Pompy ciepła | Oświetlenie LED, żarówki LED | Kolektory słoneczne | Certyfikat energetyczny | Podłogówka

Techniczna i społeczna wizja przyszłości energetycznej Europy...

Techniczna i społeczna
wizja przyszłości energetycznej Europy

Autor: prof. dr hab. inż Jacek Malko, Politechnika Wrocławska

("Wokół Energetyki" - luty 2005)

Tu jest miejsce na reklamę. Zobacz cennik

Motto:

Przewidywanie jest rzeczą pożyteczną,
lecz trudno patrzeć dalej niż się widzi. - Winston
Churchill

Sektor zaopatrzenia w energię wchodzi w XXI stulecie z obciążeniem nowych wyzwań i zagrożeń w skali globalnej i lokalnej. Skupiając się na perspektywie europejskiej nie sposób nie spostrzec, iż wiele symptomów kryzysu (ze spektakularnymi awariami typu black-out, które nie ominęły także i Polski) nakazują sięgnąć w przyszłość poza horyzont działań doraźnych. Brak spójnej strategii energetycznej dla Europy (której dopiero podstawowe założenia i intencje są treścią dokumentu z roku 2001 -"Zielonej księgi" [l J) zastępowany jest fragmentarycznymi analizami wyspecjalizowanych firm doradczych (np. [2-4]). Szersze spektrum problemów obejmuje projekt Delphi "EurEnDel: Europejskie studium delfickie w obszarze energetyki". Projekt realizowano etapowo od połowy roku 2003 [5, 6]; omówienie rezultatów dwóch pierwszych etapów przedstawiono na konferencji Prognozowanie w elektroenergetyce, Częstochowa - Poraj 2004 [7]. Raport EurEnDel z lipca 2004 r. [8] zawiera wstępne podsumowanie wyników projektu, zaś wersję końcową opublikowano w listopadzie 2004 r. [9]. Rezultaty projektu stanowią istotną kontynuację i rozszerzenie studium ogłoszonego przez Komisję Europejską w roku 2003 r. (World Energy, Technology and Climate Outlook - WETO 2030) [10].

Projekt, ukierunkowany na stworzenie europejskiej wizji przyszłości energetycznej w horyzoncie do roku 2030, wykorzystywał jako narzędzie badawcze tzw. metodę delficką. Metoda ta, szeroko stosowana od lat 60., np. przez korporację RAND w USA, jest sformalizowaną procedurą zasięgania opinii eksperckiej w zdefiniowanych obszarach. W badaniach objętych projektem EurEnDel opinie nie tylko dostarczyły praktycznych wskazań o długoterminowym rozwoju techniki, ale też dały oceny wybranych technologii pod kątem ich skutków społecznych i scenariuszy (wizji) rozwoju. Do udziału w pierwszej rundzie procedury delfickiej zaproszono ponad 3 400 ekspertów z 48 krajów. Mimo iż współczynnik odpowiedzi (response rate) wyniósł ok. 20 proc., daje to podstawy do traktowania próbki jako reprezentującej szeroką europejską perspektywę oceny wyzwań i szans, przed którymi staje sektor energii w najbliższych dekadach.

W przedstawianych opiniach i rezultatach zbiorczych jednakową wagę przypisano perspektywie opartej na technologii (jaka będzie prawdopodobna przyszłość?), jak i na normatywnej wizji przyszłości pożądanej (jaka powinna to być przyszłość?). Wyniki interpretowano na tle trzech jakościowych scenariuszy przyszłości energetycznej: w obliczu wzrastającej niepewności i sprzecznych tendencji, kształtujących obraz sektora, takie postępowanie ma oczywistą przewagę nad wariantem jednego scenariusza. Kwestionariusz ankiety delfickiej składa się z dwóch części:

- Część I odnosi się do wytypowanych technologii: dla 19 technologii i tendencji ich rozwoju zapytywano ekspertów o czas wystąpienia, skutki i działania niezbędne dla skrócenia czasu oczekiwania. Ponadto ankietowani mogli typować niewymienione w formularzu technologie z dziką kartą, obejmujące przypadki o nawet małym prawdopodobieństwie realizacji, ale o potencjalnie ważnym skutku dla sektora energetyki.

- Część II dotyczy perspektywy skutków społecznych: przedstawiono 3 wizje (scenariusze), oczekując odpowiedzi oceniających znaczenie technologii i źródeł (jak również innych instrumentów kształtowania rzeczywistości) dla przyszłościowego obrazu sektora energetyki. Schemat realizacji projektu przedstawiono na ryc. 1 i 2.

Rozwój w obszarze 19 wyspecyfikowanych technologii rozważono w odniesieniu do podaży i popytu z podziałem na 4 grupy: technologii popytowych, transportu, magazynowania i dystrybucji energii oraz technologii wytwórczych. W zakresie technologii popytowych wyróżniono zbiorczą kategorię udoskonalonych procesów użytkowania energii w przemyśle, skutkujących obniżeniem zapotrzebowania o 50 proc. w odniesieniu do jednostki produktu (energooszczędne procesy w przemyśle) oraz tzw. budynki inteligentne o niskim zapotrzebowaniu energii, których udział w nowych inwestycjach budowlanych wyniesie 50 proc. (budynki inteligentne).

W zakresie transportu wyróżniono:

- samochody zasilane ogniwami paliwowymi (fuel cells) i stanowiące 20 proc. rynku europejskiego (20 proc. samochodów FC);

- biopaliwa przejmują 25 proc. rynku paliw w sektorze transportu (25 proc. biopaliw);

- udoskonalone systemy logistyki, wykorzystujące technologie informatyczne i

komunikacyjne (ICT), umożliwiają zwiększenie udziału transportu szynowego do 15 proc. potrzeb przewozowych (15proc. przewozów towarowych koleją). W zakresie magazynowania, dystrybucji i struktur sieciowych zwrócono uwagę na rozwój systemów wodorowych, wyróżniając sposób pozyskiwania: ze źródeł zróżnicowanych (H2 z różnych źródeł), ze źródeł odnawialnych (H2 z OZE) i wodór pozyskiwany z procesów biotechnologicznych (H2 z bio). Pytanie o przyszłość tych technologii sformułowano następująco: kiedy wodór jako nośnik energii będzie odgrywać znaczącą rolę w systemie zaopatrzenia w energię? Dalszymi rozważanymi technologiami, odgrywającymi istotną rolę w perspektywie roku 2030 były:

- magazynowanie energii, wytwarzanej w źródłach odnawialnych (OZE) (magazynowanie dla OZE);

- materiały nadprzewodzące w transformatorach i generatorach (materiały nadprzewodzące);

-systemy rozproszone, uczestniczące w ponad 30 proc. w strukturze zaopatrzenia w energię elektryczną (30 proc. z rozproszonych zasobów);

- transgraniczne sieci elektroenergetyczne, umożliwiające transport znaczących wartości energii ze źródeł odnawialnych, umiejscowionych w punktach odległych od ośrodków zapotrzebowania - np. zasoby hydroenergetyczne Afryki (sieci międzynarodowe).

W zakresie technologii wytwarzania wyróżniono:

- praktyczne opanowanie technologii przechowywania plazmy wysokotemperaturowej dla procesów fuzji termojądrowej (technologie plazmy wysokotemperaturowej);

- praktyczne zastosowanie reaktorów jądrowych o cechach bezpieczeństwa pasywnego  (bezpieczne reaktory);

- odnawialne źródła energii (OZE) pokrywają 25 proc. potrzeb energetycznych Europy (25 proc. z OZE);

- ogniwa fotowoltaiczne pokrywają 5 proc. europejskiego zapotrzebowania na energię elektryczną (5proc. PV);

- praktyczne zastosowanie technologii mareenergetycznych - energia pływów, falowania, prądów... - (mareenergetyka);

- szerokie wykorzystanie biomasy dla systemów ciepłownictwa scentralizowanego wielkiej i średniej skali (biomasa);

- praktyczne zastosowanie procesów wychwytywania i magazynowania CO2 w źródłach, spalających paliwa kopalne (wychwytywanie i sekwestracja CO2).

Pojęcia praktyczne zastosowanie i rozpowszechnienie (szerokie wykorzystanie) zdefiniowane zostały odpowiednio jako pierwsze praktyczne wykorzystanie innowacyjnego produktu (usługi) oraz rynkowa penetracja na poziomie, zapewniającym powszechne stosowanie produktu (usługi).

Ankietowani eksperci wypowiedzieli się odnośnie do oczekiwanego wpływu ocenianych technologii w czterech obszarach: tworzenia dobrobytu (Wealth Creation), środowiska (Environment), jakości życia (Quality of Life) oraz bezpieczeństwa energetycznego (Security of Supply). Przypisanie poszczególnym technologiom wskaźnika wpływu w przedziale od - 50 (wpływ szkodliwy) do 100 (wpływ wysoce korzystny) umożliwiło sporządzenie syntetycznego rankingu tych technologii. Druga część kwestionariusza odnosiła się do oceny wpływu rozwiązań technologicznych na 3 prawdopodobne scenariusze rozwoju społecznego - określane jako normatywne wizje społeczne. Sprecyzowano je jako:

- scenariusz indywidualnego wyboru;

- scenariusz zrównoważonego środowiska;

- scenariusz sprawiedliwości społecznej.

Scenariusz indywidualnego wyboru przyjmuje, iż podstawową wartością jest wolność jednostki. Konsekwencją jest wyznaczanie przez politykę ramowych uwarunkowań zliberalizowanych rynków z silnym podkreśleniem suwerenności decyzyjnej klienta. Transparentność kosztowa oraz konkurencja zapewnia wybór produktów i usług zgodnie z indywidualnymi potrzebami oraz preferencjami. Dla sektora energetycznego oznacza to konieczność oferowania zróżnicowanych i zindywidualizowanych pakietów produktów i usług krojonych na miarę, przy czym oferentami mogą być zarówno przedsiębiorstwa wielousługowe (multiutilities), jak i wysoce wyspecjalizowane przedsiębiorstwa. Zapewnienie zaspokojenia  potrzeb podstawowych (standaryzowany rynek masowego klienta) oznacza dostępność wariantów pokrycia zapotrzebowania po niskich kosztach. Dotyczy to w szczególności obszarów zurbanizowanych i ośrodków rozwoju przemysłu, dla których konkurencja wielu dostawców sprzyja obniżeniu cen. Efekt skali wielkich dostaw sprzyja potanieniu oferty energetycznej. Większe (niż standardowe) wymagania bezpieczeństwa oraz elastyczności dostaw dla specjalnych kategorii odbiorców powodują zwiększenie kosztów indywidualizowanych kontraktów lub też skłaniają do poszukiwań rozwiązań alternatywnych w postaci źródeł generacji rozproszonej, generacji własnej (autoprodukcja) lub rozbudowy rezerwowania dostaw energii. Możliwe jest również tworzenie rynków niszowych (np. zielonych źródeł), wyłączonych z ogólnych reguł konkurencyjności. Preferencja wyboru indywidualnego przejawia się również większą mobilnością społeczeństw, zwiększając zapotrzebowanie energii w dziedzinie transportu.

Scenariusz zrównoważonego środowiska (ekologiczny): najlepiej oddaje hasło żyć w zgodzie z naturą. Polityka jako cel priorytetowy określa ochronę ekosystemów, wyrażającą się na poziomie lokalnym (czystość powietrza, kwaśne deszcze itp.) i globalnym (zmiany klimatyczne, bioróżnorodność itp.). Stanowczo egzekwowana jest zasada obciążania kosztami emitenta zanieczyszczeń, a konsumenci akceptują wyższe koszty rozwiązań bardziej przyjaznych środowisku. Producenci oferują technologie o niskiej (lub nawet zerowej) emisji, a w gospodarce preferowane są procesy bezodpadowe. Realizacja zasady minimalizacji skutków dla środowiska stwarza bodźce dla rozwoju źródeł, wykorzystujących zasoby odnawialne i zróżnicowane technologie zgodnie z uwarunkowaniami lokalnymi. Zwiększa się udział źródeł zdecentralizowanych w pokryciu zapotrzebowania na energię. Istotną rolę odgrywa zwiększenie efektywności wykorzystania energii oraz rozpowszechnienie techniki zarządzania popytem (DSM). Zachowaniu bilansu popytu i podaży sprzyja rozwój lokalnych systemów magazynowania energii oraz wykorzystanie możliwości przesyłu wielkich ilości energii na wielkie odległości (np. w wyniku realizacji Transeuropejskich Sieci Energetycznych TEN).

Scenariusz sprawiedliwości społecznej prowadzi do polityki zmniejszania nierówności statusu majątkowego i redukcji skali zjawiska wyłączenia ze społeczeństwa. Rozszerzenie Unii Europejskiej zwiększa potrzebę osiągnięcia równowagi socjalnej, realizowanej głównie na poziomie polityki regionalnej. Sektor prywatny akceptuje zasadę odpowiedzialności społecznej. Powszechna staje się akceptacja uwzględniania w procedurach optymalizacyjnych kategorii kosztów społecznych. W sektorze energii ważnym czynnikiem wyboru technologii jest kreowanie nowych miejsc pracy, a poziom wytwarzania wynika z lokalnych zasobów i potrzeb. Polityka regulacji stwarza warunki równego dostępu do rynku, lecz umożliwia także stosowanie protekcjonizmu w przypadkach uzasadnionych lokalnymi uwarunkowaniami społecznymi. Następuje wysoki stopień decentralizacji technologii wytwórczych (ciepło/chłód i energia elektryczna, na ogół w skojarzeniu). Decentralizacji zarządzania generacją rozproszoną towarzyszy przejęcie własności przez społeczności lokalne, a regulacje prawne ułatwiają dostęp do technologii, zasobów, informacji i sieci energetycznych wszystkim kategoriom klientów/producentów Łagodzeniu napięć socjalnych sprzyja upowszechnienie technologii niskiego ryzyka (w kategoriach emisji zanieczyszczeń i bezpieczeństwa eksploatacyjnego). Odpowiedzi oczekiwano również w obszarze działań wspierających kształtowanie się wytypowanych scenariuszy przyszłości. Ocenić należało w skali: wysoce korzystny, korzystny, niekorzystny oraz wysoce niekorzystny wpływ następujących instrumentów o charakterze społecznym, politycznym i ekonomicznym:

- uwzględnienie w cenach energii kosztów zewnętrznych (internalization of externalities),

- zmiany zachowań, prowadzące do ograniczenia zapotrzebowania na energię (np. rozpowszechnienie transportu zbiorowego, zakup zielonych produktów),

- niedyskryminacyjność rynków energii (regulacje prawne zapewniające uczciwe konkurowanie wszystkich podmiotów), znaczne subsydiowanie ze środków publicznych prac badawczo-wdrożeniowych i inwestycji infrastrukturalnych,

- zachęty fiskalne wspierające angażowanie środków prywatnych w prace badawczowdrożeniowe.

Czasy wystąpienia zjawisk, związanych z wytypowanymi technologiami (ryć. 3.), wykazują statystyczny rozrzut: oszacowano wartość średnią oraz kwartyl dolny (25 proc.) i górny (75 proc.), przy czym niejednokrotnie różnice pomiędzy tymi kwartylami przekroczyły 10 lat. Występowały również oceny nigdy, całkowicie negujące możność wystąpienia tak opisanego zdarzenia. Zasadnicze wnioski badań delfickich można sprecyzować w czterech kategoriach technologii następująco:

Technologie popytowe (zapotrzebowanie) - odnośnie do czasu ich wystąpienia oceniane były z dużą zgodnością: 65 proc. respondentów stwierdziło, że podwojenie sprawności energetycznej w procesach produkcyjnych nastąpi przed rokiem 2030; 75 proc. oceniło, że do roku 2030 połowa nowych budynków będzie miała cechy niskiej energochłonności, a jedynie marginalna część ocen (l -i-2 proc.) postępy te uznawała za całkowicie nieprawdopodobne. W transporcie oczekuje się przejęcia przez napęd, wykorzystujący ogniwa paliwowe 20 proc. rynku pojazdów samochodowych w późnych latach 20., znacznie wcześniej niż oczekiwana data uzyskania przez energetykę wodorową znaczącej roli w systemie zaopatrzenia Europy w energię. Podzielone są natomiast opinie o dacie uzyskania przez biopaliwa 25 proc. udziału w rynku paliw dla transportu, chociaż większość respondentów oczekuje tego zdarzenia przed rokiem 2030.

Dla technologii magazynowania, przesyłu i dystrybucji zgodnie przyjęto dominację tendencji do tworzenia systemów zdecentralizowanych - oczekiwane jest przejęcie przez generację rozproszoną 30 proc. udziału w produkcji energii elektrycznej do roku 2020. Kontrowersyjna jest natomiast rola wielkich sieci w przesyle energii z odległych źródeł odnawialnych - 16 proc. respondentów neguje możliwość ekspansji takich technologii poza obszar regionalny. Oczekuje się szerokiego rozpowszechnienia magazynowania energii we wczesnych latach 20., przy czym  magazynowanie wodoru jako jedna z opcji technologicznych odegra istotną rolę po roku 2030.

W technologiach wytwarzania podział opinii dotyczy przyszłości energetyki jądrowej i oceny nigdy mają najwyższy udział zarówno dla technologii rozszczepiania, jaki syntezy. Respondenci, przewidujący pojawienie się bezpiecznych reaktorów jądrowych, lokują to wydarzenie ok. roku 2025. Energetyczne technologie syntezy termojądrowej nie będą dostępne przed rokiem 2040. Niewiele wątpliwości dotyczy 25 proc. udziału OZE: 66 proc. respondentów oczekuje tego przed rokiem 2030, lecz fotowoltaika bardziej znaczącą rolę odegra w perspektywie znacznie odleglejszej (5 proc. w całkowitej produkcji energii elektrycznej po roku 2030).

Oceny wpływu technologii na tworzenie dobrobytu, środowisko, jakość życia i bezpieczeństwo energetyczne doprowadziło do następujących stwierdzeń (ryc. 4. i 5.):

- zwiększenie do 25 proc. udziału energii ze źródeł odnawialnych w całkowitym zużyciu energii elektrycznej Europy uznano za najbardziej korzystne we wszystkich kategoriach oceny; oprócz pozytywnego skutku dla środowiska podkreślono znaczne zalety OZE dla bezpieczeństwa dostaw energii;

- na drugim miejscu w rankingu uplasowały się technologie, zwiększające efektywność wykorzystania energii (nowe energooszczędne procesy wytwórcze i budynki o niskim zapotrzebowaniu energii);

- techniki przechwytywania i sekwestracji CO2 uznano za korzystne jedynie dla środowiska, ale w ogólnej ocenie uplasowały się na niskiej pozycji;

- ogniwa paliwowe i technologie wodorowe oceniano jako umiarkowanie korzystne, przy czym wytwarzanie wodoru z zasobów odnawialnych uznano za bardziej korzystne niż z innych źródeł.

Skutki rozwiązań technologicznych, oceniane z perspektywy trzech normatywnych wizji społeczeństwa przyszłości, można uogólnić następująco:

- technologie energooszczędne i zarządzanie popytem (DSM) mają największe znaczenie i zostały najwyżej sklasyfikowane we wszystkich trzech scenariuszach (wizjach);

- dla wizji indywidualnego wyboru bardzo pozytywną rolę odgrywają technologie ogniw paliwowych jako rozwiązanie sprzyjające indywidualizacji zaspokojenia potrzeb energetycznych;

- w wizji zrównoważonego środowiska technologie wiatrowe i biomasy uzyskały wysoką pozytywną ocenę z uwagi na ograniczone skutki ekologiczne;

- w wizji sprawiedliwości społecznej wysoka ocena energetycznego wykorzystania biomasy oddaje korzyści dla kreowania miejsc pracy i lokalnych przychodów;

- rola wodoru jest raczej neutralna we wszystkich rozważanych wizjach społecznych;

- skutki zarządzania emisją CO2 były oceniane wysoko jedynie w wizji zrównoważonego środowiska;

- technologie wykorzystania surowców rozszczepialnych oceniano jako najmniej znaczące dla wszystkich trzech wizji rozwoju.

Ocena długoterminowych tendencji i potrzeb w zakresie technologii energetycznych, przeprowadzona w projekcie EurEnDel, pozwala na sformułowanie istotnych wskazań dla polityki energetycznej Unii Europejskiej. Hasłowo synteza raportu [9] sprowadza się do stwierdzeń następujących:

- najwyższy priorytet mają działania w zakresie efektywności energetycznej;

- wysoki potencjał cechuje odnawialne źródła energii;

- wzrastająca rola dotyczy rozproszonego wytwarzania energii elektrycznej i magazynowania energii;

- kontrowersyjnym wyborem pozostaje energetyka jądrowa;

- rozwiązaniem pośrednim jest gaz ziemny;

- niezawodność i bezpieczeństwo energetyczne w perspektywie długoterminowej oraz zobowiązania redukcji emisji CO2 są podstawowymi czynnikami dla przyszłości energetyki jądrowej;

- internalizacja kosztów zewnętrznych, kształtująca poziom cen energii stanowi podstawę niedyskryminacyjnych warunków konkurowania dla nowych technologii energetycznych.

Rezultaty projektu EurEnDel nie sygnalizują dramatycznych zwrotów procesu rozwoju techniki w perspektywie najbliższych dziesięcioleci, ale stanowić mogą wartościowe wskazania odnośnie do tendencji, kształtujących postęp techniczny, rynkowy sukces wybranych rozwiązań oraz społeczne konsekwencje tych czynników. Użyteczność przedstawionych prognoz dla tworzenia narodowej polityki energetycznej jest jednak ograniczona, gdyż specyfika uwarunkowań regionalnych może znacząco odbiegać od średniej europejskiej. Prześledzić to można chociażby na przykładzie formułowania krajowych strategii rozwoju odnawialnych źródeł energii, zgodnych z odnośną dyrektywą Komisji Europejskiej. Nawiązując do przytoczonej na wstępie maksymy sir Winstona można jednakże stwierdzić, iż nasze widzenie przyszłości jest teraz bardziej ostre, co zwiększa szansę podejmowania lepszych i racjonalniejszych decyzji.

1. European Cammission: Green Paper - Towards a European strategy for the security

ofenergy supply. Direct Gen for Energy and Transport, Brussek 2001.

2. The Boston Consulting Group: Keepingthe Lights On-Naińgating Cho-kes in European

Power Generation. BCG Report, Boston 2003.

3. Capgemini: Energy, Utilities and Chemicals - 2004. Complete Su-rvey Report, May 2004.

4. Pricewaterhouse Coopers: Supply essentials 2004. July 2004.

5. EurEnDel: European Energy Delphi Technology and Social Visions for Europe's Energy

Future. First Round, June 2003.

6. EurEnDel: European Energy Delphi Technology and Social Visions for Europę's Energy

Future. Round 2, Sept.-Oct. 2003.

7. J. Malko: Wizja przyszłości energetycznej Europy. Mat. konf. Prognozowanie w

elektroenergetyce. Częstochowa - Poraj, 2004.

8. EurEnDel: Delphi Report, Yersion 1.2. July 2004.

9. European Energy Delphi: Final Project Results-Technology and Social Yisions for

Europe's Energy Future. Dec. 2004.

10. European Cammission: World Energy, Technology andClimate Outlook WETO 2030. Eur

20366, Brussels 2003.

Techniczna i społeczna wizja przyszłości energetycznej Europy