Technologia, która załatwia sprawę

„Kwadrat 100 km x 100 km na Saharze mógłby zaspokoić potrzeby energetyczne całego świata”. Czy to prawda? Koncentrowanie energii słonecznej na pustyni dostarcza średnią moc na jednostkę powierzchni rzędu około 15 W/m2. Założywszy, że cały ten kwadrat służy tylko i wyłącznie produkcji energii, można by wygenerować 150 GW. To nie równa się obecnemu zużyciu energii na świecie.

To nawet nie zbliża się do obecnego globalnego zużycia energii elektrycznej, które wynosi 2000 GW. Globalne zużycie energii wynosi obecnie 15 000 GW.

Prawidłowe jest więc stwierdzenie, że dzisiejszy popyt na energię zaspokoiłby kwadrat na pustyni, całkowicie wypełniony lustrami ogniskującymi, o wielkości 1000 km na 1000 km.

To czterokrotność obszaru Wielkiej Brytanii. Dodatkowo, jeżeli chcemy, by inni na świecie też mieli dostęp do energii, przypuszczalnie powinniśmy zapewnić podaż energii większą niż dzisiejszy popyt. Zapewnienie każdemu na świecie takiej ilości energii, jaką zużywa przeciętny Europejczyk (125 kWh dziennie), wymagałoby dwóch kwadratów 1000 km na 1000 km na pustyni.

Na szczęście świat nie kończy się na Saharze, warto więc pokroić świat na mniejsze regiony i zadać sobie pytanie, jaki obszar musimy wykorzystać na każdej lokalnej pustyni. W przypadku Europy pytanie brzmiałoby: „Jaki obszar północnej Sahary jest konieczny, by każdemu mieszkańcowi Europy i Afryki Północnej zapewnić energię na poziomie zużycia przeciętnego Europejczyka?” Założywszy, że populacja Europy i Afryki Północnej wynosi 1 miliard mieszkańców, wymagany obszar spada do 340 000 km2, co odpowiada kwadratowi 600 km x 600 km. To obszar równy powierzchni Niemiec, 140% terytorium Wielkiej Brytanii albo 16 Walii.

Udział Wielkiej Brytanii w tym obszarze 16 Walii wyniósłby jedną Walię:

kwadrat 145 km na 145 km na Saharze zaspokoiłby całe zapotrzebowanie na energię pierwotną w Wielkiej Brytanii. Te kwadraty pokazano na Rys. 25.5.

Warto zauważyć, że chociaż żółty kwadrat może wydawać się „niewielki” na tle Afryki, ma rozmiar Niemiec.

Kwadrat na pustyni o powierzchni 600 km x 600 km odpowiada obszarowi Polski. Zapewnienie Polakowi energii na poziomie przeciętnego Europejczyka (125 kWh dziennie) wymagałoby zarezerwowania na pustyni obszaru wielkości województwa śląskiego – kwadratu 115 km na 115 km.

Projekt DESERTEC

Organizacja o nazwie DESERTEC [www.desertec.org] promuje pomysł wykorzystania CSP w słonecznych krajach śródziemnomorskich i przesyłania tej energii na pochmurną północ za pomocą linii prądu stałego o wysokim napięciu (high-voltage direct-current – HVDC) (Fot. 25.7.) Technologia HVDC stosowana jest od 1954 roku do przesyłu energii elektrycznej zarówno kablami napowietrznymi, jak i podmorskimi (takimi jak interkonektor między Francją a Anglią). Używa się jej do przesyłu prądu na dystanse powyżej 1000 km w RPA, Chinach, USA, Kanadzie, Brazylii i Kongu. Typowa linia 500 kV może przesłać 2 GW mocy. Dwutorowa linia HVDC w Brazylii przesyła 6,3 GW.

Połączenia HVDC mają nad tradycyjnymi liniami wysokiego napięcia prądu przemiennego kilka przewag: wymagają mniej rozbudowanej infrastruktury, zajmują mniejszą przestrzeń i wiążą się z niższymi stratami energii przy przesyle.

Straty w przesyle 3500-kilometrową linią HVDC, włączając koszty konwersji prądu zmiennego w stały, wyniosłyby około 15%. Kolejną zaletą systemów HVDC jest fakt, że wspierają stabilność sieci energetycznych, do których są podłączone.

Według planów DESERTEC należałoby wykorzystać najpierw tereny nadmorskie.

Elektrownie CSP umieszczone nad morzem mogłyby jednocześnie odsalać wodę. Ten produkt uboczny stanowiłby cenne źródło wody do picia i dla rolnictwa.

Tabela 25.6 zawiera szacunki DESERTEC odnośnie potencjału produkcji energii w krajach Europy i Afryki Północnej. „Potencjał ekonomiczny” z nawiązką zapewniłby 125 kWh dziennie na osobę miliardowi ludzi. Całkowity „potencjał nadbrzeżny” zapewniłby temu miliardowi 16 kWh na osobę dziennie.

Spróbujmy odzwierciedlić na mapie zarys realistycznego planu. Wyobraźmy sobie obszary produkcji energii ze słońca, każdy obejmujący 1500 km2 – tomniej więcej obszar Londynu (obszar administracyjny Wielkiego Londynu ma 1580 km2; obwodnica Londynu M25 zamyka obszar 2300 km2). Określmy je mianem stref. Załóżmy, że w każdej ze stref połowę powierzchni zajmą koncentrujące elektrownie słoneczne o średniej gęstości energetycznej 15 W/m2, zostawiając miejsce dla rolnictwa, budynków, kolei, dróg, rurociągów i kabli. Przy założeniu 10-procentowych strat na przesyle ze strefy do konsumenta, każda ze stref produkuje średnio 10 GW energii. Na Rys. 25.8. widać takie strefy w skali mapy. By łatwiej było sobie uzmysłowić wielkość tych stref, kilka umieściłem w Wielkiej Brytanii. Cztery takie strefy produkowałyby równowartość całkowitego zużycia elektryczności w Wielkiej Brytanii (16 kWh na osobę dziennie dla 60 mln ludzi). Sześćdziesiąt pięć stref zapewniłoby 16 kWh na osobę dziennie całemu miliardowi mieszkańców Europy i Afryki Północnej. Rys. 25.8. pokazuje 68 stref na pustyni.

Tabela 25.6.
Potencjał energetyki słonecznej w Europie i okolicach.

Kraj			Potencjał ekonomiczny	Potencjał nadbrzezny
			(TWh/rok)		(TWh/rok)
---------------------------------------------------------------------
Algeria			169 000			60
Libia			140 000			500
Arabia Saudyjska	125 000			2 000
Egipt			74 000			500
Irak			29 000			60
Maroko			20 000			300
Oman			19 000			500
Syria			10 000			0
Tunezja			200			350
Jordania		6 400			0
Jemen			5 100			390
Izrael			3 100			1
Zjedn.Emiraty Arabskie	2 000			540
Kuwejt			1 500			130
Hiszpania		1 300			70
Katar			800			320
Portugalia		140			7
Turcja			130			12
---------------------------------------------------------------------
Razem			620 000			6 000
			(70 000GW)		(650 GW)

Dwie i pół takiej strefy zapewni 16 kWh każdemu Polakowi. Pełne trzy moglibyśmy rezerwować wspólnie ze Słowacją.

Systemy fotowoltaiczne z koncentratorami

Alternatywą dla koncentrujących termicznych elektrowni słonecznych na pustyniach są koncentrujące systemy fotowoltaiczne dużej skali. Za pomocą tanich soczewek lub luster ogniskuje się światło słoneczne na wysokiej jakości ogniwach słonecznych wytwarzających prąd. U Faimana i in. (2007) czytamy, że „energetyka słoneczna, a ściślej fotowoltaika z koncentracją energii słonecznej, [w stanach pustynnych takich, jak: Kalifornia, Arizona, Nowy Meksyk i Teksas] bez konieczności dotowania”.

Według producenta koncentrujących systemów fotowoltaicznych Amonix ten rodzaj systemu koncentrującego miałby średnią moc na jednostkę powierzchni rzędu 18 W/m2.

Skalę koniecznej infrastruktury uzmysłowi nam również przełożenie na przeciętnego Kowalskiego. Moduł fotowoltaiczny pokazany na Fot. 25.9., o mocy szczytowej „25 kW”, średnio generuje około 138 kWh dziennie; życie w amerykańskim stylu oznacza dzisiaj zużycie energii rzędu 250 kWh na osobę dziennie. Zatem odejście od paliw kopalnych w Stanach Zjednoczonych dzięki energii słonecznej wymagałoby z grubsza dwóch takich modułów 15 m × 15 m na osobę.

Pod względem importu energii odnawialnej zza granicy Polska znajduje się praktycznie w tej samej sytuacji co Wielka Brytania i reszta Europy. Nie sąsiadujemy z żadnym z liderów tabeli oferujących niskie zagęszczenie ludności, dużą powierzchnię oraz energię odnawialną o wysokiej gęstości energetycznej.

Powinniśmy popierać stworzenie supersieci energetycznej, łączącej kraje Europy i zapewniającej transfer energii z basenu Morza Śródziemnego oraz zapewniający transfer energii pomiędzy krajami – szczególnie, że możemy mieć olbrzymie problemy z magazynowaniem energii.