Energia pierwotna jest bez sensu
Jak mierzyć postęp transformacji energetycznej?
Na pewno nie za pomocą energii pierwotnej. W tym poście staram się uzasadnić, że ta popularna miara jest użyteczna dla producentów paliw kopalnych, ale nie jest adekwatna do opisu zaspokojenia rzeczywistych potrzeb energetycznych.
Weźmy jako pierwszy przykład węgiel. Ilość ciepła, którą wytworzy spalony w kotle, nazywamy energią pierwotną. Jeżeli produkujemy z niego elektryczność, to ponosimy konieczne straty związane z przemianami termodynamicznymi i zostaje 30-40% energii w postaci prądu. Jeżeli odejmiemy konsumpcję własną elektrowni i straty na przesyle, to prąd dostarczony konsumentom nazywamy energią końcową. A ilość ciepła, którą Kowalski otrzyma z grzejnika opornościowego lub pompy ciepła to energia użyteczna. Energię pierwotną i końcową włożylibyśmy do szufladki z napisem "produkcja energii", a energię użyteczną do "konsumpcji energii".
Źródła nietermiczne (hydro, wiatraki, panele PV) produkują od razu elektryczność i dlatego energia pierwotna jest zdominowana przez źródła termiczne (węgiel, gaz, ropa, atom, geotermia, bioenergia), bo są one wliczane do energii pierwotnej razem ze swoimi stratami termodynamicznymi, czyli ciepłem odrzuconym przez układy chłodzenia, np. chłodnie kominowe. Z tego względu globalne zsumowanie energii pierwotnych jest mało użyteczne.
Weźmy kolejny przykład, dla uproszczenia bez strat na przesyle, żeby zobrazować, jak energia pierwotna może zostać błędnie zinterpretowana. W kraju A dostarcza się konsumentom 100 TWh prądu z węgla i ogrzewają się oni opornościowo. Zakładając sprawność węgla 33%, to z 300 TWh energii pierwotnej zostało w domach tylko 100 TWh ciepła. Natomiast w kraju B dostarcza się 100 TWh prądu z hydro, wiatraków i paneli PV, a ludzie ogrzewają się pompami ciepła z COP=3, czyli w domach zostaje aż 300 TWh ciepła. Porównanie kraju A i B:
energia pierwotna - 300 TWh vs 100 TWh,
energia końcowa - 100 TWh vs 100 TWh,
energia użyteczna - 100 TWh vs 300 TWh.
Widzimy, że wysoka produkcja energii pierwotnej (primary energy) może słabo korelować się z wysokim poziomem zaspokojenia potrzeb energetycznych. Wybory technologiczne mają znaczenie. Poza tym energia pierwotna nic nie mówi o efektywności systemu energetycznego. Przykład z życia - Niemcy, gdzie w latach 1990-2019 emisje spadły o 35%, PKB wzrósł o 53%, natomiast produkcja energii pierwotnej spadła o 14%, czyli na chłopski rozum wujasa Niemcy zubożyli się energetycznie. Nawiasem, gdyby zamknęli węgiel zamiast atomu, to energia pierwotna byłaby w tym samym miejscu, natomiast emisje jeszcze kilkanaście % niżej.
Zatem nie w każdym przypadku więcej "energii" musi oznaczać lepsze zaspokojenie potrzeb i/lub wyższe emisje! To lasuje mózgi zarówno prawakom (komunis, deindustrializacja) jak i lewakom (technologia nas nie zbawi, dewzrost). Pierwsi używają energii pierwotnej do dewaluacji OZE, stawiając chochoła, że OZE musi zastąpić całą energię pierwotną paliw kopalnych. Drudzy odwrotnie umniejszają znaczenie czystych technologii, fałszywie twierdząc, że OZE nie jest w stanie zastąpić całej energii pierwotnej, więc konieczna jest planowa dekonstrukcja nowoczesności. Poza tymi grupami jest mnóstwo osób, które używają energii pierwotnej, bo jest pod ręką i brzmi jak obiektywna miara systemu energetycznego. W ostatniej z serii corocznych broszur M. Cembalesta z J.P. Morgan "primary energy" pada 17 razy (Cembalest, 2023) i weź potem zdeprogramuj finansistów, żeby nie słuchali Vaclava Smila.
Autorzy rocznika statystycznego (do niedawna) BP (Energy Institute, 2023) zdają sobie sprawę z powyższej niekompatybilności energii pierwotnych różnych źródeł i dokonują ich niefizycznej korekty, co gmatwa i tak skomplikowaną już sytuację: skalują niekopalne źródła poza biomasą w górę, używając średniej sprawności energetycznej paliw kopalnych - 40.7% w 2022 r. (metodologia). Powtórzę się: twórcy rocznika skalują nie nietermiczne, tylko niekopalne poza biomasą, więc skalują np. elektryczność z atomu, mimo że mogliby wziąć od razu ciepło wytwarzane w rdzeniach. Zamysłem jest przedstawienie niekopalnych źródeł w ilości, która odpowiadałaby zastąpieniu ich paliwami kopalnymi. Z perspektywy transformacji energetycznej bardziej miarodajne byłoby po prostu odjęcie strat cieplnych paliw kopalnych, jednakowoż trudno winić firmę wydobywczą, że produkuje statystyki, które są przydatne w jej biznesie. Trend energii pierwotnej jest użyteczny dla właścicieli kopalń węgla i otworów naftowych, którzy znając kaloryczność swojego produktu mogą szybko obliczyć swój przychód.
Skoro teraz jesteśmy już uzbrojeni w wiedzę, to możemy stwierdzić, że poniższy energetyczny Mount Everest w ~2/3 składa się z ciepła odrzuconego, które nie musi być zastąpione przez nową, czystą energię. Dekarbonizacja będzie trudna, ale nie aż tak trudna, jak jest to przedstawiane poniżej. Aby nie dezinformować odbiorców, należałoby im wytłumaczyć, że 1 TWh prądu z wiatraków na ogół zastępuje 2-4 TWh energii pierwotnej węgla, ale wtedy cała technosceptyczna narracja posypałaby się.
Problematyczne jest nie tylko porównywanie OZE do paliw kopalnych, ale też termicznych OZE (biomasa, biogaz) do nietermicznych OZE (wiatraki, panele PV, hydro). Spotyka się narrację, że w sumie OZE to ściema, bo wycinamy lasy, co samo w sobie jest słuszną krytyką, ale proporcje bioenergii w OZE wynikają z interpetacji energii pierwotnej, która premiuje źródła termiczne.
Energia pierwotna może też służyć do deprecjacji energii jądrowej, np. jak to robi Marcin Popkiewicz, który porównuje elektryczność z atomu, a więc po odjęciu strat termodynamicznych, do całej energii pierwotnej włączając ciepło odrzucone. Jeżeli już decydujemy się na zabawę energią pierwotną, to bądźmy konsekwentni i włączajmy ciepło odpadowe dla wszystkich źródeł.
Źródło: Biznes Alert
Znając zatem mankamenty energii pierwotnej, jakiej innej miary używać do opisu transformacji energetycznej?
Idealnie byłoby przedstawiać paliwa kopalne w jakimś ekwiwalencie czystej energii, którą trzeba zbudować, żeby je zastąpić, czyli coś odwrotnego do skalowania w roczniku BP. Wyobrażam sobie, że trzeba by zrobić analizę sektorowo i nie znam dziś takiej miary. Możemy posłużyć się energią pierwotną z odjętymi stratami cieplnymi lub energią końcową, która nie zawiera strat cieplnych energetyki, ale z kolei tutaj nadreprezentowana jest ropa naftowa, ponieważ jej straty cieplne zachodzą głównie w silniku konsumentów. Emisyjność miksu elektrycznego będzie coraz lepszą miarą wraz z elektryfikacją gospodarki poprzez pompy ciepła, samochody elektryczne i elektrolityczny wodór, który jest po prostu formą magazynowania energii. Także nie mam w tym momencie chyba jednoznacznej odpowiedzi, ale myślę sobie, że w tych rozważaniach ważne jest, aby skupiać się na redukcji emisji, które muszą osiągnąć zero, oraz na zapewnieniu usług energetycznych, a nie na trendzie produkcji/konsumpcji energii. Liczę na to, Czytelniczko lub Czytelniku, że jak ktoś będzie próbował Cię przekonać do narracji sceptycznej wobec transformacji energetycznej opartej o OZE na podstawie energii pierwotnej, to sobie pomyślisz - aha, ktoś mnie wkręca.
Addendum
.png)
Komentarze
Prześlij komentarz