czwartek, 19 kwiecień 2012 09:01

Piotr Boroń: Polskie problemy z energią? Rozwiązania istnieją...

Oceń ten artykuł
(3 głosów)

high_voltagePiotr Boroń

Jeśli teoretycznie założymy, że przy zastosowaniu technologii podziemnego zagazowania węgla wykorzystamy 50% udokumentowanych złóż, czyli ok. 22,5 mld ton węgla kamiennego,  wówczas możemy uzyskać ponad 80 bln m3 wodoru i ok. 20 bilionów m3 metanu. Jak się szacuje – koszty uzyskania energii elektrycznej metodą podziemnego zagazowania węgla są o ok. 50% niższe, niż uzyskanie metodą wydobycia klasycznego. Przy tych wielkościach złoża metanu i ropy naftowej, zmagazynowane w skałach łupkowych, wypadają dosyć blado.

 

Wielokrotnie w mediach publicznych pojawiały się informacje na temat polskiego eldorado łupkowego (w zawiązku z trzema szacunkami amerykańskich firm konsultingowych) oraz informacją podaną przez Amerykańską Agencję Informacji Energetycznej (EIA) o zaleganiu w polskich skałach łupkowych ok. 5,3 biliona m3 gazu. Powyższe oceny miały charakter szacunkowy i zostały opracowane przy użyciu metody wolumetrycznej, tzn. objętościowej.

Jednak ostatni raport Państwowego Instytutu Geologicznego (PIG) z marca 2012 mocno ostudził huraoptymistyczne nastroje, szacując wielkość polskich zasobów od 346,1 mld m3 do 767,9 mld m3 tego surowca. Natomiast wielkość złóż ropy w łupkach paleozoicznych oszacowano od 68 miliona t. do 215 milionów t. Warto przypomnieć, że polskie, roczne zapotrzebowanie na węglowodory szacuje się na ok. 14 mld m3 metanu i ok. 25 milionów t. paliw płynnych. Maksymalna wielkość zasobów może wynosić 535 milionów t. ropy a gazu prawie 2 biliony m3. Niestety polski raport jest mocno konserwatywny i bazuje na danych z zaledwie 39 odwiertów, wykonanych w latach 1950-1990 [1]. Ponadto opracowanie zastało ograniczone do jednej formacji geologicznej i nie objęło terenu woj. dolnośląskiego, podkarpackiego oraz formacji skalnych mogących stanowić duże rezerwuary gazu zamkniętego.

W kontekście tych rozważań należałoby jednak zauważyć, że oprócz złóż gazu i ropy łupkowej, Polska posiada również duży potencjał złóż konwencjonalnych gazu, o których media i politycy zapominają w codziennym dyskursie publicznym dotyczącym, rozwiązania rodzimych problemów energetycznych. Szacuje się, że krajowe, nieodkryte  zasoby geologiczne wynoszą ok. 1,4 biliona m3 metanu [2]. Tymczasem do wydobycia gazu z łupków, które zaspokoiłoby roczną konsumpcję krajową na poziomie 14 mld m3 potrzebne jest wywiercenie ok. 5000 otworów, zaś czas dojścia do tego poziomu wydobycia zająłby ok. 10 lat. Czy zatem poza gazem i ropą z łupków istnieją jakieś inne, możliwe rozwiązania palącego problemu niedoboru nośników energii, zwłaszcza w sytuacji w której przez najbliższe dziesięciolecia polskie zapotrzebowanie na energię elektryczną, jak się szacuje, zwiększy się o ok. 40%?

W kontekście odpowiedzi na to pytanie należy zwrócić uwagę na ostre ograniczenia emisji dwutlenku węgla, związane z regulacjami unijnymi i ustaleniami konwencji klimatycznej. Tym samym rysuje się nieciekawy obraz polskiej energetyki, w której prym wiodą niewydolne, przestarzałe, wysokoemisyjne elektrownie węglowe o sprawności tylko ok. 35% [3]. Czy jedyną alternatywą byłaby budowa klasycznej elektrowni atomowej minimum III generacji?

Propagatorzy takiego rozwiązania zapewniają, że to system bezpieczny. Najbardziej wrażliwy na uszkodzenia zewnętrzne  system chłodzenia rdzenia ma charakter pasywny, a więc przez pewien czas może się obejść bez chłodzenia wymuszonym obiegiem cieczy – co, teoretycznie, w wypadku awarii, pozwoliłoby uniknąć podobnej katastrofy, jak w japońskiej Fukushimie, gdzie fale tsunami unieruchomiły silniki pomp tłoczących wodę do reaktora. Pozostaje jednak nierozwiązany problem ze składowaniem wysoko szkodliwego zużytego paliwa w postaci uranu 238. Może zatem rozwiązaniem są elektrownie wiatrowe?

Niestety nie da się, przy dzisiejszym rozwoju technologii pozyskiwania energii z siły wiatru, odpowiedzieć na tę kwestię pozytywnie, ponieważ Polska ma niewiele powierzchni o wystarczającym rocznym potencjale siły wiatru. Również należy pamiętać, że farma wiatrowa nie jest w stanie w sposób ciągły dostarczać energii na tym samym poziomie do sieci elektroenergetycznej ze względu na zmienną siłę wiatru, a czasem wręcz jego braku. Tak więc i to rozwiązanie nie wydaje się skutecznym. Pozostaje pytanie o energię słoneczną...

W tym wypadku również, niestety, położenie naszego kraju nie daje wielkiego pola do popisu. Przy średniorocznym nasłonecznieniu obszaru naszego państwa można uzyskać rocznie ok. 1100kW/m2 z jednego panelu fotowoltanicznego, co przy obecnej cenie takich urządzeń nie stanowi zadowalającego rozwiązania ekonomicznego w skali masowej. Ponadto pojawia się identyczna bolączka, co w przypadku elektrowni wiatrowej – brak stałego poziomu dopływu prądu do sieci ze względu na warunki atmosferyczne oraz porę nocną, kiedy produkcja jest równa 0. Czy sytuacja jest w takim razie beznadziejna?

Czy jesteśmy skazani na mało popularne społecznie rozwiązania, związane z budową elektrowni atomowej?

A może innowacyjne rozwiązania i nowe technologie w sektorze energetyki mogą stanowić realne rozwiązanie dla polskiego węzła gordyjskiego?

Spróbujmy jednak poszukać rozwiązań w oparciu o krajowe możliwości materiałowe i surowcowe. Jeśli weźmiemy pod uwagę, że dysponujemy ok. 45 mld ton udokumentowanych, bilansowych zasobów węgla kamiennego oraz 19818 ton węgla brunatnego [4] – można się zastanowić nad nowoczesną metodą ich eksploatacji. W dodatku nie mówi się tutaj o technologii typowo górniczej. Prace nad tzw. zagazowaniem węgla w złożu są prowadzone od blisko 100 lat na całym świecie, choć nie są stosowane na szeroką skalę. Całkiem niedawno australijska spółka Wildhorse Energy [5] ogłosiła zamiar inwestycji w węgierskie złoża węgla. Celem firmy jest rozpoczęcia wydobycia z zagazowanego złoża węgla, gazu syntetyzowanego, który ma bardzo bliski skład do gazu koksowniczego i po oczyszczeniu zawierałby ok. 23-27% metanu i do 55% wodoru. Cały proces, w dużym uproszczeniu, polega na wierceniu otworów pionowych i poziomych w złożu węgla a następnie doprowadzenie tlenu i pary wodnej i innych składników (w zależności od przyjętych parametrów docelowych surowca finalnego) do zapalonego węgla. Spalający się węgiel w podziemnym złożu (tzw. georeaktorze) wytwarza ogromne ilości ciepła i emituje duże ilości gazów – 1 tona węgla uwalnia ok. 4000 m3 gazu koksowniczego [6]. W przeliczeniu na polskie zapotrzebowanie oznacza to, że dla zapewnienia Polsce ok. 13 milionów t. paliw motorowych i ok. 10 mld m3 gazu należałoby przetworzyć ok. 64 mln ton węgla kamiennego [7].

Pokuśmy się o teoretyczne oszacowanie potencjału, drzemiącego w polskiej ziemi. Zagazowanie 1 mld t węgla z pokładów cienkich (1,2 – 1,5 m grubości złoża) [8] nie nadających się ekonomicznie i technicznie do wydobycia metodą górniczą dałoby ok. 4 bln m3 wodoru i ok. 1 bln metanu. Upłynnienie węgla tzw. metodą Fischera-Tropscha dałoby ok. 300 l z 1 tony, a więc z 1 mld ton zyskalibyśmy ok. 300 mln t. paliw motorowych. Obecnie szacuje się, że koszty uzyskania tą metodą 1 baryłki (159 l) paliwa na ok. 50-60 dolarów, co przy obecnych cenach ok. 120 dolarów za baryłkę, dałoby zysk rzędu 60-70 dolarów. Jeśli zatem politycy i opinia publiczna ekscytowała się zasobami 5,3 bln m3 gazu w polskich łupkach, to zastanówmy się, ile Polska posiada gazu zmagazynowanego w złożach węgla?

Jeśli założymy teoretycznie, że w celu podziemnego zagazowania węgla wykorzystamy 50% udokumentowanych złóż, czyli ok. 22,5 mld ton węgla kamiennego, możemy uzyskać ponad 80 bln m3 wodoru i ok. 20 bilionów m3 metanu. Jak się szacuje – koszty uzyskania energii elektrycznej metodą podziemnego zagazowania węgla są o ok. 50% niższe, niż uzyskanie metodą wydobycia klasycznego [9]. Przy tych wielkościach złoża metanu i ropy naftowej, zmagazynowane w skałach łupkowych, wypadają dosyć blado.

Inną, równie ciekawą alternatywą dla Polski może być nowo opracowana technologia atomowa reaktorów IV generacji typu TWR (fali wędrującej), obecnie rozwijana przez amerykańską firmę TerraPower, wspieraną kapitałowo przez założyciela Microsoftu Billa Gatesa. Innowacja rozwiązania polega na tym, że reaktor jest napędzany paliwem, które zostało wcześniej zużyte przez tradycyjne elektrownie atomowe. Jest to atrakcyjna koncepcja, chociażby z uwagi na fakt, że tylko w USA uran 238, jak się szacuje, zalega na składowiskach odpadów radioaktywnych w ilości ok. 800 tys. t. Dodatkowym, pozytywnym aspektem tego rozwiązania jest fakt, że reaktor typu TWR może pracować bez przerwy przez 40-60 lat po jednokrotnym załadowaniu paliwa, nie wymagając w międzyczasie wymiany rdzeni. Powyższa technologia jest również bezpieczna ze względu na pasywny charakter chłodzenia oraz niemożliwość pozyskiwania materiałów do produkcji broni jądrowej [10].

Kolejnym, równie ciekawym rozwiązaniem, jest koncepcja budowy minielektrowni atomowych, rozwijana przez firmę Gen4Energy ( zmiana nazwy 2012 z Hyperion Power Generation). Urządzenie mieści się w walcu o wadze kilkudziesięciu ton i wysokości 3 m, który jest umieszczany pod ziemią. Produkuje energię cieplną, szacowaną przez firmę na 75 mln watów na godzinę oraz ok. 25 mln watów energii elektrycznej. Taka wielkość produkcji z powodzeniem może zaspokoić zapotrzebowanie miejscowości, której liczba mieszkańców sięga 25 tys. Technologia ta również posiada charakter pasywny, a więc jest bezpieczna pod względem przerwania chłodzenie zewnętrznego. Jak zapewniają producenci – minielektrownia może pracować przez 10 lat po jednorazowym uzupełnieniu paliwa [11]. Koszy tego typu instalacji szacuje się na ok. 90 mln dolarów. Istnieje również możliwość dołączania kolejnych bloków energetycznych, w odpowiedzi na wzrost zapotrzebowania na energię w danej miejscowości – tym samym elastycznie dostosowanie się do lokalnego rynku energii. Dodatkowym pozytywnym aspektem jest możliwość tworzenia sieci rozproszonej, co ma duże znaczenie strategiczne dla danego kraju. Oznacza to, że w przypadku uszkodzenia klasycznej elektrowni np. w wyniku ataku terrorystycznego, czy klęski żywiołowej, duża część kraju jest pozbawiona energii elektrycznej. W przypadku systemu rozproszonego taka sytuacja znacznie ogranicza rozmiar katastrofy, co w przypadku dużych instalacji jest niemożliwe.

Powyższy artykuł ma charakter poglądowy i nie jest opracowaniem naukowo-technicznym. Autor nie skupiał się na aspekcie ekologicznym powyższych rozwiązań, aczkolwiek z uzyskanych informacji można wnioskować, że każda z wyżej przedstawionych alternatyw jest bezpieczniejsza od obecnie stosowanych w Polsce metod pozyskiwania energii. Zastosowanie jednej z powyższych metod zdecydowanie zmieniłoby sytuację i położenie geopolityczne naszego kraju. Czy któraś z nich zostanie wprowadzona na terenie Polski? Czas pokaże...


Autor jest politologiem. Interesuje się nowymi i innowacyjnymi technologiami oraz wpływem rozwoju nauki na procesy społeczno-polityczne w wymiarze krajowym jak i globalnym.

fot. sxc.hu

_____________________________________________

1 Jak podają sami autorzy raportu PIG, podane informacje są mocno szacunkowe i mogą zawierać duży margines błędu z uwagi m.in. jakość pobranych próbek do badania - zwietrzenie rdzeni!
2 Ministerstwo Środowiska. Bilans Perspektywicznych Zasobów Kopalnych Polski wg. stanu na 31.12.2009 r., Państwowy Instytut Geologiczny ,Warszawa 2011, s. 33.
3 Jeśli dołożymy do nich instalacje wychwytujące CO2 wydajność obniża się o ok. 10%.
4 Dane PIG z 31.12.2010 r.
5 Więcej: www.wildhorse.com.au
6 Więcej: www.ekogroup.info
7 J. Taubman, Węgiel i alternatywne źródła energii, Warszawa 2011.
8 K. Baca, Bez inwestycji zasoby węgla zmniejszą się o połowę, [w:] Rzeczpospolita z dn. 24.06.2009 r.
9 Ekonomiczne aspekty podziemnego zagazowania węgla na przykładzie Carbon Energy. M. Roman. Polityka Energetyczna, tom14 zeszyt 2 , 2011.
10 Więcej: www.terrapower.com
11 Więcej: www.gen4energy.com

Czytany 7303 razy Ostatnio zmieniany czwartek, 30 październik 2014 00:04