Ceļš uz klimatneitrālu nākotni, jeb cik daudz kodolspēkstaciju ir jāuzceļ katru dienu

Vairākas pasaules valstis, piemēram, Apvienotā Karaliste, Francija, Dānija, Jaunzēlande, Ungārija, Japāna un Dienvidkoreja ir apņēmušās sasniegt klimata neitralitāti līdz 2050. gadam. Tālāk ir aprēķināts, kas ir jādara, lai līdz 2050. gadam visa pasaule vai tikai Latvija atbrīvotos no fosilā kurināma un vairs neradītu CO2 emisijas.

Cik daudz enerģijas būs nepieciešams

Vairums cilvēku praktiski nenojauš, cik daudz enerģijas mēs iegūstam no no fosilā kurināmā. Un, kā norādīja Vaclavs Smils, mēs vēl arvien praktiski esam fosilā kurināmā civilizācija. Sekojošā attēlā ir parādīts kopējais gada un fosilās enerģijas patēriņš no 1880. gada līdz 2019. gadam šo tendenču pagarinājums līdz 2050. gadam. Turpmākās tendences aplēse par kopējo enerģijas patēriņu 2050. gadam ir saskaņā ar Pasaules Enerģētikas padomes (EIA) 2050. gada aplēsēm ir 900×1015BTU jeb 300PWh gadā.

att01.png

Primārās enerģijas patēriņš 1880. – 2019. gadā un pieticīga ekstrapolācija līdz 2050. gadam

Lai līdz 2050. gadam mēs sasniegtu nulles emisijas, mums būs jāaizstāj apmēram 193 PWh jeb 1015Wh fosilā kurināmā enerģijas gadā. Tā kā gadā ir 8766 stundas, 193PWh/8766 stundām gadā ≈ 22 TW jeb 1012W enerģijas ražošanas avotu. (Visiem vienību pārveidojumiem ir izmantota vietne Unit Juggler.)

No 2021. gada 2050. gadam ir aptuveni 10 000 dienas. Tāpēc mums jāuzstāda un jāpievieno tīklam aptuveni 22 TW/10000 dienas = pievienojot 2GW jeb 109 vatu katru dienu no šodienas līdz 2050. gadam.  Mēs to varam darīt dažādos veidos:

  1. Mēs varam izmantot tikai kodolenerģiju. Tādā gadījumā līdz 2050. gadam mums katru dienu jāuzbūvē viena 2GW kodolspēkstacija.
  2. Nepatīk kodolenerģija? Tad mēs varam izmantot vēja enerģiju. Vējš nepūš visu laiku. Tipiskais vēja "jaudas koeficients" jeb faktiskās saražotās enerģijas procentuālais daudzums, salīdzinot maksimālo uzstādīto jaudu ir 35%. Tad līdz 2050. gadam mums katru ir jāuzbūvē ap 3000 vidēja lieluma, 150m augstas 2MW jeb  106W vēja turbīnas.
  3. Nepatīk vējš? Tad mēs varam izmantot saules enerģiju. Saules paneļu jaudas koeficients ir ļoti atšķirīgs no vietas — sākot 8% mākoņainās vietās tuvāk poliem līdz 30% tuvu ekvatoram un skaidrām debesīm. ASV NREL novērtētā saules paneļu jauda ir ap 8,3W uz kvadrātmetru, tātad mums katru dienu līdz 2050. gadam ar saules paneļiem ir jānoklāj 250 km2 jeb 4× vairāk, nekā pasaulē lielākā 10GW plānotā saules paneļu stacija Austrālijā.
  4. Vairums cilvēku neapzinās, cik daudz vietas ir nepieciešams izkliedētiem enerģijas avotiem. Lai visu nepieciešamo enerģiju iegūtu tikai ar sauli un vēju, ar vēja turbīnām un saules paneļiem ir jānoklāj būtiska daļa no Zemes platības. Saule ir periodisks, bet vējš ir nepastāvīgs enerģijas avots. Tāpēc mums joprojām vajadzēs ap 50%..90% no kopējās nepieciešamās enerģijas saražot ar kodolenerģiju, kad nespīd saule un nepūš vējš.
    Enerģijas trūkumu bezvēja naktī var aizstāt ar ķīmiskām baterijām. Laba baterija spēj uzkrāt ap 150Wh/kg. Šobrīd visas pasaulē saražotās baterijas spēj uzkrāt dažas sekundes no visas pasaules enerģijas. Lai 2050. gadā ķīmiskās baterijās uzkrātu rezervi tikai vienai dienai, būs nepieciešams 193PWh/365dienas/150Wh/kg = 3,5Pg jeb 3,5Gt bateriju. Un, lai šo mērķi sasniegtu 10000 dienās, mums katru dienu ir jāsaražo, jāpieslēdz un jāuzlādē 350Gg jeb 350000t bateriju.

Kas jādara visā pasaulē

Lai līdz 2050. gadam pasaule sasniegtu nulles CO2 emisijas, mums ir nepieciešams katru dienu:

  1. uzbūvēt un pieslēgt tīklam divas 2GW kodolspēkstacijas, vai
  2. 3000ha platībā uzstādīt 3000 2MW vēja turbīnas, aprīkot tās ar sadales un pārvades tīkliem, un uzbūvēt un pieslēgt tīklam vienu 3GW kodolspēkstaciju, vai
  3. 250km2 platībā izveidot 40GW saules paneļu staciju, aprīkot to ar sadales un pārvades tīkliem, un uzbūvēt un pieslēgt tīklam vienu 3GW kodolspēkstaciju, vai
  4. Neizmantojot kodolenerģiju, vienas dienas enerģijas rezervei katru dienu ir jāuzstāda un jāuzlādē 350000t bateriju.

Kas jādara Latvijā

Latvijā enerģijas patēriņš īpaši nepieaug un pēdējos gados tas ir ap 200PJ jeb 60TWh gadā.

att02.png

Lai līdz 2050. gadam Latvija sasniegtu nulles CO2 emisijas, mums ir nepieciešams:

  1. katrus 10 gadus uzbūvēt vienu 2GW kodolspēkstaciju, vai
  2. katru mēnesi atrast 10ha vietu, kur uzstādīt 10 2MW vēja turbīnas, vai
  3. katru mēnesi atrast 2km2 vietu, ko noklāt ar saules paneļiem, un
  4. lai uzkrātu enerģiju vienai dienai baterijās, katru mēnesi ir jāuzstāda un jāuzlādē 3000t bateriju.

Ļauju katram pašam izvērtēt, kuru no šiem plāniem ir vislielākā iespēja realizēt.

Šis vēl ir pieticīgs vajadzību vērtējums, jo aprēķinātais daudzums ir vidējā jauda. Enerģētikas sistēmai ir jānodrošina nevis vidējā, bet gan maksimālā pieprasījuma jauda. (Ja tā nav tad, pīķa pieprasījuma laikā enerģija visiem nepietiek, kā tas ir ar elektrību Kalifornijā un Teksasā.) Atkarībā no vietas un vajadzībām, pīķa jauda var būt 1,6 līdz 2,3 reizes lielāka par vidējo jaudu.

Augšminētie skaitļi neietver arī enerģiju, kas vajadzīga nepieciešamo materiālu iegūšanai, pārstrādei un transportēšanai, kā arī enerģiju, kas vajadzīga pašu enerģijas avotu būvēšanai. Kodolreaktoriem būvēšanai nepieciešamais enerģijas patēriņš ir mazs, bet vēja un saules enerģijas gadījumā tas ir vērā ņemams jo enerģijas avotiem nepieciešamas milzīgas platības un garas pārvades līnijas. Šie skaitļi neņem vērā arī to, ka kodolspēkstaciju kalpošanas laiks ir vismaz 50 gadi un 30 gadu laikā nevienu no tām nevajadzēs būtiski rekonstruēt, bet vēja turbīnām un saules paneļiem kalpošanas laiks ir ap 20..25 gadiem, tāpēc pēdējos piecus, desmit gadus mums būs ne tikai jāuzstāda jauni, bet arī jāmaina vecās vēja turbīnas un saules paneļi un būs jāiznīcina un miljoniem vēja turbīnu un simtiem tūkstošu kvadrātkilometru saules paneļu. Aprēķinos nav ielikta arī bateriju novecošana un veco bateriju pārstrādei nepieciešamā enerģija.

Skaitļi neietver arī to ka, pārejot uz pilnīgi elektrisku ekonomiku, mums būs pilnībā jāpārveido, jāpaplašina un jāuzlabo esošais elektrotīkls, ieskaitot visu saistīto aprīkojumu: transformatorus, elektropārvades līnijas, slēdžus un sadalītājus. Tas prasīs milzīgus laika, naudas un enerģijas ieguldījumus. Būs jāpārveido arī energoietilpīgas rūpnīcas kā tērauda un cementa ražošana. Būs jāpārveido arī mājas, jo visām mājām, kuras silda ar gāzi un izmanto gāzi ūdens sildīšanai un ēdiena gatavošanai, būs ievērojami jāpalielina mājas pievadītās elektrības apjoms un jāuzstāda elektriskā apkure, plīts un ūdens sildītājs.

Raksta ideja aizgūta no Bright Green Impossibilities un papildināta ar citiem avotiem, tajā skaitā par Latviju.

Tags Enerģija
Created by superadmin on 2021-07-13 16:58
Last modified by superadmin on 2021-10-08 21:48
 
Xwiki Powered
Creative Commons Attribution 3.0 Unported License