Dyplomacja energetyczna a rozwój nowych technologii oze w systemie off grid
Energy diplomacy a development of new res technologies in the off grid system
![Rys. 1. Produkcja energii elektrycznej z wiatru i słońca w latach 2015 – 2018 dla wybranych krajów europejskich [13]](https://www.elektro.info.pl/media/cache/typical_view/data/202012/produkcja-energii-elektrycznej-z-wiatru-slonca-rysglowny.jpg)
Rys. 1. Produkcja energii elektrycznej z wiatru i słońca w latach 2015 – 2018 dla wybranych krajów europejskich [13]
Polityka Rozwoju determinuje politykę energetyczną i jest rozumiana jako zespół wzajemnie powiązanych działań podejmowanych i realizowanych w celu zapewnienia trwałego i zrównoważonego rozwoju kraju, spójności społeczno-gospodarczej, regionalnej i przestrzennej, podnoszenia konkurencyjności gospodarki oraz tworzenia nowych miejsc pracy w skali krajowej, regionalnej lub lokalnej. Polityka energetyczna to element polityki publicznej, realizowanej przez państwo, w której określone są strategiczne kwestie, takie jak: wielkość i źródła produkcji energii (odnawialne źródła energii/nieodnawialne źródła energii), sposób jej dystrybucji i konsumpcja [12].
Zobacz także
dr inż. Radosław Szczerbowski Wpływ Energiewende i polityki energetycznej krajów UE na polski sektor energii
Troska o klimat i próba zahamowania globalnego ocieplenia sprawiają, że w odnawialnych źródłach energii widzi się przyszłość energetyki. Ustalenia Konferencji Narodów Zjednoczonych w sprawie zmian klimatu...
Troska o klimat i próba zahamowania globalnego ocieplenia sprawiają, że w odnawialnych źródłach energii widzi się przyszłość energetyki. Ustalenia Konferencji Narodów Zjednoczonych w sprawie zmian klimatu oraz kolejne zapisy prawne Unii Europejskiej, wprowadzające obostrzenia dotyczące emisji szkodliwych gazów, powodują, że drastycznie maleje liczba nowych inwestycji w rozbudowę sektora energetyki konwencjonalnej.
homelook.pl Poznaj 5 sposobów jak skutecznie walczyć z wysokimi rachunkami za prąd
Masz dość wysokich rachunków za prąd? Szukasz sposobu, jak zaoszczędzić, nawet jeśli masz w domu sporo urządzeń elektrycznych? Na wysokość taryfy za prąd nie zawsze mamy wpływ. Istnieje jednak parę sposobów,...
Masz dość wysokich rachunków za prąd? Szukasz sposobu, jak zaoszczędzić, nawet jeśli masz w domu sporo urządzeń elektrycznych? Na wysokość taryfy za prąd nie zawsze mamy wpływ. Istnieje jednak parę sposobów, dzięki którym zyskasz pewność, że wina za wysokie rachunki nie leży po Twojej stronie. Sprawdź, jak możesz obniżyć koszt comiesięcznych rachunków za energię.
Redakcja Elektro.info.pl Jak oszczędzać prąd, korzystając ze zmywarki?
Czy wiesz, że zmywarka do naczyń pomoże ci nie tylko oszczędzać cenny czas, lecz także płacić w przyszłości niższe rachunki za wodę i prąd? Oczywiście pod warunkiem, że wybierzesz odpowiedni model, a następnie...
Czy wiesz, że zmywarka do naczyń pomoże ci nie tylko oszczędzać cenny czas, lecz także płacić w przyszłości niższe rachunki za wodę i prąd? Oczywiście pod warunkiem, że wybierzesz odpowiedni model, a następnie będziesz korzystać z urządzenia we właściwy sposób. Jak to zrobić?
W artykule:
|
StreszczenieCelem artykułu jest przeanalizowanie możliwości zastosowania innowacyjnych technologii OZE i nowoczesnych rozwiązań w systemie off grid. We wstępie nawiązano do zmian polityki energetycznej państw, wywołanych nieprzewidywalnymi zdarzeniami w kontekście światowych kryzysów gospodarczych, które przyczyniły się do rozwoju sektora odnawialnych źródeł energii. Należy podkreślić, iż w obszarze rozwoju energetyki nauka odgrywa znaczącą rolę na wzrost innowacyjności gospodarki, m.in. poprzez wdrażanie nowych technologii umożliwiających konwersję systemów energetycznych na energię odnawialną oraz magazynowanie i efektywne wykorzystanie energii elektrycznej w mikroelektrowniach: słonecznych, wiatrowych oraz systemach hybrydowych opartych na turbinach wiatrowych i panelach fotowoltaicznych. Podjęte działania proefektywnościowe oznaczają mniejsze koszty zużycia energii, co wpływa na ich opłacalność. AbstractEnergy diplomacy a development of new res technologies in the off grid system |
Istotą polityki energetycznej są m.in. przepisy krajowe, umowy międzynarodowe, zachęty do inwestycji, wytyczne dotyczące oszczędzania oraz efektywności energetycznej, podatki i inne instrumenty związane z polityką publiczną [1]. Nauka poprzez wdrażanie nowych technologii pozyskiwania energii i jej przesyłania odgrywa znaczącą rolę we wzroście innowacyjności gospodarki w obszarze energetyki. Podjęte działania proefektywnościowe oznaczają mniejsze koszty zużycia energii, co wpływa na ich opłacalność.
Kryzysy gospodarcze a dyplomacja energetyczna
Kluczowe znaczenie dla wzrostu kwestii energetycznych w politykach państw odniósł kryzys energetyczny – embargo z 1973 roku, które stanowi przełom w postrzeganiu roli surowców energetycznych. Ropa naftowa zaczęła być postrzegana w aspekcie politycznym i ekonomicznym [2]. W odniesieniu do realizmu politycznego dostrzega się następujące problemy: dostęp i kontrola złóż surowców, skończoność zasobów surowców, osiągnięcie maksymalnego poziomu wydobycia (peak oil), rosnąca konkurencja między państwami o dostęp do złóż surowców naturalnych i konflikty o kontrolę nad nimi, a także związane z tym wojny surowcowe. Z punktu widzenia liberalnego związanego z sytuacją gospodarczo-społeczną państw-eksporterów przyjmuje się następujące elementy: klątwa surowcowa, choroba holenderska, państwo rentierskie, rozwój reżimów autorytarnych i niski poziom rozwoju społeczeństwa obywatelskiego, a także wojny surowcowe, których celem jest przejęcie renty naftowej. Na podstawie polityki energetycznej państw można stwierdzić, iż trzy czynniki wpływają na kształt polityki w poszczególnych państwach: bezpieczeństwo energetyczne, kwestie ekonomiczne oraz ochrona środowiska w kontekście zrównoważonego rozwoju [3]. Kryzys z 1973 roku pokazał sprzeczność interesów eksporterów i importerów ropy naftowej. Istotne znaczenie w tej kwestii ma: bezpieczeństwo energetyczne i dyplomacja energetyczna. Bezpieczeństwo energetyczne rozumiane jest jako bezpieczeństwo dostaw surowców energetycznych w sposób nieprzerwany po rozsądnych cenach przy zachowaniu zdywersyfikowanej listy dostawców. Dyplomacja energetyczna to zastosowanie metod dyplomatycznych w celu wykorzystania posiadanych zasobów surowców, położenia geograficznego oraz zabezpieczenia dostaw do realizacji celów polityki energetycznej w kontekście stosunków dwustronnych, wielostronnych, regionalnych i globalnych [4]. Dane statystyczne pokazują, iż zależność importowa w XXI wieku nadal się utrzymuje. Zauważa się trend do importu węgla kamiennego, ponieważ jest bardziej opłacalny od wydobycia węgla w kraju ze względu na wysokie koszty produkcji. Stąd też podejmowane są wysiłki na rzecz ograniczenia zależności importowej poprzez rosnącą konsumpcję energii ze źródeł odnawialnych. Na rysunku 1. państwa, tj. Francja i Polska, dyplomatycznie wprowadzają rozwiązania dotyczące rozwoju energetyki wiatrowej, natomiast w produkcji energii słonecznej wybrane kraje utrzymują trend wzrostowy. Jest wiele czynników, które powodują, iż państwa podejmują decyzję o przebudowie systemu energetycznego.
Rys. 1. Produkcja energii elektrycznej z wiatru i słońca w latach 2015 – 2018 dla wybranych krajów europejskich [13]
W szczególności obawy dotyczą: zmiany klimatu, zmniejszania się zasobów surowców energetycznych oraz politycznej niestabilności w regionach ich wydobycia. W Unii Europejskiej prekursorem takiej polityki energetycznej są Niemcy, które oddziałują na polityki pozostałych państw członkowskich. Współcześnie stały się przedmiotem międzynarodowego zainteresowania. W ich koncepcji kluczową rolę odgrywa dekarbonizacja gospodarki. Jest to trend charakterystyczny dla wszystkich gospodarek państw należących do Organizacji Współpracy Gospodarczej i Rozwoju (Organization for Economic Co-operation and Development, OECD). Gospodarka światowa nadal odczuwa skutki spowolnienia gospodarczego wywołanego międzynarodowym kryzysem finansowym w latach 2007–2008. Na całym świecie niepewność napędzana jest obawami o przyszłość, co niekorzystnie wpływa na inwestycje. Czy energetyka odnawialna stanie się ważnym elementem wyjścia z kryzysu?
W tamtym okresie, na to pytanie odpowiedziały Chiny, które w kryzysie dostrzegły szansę na „bycie liderem gospodarczym”. W średnio- i długoterminowej polityce energetycznej postawiły na odnawialne źródła energii i ustanowiły cel osiągnięcia 15% w 2020 roku. Za priorytet przyjęły wspieranie przedsiębiorców, pozyskiwanie technologii i know-how [5]. W ten sposób zyskały wzrost przemysłowy na skalę globalną. Czynniki, które wywołały zmianę podczas kryzysu w procesie myślowym decydentów, to: gwałtowny wzrost zapotrzebowania na energię, zwłaszcza w przemyśle, co skutkowało niedoborami mocy i przerwami w dostawach, niestabilne ceny ropy naftowej z importu i niewystarczająca ilość węgla z produkcji krajowej. Dodatkowo kwestie związane ze zmianami klimatu, emisją spalin, narastającym zanieczyszczeniem środowiska spowodowały ukierunkowanie na rozwój gospodarki niskoemisyjnej i zielonej gospodarki. Chiny w sytuacji wewnętrznego kryzysu energetycznego postawiły na niskokosztowych wytwórców energetyki wiatrowej i słonecznej oraz zapewniły atrakcyjne finansowanie ze strony banków. Postawiły wymóg, iż części składowe do produkcji w przemyśle energetyki odnawialnej mają być produkowane w kraju, co przyczyniło się do osiągnięcia sukcesu rynkowego. Równolegle przeznaczyły środki finansowe z budżetu krajowego na badania i rozwój (B+R+I) nad czystymi technologiami węglowymi [6]. Chiny w wyniku przyjętej strategii stały się największym na świecie rynkiem energetyki wiatrowej oraz największym wytwórcą i eksporterem ogniw słonecznych. Na początku 2020 roku światowa gospodarka zatrzymała się w wyniku pandemii wywołanej wirusem Covid-19. Nastąpiły nieodwracalne zmiany na świecie, odnotowano spadek emisji CO2 oraz wzrost zapotrzebowania na energię wywołany pracą zdalną. Inwestycje w energetykę odnawialną powoli stały się „promieniami nadziei”, zgodnie z przyjętymi wcześniej prognozami zapisanymi w dokumentach strategicznych polityki energetycznej [6]. Samowystarczalność w dobie kryzysu gospodarczego stała się istotnym czynnikiem zapewniającym wzrost bezpieczeństwa państwa, gospodarstw domowych i przedsiębiorstw. W czasie niepewności wywołanej kryzysem Covid-19 wytwarzanie i konsumowanie prądu elektrycznego stało się przyczyną zwiększonej świadomości producentów i konsumentów energii w zakresie wprowadzenia zmiany stosowania technologii tradycyjnej na zastosowanie technologii ze źródeł energii odnawialnych. Zaobserwowano rozwój technologii wspierających nowoczesną energetykę oraz systemów informatycznych zarządzających energią produkowaną i magazynowaną. Taką przyszłością jest off-grid jako technologia dostępu do energetyki rozproszonej. Stanowi ona globalną wartość dla społeczeństwa oczekującego nowoczesnych, bezpiecznych, prostych, i czystych rozwiązań.
Technologie akumulatorów w systemie OFF-GRID
Rynek odnawialnych źródeł energii w Polsce rozwija się w sposób dynamiczny. Coraz więcej gospodarstw domowych rozważa zastosowanie instalacji fotowoltaicznej. Inwestorzy mają możliwość podjęcia decyzji podłączenia instalacji w dwóch systemach: sieciowym (ang. on-grid) z przyłączem do sieci elektroenergetycznej lub wyspowym (ang. off-grid) poza publiczną siecią, z magazynem energii. Instalacja off-grid to instalacja fotowoltaiczna podłączona do akumulatora, w którym magazynowane są nadwyżki energii. Tego typu rozwiązania znajdują zastosowanie wśród inwestorów, dla których celem jest niezależność i autonomia. Drugorzędne znaczenie ma miejsce usytuowania inwestycji, zazwyczaj bez dostępu do sieci energetycznej oraz w dużej odległości od aglomeracji miejskich, aczkolwiek niekoniecznie. W systemie off grid istotną kwestią dla inwestora jest wybór odpowiedniego akumulatora, konkretnie technologii, w jakiej został wykonany, tj. kwasowo-ołowiowej czy litowej, następnie cena oraz jakość instalacji przyczynia się do wyboru technologii [7]. Na podstawie dostępnych danych szacuje się, iż udział w rynku dla systemów off-grid jest znacząco mniejszy od systemów on grid z przyłączem do sieci. Jednak magazynowanie energii na własny użytek jest pewnym trendem, ponieważ tego typu rozwiązania dają gwarancję niezależności energetycznej.
Edukacja ekologiczna gospodarstw domowych odgrywa znaczącą rolę przy podejmowaniu decyzji o zmianie nośnika energii w celu obniżenia kosztów budżetu domowego w długim okresie oraz zmniejszenia kosztów zewnętrznych ochrony środowiska. Decyzje ekonomiczne konsumenta-inwestora są uzależnione od dochodu, który determinuje jego możliwości konsumpcyjne. Optymalna decyzja dotycząca OZE to poszukiwanie wariantu rozwiązania, które maksymalizuje lub minimalizuje określoną funkcję celu na podstawie wybranego kryterium. Zużycie energii elektrycznej w domku jednorodzinnym jest kwestią indywidualną. Zależy od wielu czynników, m.in. od: stylu życia mieszkańców, ich sposobu spędzania czasu oraz od jakości i energochłonności użytkowanych urządzeń. Niezależność energetyczna to możliwość całkowitego zaspokajania potrzeb energetycznych z własnych niezależnych źródeł. Na rynku krajowym coraz większe zainteresowanie wzbudzają dostępne zestawy fotowoltaiczne z turbiną wiatrową w systemie off grid.
Spośród dostępnych systemów magazynowania energii, najczęściej stosowanym są akumulatory kwasowo-ołowiowe wykonane w technologii: AGM i żelowej oraz akumulatory litowo-jonowe. Technologia litowo-jonowa gromadzenia energii ma szereg zalet m.in. na uwagę zasługują: długa żywotność ogniw oraz duża pojemność w przeliczeniu na kilogram masy, pomimo wysokiej ceny technologia ta zyskuje na coraz większej popularności. W systemach fotowoltaicznych znajdują również zastosowanie akumulatory litowo-żelazowo-fosforanowe (LiFePO4), których zaletą jest żywotność, wydajność oraz bezpieczeństwo. Mniej znane systemy to akumulatory przenośne litowo-polimerowe (LiPo lub Li-Poly), które w pracy z systemami fotowoltaicznymi cenione są za możliwość głębszego rozładowania i bardzo dużą liczbę cykli pracy ładowanie-rozładowanie. Za powszechnie dostępną technologię gromadzenia energii uznaje się technologię opartą na akumulatorach kwasowo-ołowiowych. Najczęściej stosowanym rozwiązaniem magazynowania energii są akumulatory AGM, w których cały elektrolit znajduje się w separatorach z włókna szklanego o dużej pojemności. Urządzenia tego typu wykazują wysoką trwałość oraz bardzo dobre parametry użytkowe. Znajdują zastosowanie w pracy cyklicznej ze względu na niską rezystancję wewnętrzną, co oznacza wyższe napięcie na zaciskach i dłuższy czas pracy przy rozładowaniu dużym prądem [10].
Na podstawie obecnie prowadzonych badań naukowych dotyczących zasilania energią z baterii przewiduje się możliwe ścieżki rozwoju technologii magazynowania energii w akumulatorach dla technologii: litowo-jonowej, litowo-siarkowej, półprzewodnikowej oraz ogniw organicznych opartych na grafenie.
Raport EMBER podaje dane z I półrocza 2020 roku wyraźnie wskazując na trend wzrostu dla energii elektrycznej produkowanej z wiatru i słońca, która staje się głównym źródłem energii elektrycznej dla 48 krajów, co stanowi 83% światowej produkcji energii elektrycznej ograniczającej znacznie spalanie węgla. Wiele kluczowych krajów wytwarza ok. 1/10 (jednej dziesiątej) własnej energii elektrycznej z wiatru i słońca: Chiny 10%, Stany Zjednoczone 12%, Indie 10%, Japonia 10%, Brazylia 10%, Turcja 13%, Unia Europejska 21%, Wielka Brytania 33%, natomiast Rosja zaledwie 0,2%. Udział w rynku: dla węgla spadł z 37,9 % w 2015 roku do 33,0 % w pierwszej połowie 2020 roku, natomiast dla energii wiatrowej i słonecznej wzrósł z 4,6% do 9,8% [14].
Rys. 2. Udział wiatru i słońca w światowej energii elektrycznej podwoił się od 2015 r. (wiatr i słońce jako % całkowitej produkcji) [14]
Podsumowanie
Na świecie prowadzone są intensywne badania nad rozwojem akumulatorów (B+R), jak również poszukiwane są innowacyjne rozwiązania, które będą alternatywą dla akumulatorów litowo-jonowych. Istotne stają się kompetencje w zakresie technologicznej oceny materiałów i ogniw oraz działań badawczo-rozwojowych, w tym badanie systemów akumulatorów nowej generacji. Koncepcja gospodarki o obiegu zamkniętym wprowadza zmiany w odniesieniu do materiałów w kontekście uzyskania wyższej wydajności z zachowaniem bezpieczeństwa. Przyszłością jest stworzenie działającego rynku surowców wtórnych dla Europy oraz wydobywanie surowców w warunkach zrównoważonych [8].
Według szacunków Komisji Europejskiej przyjmuje się, iż cele w zakresie energii ze źródeł odnawialnych na 2020 r. zostaną osiągnięte w kontekście pandemii COVID-19, pomimo faktu iż całe społeczeństwo, w tym sektor energetyczny, zostały dotknięte kryzysem zdrowotnym i gospodarczym. Wpływ pandemii COVID-19 na popyt na energię jest wysoki, co oznacza, że przewidywany udział energii odnawialnej w 2020 r. znacząco wzrasta [11].
Podejmowane działania przez indywidualnych odbiorców z równoczesnym rozwojem lokalnych źródeł energii odnawialnej z magazynami energii stwarzają nową jakość w budowaniu bezpieczeństwa energetycznego. Szybkie tempo obniżania kosztów mikroinstalacji OZE przyczynia się do opłacalności rozwoju tego typu systemów. Przyszłością dla energetyki odnawialnej jest tworzenie samowystarczalnych, hybrydowych systemów energetycznych.
Literatura
- Liu Yingqi, and Ari Kokko, (2010), Wind Power in China: Policy and Development Challenges. Energy Policy 38, no. 10, str. 5520-5529;
- Yergin D., (2013), The Quest. W poszukiwaniu energii. Przekład: A. Grzegrzółka, A. Janowska. Warszawa;
- https://pl.wikipedia.org/wiki/Polityka_energetyczna#cite_note-1 [dostęp 10.11.2020]
- Lasage D., Van de Graaf T., Westphal K.: Global Energy Governance in a Multipolar World, Ashgate, Farnham 2010, s. 59;
- Dreyer I., Stang G.: Energy moves and power shifts – EU foreign policy and global energy security, EU Institute for Security Studies, Report MEP 2014, nr 18;
- Uludag M.B., Karagul S., Baba G.: Turkey’s role in Energy diplomacy from competition to cooperation: Theoretical and factual projections, International Journal of Energy Economics and Policy 2013, t.3, Special Issue, s. 102.
- https://www.goalzero24.pl/Fotowoltaika-Systemy-off-grid-magazynowanie-energii-news-pol-1580395834.html [dostęp 15.11.2020 ]
- https://www.media.daimler.pl/akumulatory-przyszosci-od-techniki-litowo-jonowej-do-rozprawiania-sie-z-mitami/ [dostęp 15.11.2020]
- https://dzienniknaukowy.pl/nowe-technologie/naukowcy-opracowali-nowy-typ-niezwykle-wydajnych-baterii-litowo-siarkowych [15.11.2020]
- Szymański B.: Instalacje fotowoltaiczne. Teoria i praktyka od pomysłu do realizacji. GlobEnergia, Kraków 2020, s. 179, s. 232;
- Komisja Europejska. Sprawozdanie w sprawie postępów w dziedzinie energii ze źródeł odnawialnych. Bruksela. 14.10.2020 r.,Com (2020) 952 final
- Ustawa z 6 grudnia 2006 r. o zasadach prowadzenia polityki rozwoju (tekst jedn. Dz.U. z 2019 r. poz. 1295)
- https://www.irena.org/Statistics/View-Data-by-Topic/Capacity-and-Generation/Regional-Trends [dostęp 15.11.2020]
- https://ember-climate.org/project/global-electricity-h12020/ [15.11.2020]
