Pro Atom web - vyvracení mýtů o jaderné energetice
| Seznam jaderných elektráren | Download |
  Hlavní menu
Úvodní stránka
Odkazy
Ankety
Aktuality
TOP 15

Podpořte nás
Naše ikonka

O nás


  Rubriky


  Reklama

  Reklama



  Pro Atom web
Email: proatom zavináč luksoft.cz
ISSN 1802-5331

(c) 2007-2008
Zásady ochrany osobních údajů






Energetika

* Zdroje energie a jejich efektivita

Vydáno dne 29. 06. 2007 (9347 přečtení)

V souvislosti se zaváděním nových zdrojů energie vystupuje do popředí otázka, kolik energie dostaneme na výstupu v poměru k vstupním energetickým nákladům. S použitím uvedených studií popíšu postupy výpočtu v souladu se zákonem o zachování energie, t.zn. žádná energie nemůže přebývat, ani se ztratit.
Tento článek volně navazuje na článek na tomto webu
Obnovitelné zdroje neexistují


1. Proč tento problém předkládám?
V různých zdrojích jsou uváděny odlišné výsledky, i z renomovaných pracovišť, pro stejné energetické zdroje a stejnou oblast ve stejnou dobu. Často záleží na tom, komu ty údaje slouží, kdo ty projekty hradí. Rozpor bývá v tom jaké zdroje uvést nebo neuvést na vstup transformace, jaká je kvalita jednotlivých zdrojů a s tím se dá hodně manipulovat. Pokusím se sjednotit metodický postup a kriteria a vyloučit fyzikálně nepodložené závěry, aby se výsledky co nejvíce blížily realitě se zachováním zákona o zachování energie. Pokusím se vyjádřit relevantnost údajů a co nám ty údaje říkají.

Stanovení EROEI není jenom akademická debata, ale je kriticky důležité pro budoucnost ekonomiky i celé společnosti. Bez ohledu na časový horizont je třeba připustit skutečnost, že fosilní zdroje ropa, zemní plyn, uhlí budou vyčerpány a nám nezbude, než hospodařit s těmi zdroji, které budou k dispozici.

2. Jaká se používají kriteria?
Dnes se ve světě všeobecně používá poměrová jednota EROEI (nebo jen EROI) - Energy Returne(d) on (Energy) Invested.
Když je EROEI < 1, tak je transformace energie ztrátová, když je EROEI > 1 transformace je zisková, pokud je EROEI = 1 je možná pouze jednoduchá reprodukce t.zn. co vyrobím, to spotřebuji na produkci. Např.
výstup = 120, vstup = 80, EROEI = 120/80 = 1,50 - transformace je zisková 150 %
výstup = 80, vstup = 120, EROEI = 80/120 = 0,67 - transformace je ztrátová 67% a není schopná provozu.
výstup = 100, vstup = 100, EROEI = 1 - transformace nepřináší další energii pro komerční využití, zásobuje sama sebe.

Pro kvantitavní vyjádření čisté (net) energie neboli přebytku energie se rovná hrubá vyprodukovaná energie minus energie vynaložená při produkčním procesu (výstup - vstup), tedy bilance je kladná nebo záporná.
Čili EROEI je poměr, kdežto bilance je množství energie dodané do systému, které mělo cenu a bylo zapalaceno.
Obr.1

Na obrázku je zobrazen životní cyklus energetického zdroje.
V části Vstupy energie je zobrazena energie potřebná pro produkci. Červený obdélníček zahrnuje předprodukční fázi zahrnující konstrukci, výrobu a další spotřebu na přípravu. V provozní - střední části je to vlastní spotřeba + provoz, údržba, recyklace. V pravém čtverečku je likvidace zdroje, likvidace škod.
V části Výstupy energie se část vyprodukované energie vrací do produkce a to co převyšuje krytí produkčních nákladů (zelená barva) je skutečný přínos pro komerční účely. Pokud se zelený čtvereček nevyskytne vůbec, cyklus je rovnovážný nebo ztrátový a musí být doplněn z jiného zdroje, jinak se proces zastaví.
Na spodní ose je čas od předprodukční fáze do konce Tk v rocích.[1]

3.Nejdříve krátký exkurz do historie EROEI.
Koncepce byla vyvinuta v padesátých letech při studiu kritické úlohy energie v přírodě a poprvé uplatněna v osmdesátých letech v souvislosti s krizovými jevy v energetice.
Organismus musí používat energii k zajištění řady činností pro zajištění růstu, reprodukce a obraně proti predátorům. Člověk získával energii z přírodního prostředí lovem a sběrem. Pro přežití kalorická hodnota získané potravy musela být větší než hodnota energie vložená do jejího získání, jinak docházelo k podvýživě a zániku jedince. Pro přežití a rozvoj takovéto komunity sběračů a lovců byl EROEI od 10 do 20, když neulovili EROEI bylo < 1.
Přechodem na zemědělskou produkci došlo ke zvyšování energetických vstupů na přípravu půdy, pěstování a sklizeň. Tím se EROEI v porovnání s lovci snížila nebo byla na jejich úrovni. Proč tedy zemědělství nahradilo lov a sběr? Důvod leží v tom, že vstupy rostly rychleji než klesala EROEI, takže absolutní hodnota přebytku se zvyšovala. Tím se vytvořily nové ekonomické, kulturní a sociální podmínky pro vznik hustšího osídlení až desítek obyvatel na km2 oproti lovecké komunitě s možnosí pouze 1 obyvatele na km2. Vznikaly nové komunity a města, ale také zanikaly v případě, že EROEI byl < 1. Takto pravděpodobně zanikli Mayové, kdy výstupy ze zemědělské produkce byly menší než vstupy. Takto mohou dopadnout i současné společnosti, pakliže nezajistí zákon EROEI>1.
[Cutler J. Cleveland, Boston University][8]

4.Princip stanovení EROEI.
Základním principem je představit si model příslušného zdroje energie, ve kterém jsou všechny vstupní zdroje energeticky zajištěny vyprodukovanou výstupní energií právě tímto zdrojem. Tímto jsme vyloučili jakékoliv další zdroje a zároveň jsme přijali skutečnost, že výstupní energie se musí podílet na všech energetických vstupech a tím vyloučili spekulaci, jestli se výstup na některém vstupu podílí nebo ne.
Např. když se před 200 roky jako hlavní fosilní zdroj začalo používat uhlí s využitím parního stroje, tak veškeré vstupy počínaje geologickým průzkumem, těžbou rud, výrobou železa a strojů pro těžbu a dopravu, hloubením dolů, těžbou, dopravou do místa odběru a likvidací dolů byly zásobovány energií z vytěženého uhlí + ruční prací. Nebyla možná diskuze, jestli ten či onen vstup zajístí jiný druh energie, protože v té době nebyl k dispozici. Uhlí muselo mít EROEI podstatně větší než 1, (v r. 1950 mělo uhlí EROEI=100, viz Obr.4, jsou uváděny i jiné hodnoty, ale to závisí na zemi a dalších podmínkách, každopádně hodnota byla vysoká) aby mohlo zajistit vlastní produkci a další potřeby společnosti.
Když v roce 1858 přišla na scénu ropa, tak se i ona podílela na svých energetických vstupech a co přebývalo bylo k dispozici pro další komerční účely a tak to pokračovalo s příchodem dalších druhů energie - voda, vítr, fotovoltaika, biomasa, biopaliva.
Ještě krátký návrat do současnosti. Můžeme si představit, že by se EROEI hlavních zdrojů energie dostala na hodnotu blízkou biopalivům. Od té chvíle by biopaliva skončila i s nekonečnými diskusemi o jejich EROEI, potom, v hodině pravdy, by se už nedalo nic kamuflovat.
Tedy každý zdroj by se měl na všech svých vstupech svým dílem podílet na produkci všech komponent vstupů. Tímto se odstraní spory o to, jestli zdroj do vstupu zařadit nebo ne.[2]

Výpočet EROEI je následující:

EROEI=SUMA výstupů / SUMA vstupů

5. Kvalita energie
Užitečnost energetického systému je dána komplexem kombinací fyzikálních, technických, ekonomických a sociálních atributů. Na produkci energetického zdroje se podílejí různé druhy energie - uhlí, nafta, benzín, zemní plyn, dřevo a j. - které mají různou kvalitu. Kvalita je dána váhovou nebo objemovou hustotou energie, emisemi, předvídatelností a pravidelností dodávky, cenou a efektivností konverze, finančním rizikem, vhodností pro skladování, riziko pro lidské zdraví a snadnost transportu. Celková energie se rovná sumě všech zdrojů pro daný časový úsek. Vzhledem k potřebě sjednocení jednotek se energie všech druhů vyjadřuje pomoci entalpie neboli tepelného ekvivalentu.
Problémem je, že jednotlivé druhy mají různou kvalitu, takže tepelná hodnota zdrojů nemá stejnou energetickou účinnost to znamená, že všechny joule nemají stejnou energetickou váhu. Např. elektřina má vyšší kvalitu než uhlí. Za tím účelem se zavádí t.zv. faktor kvality F, který zahrnuje všechna uvedená kriteria a kterým se hodnota energetického zdroje násobí. Pro výpočet F existují zavedené postupy, pro hrubý odhad je možné vyjít z ceny, která ovšem může být ovlivněna politikou, ekonomikou a trhy. Pokud je F > 1, tak užitečnost zvyšuje EROEI, poku F < 1, EROEI se snižuje. Jeho stanovení se odvíjí od konkrétního energetického zdroje, který se vyhodnocuje. Např. F pro větrné nebo sluneční elektrárny je velmi nízký - nepravidelnost, nízká hustota, špatná zálohovatelnost ... atd, např. u ropy je vysoký, ale klesá s vyčerpáváním a dostupností ložisek.

Výpočet EROEI se potom mění na tvar:

EROEI= SUMA energie výstupu*F / SUMA energie vstupů*F

Jako příklad uvádím jedno z kriterií kvality - grafické zobrazení hustoty energie v jednotkách objemových - svislá osa a jednotkách váhových - vodorovná osa.
V levém dolním rohu (počátku souřadnic) jsou hodnoty pro některá akumulační zařízení - většina baterií, setrvačníky, stlačený vzduch, zkapalněný dusík. Vpravo jsou hodnoty pro kapalný vodík, stlačený na 150 barů a nestlačený.[2]


Obr.2

6. Časový vývoj EROI a porovnání energetické mohutnosti.
Obecně má EROEI proměnlivý průběh podle toho, jak se měnily zejména vstupní náročnosti. U každého zdroje bude průběh rozdílný. Jako ukázku uvádím EROEI průběhu těžby ropy v USA v letech 1950 až 2000, ve kterém je zobrazena ropná krize v sedmdesátých a osmdesátých letech. Horní křivka zobrazuje průběh EROEI podle tepelných ekvivalentů, spodní křivka EROEI korigovaná faktorem kvality. EROEI volně koreluje s cenou. V době války v Iráku v r. 1980 vyběhla cena ropy až na 100$
Obecně platí, že korigovaný průběh je zpravidla nižší a více se blíží k realitě. Tento jev byl ověřen na skutečně změřených hodnotách konkrétního zdroje energie.
. Obr.3


Abychom si udělali představu u o energetické mohutnosi, uvádíme na Obr.4 časové hodnoty zdrojů, které mají historický vývoj a nových alternativních zdrojů energie. Např. surová ropa měla EROEI v r. 1930 hodnotu 100 a v roce 2000 hodnotu 20. Pokles je způsoben přes zlepšení technologie horší dostupností a menší vydatností ropných ložisek, většími nároky na těžbu a dopravu. Při snižujícím se množství nově nalezených ložisek a její mohutnosti je předpoklad, že EROEI ropy se bude i nadále snižovat a s tím i produkty z ropy. Vždycky je ve hře zlepšování technologické úrovně, takže snižování EROEI se zpomalí, ale asi nezastaví, protože těžko můžeme předpokládat, že zásob ropy bude přibývat.
U biopaliv je problém obdobný. Technologie se může zlepšovat, ale zhoršování EROEI u ropy a plynu, na kterých je závislá, degradace půdy následkem pěstování monokultur se EROEI bude snižovat.
Čtenář si sám může zhodnotit podle grafu jaký je stav u ropy (Crude Oil), uhlí(Coal), benzínu(Gasoline), bioetanolu ze zrna (Corn ethanol), živičných břidlic (Oil Shale) a benzínu z uhlí (Coal Liquefaction).
Pro nás je zajímavá hodnota EROEI benzínu, která se pohybuje od 10 do 15. (Podobné je to i u motorové nafty). Tyto hodnoty zajišťují produkci pro zajištění ekonomických potřeb růstu. Je předpoklad, že se hodnoty budou spolu s ropou snižovat až na EROEI=5, což by znamenalo značné zvýšení cen a další pokles by se neobešel bez ekonomických důsledů. Pokud bioetanol má nahradit ekvivalentní množství benzínu, musela by jeho hodnota EROEI dosáhnou minimálně hodnoty 5.
Tečkovaná přímka označuje hodnotu EROEI=1.
Obr. 4



7. Spory o hodnotu EROEI.
Projekt biopaliv se celosvětově rozjel pod taktovkou USA a EU aniž by bylo předem prokázáno, jaký vliv to bude mít na další vývoj ekonomiky, životního prostředí i celé společnosti. Byla vytvořena řada studií pro výpočet EROEI biopaliv ze zrna s rozdílnými výsledky a jsou uváděny v rozsahu 0,7 až 1,3, v globálu se tedy hodnota pohybuje kolem hodnoty 1, což je pro někoho důkazem, že produkce biopaliv není ztrátová.
V zásadě se vytvořily 2 různé skupiny odborníků, které jsou na opačných koncích spektra:
1. Týmy, které jsou placeny z dotací nebo Státním departmentem (UC Berkeley's Alexander Farrell recently co-authored a comprehensive study).
Tyto týmy podporují politiku biopaliv a uvádějí EROEI až 1,3 i více, to zn., že produkce je přebytková 30%. Do výpočtu však nezahrnují vlivy degradace půdy, kvalitu energie, energii některých zdrojů, které však musí být hrazeny z fosilní energie.
2. Druhá skupina je zastoupena odborníky z univerzit, kteří vypracovali studie v rámci svých výzkumných programů a došli k prům. EROEI=0,7, to znamená, že produkce je ztrátová 30%. Pimentel, Paczek - University Berkeley,California. Studie jsou prováděny na základě fyzikálních zákonů, zahrnují vliv monokultur na ekosystém, erozi, odvodňování půdy.

V odstavcích 1 až 4 jsme si ukázali jaké jsou možnosti manipulace výsledku a v tom je možnost různosti výsledků.
State department USA a EU vyhlásily a rozjely program produkce biopaliva. Pouze bylo konstatováno, že vliv na životní prostředí a skleníkové plyny je žádný nebo malý. Dodatečně jsou zadávány studie, které by rozhodnutí mocenských orgánů potvrdily. A tak to také probíhá. Asi není obtížné si představit, že takto zadané projekty budou docházet k závěrům, že EROEI biopaliv >1.

8. Závěr.

  1. Jaká hodnota EROEI biopaliv je přijatelná pro rozvoj ekonomiky?
    Na základě skutečností uvedených v odstavcích 1 až 5 je zcela bezvýznamné, jestli se EROEI pohybuje kolem hodnoty 1 plusmínus 0,3. Každopádně to nepostačuje k energetickému krytí náhrady benzínu s minimálním EROEI=5. Rozdíl 5-1=4 by se musel odebrat z jiného druhu energie, v případě benzínu by to znamenalo další snížení jeho EROEI a tím i nárust cen. Tedy s přibývajícím podílem bioetanolu se budou zvyšovat ceny benzínu, kromě zvyšování způsobené snižováním EROEI ropy na které jsou závislé, ev. působením tržních vlivů.
  2. Jaká je tendence vývoje EROEI hlavních druhů energie?
    Všeobecně se optimisticky uvádí, že zlepšováním technologií se bude EROEI zvyšovat. Je to ale jenom jedno z kriterií. Současně působí další kriteria uvedená v odst. 4, která však EROEI spíše snižují.
    EROEI u hlavních energetických zdrojů:
    -- Uhlí - mírný pokles, velká část spotřeby je u zdroje, devastace krajiny, produkce skleníkových plynů a prachu.
    -- Ropa - velký pokles, úbytek zdrojů, nákladný průzkum a těžba, vzdálená doprava.
    -- JE - mírný pokles, zásoby suroviny dostatečné, náklady na těžbu uranu, výroba paliva
    Podrobněji Zde
    -- Biopaliva - zatím EROEI kolem 1, pohyb není zřejmý - může se zlepšit technologie, ale nic převratného, líh se začal u nás vyrábět už ve 14. století z vína, žita, - fermentace a destilace zůstává. Výroba je dneska závislá na fosilníchh palivech, které jsou v poklesu. Takže když EROEI zůstane kolem hodnoty 1, tak můžeme být spokojeni. To ovšem není žádná výhra, protože pro komerční spotřebu nezbude ani kapka bez dotací plynoucích z jiných druhů energie.
  3. Jaká je tedy skutečná hodnota hodnota EROEI biopaliv?
    O tento problém se přeli vědci na nedávné konferenci ve Washigton D.C.. Zástupci US Department of energy obhajovali program náhrady 20% PH biopalivy do r.2020 jako reálný a produkci biopaliv jako ziskovou, prof. Pimentel a Patzek jako projekt nereálný a produkci ztrátovou.
    Kdo má tedy pravdu?
    Skutečnou pravdu může prokázat až skutečnost, ale to by mohlo být pozdě. Abychom neklamali sami sebe
    Prof. Pimentel proto navrhl jednoduchý test, který by to mohl prokázat už nyní:
    Veškerou produkci bioetanolu a bionafty ve vybraném závodu zajistit z vyprodukovaného etanolu a bionafty, t.zn. nahradit benzín, naftu, zemní plyn, elektřinu. Návrh by se dal snadno realizovat - výrobní závod by jel na elektřinu z agregátu poháněného biopalivem, pěstitelé a dopravci by místo benzínu a nafty tankovali vyrobené biopalivo, výrobci umělých hnojiv by dostali výtěžek z prodeje vyprodukovaného biopaliva pro jejich produkci.
    Na tento návrh se v jednacím sále rozhostilo hrobové ticho.

.Přehled zdrojů:
[1]http://www.eoearth.org/article/Energy_return_on_investment_(EROI)
[2] http://www.eoearth.org/article/Energy_quality
[3] http://collinpeterson.house.gov/PDF/ethanol.pdf
[4]http://www.uic.com.au/nip57.htm
[5] http:http://www.eoearth.org/by/topic/energy
[6] http://www.eoearth.org/article/Energy_return_on_investment_(EROI)
[7] www.coe.berkeley.edu/labnotes/0305/patzek.html
[8] http://www.hubbertpeak.com/Cleveland/EnergyQualityNetEnergyComingTransition.pdf

[Akt. známka: 1,28 / Počet hlasů: 18] 1 2 3 4 5
Celý článek | Autor: Mojmír Štěrba | Počet komentářů: 113 | Přidat komentář | Informační e-mailVytisknout článek




  Anketa
Co byste zvolili za nejpřijatelnější alternativu?

Prolomení těžebních limitů (zbourání Horního Jiřetína) (335 hl.)
 
Garance ceny pro nové bloky Temelína (70 Eur/MWh) (287 hl.)
 

Celkem hlasovalo: 622

  Výměna odkazů

Přípony souborů

Zkratky

Vlajky států světa

Tapety na plochu PC






  Nejčtenější články
Spotřeba elektrické energie
(04. 03. 2006, 39577x)
Jaderné fóry
(01. 04. 2007, 37507x)

  Kde to vře!
Zajistíme energii bez prolomení limitů?
27. 04. 2012
Počet komentářů: 2282

Regulace obnovitelných zdrojů – scénář S2040
02. 01. 2012
Počet komentářů: 2259

PERMAKULTURA – příběh jedné komunity
16. 02. 2007
Počet komentářů: 1294

Fotovoltaika - kšeft, za který všichni zaplatíme
22. 02. 2009
Počet komentářů: 1063

Potěmkinovské šílenství s obnovitelnými zdroji
02. 04. 2008
Počet komentářů: 731

BIOETANOL - naše naděje nebo past?
07. 04. 2006
Počet komentářů: 719


  Poslední komentáře
  • Jsem pro to, aby se zkoumaly různé možnosti, jak získávat (ale hlavně jak USPOŘIT) energii (u jadern . . . (Obnovitelné zdroje energie neexistují!)
  • U fotovoltaických systémů váhově převažuje beton (pokud nejsou organickou součástí střechy), potom . . . (Stop radioaktivnímu uhlí, start Zwentendorf!)
  • Dokazal to nekdo spocitat kdy JE vyprodukuje tolik energie kolik se do ni ze vsech zdroju vlozilo a . . . (Argumenty proti jaderné energetice)
  • Žiji na farmě, máme cca 100 ha polí a mléčný skot. Téma permakultury mě tedy docela zajímá, protože . . . (PERMAKULTURA – příběh jedné komunity)
  • Žiji na farmě, máme cca 100 ha polí a mléčný skot. Téma permakultury mě tedy docela zajímá, protože . . . (PERMAKULTURA – příběh jedné komunity)

  •   Počítadlo přístupů




    Web site powered by phpRS PHP Scripting Language MySQL Apache Web Server

    Tento web site byl vytvořen prostřednictvím phpRS - redakčního systému napsaného v PHP jazyce.
    Na této stránce použité názvy programových produktů, firem apod. mohou být ochrannými známkami
    nebo registrovanými ochrannými známkami příslušných vlastníků.