1. Osnova za energetski koncept Slovenije
SONARAVNI ENERGETSKI SISTEM
Prof.dr. Peter Novak, u.d.i.s.
Zaslužni profesor VITES
Podpredsednik Znanstvenega sveta pri
Evropski agenciji za okolje, Kopenhagen
28/02/2014
P.Novak Sonaravni energetski sistemLjubljana EKO-energija
1

2. Kaj se je v 20 letih zgodilo?
Od 1990 do danes se je na svetu in v Sloveniji marsikaj spremenilo:
• Spremenil se je družbeni red v številnih državah na svetu;
• Zgodile so se velike nesreče v JE: Černobil, Fukušima;
• Nemčija, Japonska, Francija se odpovedujejo nadaljnji rabi JE !!!;
• Skladiščenje V-RAO ni rešeno nikjer (v ZDA naj bi problem rešili do
2040, ZRN še ne ve, kaj bi z njimi, Švedska, Francija rešujejo
lokalno, Rusija po svoje ??);
• Trgovina s fosilnimi gorivi je postala prvovrstno politično vprašanje;
• Nova nahajališča plina in tehnologije za pridobivanje nafte so
podaljšale življenjsko dobo fosilnih goriv;
• Slovenska energijska odvisnost ostaja visoka in presega brez
jedrskega goriva (2012) ~47,6%, z njim pa skoraj 71% (61%, če
upoštevamo le polovico JEK).
• Stroški za uvoz goriv v Sloveniji so predstavljali v letu 2012 kar
~2,6 milijarde ali 7,56 % BDP ali 12,3% vsega izvoza
28/02/2014
P.Novak Sonaravni energetski sistemLjubljana EKO-energija
2

3. Potrebna energija v Sloveniji po EBRS za leto 2013
TPES: 295,75 PJ
FE/TPES = 0,70
OVE: 41,97 PJ ali 14,2 % od TPES
FE: 206,77 PJ
OVE: 21,98 PJ ali 10,6% od FE
+ 30 PJ OVE
+ 30 PJ OVE
25% OVE
2020 ?
28/02/2014
P.Novak Sonaravni energetski sistemLjubljana EKO-energija
3

4. Kako do nove rešitve?
Sonaravni energetski sistem (SES) mora izpolniti najmanj šest
glavnih zahtev:
1. Vir energije mora biti neomejen in razpoložljiv povsod na
planetu Zemlja;
2. Nosilci energije ne smejo povzročati emisij TGP pri
pretvarjanju;
3. Energija mora biti na razpolago v vsakem času in v vseh
potrebnih oblikah: trdi, tekoči, plinasti ter kot elektrika;
4. Nov energetski sistem mora uporabljati obstoječo
infrastrukturo z majhnimi dopolnitvami
5. V prehodnem obdobju morata brez motenj paralelno
delovati oba sistema;
6. Mora biti konkurenčen ob vključevanju vseh „eksternih“
(nepriznanih) stroškov, ki jih povzročajo fosilna goriva, v
njihovo ceno.
28/02/2014
P.Novak Sonaravni energetski sistemLjubljana EKO-energija
4

5. Ali lahko samo sončna energija pokriva naše in
svetovne potrebe po energiji?
Sončna energija - SE, ki prihaja na planet: ~122.100 TWlet/leto (3,850.000 EJ/leto)
Potrebna SE za biomaso: ~ 3.000 EJ/leto (~0,08%)
SE v obliki energije vetra: ~2.250 EJ/leto
CO2 ki se s pomočjo SE veže v biomaso: ~200 Gt/leto !
Emisije TGP- CO2 zaradi fosilnih goriv so dosegle v 2013: ~32 Gt/leto ali 6% letno
vezanega CO2 v biomasi
Sedanje in bodoče potrebe primarne energije (TPES) v svetu:
2010: 17,7 TWlet/leto (12,717 Gtoe/leto => ~ 0,015% od SE)
2050: ~30 TWlet/leto (0,025 % of SE)
2100: ~46 TWlet/leto (0,038% of SE)
Z uporabo le 8,8% bioloških odpadkov (kemično shranjene sončne energije v
rastlinah) lahko torej pokrijemo sedanjo potrebno TPES na svetu. Vendar je odprt
problem njenega zbiranja in predelave.
28/02/2014
P.Novak Sonaravni energetski sistemLjubljana EKO-energija
5

6. Glavni nosilci energije v bodoče?
1. Elektrika iz obnovljivih virov energije iz: HE, VE; GE; FNE,
TE(Elektrarne na solarni vodik, metan ali metanol za
pokrivanje nestacionarnosti))
2. Metan CH4
3. Metanol CH3OH (bio-etanol v prehodnem obdobju)
4. Dimetil-eter in sintetični dizel iz organskih odpadkov in
biomase v prehodnem obdobju
ZAKAJ?
Metan in metanol imata samo en ogljikov atom, ki ga lahko
dobimo iz biomase. Vodik pa bomo po znani tehnologiji pridobili
s pomočjo hidrolize vode z viški solarne elektrike (kemično
hranjenje SE).
Zakaj ne bio-etanol?
28/02/2014
P.Novak Sonaravni energetski sistemLjubljana EKO-energija
6

7. Primer učinkovitosti pretvarjanja sončne energije v
bioetanol iz Brazilije
•
Povprečno sončno obsevanje v Južno- Centralni regiji South-Central Region Brazilije (S:21 ; E: -48 ) z največjo pridelavo sladkornega trsa je 5,26 kWh/m2,dan ali 19.016
MWh/leto,ha.
•
Pridelava sladkornega trsa in njegova predelava v bio-etanol na osnovi realnih statističnih
podatkov v Braziliji je 7000 l/ha,leto ali, pretvorjeno v energijske enote: 6,1 MWh/ha,leto*
•
Rezultat: celoten izkoristek procesa od sonca do bioetanola je 0,032%.
•
Če primerjamo to s sedanjim izkoristkom FNE ~ 14% s standardno instalirano močjo 1250
kW/ha, dobimo pri istih pogojih 2660 MWhe/ha,leto ali 436 krat več, kot pri predelavi
sladkornega trsa v bio-etanol.
Pouk:
1. Biomaso je potrebno uporabljati zelo smotrno
2. kurjenje biomase za pridobivanje nizko-exergijske toplote je zadnja tehnologija, ki
jo lahko uporabljamo v bodoče.
*P.Zuurbier,J. Vooren. Sugarcane Ethanol,2008,Wageningen Acad. Publ. ISBN 978-90-8686-090-6, pp. 67; pp.
28/02/2014
P.Novak Sonaravni energetski sistemLjubljana EKO-energija
7

8. ENERGETSKI
SISTEM
ZA USKLAJENI
RAZVOJ
Voda, zrak
VETER
JE,
PREMOG ?
Ima le tri nosilce energije:
- Elektrika
- Metan CH4
- Metanol CH3OH
- Dimetileter CH3-O-CH3
Ni potrebna bistveno nova
infrastruktura
Potrebne so številne nove
tehnologije za konverzijo
OVE v elektriko in posredno
za proizvodnjo vodika
(P. Novak, 2003)
Za proizvodnjo sin-metana
in metanola se uporabi
izključno ogljik iz biomase.
28/02/2014
P.Novak Sonaravni energetski sistemLjubljana EKO-energija
8

9. Ali so URE* in OVE rešitev za Slovenijo ali svet?
•
URE je pogoj za uporabo OVE v široki rabi in industriji, vendar ni
dolgoročna rešitev, ker je tehnološko omejena.
•
OVE pa so pogoj za večjo energijsko neodvisnost Slovenije in za njen
tehnološki , ekonomski in socialni razvoj.
•
Proizvodnja elektrike iz OVE je primarni pogoj za sonaravni energetski
sistem.
•
Gretje z biomaso, razen v lokalnih razmerah (redke kmetije in vikendi) je
nesmotrno, ker so les in ostala biomasa kemično akumulirana sončna
energija, ki jo moramo uporabljati drugače.
•
Biomasa predstavlja osnovno surovino za sintetični dizel, dimetileter, metan
in metanol, kot goriva prihodnosti.
URE* - v politiki je mišljena učinkovita raba fosilnih goriv
28/02/2014
P.Novak Sonaravni energetski sistemLjubljana EKO-energija
9

10. Sonaravni energetski sistem in Slovenija
Rabimo ~200 PJ/a končne energije do leta 2020 , od tega jih je že danes ~30 PJ/a iz
OVE.
Tehnični potencial je ~ 74 krat (33,8 brez GE) večji od potreb.
Ostalih 170 PJ/a pa je mogoče razdeliti na (za obdobje do 2020 - 2030) :
• Široko rabo : ~40 PJ/a– tu lahko prihranimo~ 50% z izolacijo stavb in ostane ~20
PJ/a. Pokrijemo jih z uporabo toplotnih črpalk in biomaso (pri grelnem številu 4,
rabimo max. 1.389 GWh elektrike za 20 PJ toplote
• Promet: ~76 PJ/a – velik problem, z zmanjšano porabo (nova vozila, javni
transport) lahko prihranimo 10% ali 8,6 PJ, uporaba sintetičnega dizla iz
odpadne biomase pokrije po izračunih 13% ali 11,18 PJ, predvsem za
domača tovorna vozila in kmetijsko mehanizacijo, hibridna vozila lahko
pokrivamo z elektriko in sinteznim plinom v višini do 20% ali 17,2 PJ.
Preostali del 39 PJ pa bo potrebno še naprej oskrbovati fosilnimi gorivi.
•
Industrija :
~54 PJ/a – ostane na fosilnem plinu in elektriki
ZA URESNIČITEV KONCEPTA POTREBUJEMO TOREJ VELIKO ELEKTRIKE IZ OVE
28/02/2014
P.Novak Sonaravni energetski sistemLjubljana EKO-energija
10

11. Sonaravni energetski sistem in Slovenija
Sedanja proizvodnja elektrike iz fosilnih goriv in jedrske elektrarne
dosega 8985 GWh in jo bo potrebno nadomestiti z OVE, saj bodo do
leta 2050 že vse termoelektrarne izven obratovanja.
• Nove HE z akumulacijo – tehnični potencial v Sloveniji je ocenjen na
6.527 GWh/a.
• Energija vetra omogoča izgradnjo nad 200 MW VE z letno
proizvodnjo cca 240 GWh/a
• Geotermalna energija je neizkoriščena možnost z visokim
multiplikativnim učinkom – elektrika + proizvodnja v rastlinjakih,
ocenjena moč GE je 150 MW in proizvodnja na 1200 GWh/a.
• Sončne FN elektrarne je možno graditi postopno in z njimi
postopno dograditi manjkajoče proizvodnje kapacitete po zaustaviti
TE in JE. Rabimo najmanj 5000 MW moči z letno proizvodnjo cca
5000 GWh. Potrebna površina pri sedanji tehnologiji je 30 ÷40 km2.
Skupaj torej : ~ 13.000 GWh ali ~ 4000 GWh več od sedanje
proizvodnje TE, JE, kar potrebujemo za izenačevanje nestacionarnosti
in pretvorbo v metan in metanol v prvi fazi
28/02/2014
P.Novak Sonaravni energetski sistemLjubljana EKO-energija
11

12. Sonaravni energetski sistem in Slovenija
Ali je 5000 MW in 5000 GWh iz sonca možnih?
• Potrebna površina pri sedanji tehnologiji je med 30 40 km2.
• Zazidane površine obsegajo v Sloveniji 571 km2, ceste 212
km2 in železnica 21 km2 .
• Torej nam površin ne bo primanjkovalo.
• Ključna pa je izgradnja akumulacij in tehnologij za kemično
akumulacijo sončne energije (vodik za metan in metanol).
TO JE MOJA VIZIJA ZA BODOČI NEK IN ZA RAZVOJ
PROIZVODNIH OBRATOV ZA PRETVARJANJE ENERGIJE
28/02/2014
P.Novak Sonaravni energetski sistemLjubljana EKO-energija
12

13. Ocena vlaganj v obnovljive vire energije v Sloveniji
Ocena vlaganj: vložiti moramo cca 90 milijard ali letno cca 1,25 milijarde €/ leto
do leta 2050 (2020-2050), da bi zamenjali 2000 MW moči v naših
termoelektrarnah in pridobili enako količino elektrike z FNE, VE, GE. Približno
enako vsoto 1,25 milijarde € pa bi potrebovali za izgradnjo HE in akumulacij.
Ali so vlaganja v infrastrukturo v višini 2,5 milijarde EUR preveč ali premalo za
oživitev naše ekonomije pa morajo odgovoriti ekonomisti in sociologi. Ta
vlaganja pomenijo letno vsaj 100.000 delovnih mest z letno plačo bruto 25.000
EUR.
Obveze do EU so tu: 25% OVE v letu 2020 pomeni to najmanj skupaj 60 PJ/leto
ali podvojitev sedanje rabe (30 PJ ali 0,713 Mtoe energije iz novih OVE), v
naslednjih 6 letih, če bomo uspeli zmanjšati potrebno primarno energijo pa 49
PJ (+17 PJ).
V ceno so vključeni tudi potrebni proizvodni obrati za pretvarjanje SE
28/02/2014
P.Novak Sonaravni energetski sistemLjubljana EKO-energija
13

14. Ali je vse to za Slovenijo ekonomično?
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Elektriko imamo že danes v celoti domačo – zeleno (HE, VE, SE), rjavo
(TE) in črno (JE).
Toplotna zaščita stavb je posel za 10.000 delavcev skozi 10 let.
Letni prihranek je najmanj 120 mio € na uvozu goriv (pokrije plačo
delavcev za sanacijo stavb)
Poveča se obrat kapitala na domačem trgu zaradi porabe izolacijskih in
gradbenih materialov, ki so domačega izvora.
Gradnja HE je vezana, razen manjšega dela opreme, v celoti na
domači trg. Zaposli lahko vsaj 500 delavcev in najmanj 100 v
inženiringu in 100 v industriji opreme za naslednjih 20 let.
Zelena elektrika omogoča uporabo vseh vrst TČ, ki nadalje zmanjšujejo
uvoz fosilnih goriv, predvsem kurilnega olja.
Proizvodnja naprav za predelavo organskih odpadkov v sintetični dizel
in njihova uporaba omogoča oskrbo z domačim dizlom iz praktično
lastne biomase v obsegu cca 13,0 % letne porabe.
Sočasno rešimo problem odlaganja organskih odpadkov po končani
reciklaži.
Ali lahko dvomimo o ekonomičnosti take usmeritve?
28/02/2014
P.Novak Sonaravni energetski sistemLjubljana EKO-energija
14

15. Socialne posledice
• Kombinacija porazdeljene in centralne oskrbe z energijo s
pametnim omrežjem bo spremenil obnašanje dobaviteljev in
uporabnikov.
• Vedno več uporabnikov bo energijsko neodvisnih in/ali manj
izpostavljeno velikim dobaviteljem na trgu
(premogovnim, naftnim, plinskim in elektrogospodarskim
družbam).
• Energijska svoboda je pomembna iz nacionalnega in
privatnega vidika.
• Energijska svoboda (če vključimo tudi hrano) pa je tudi
osnovni pogoj za stabilno in resnično demokracijo.
28/02/2014
P.Novak Sonaravni energetski sistemLjubljana EKO-energija
15

16. Kaj pomeni to za planiranje energetike v naseljih?
Sedanji lokalni energetski koncepti - LEK-i so izdelani po znanem
pravilniku in brez jasne dolgoročne energijske usmeritve države.
Ker so investicije v naprave dolgoročne narave (najmanj 15 let) je
potrebno z izjemno pazljivostjo načrtovati gretje in hlajenje
stavb, predvsem javnih, da jih zaradi trenutne ekonomske situacije ne
zavedemo.
Gradnja kurilnic na biomaso ni okoljsko niti energetsko utemeljena če ni
povezana s soproizvodnjo. EKO sklad s svojo podporo tem rešitvam ne
bi smel slediti.
Uporaba SSE je močno podcenjena, čeprav lahko z njimi in novimi
sistemi akumulacije v energijsko saniranih stavbah dosežemo zelo
dobre rezultate.
28/02/2014
P.Novak Sonaravni energetski sistemLjubljana EKO-energija
16

17. Cene elektrike na svetovnem trgu
• Cene elektrike v Sloveniji, OECD in ZDA za gospodinjstva in industrijo
Slovenija
Slovenija brez omr.
ZDA
Slovenija
Meksika
J. Koreja
Nizozemska
ZDA
Cena elektrike za
godpodinjstva v
EUR/MWh €/MWh
Francija
V. Britanija
Nizozemska
Cena elektrike za
godpodinjstva v
EUR/MWh $/MWh
Japonska
Italija
Cena elektrike za
industrijo v EUR/MWh
€/MWh
Francija
V. Britanija
Cena elektrike za
industrijo v EUR/MWh
$/MWh
Španija
Nemčija
Japonska
Španija
Italija
Nemčija
0
0
200
400
100
200
300
600
Vidimo, da je razmerje cen med ZDA in EU za več kot 50% v korist ZDA.
Pomembno za nadaljnje odločitve pa je ugotovitev, da končne cene
elektrike za gospodinjstva v Sloveniji že danes presegajo proizvodno ceno
elektrike iz sončnih celic.
Vir: FAZ, 21.05.2013, Novak P.
28/02/2014
P.Novak Sonaravni energetski sistemLjubljana EKO-energija
17

18. Cene nafte in plina na svetovnem trgu
• Projekcija cene nafte v letošnjem letu (EIA –ZDA, FT 09.09.13) je 116
USD/sod
• Cene plina za MWh pa so naslednje:
Slovenija
Slovenija
Kanada
ZDA
ZDA
Kanada
V. Britanija
V. Britanija
Cena plina za
godpodinjstva v
EUR/MWh €/MWh
J. Koreja
Poljska
Cena plina za
godpodinjstva v
EUR/MWh $/MWh
Francija
Španija
Nemčija
Cena plina za industrijo
v EUR/MWh €/MWh
Španija
Nizozemska
Cena plina za industrijo
v EUR/MWh $/MWh
Poljska
Francija
Nemčija
J. Koreja
Nizozemska
0
0
50
100
20
40
60
80
150
• Slovenija in EU tudi tu nimata najbolj konkurenčnih pogojev, ZDA so tudi tu
v veliki prednosti, zato je vprašanje konkurenčnosti resnično odprto.
Vir: FAZ, 21.05.2013, Novak P.
28/02/2014
P.Novak Sonaravni energetski sistemLjubljana EKO-energija
18

19. Sklepi
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Rast prebivalstva, socialna nepravičnost in revščina na planetu Zemlja
zahtevajo številne spremembe.
Ena od teh je sprememba v oskrbi z energijo in njeno rabo.
OZN je pripravil program „Energija za vsakega“, s katerim skuša rešiti
problem energijske revščine v svetu.
Predlagani sonaravni energetski sistem predstavlja eno izmed možnih
rešitev.
Ker je osnovan na sončni elektriki, biomasi kot surovini za metan in
metanol, predstavlja dolgoročno rešitev, brez omejitve rabe energije.
Prednosti so v uporabi obstoječe infrastrukture, tehnološko znanih
naprav za pretvarjanje in v sožitju s sedanjim energetskim sistemom,
Prehodno obdobje ocenjujemo za svet v povprečju na 75 do 100 let, v
EU pa na 35 do 50 let.
28/02/2014
P.Novak Sonaravni energetski sistemLjubljana EKO-energija
19

20. Naš cilj mora biti „družba s kroženjem ogljika“ in
ne nizko-ogljična družba.
Samo slučajno se izraz „kroženje“
sklada z najnovejšo ekonomsko
teorijo zelene rasti, ki jo imenujejo
„circular economy“ – krožeča
ekonomija.
Slika vir: Olah et al., J. ACS, jul 2011
28/02/2014
P.Novak Sonaravni energetski sistemLjubljana EKO-energija
Sončnice naj bodo kot
znanilke nove dobe!
20