa się najczęściej – ze stratą dla środowiska naturalnego.

Wpływ rosnącego zapotrzebowania na energię przejawia się:

  • Przyspieszeniem tempa globalnego ocieplenia co skutkuje jeszcze większym zapotrzebowaniem na energię (błędne koło) oraz generuje niewyobrażalne straty środowiskowe i finansowe we wszystkich sektorach gospodarczych.
  • Przekształceniem krajobrazu (najczęściej po prostu jego degradacją) na skutek pozyskiwania surowców energetycznych, zwłaszcza w górnictwie odkrywkowym.
  • Obniżeniem poziomów wodonośnych, zanieczyszczeniem wód powierzchniowych (także źródeł wody pitnej) oraz zanieczyszczeniem i degradacją gleb.
  • Występowanie lokalnych niekorzystnych zjawisk środowiskowych, zwłaszcza uciążliwego problemu smogu i pogorszenia jakości powietrza, co w istotny sposób przekłada się na stan zdrowia ludności.


Uwzględniając powyższe, oczywiste wydaje się, że konieczne jest ograniczenie tempa wzrostu zapotrzebowania na energię oraz zmiana jej źródeł produkcji. Warto wspomnieć o działaniach takich jak:

  • Rozwój OZE (zerowa emisyjność), ale też energetyki atomowej jako “czystych” źródeł energii.
  • Termomodernizacja budynków i budowanie domów energooszczędnych.
  • Wprowadzanie energooszczędnych technologii produkcji.
  • Wykorzystanie sprzętów AGD i oświetlenia wysokiej klasy energetycznej (zwłaszcza oświetlenia typu LED).
  • Modernizacja sieci przesyłowych (ograniczenie marnowania już wyprodukowanej energii).
  • Wzrost świadomości ekologicznej ludności (oszczędzanie energii, mniejsze oświetlenie przestrzeni publicznej).