6. PROBLEMY ENERGETYCZNE ŚWIATA
6.01. Teoria ludnościowa Malthusa
6.02. Nakłady energetyczne na produkcję \
ywności
6.03. Dynamika zmian produkcji rolnej w latach 1995-2005
6.04. Produkt krajowy brutto (PKB) i zu\
ycie energii elektrycznej w ró\
nych regionach świata (lata 1995-2005)
6.05. Produkt krajowy brutto (PKB) a zu\
ycie energii elektrycznej (lata 1970-2005)
6.06. Zró\
nicowanie poziomu zu\
ycia nośników energii pierwotnej na świecie
6.07. Globalne zu\
ycie nośników energii pierwotnej w perspektywie roku 2100
6.08. Globalne zasoby i rezerwy surowców energetycznych
6.09. Lokalizacja rezerw surowców energetycznych (węgiel, uran) a zapewnienie bezpieczeństwa dostaw
6.10. Lokalizacja rezerw surowców energetycznych (ropa naftowa, gaz ziemny) a zapewnienie bezpieczeństwa dostaw
6.11. Globalne zu\
ycie nośników energii pierwotnej i jego struktura  dynamika zmian i prognozy
6.12. Światowa rezerwa paliw kopalnych
6.13. Energetyka cieplna  spalanie paliw kopalnych  destrukcyjne oddziaływanie na środowisko
6.14. Energetyka jądrowa  perspektywy rozwoju
6.15. Energetyka jądrowa  problem odpadów
6.16. Energetyka jądrowa  problem wycofywania elektrowni z eksploatacji
6.17. Energetyka termojądrowa  reaktor
6.18. Energetyka termojądrowa  schemat procesowy z reaktorem fuzyjno-jądrowym deuteru z trytem
6.19. Hydroenergetyka
6.20. Odziaływanie hydroenergetyki na środowisko
6.21. Energetyka solarna dziś
6.22. Energetyka solarna przyszłości
6.23. Energetyka wiatrowa
6.24. Energetyka wiatrowa  problemy
6.25. Energetyka wiatrowa przyszłości
6.26. Fale i pływy
1
6.27. Energetyka geotermalna
6.01. Teoria ludnościowa Malthusa
Thomas Robert Malthus, 1798 rok
Liczba konsumentów wzrasta w postępie geometrycznym,
środki spo\
ycia wzrastają w postępie arytmetycznym
Miarą rozwoju cywilizacyjnego od
zarania dziejów ludzkości jest ilość
zu\
ywanej energii.
I choć nie zawsze zdajemy sobie z
tego sprawę, to wszystkie wojny tak
naprawdę toczono właśnie o przejęcie
zasobów energetycznych przeciwnika.
Niedobór szeroko rozumianej energii
skutkuje zawsze kryzysami
społecznymi i politycznymi.
lata
2
2
w
ó
t
n
e
m
u
s
n
o
k
a
b
z
c
i
l
a
i
c
y
\

o
p
s
i
k
d
o
r
ś
6.02. Nakłady energetyczne na produkcję
\
ywności
Zu\
ycie energii w cal na wyprodukowanie 1 cal
po\
ywienia
8
Rolnictwo prymitywne 0,02
7
Rolnictwo nowoczesne
0,2  0,5
6
Hodowla tradycyjna (mięso lub jaja)
0,5  1,0
5
Hodowla intensywna (mięso lub jaja)
2 - 5
4
A
owiska dalekomorskie i hodowla zwierząt
10 - 20
3
na paszach specjalnych
2
1
Gęstość energii w GJ/(ha rok)
0
w niektórych rodzajach działalności człowieka
Społeczeństwo 0
łowiecko-zbierackie energia dodana, GJ/(ha rok)
Hodowla owiec
0,6
wzrost wydajności
Intensywna produkcja rolna
15
Intensywne rybołówstwo
200 z 2 kg do 3 kg - ok. 100 GJ/(ha rok)
Rafineria ropy naftowej
106
z 4 kg do 5 kg - ok. 200 GJ/(ha rok)
3
3
kg/(harok)
wydajno
ść
produkcji białka,
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
6.03. Dynamika zmian produkcji rolnej w latach
1995-2005
zmiany wartości produkcji roliniczej w w
zmiany wartości produkcji roliniczej w
przeliczeniu na mieszkańca (ceny stałe)
stosunku do 2000 roku (ceny stałe)
1,2
1,3
świat świat
Afryka Afryka
1,2
1,1
Ameryka Pd. Ameryka Pd.
1,1
Ameryka Płn.. Ameryka Płn..
1
Ameryka Śr. Ameryka Śr.
1
Azja Azja
0,9
Europa Europa
0,9
Oceania Oceania
0,8 0,8
1995 2000 2005 1995 2000 2005
Produkcja rolnicza w przeliczeniu na mieszkańca rośnie wolniej ni\
produkcja globalna 
porównanie za okres 2000-2005:
świat - 0,06/0,13 = 0,46
Afryka  0,05/0,17 = 0,29 (największa dysproporcja)
Azja  0,11/0,18 = 0,61 (du\
a dynamika)
Ameryka Południowa - 0,16/0,24 = 0,67 (najlepszy wskaz
nik)
Europa  0,01/0,02 = 0,50 (mała dynamika  stan nasycenia)
4
4
6.04. Produkt krajowy brutto (PKB) i zu\
ycie
energii elektrycznej w ró\
nych regionach świata
(lata 1995-2005)
12
45
Ameryk Ameryka
aPółnoc Północna
40
na i Środkowa
10
35 Oceania
Oceania
8
30
Europa
25
Europa
6
20
4
15
świat
10
świat
2
Azja
5
Azja
Afryka
Afryka
0
0
5
PKB, tys USD/cap
energia elektryczna, MWh/cap
1995
2000
2005
2010
1995
2000
2005
2010
6.05. Produkt krajowy brutto (PKB) a zu\
ycie
energii elektrycznej (lata 1970-2005)
45
1995-2005
40
Ameryka
35
Północna
i Środkowa
30
25
Oceania
20
Europa
15
10
świat
Azja
5
"- rok 1970, f& - rok 1980, " - rok 1990
Afryka
zaczernione  gospodarka rynkowa,
0
puste  gospodarka centralnie sterowana
0 2 4 6 8 10 12
lub w okresie transformacji
energia elektryczna, MWh/cap
6
PKB, tys USD/cap
6.06. Zró\
nicowanie poziomu zu\
ycia nośników
energii pierwotnej na świecie
zapotrzebowanie energii zu\
ycie w przeliczeniu na
pierwotnej w Gtoe mieszakńca w toe/cap
5
15
1 toe =41,86 GJ
OECD
4
świat
10
3
OECD
2
5
świat
1
0
0
1980 1985 1990 1995 2000 2005 1980 1985 1990 1995 2000 2005
poziom \
ycia kraje rozwinięte kraje rozwijające się
udział w ludności świata 17 % 83 %
udział w zu\
yciu nośników energii 60 % 40 %
udział w zu\
yciu energii elektrycznej 63 % 37 %
7
6.07. Globalne zu\
ycie nośników energii
pierwotnej w perspektywie roku 2100
Względną stabilizację geopolityczną na świecie
zapotrzebowanie energii pierwotnej
mo\
na uzyskać jedynie poprzez wyrównanie
w Gtoe
dostępu do energii w krajach bogatej Północy i
35 biednego Południa. Ten trend wyraz
nie się ju\

ujawnia.
30
Według szacunków Międzynarodowej Agencji
świat
Energetycznej zapotrzebowanie na nośniki energii
25
pierwotnej w roku 2030 wzrośnie o 60 % w stosunku
do roku 2000.
20
W krajach nale\
ących do Organizacji Współpracy
Gospodarczej i Rozwoju (OECD) wzrost będzie
15
inne umiarkowany (o 34 %). Zasadniczy wzrost produkcji
kraje i zu\
ycia energii, bo o 92 %, nastąpi w krajach o
ni\
szym poziomie rozwoju.
10
Poniewa\
kraje te cechuje najszybszy wzrost
5 OECD
demograficzny, bardziej miarodajny wydaje się
wskaz
nik zu\
ycia nośników energii w przeliczeniu
na 1 mieszkańca. I tak dla krajów zrzeszonych w
0
OECD wzrośnie on o 21 %, natomiast w krajach
pozostałych o 37 %.
8
1980
1990
2000
2010
2020
2030
2040
2050
2060
2070
2080
2090
2100
6.08. Globalne zasoby i rezerwy surowców
energetycznych
ZASOBY ENERGETYCZNE
ZASOBY NIEODNAWIALNE (finite recources)
całkowita ilość
" węgiel kamienny i brunatny
udokumentowanych
" ropa naftowa
złó\
surowców
" łupki bitumiczne
energetycznych
" naturalne bituminy (smoły i piaski bitumiczne)
" gaz ziemny
" uran
REZERWY
część zasobów
ZASOBY POŚREDNIE (intermediate recources)
nadających się do
eksploatacji w obecnych
" torf
warunkach technicznych
" energia geotermalna
i ekonomicznych
ZASOBY ODNAWIALNE (perpetual recources)
pozostałe zasoby
" energia wodna
udokumentowane,
" bioenergia
których wydobycie w
" energia słoneczna
obecnych warunkach
" energia wiatru
jest trudne technicznie
i zbyt kosztowne
INNE ZASOBY ODNAWIALNE (other perpetual recources)
" energia przypływów i odpływów
" energia fal morskich
klasyfikacja wg World Energy Council (WEC)
Światowej Rady Energetycznej
" ciepło oceanów
9
6.09. Lokalizacja rezerw surowców
energetycznych (2000 r. wg World Energy Council) a
zapewnienie bezpieczeństwa dostaw
180000
800
160000
700
140000
600
węgiel Mtoe
uran, tys.ton
120000
500
100000
400
80000
300
60000
200
40000
20000
100
0
0
10
166660
670
600
104670
350
76330
330
68280
300
54730
160
150
140
22770
83
81
USA
Indie
Chiny
USA
Polska
14770
Niemcy
44000
Ukraina
Australia
Kanada
Ukraina
Brazylia
Namibia
Afryka Płd.
33010
Australia
Kazachstan
22670
Afryka Płd.
Uzbekistan
Kazachstan
Federacja Rosyjska
Federacja Rosyjska
6.10. Lokalizacja rezerw surowców
energetycznych (2000 r. wg World Energy Council)
a zapewnienie bezpieczeństwa dostaw
40000
40000
35000
35000
30000
30000
ropa naftowa, Mtoe
gaz ziemny, Mtoe
25000
25000
20000
20000
15000
15000
10000
10000
5000 5000
0
0
11
37500
35980
22500
15140
13310
12920
12670
11000
10000
5510
5300
4360
3230
2060
Irak
Irak
Iran
Iran
USA
Libia
3890
Katar
Chiny
4790
Kuwejt
Algeria
4150
Nigeria
Meksyk
3850
Wenezuela
Wenezuela
3810
Emiraty Arabskie
Emiraty Arabskie
Arabia Saudyjska
Arabia Saudyjska
Federacja Rosyjska
6650
Federacja Rosyjska
6.11. Globalne zu\
ycie nośników energii
pierwotnej i jego struktura  dynamika zmian
i prognozy
100% 1,4
2,3
3,1
1,4 4,4 4,1
16,0
1,4 2,3
2,5
2,3
3,1
15,3
7,6
6,3 4,6
5,3
18
14,0
13,9
80%
22,7
12,0
25,2 27,4
26,4
11,1
10,0
9,2
60%
8,0
48,6
39,4
38,4
6,0
37,9
38,1
40%
5,0
4,0
zu\
ycie energii w Gtoe
2,0
20%
29,2
25,8
24,5
23,7
23,8
0,0
0%
1971 2000 2010 2020 2030
węgiel: 1971  1,5 Gtoe/rok
2030  3,6 Gtoe/rok
węgiel ropa gaz ziemny
ropa: 1971  2,4 Gtoe/rok
en.jądrowa en.wodna inne odnawialne
2030  7,4 Gtoe/rok
12
1970
1980
1990
2000
2010
2020
2030
6.12. Światowa rezerwa paliw kopalnych
1 toe  ton of oil equivalent  jednostka miary energii stosowana w bilansach
międzynarodowych - 41,868 GJ lub 11,63 MWh
zapotrzebowanie energii pierwotnej
Światowa rezerwa paliw kopalnych
w Gtoe
udokumentowana w 2005 roku
35
paliwo rezerwa udział
30
w Gtoe w %
25
węgiel 470 60
20
ropa naftowa 160 20
15
gaz ziemny 160 20
10
razem 790 100
5
0
Struktura 1996 rok 2005 rok
zu\
ycia
paliwo
Gtoe % Gtoe %
Pole pod niebieską linią oznacza globalne
węgiel
2,4 27 3,0 28
zapotrzebowanie energii pierwotnej w latach
ropa naftowa
3,3 38 3,9 36
2000  2100
gaz ziemny
2,0 22 2,5 23
Pole pod czerwoną linią oznacza globalne
energia jądrowa
0,5 6 0,6 6
zapotrzebowanie energii pierwotnej przy zało\
eniu,
\
e paliwa kopalne zaspokoją 85 % potrzeb
hydroenergia
0,6 7 0,7 7
Strzałką zaznaczono rok wyczerpania się rezerw 100 10,7 100
razem 8,8
paliw kopalnych udokumentowanych na rok 2005
13
2000
2010
2020
2030
2040
2050
2060
2070
2080
2090
2100
6.13. Energetyka cieplna  spalanie paliw
kopalnych  destrukcyjne oddziaływanie na
środowisko
PALIWA STAA
E
1. depozycja zanieczyszczeń pyłowych i gazowych (CO2, SO2, NOx, CO) w
atmosferze,
2. depozycja odpadu paleniskowego (popiół, \
u\
el) i nadkładu (górnictwo
odkrywkowe) w litosferze,
3. degradacja jakości wód powierzchniowych (wprowadzanie zasolonych wód
kopalnianych)
4. obni\
aniu poziomu wód gruntowych (wydobywanie węgla)
PALIWA CIEKA
E I GAZOWE
1. depozycja gazowych produktów spalania (CO2, SO2, NOx, CO) w atmosferze,
2. emisja CO2 i węglowodorów towarzysząca wydobywaniu paliw
3. degradacja jakości wód powierzchniowych i gleby spowodowana katastrofami
towarzyszącymi wydobyciu i transportowi (platformy wiertnicze na lądzie i morzu,
tankowce)
14
6.14. Energetyka jądrowa  perspektywy
rozwoju
Wg szacunków z 1970 r. łączna moc energetyki jądrowej w 1984 roku miała wynosić 568 GW, a wynosiła
180 GW. Na przyhamowanie tempa rozwoju energetyki jądrowej zło\
yło się kilka przyczyn:
" ograniczone zasoby uranu,
"
"
"
" problemy związane z odpadami radioaktywnymi,
"
"
"
" wysokie koszty wycofywania elektrowni jądrowych z eksploatacji,
"
"
"
" protesty społeczne spowodowane katastrofami,
"
"
"
" mało konkurencyjne ceny produkcji energii
"
"
"
do 2050 roku
globalne zu\
ycie
energii elektrycznej
wzrośnie o 160 %
Dostarczenie takiej
energii bez
zwiększania emisji
CO2 nie będzie
mo\
liwe bez
rozwoju energetyki
jądrowej
15
6.15. Energetyka jądrowa  problem odpadów
Wg Międzynarodowe Agencji Energii Atomowej ka\
dego roku przybywa na świecie ok. 10 000 m3 odpadów
radioaktywnych. I jak dotąd \
aden kraj nie opracował i nie wprowadził długoterminowego planu ich
składowania. Wszędzie stosuje się rozwiązania tymczasowe, przechowując wypalone paliwo w
przystosowanych do tego celu przechowalnikach na terenie elektrowni.
Trwałe składowiska podziemne
" odpady stałe oraz odparowane i zeszklone odpady ciekłe umieszczane w stalowych pojemnikach o długości
"
"
"
ok. 6 m i wstawiane w otwory wywiercone w skalnym sklepieniu magazynu setki metrów pod
powierzchnią Ziemi
" planowana budowa takiego składowiska pod Yucca Mountain w Newadzie spotkała się ze zdecydowanym
"
"
"
sprzeciwem władz stanowych (1995)
Składowiska podmorskie
" pojemniki w kształcie pocisków zrzucane na dno morskie, gdzie zagłębiałyby się w podło\
e na dziesiątki
"
"
"
metrów lub umieszczane w głębokich rowach oceanicznych (wchłonięcie przez skorupę ziemską w efekcie
procesów geologicznych)
" naruszenie międzynarodowych umów zakazujących zatapiania odpadów radioaktywnych (obawa przed
"
"
"
niekontrolowanym zatapianiem)
Transmutacja jądrowa
" pod wpływem bombardowania neutronami pierwiastki o okresie rozpadu sięgającym dziesiątków tysięcy lat
"
"
"
przekształcają się w inne o znacznie krótszym okresie rozpadu (setki a nawet dziesiątki lat)
" nadal wymagane składowiska, ale o mniejszej pojemności, poniewa\
końcowe produkty reakcji
"
"
"
wydzielałyby znacznie mniej energii
" eksperymenty prowadzone od dziesiątków lat, ale zastosowanie tej metody na skalę przemysłową
"
"
"
uwarunkowane jest opracowaniem skutecznego sposobu separacji chemicznej odpadów
16
6.16. Energetyka jądrowa  problem
wycofywania elektrowni z eksploatacji
Przeciętny okres eksploatacji elektrowni jądrowej wynosi ok. 40 lat. Do końca 1990 r. zamknięto 55
elektrowni, ale były to obiekty eksperymentalne o małej mocy. W 2000 roku do zamknięcia będzie się
kwalifikowało ok. 60 du\
ych elektrowni komercyjnych. Ilość przeznaczonych do zamknięcia elektrowni
gwałtownie zacznie rosnąć po 2005 r., osiągając szczyt ok. 2015 r.
Wysokie koszty wycofywania elektrowni jądrowych z eksploatacji wią\
ą się z koniecznością
wykonania du\
ego zakresu prac ziemno-budowlanych oraz długim okresem nadzoru całego wyłączonego z
u\
ytkowania obiektu.
Projekt Brytyjskiej Agencji Energii Nuklearnej (1995) przewiduje 6 etapów:
0  5 lat  usunięcie paliwa z reaktora, co zapewnia wyeliminowanie 99 % radioaktywności), na miejscu
pozostaje ska\
ona instalacja
5  6 lat - przygotowanie elektrowni do długiego le\
akowania pod ścisłym nadzorem, zaimpregnowanie
całej konstrukcji w celu ochrony przed czynnikami atmosferycznymi, otoczenie całości wałem
ziemnym
6  25 lat  nadzór
35  37 lat  obudowanie elektrowni betonowym kokonem
37  135 lat  ponownie okres nadzoru
ok. 135 lat po zamknięciu  rozmontowanie całej konstrukcji i dokładne oczyszczenie miejsca po niej albo
wy\
arzenie całości wewnątrz sztucznego wzgórza.
17
6.17. Energetyka termojądrowa - reaktor
3 1
T + 2D 4He + 0n
1 1 2
18
6.18. Energetyka termojądrowa  schemat
procesowy z reaktorem fuzyjno-jądrowym
deuteru z trytem
19
6.19. Hydroenergetyka
Wypuszczanie nadmiaru wody na śółtej Rzece w Chinach
20
6.20. Odziaływanie hydroenergetyki na
środowisko
Hydroenergetyka powoduje:
" negatywne skutki społeczne związane ze zmianą przeznaczenia du\
ych
"
"
"
powierzchni terenu (wysiedlanie miejscowej ludności),
" zmianę stosunków hydrologicznych  podniesienie się poziomu wód
"
"
"
gruntowych (infiltracja wody z nieszczelnych zbiorników wodnych do gruntu)
powodujące zatapianie i zasolenie okolicznych gleb w stopniu
uniemo\
liwiającym prowadzenie upraw rolniczych,
" zmianę stosunków parazytologicznych (wzrost zachorowań okolicznej
"
"
"
ludności na choroby paso\
ytnicze przewodu pokarmowego),
Ponadto zbiorniki zaporowe w strefie tropikalnej:
" charakteryzuje słaba wymiana pionowa wód i związane z tym słabe
"
"
"
dotlenienie głębszych warstw wody, co utrudnia a niekiedy uniemo\
liwia
hodowlę ryb,
" intensywne parowanie powierzchniowe i intensywne cyrkulacje mas
"
"
"
powietrza nad zbiornikami na skutek du\
ej ró\
nicy temperatury dnia i nocy,
co powoduje ogromne pomiędzy straty wody.
21
6.21. Energetyka solarna dziś
Kolektor fototermiczny
 układ kolektorów wyposa\
onych w
silniki Stirlinga
Zwierciadła
ustawione tak,
by skupiać
wiązkę na
Baterie fotowoltaiczne na
podgrzewaczu
fasadzie największego
silnika Stirlinga,
budynku w Manchester
który napędza
y
ródło: Sharp, Sonne Wind &
prądnicę
Warme, 12,2,2005
22
6.22. Energetyka solarna przyszłości
Elektrownia słoneczna na
orbicie geostacjonarnej
mo\
e pracować całą
dobę.
Przedstawiona na
rysunku pilota\
owa
instalacja mo\
e
przechwytywać
4 GW energii słonecznej i
przekształcać na 1,8 GW
w postaci mikrofal, które
po dotarciu do Ziemi
niosłyby energię 1,1 GW
23
6.23. Energetyka wiatrowa
dynamiczny wzrost,
ale znaczenie marginalne
24
6.24. Energetyka wiatrowa - problemy
Wprawdzie w ciągu ostatnich 30 lat (Polityka, sierpień 2009) energia pozyskiwana z wiatru
staniała 5-krotnie, ale wymagane są:
" trafność prognoz pogody (błąd o ocenie prędkości wiatru o 1 m/s skutkuje nadwy\
ką
lub niedoborem rzędu 350 MW)
" inwestycje nawet 10-krotnie przekraczające całkowite nakłady na budowę obecnych
sieci  linie prądu stałego (mniejsze straty przesyłu) balansujące wahania energii w
poszczególnych gałęziach, radzące sobie z fluktuacjami popytu i poda\
y, awariami
oraz stale zmieniającym się udziałem energii z ró\
nych z
ródeł (Dania, Niemcy i
Skandynawia  wspólna sieć energetyczna)
" globalizacja systemu  nawet po Afrykę Północną, gdzie mogłyby stanąć
elektrownie słoneczne
" akumulowanie energii (spiętrzanie wody w elektrowniach wodnych, ogrzewanie wody
w gigantycznych termosach, samochody elektryczne (ładowane przy nadwy\
kach 
ni\
sza cena, działające jak gigantyczny akumulator, podobnie domy wyposa\
one w
baterie słoneczne i fotoogniwa
25
6.25. Energetyka wiatrowa przyszłości
Wiatrakowiec zaprojektowany przez Sky WindPower wzbija się na
wysokość ponad 3 km
za pomocą przeciwbie\
nych śmigieł, po czym wyłącza silniki i przełącza się
na tryb produkcji energii. Aby całe urządzenie utrzymywało optymalna
pozycję, nachylenie łopat śmigieł jest sterowane komputerowo.
26
6.26. Fale i pływy
Rhode Island  500 kW - 2006
Irlandia Północna  1 MW  koniec 2006
Hiszpania 1,25 MW  2007
Portugalia  24 MW  2007
Kornwalia GB  5 MW  2008
Pólnocny Devon GB  10 MW -2010
Daishan  Chiny  120 -150 kW  data
nieustalona
Instalacja pływowa - szereg generatorów
ustawionych w niewielkich odległościach.
Ponad 20-metrowe wirniki pracują w zanurzeniu.
27
6.27. Energetyka geotermalna
28