Efektywność energetyczna i odnawialne źródła energii Energia a
advertisement
Informacje ogólne 11/31 Europa i Ameryka Północna 105/195 Chiny Procentowy wzrost zapotrzebowania na energię pierwotną, 2006–2030 Procentowy wzrost zapotrzebowania na energię, 2006–2030 73/131 126/282 Bliski Wschód i Afryka Indie Świat stanął w obliczu poważnego problemu energetycznego: jak zapewnić bezpieczne dostawy energii wobec szybko rosnącego zapotrzebowania na nią oraz wzrastającego znaczenia ochrony środowiska. Spowolnienie gospodarcze może zmniejszyć tempo wzrostu zużycia energii w perspektywie średniookresowej, ale nie wyeliminuje zapotrzebowania na nią. Międzynarodowa Agencja Energetyczna (MAE) szacuje, że zapotrzebowanie na energię w latach 2007–2030 wzrośnie o 45%1. Według MAE światowe zużycie energii elektrycznej będzie rosło niemal dwa razy szybciej niż całkowite zapotrzebowanie na energię i do 2030 r. wzrośnie prawie dwukrotnie. Zużycie energii w samych Chinach ma według szacunków wzrosnąć trzykrotnie. Niepokój budzi fakt, że poziom emisji CO2 będzie wzrastał w tym samym tempie co zapotrzebowanie na energię, chyba że diametralnie zmienimy sposób wytwarzania i wykorzystywania energii. Zaniepokojenie wpływem powyższego wzrostu emisji na zmianę klimatu, na bezpieczeństwo dostaw i ceny energii sprawiło, że zagadnienia dotyczące energii znalazły się na szczycie listy najważniejszych problemów omawianych na forum publicznym. Unia Europejska zobowiązała się obniżyć poziom emisji o 20% do 2020 r. 2, natomiast nowa amerykańska administracja prezydenta Obamy postawiła sobie za cel „ograniczyć Źródło: Międzynarodowa Agencja Energetyczna (MAE), 2008 r. Efektywność energetyczna i odnawialne źródła energii Energia a wyzwania klimatyczne emisję gazów cieplarnianych o 80% do roku 2050”. Trwają międzynarodowe negocjacje dotyczące światowego traktatu mającego rozwiązać problem zmian klimatycznych. Możliwe źródła oszczędności Zdaniem badaczy klimatu zatrzymanie procesu światowego ocieplenia będzie wymagało utrzymania ilości gazów cieplarnia‑ nych w atmosferze na obecnym poziomie3. Według MAE oznacza to, że do 2050 r. roczny poziom emisji musiałby zostać obniżony do połowy poziomu z 2000 r. MAE sporządziła plan osiągnięcia tego celu, a także alternatyw‑ ny scenariusz zakładający obniżenie emisji w mniej radykalny sposób. W obu scenariuszach przewidziano, że do ponad połowy oszczędności przyczyni się efektywność energetyczna (patrz wykres str 2). 1. World Energy Outlook (Światowe perspektywy energetyczne), Międzynarodowa Agencja Energetyczna, 2008 r. Wszystkie dane w niniejszym dokumencie pocho‑ dzą z tego źródła, o ile nie zaznaczono inaczej. 2. W porównaniu z poziomami z 1990 r. Patrz konkluzje Rady Europejskiej w Brukseli, marzec 2007 r. 3. Czwarty Raport IPCC, Międzyrządowy Zespół ds. Zmian Klimatu, 2007 r. Scenariusze MAE dotyczące redukcji światowej emisji Ilość energii pierwotnej zużywana do wygenerowania PKB o wartości 1000 USD Liczba ton oleju ekwiwalentnego (toe) Efektywność energetyczna Odnawialne źródła energii i biopaliwa Energia jądrowa i CCS* Scenariusz działania 2 Scenariusz działania 1 Scenariusz referencyjny Emisje w 2006 Japonia Emisje w 2030 r. Scenariusz referencyjny: obecna polityka energetyczna Scenariusz działania 1: do 2050 r. obniżenie emisji do poziomów z 2000 r. Scenariusz działania 2: do 2050 r. obniżenie emisji do połowy poziomów z 2000 r. Źródło: Międzynarodowa Agencja Energetyczna, World Energy Outlook (Światowe perspektywy energetyczne), 2008 r. * CCS (ang. carbon capture storage – technologia wychwytywania i magazynowania dwutlenku węgla). Niemcy USA Chiny Bliski Wschód Świat Źródło: Międzynarodowa Agencja Energetyczna, Key World Energy Statistics (Światowa statystyka energii), 2008 r. (liczby z 2006 r.). MAE przewiduje, że łączna wartość inwestycji w dostawy energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych w latach 2007–2030 wynie‑ sie 5,5 bln dolarów, co odpowiada połowie wartości wszystkich planowanych inwestycji w wytwarzanie energii elektrycznej w tym okresie. W efekcie wielkość światowego wytwarzania energii z od‑ nawialnych źródeł ma wzrosnąć dwukrotnie do 2030 r. Wkład ABB Efektywność energetyczna i odnawialne źródła energii to dwa obszary, które technologia ABB może wesprzeć w największym stopniu. Im właśnie poświęcone są artykuły w niniejszym informa‑ torze. Efektywność energetyczna – na wyciągnięcie ręki Bardziej efektywne wykorzystanie energii nie tylko przyczyni się do ograniczenia lwiej części emisji, lecz także stanowi prawdo‑ podobnie najtrwalszy i najtańszy sposób na ich obniżenie oraz poprawę światowego bezpieczeństwa energetycznego4. Różnice pod względem efektywności energetycznej w skali świa‑ towej wskazują, jak wiele można osiągnąć przy obecnym pozio‑ mie rozwoju techniki. Najbardziej efektywne gospodarki świata generują blisko sześciokrotnie wyższy produkt krajowy brutto niż te najmniej efektywne, zużywając przy tym tę samą ilość energii (patrz wykres obok). Do najważniejszych zalet istniejących energooszczędnych technologii zalicza się ich niezawodność oraz krótki okres zwrotu inwestycji. Umożliwiają one oszczędzanie energii oraz ogranicza‑ nie oddziaływania na środowisko bez szkody dla rozwoju gospo‑ darczego. Energia odnawialna Ilość wytwarzanej energii z odnawialnych źródeł ma się gwałtow‑ nie zwiększyć do 2030 r. Konieczne do tego celu technologie dojrzewają i stają się coraz bardziej konkurencyjne. Jednocześnie zaś narasta niepokój o koszty i bezpieczeństwo dostaw paliw ko‑ palnych, a polityka wspierania programów wykorzystania energii odnawialnej nabiera coraz większego znaczenia. 4. Końcowe oświadczenie szczytu G8, czerwiec 2007 r. 2 Efektywność energetyczna i odnawialne źródła energii | Energia a wyzwania klimatyczne Informacje ogólne Efektywność energetyczna i odnawialne źródła energii ABB i efektywność energetyczna Jak byśmy się czuli, gdybyśmy mieli do dyspozycji zaledwie 20% naszych zarobków? Albo gdyby 80% tygodniowych zakupów spo‑ żywczych psuło się lub lądowało w koszu? Z tego rodzaju sytuacją mamy do czynienia w przypadku źródeł energii pierwotnej – surowców, od których uzależnione jest nasze życie. Efektywność procesu odnajdywania i eksploatacji źródeł energii pierwotnej (takich jak ropa naftowa, węgiel czy gaz ziemny) oraz ich rafinacji i transportu, a także przekształcania w elektrycz‑ ność i dostarczania jej do odbiorców, wynosi jedynie około 20%. Wielu rodzajów strat nie można uniknąć, ale możliwa jest znaczą‑ ca poprawa efektywności. Jako światowy lider w dziedzinie technologii przesyłu i rozdziału energii, a przy tym czołowa firma w obszarze automatyki, ABB może pomóc w oszczędzaniu energii na każdym etapie łańcucha energetycznego, od eksploatacji energii pierwotnej, przez transport i przetwórstwo, aż po wytwarzanie, przesył i końcowy odbiór energii. Dzięki ograniczaniu zużycia i strat energii, podnoszeniu wydajno‑ ści i efektywniejszemu zarządzaniu urządzeniami elektrycznymi, technologie ABB mogą ograniczyć marnowanie energii oraz ponad dwukrotnie zwiększyć obecną wydajność łańcucha ener‑ getycznego. Ponadto ABB jest rynkowym liderem w dziedzinie kluczowych technologii energooszczędnych w gospodarkach rozwijających się, gdzie potrzeba wysokiej efektywności energetycznej i poten‑ cjał jej osiągnięcia są największe. W Chinach i Indiach ABB jest li‑ derem w dziedzinie technologii przesyłu i rozdziału energii, a także czołowym dostawcą dla rodzących się sektorów przemysłu. Naszymi klientami są zakłady użyteczności publicznej odpo‑ wiedzialne za wytwarzanie, przesył i rozdział energii. Zaliczamy się także do największych dostawców systemów automatyki i energetyki dla wszystkich gałęzi przemysłu, w tym dla sektora transportu. Wykres przedstawiony poniżej ilustruje potencjał technologii i roz‑ wiązań ABB w dziedzinie oszczędzania energii na każdym etapie łańcucha energetycznego. Technologia ABB ogranicza straty energii w całym łańcuchu energetycznym Automatyka procesowa Systemy transportu Automatyka zakładów przemysłowych Eksploatacja sieci przesyłowej Automatyka procesowa Napędy i silniki Instalacje w budynkach Straty energii bez stosowania produktów ABB Straty energii zredukowane dzięki produktom ABB Potencjalna poprawa Wytwarzanie energii pierwotnej Transport (np. transport rurociągowy i morski) Niska sprawność przekształcania energii (np. elektrownie) Straty na liniach przesyłowych Procesy produkcyjne Niska sprawność silników, straty generowane przez instalacje w budynkach Efektywność energetyczna w wytwarzaniu energii pierwotnej ABB pomaga przedsiębiorstwom wydobywającym źródła energii pierwotnej, takie jak ropa naftowa, gaz ziemny i węgiel, przepro‑ wadzać działania w sposób bardziej efektywny i zużywać mniej energii przy wydobywaniu i dostarczaniu wymienionych produk‑ tów odbiorcom. W górnictwie węglowym wysoko sprawne silniki oraz napędy zespołów wyciągowych i taśm transportowych mogą zwiększyć opłacalność i sprawność eksploatacji. Z kolei zakład przetwórstwa skroplonego gazu ziemnego (LNG) wyposażony w napędy elektryczne produkcji ABB – zamiast konwencjonalnych turbin gazowych – oszczędza rocznie blisko 100 milionów dolarów. Wśród innych korzyści wymienić można wyższą sprawność energetyczną, efektywniejsze cykle konserwa‑ cji, dłuższy czas bezawaryjnej pracy oraz niższy poziom emisji – zakład dostarczający rocznie 6,25 miliona ton mógłby ograniczyć roczną emisję CO2 o 360 tys. ton. Przedsiębiorstwu StatoilHydro firma ABB dostarczyła podwodne połączenie elektroenergetyczne o wysokiej zdolności przesy‑ łu o długości 70 kilometrów, które pozwala przesyłać energię elektryczną – wyprodukowaną w sposób niewiążący się z emisją dwutlenku węgla – z hydroelektrowni z Norwegii kontynentalnej do platformy gazowej Troll A na Morzu Północnym. Dzięki wyso‑ konapięciowemu systemowi prądu stałego (HVDC) oraz silnikom o dużej sprawności napędzającym urządzenia do transportu gazu udało się obniżyć roczną emisję dwutlenku węgla przez platformę o 130 tys. ton. Technologie ABB mogą także usprawnić wydobycie nośników energii pierwotnej. Nasze rozwiązania w dziedzinie prowadze‑ nia podmorskich sieci elektroenergetycznych zapewniają ciągłą pracę silników sprężarek na dnie morza, co wydłuża możliwy czas eksploatacji złóż ropy naftowej i gazu oraz zwiększa wydajność wydobycia. Efektywność energetyczna w transporcie Ropę naftową i gaz transportuje się drogą lądową i morską – rurociągami lub przy użyciu tankowców. Według szacunków eksport skroplonego gazu ziemnego (LNG) wzrośnie trzykrotnie Należąca do przedsiębiorstwa Enel elektrownia Torrevaldaliga we Włoszech, opalana wzbogaconym węglem. Elektrownia ta została wyposażona w systemy sterowania i urządzenia elektryczne firmy ABB, dzięki którym sprawność zakładu wzrosła z 39% do 45% do 2030 r., a już obecnie Europa Zachodnia i Ameryka Północna importują go coraz więcej w zbiornikach tankowców. Dzięki technologii ABB możliwe jest obniżenie strat energii oraz emisji CO2 w transporcie lądowym i morskim. Systemy napędu statków typu Azipod produkcji ABB ograniczają zużycie paliwa nawet o 15%. ABB dostarcza także sieci zasilania, za których pośrednictwem statki cumujące w portach mogą czerpać prąd elektryczny z lądu zamiast wytwarzać go we własnym zakresie. Rozwiązanie to sprzyja redukcji emisji m.in. CO2. Ponad połowa eksploatowanych na świecie tankowców, kon‑ tenerowców, elektrowni z silnikami wysokoprężnymi i pojazdów górniczych wyposażona jest w wysoko sprawne turbosprężarki produkcji ABB, przyczyniające się do zwiększenia mocy silników nawet o 300%. Operatorzy rurociągów regulują przepływ gazu i wykrywają wycie‑ ki przy użyciu energooszczędnych rozwiązań ABB, obejmujących sprężarki, napędy, aparaturę kontrolno‑pomiarową i systemy sterowania odpowiadające za pompowanie gazu przez rurociągi o długości tysięcy kilometrów. Pięć tłoczni gazu zbudowanych przez ABB oraz systemy sterowania, automatyki i systemy elek‑ troenergetyczne wspierają pracę rurociągu jamalskiego o długo‑ ści 4000 kilometrów, transportującego gaz z zachodniej Syberii do zachodniej Europy. Efektywność energetyczna w sektorze wytwarzania energii W dziedzinie wytwarzania energii systemy ABB zwiększają sprawność spalania paliwa, usprawniają pracę kotłów oraz ograniczają zużycie energii przez urządzenia wspomagające. Głównym paliwem w sektorze wytwarzania energii jest wciąż węgiel. Począwszy od 1970 r., średnia sprawność energetyczna elektrowni opalanych węglem wzrosła o około 20%. Przeciętnie wydajność procesu przetwarzania węgla w prąd elektryczny wynosi obecnie 40%, natomiast nowoczesna elektrociepłownia (zakład wytwarzania skojarzonej energii elektrycznej i cieplnej), w której ciepło pochodzące z procesu wytwarzania energii elektry‑ cznej jest wykorzystywane do ogrzewania pobliskich budynków, może osiągnąć wydajność aż 85%. Maszyna papiernicza w szwedzkiej papierni Stora Enso Kvarnsveden. Maszyna ta jest wyposażona w 45 napędów, przemienników częstotliwości i silników produkcji ABB 4 Efektywność energetyczna i odnawialne źródła energii | ABB i efektywność energetyczna Firma ABB opracowała i oddała do eksploatacji projekty w dzie‑ dzinie wytwarzania energii skojarzonej na całym świecie. Jedna z nich znajduje się w centrum jednego z miejskich systemów ogrzewania w Chinach. Dzięki niej ciepło, które zwykle jest traco‑ ne w chłodniach kominowych, wykorzystuje się do ogrzewania lokali zamieszkałych przez około milion osób. Oznacza to obniże‑ nie emisji CO2 o 500 tys. ton oraz SO2 o 2,2 tys. ton rocznie. ABB dostarcza elektrowniom wszystkie urządzenia elektrycz‑ ne i automatykę, z wyjątkiem turbin i kotłów. Oprogramowanie do sterowania spalaniem i systemy precyzyjnej kontroli pracy kotłów sprzyjają ograniczaniu strat oraz lepszemu wykorzystaniu nośników energii pierwotnej poprzez realizację procesu na granicy jego najwyższej wydajności. Po uruchomieniu w 2010 r. nowa, opalana węglem elektrownia „Walsum 10” o mocy 750 MW będzie najwydajniejszym zakładem w Niemczech, a to dzięki zoptymalizowanym urządzeniom i syste‑ mom monitorowania produkcji ABB. Umożliwią one dostarczanie większej ilości energii elektrycznej do sieci przesyłowej w porów‑ naniu z jakimikolwiek innymi elektrowniami zużywającymi tę samą ilość paliwa. Efektywność energetyczna w sektorze przesyłu energii Za pośrednictwem systemów przesyłu i rozdziału elektryczność jest doprowadzana do odbiorców końcowych, odległych często o setki lub nawet tysiące kilometrów od elektrowni. Straty miesz‑ czą się zwykle w przedziale od 6% do 8%, mogą jednak wzrosnąć nawet do 10%. Współczesne technologie pozwalają zaoszczędzić znaczne ilości energii elektrycznej oraz podwyższyć zdolność przesyłu sieci przesyłowych i rozdzielczych o 16%, dzięki czemu do odbiorców może docierać większa ilość energii w ramach istniejących sieci, bez potrzeby budowania nowych linii przesyłowych i elektrow‑ ni. Opierając się na jednej z takich technologii przesyłu, Chiny zwiększyły o 40% moc korytarza przesyłowego zaopatrującego w elektryczność Pekin. Komisja Europejska szacuje, że przy obecnym poziomie rozwoju techniki straty sieciowe w Unii Europejskiej można obniżyć nawet o 48 mln MWh rocznie, co odpowiada rocznemu zużyciu energii przez 13 milionów gospodarstw domowych na obszarze Wspól‑ noty. ABB jest uznanym światowym liderem w dziedzinie zaawansowa‑ nych technologii przesyłu i rozdziału energii, takich jak wysoko‑ napięciowe systemy prądu stałego (HVDC) oraz transformatory mocy i transformatory rozdzielcze o wysokiej sprawności, znaczą‑ co redukujące straty mocy. W Chinach technologia HVDC firmy ABB pomoże obniżyć zużycie niewzbogaconego węgla o 40–50 milionów ton rocznie, obniżając w ten sposób emisje dwutlenku węgla o 100 milionów ton. Ener‑ gia elektryczna wytwarzana w elektrowni wodnej Zapora Trzech Przełomów jest przesyłana do oddalonego o ponad 1000 kilo‑ metrów Szanghaju za pośrednictwem dwóch linii przesyłowych HVDC, przy czym energia zaoszczędzona na jednej linii wystarcza do zaopatrzenia w energię ponad 150 tys. gospodarstw domo‑ wych. Z kolei dzięki linii przesyłu prądu stałego o najwyższym napięciu (UHVDC) możliwe jest obniżenie strat w sieci przesyłowej o mniej więcej 30% na odcinkach o długości powyżej 1500 kilometrów. Efektywność energetyczna w przemyśle Według Międzynarodowej Agencji Energetycznej (MAE) przemysł zużywa około 42% całej wytwarzanej energii elektrycznej. Do naj‑ bardziej energochłonnych gałęzi przemysłu zalicza się przemysł cementowy, chemiczny i metalurgiczny. Znakomita większość wyrobów ABB dla przemysłu przyczynia się do oszczędzania energii, zapewniając wydajniejszą pracę fabryk przy użyciu najnowocześniejszych systemów sterowania, produk‑ tów automatyki oraz urządzeń elektrycznych. Do najważniejszych technologii dostępnych w ofercie ABB należą elementy sterujące, oprogramowanie dla przedsiębiorstw, aparatura kontrolno-po‑ miarowa, produkty niskonapięciowe, napędy, silniki, roboty oraz turbosprężarki. Potencjalne oszczędności energii zużywanej przez przemysł są ogromne, biorąc pod uwagę choćby same układy silników: na setki milionów silników elektrycznych napędzających maszyny, sprężarki, wentylatory, pompy czy przenośniki w zakładach niemal każdej gałęzi przemysłu przypada około 67% całkowitego zużycia energii elektrycznej przez przemysł. Ponad 90% tych silników to jednostki pozbawione możliwości re‑ gulacji zużycia energii, albo umożliwiające jedynie prostą, w głów‑ Efektywność energetyczna i odnawialne źródła energii | ABB i efektywność energetyczna 5 nej mierze nieefektywną regulację. Wiele z nich pracuje bezustan‑ nie z maksymalną prędkością niezależnie od faktycznych potrzeb. W wielu zastosowaniach zużycie energii można ograniczyć do jednej ósmej poprzez obniżenie o połowę prędkości silnika. Firma ABB dostarczyła ponad 2,5 miliona energooszczędnych urządzeń do sterowania silnikami. Napędy niskonapięciowe ABB (tylko jeden z rodzajów urządzeń do sterowania pracą silnika) pozwoliły w 2008 r. zaoszczędzić ponad 170 mln MWh energii elektrycznej, co odpowiada rocznemu zużyciu energii przez 42 miliony gospodarstw domowych w 27 państwach członkowskich Unii Europejskiej. Pod względem emisji CO2 oszczędności wynio‑ sły około 140 milionów ton, co odpowiada rocznemu poziomowi emisji 35 milionów samochodów. W celu podniesienia wydajności i jakości oraz ograniczenia ryzyka związanego z bezpieczeństwem pracowników w zakładach przemysłowych wykorzystuje się roboty. Zwiększenie wydajności z reguły skutkuje mniejszą liczbą wybrakowanych produktów, a co za tym idzie – niższym zużyciem energii w przeliczeniu na gotowy wyrób. Roland Murten AG, szwajcarski producent pie‑ czywa, dzięki zastosowaniu robotów ABB ograniczył o 80% liczbę wybrakowanych produktów na linii pakowania precli, obniżając przy tym zużycie energii o 12% w przebiegu procesu. Efektywność energetyczna w budynkach handlowych i mieszkalnych Jak podaje MAE, udział miast w światowej emisji CO2 wynosi ponad 70%. Na budynki handlowe i mieszkalne przypada około 38% światowego zapotrzebowania odbiorców końcowych na energię, głównie do ogrzewania i chłodzenia oraz zasilania urządzeń elektrycznych. Znaczące oszczędności energii bez straty dla komfortu czy jakości życia można uzyskać poprzez dostosowanie temperatury ogrzewania, oświetlenia i pracy urządzeń elektrycznych do bieżących potrzeb. ABB dostarcza codziennie milion wyrobów dla budynków handlowych i mieszkalnych, zalicza się również do czołowych pro‑ ducentów niskonapięciowych urządzeń i automatyki sterowniczej oraz systemów automatyki budynku, przynoszących oszczędności przede wszystkim w trzech obszarach: Regulacja temperatury – do 30%; Sterowanie oświetleniem – do 50%; Automatyka budynku – do 60%. Wyprodukowany przez ABB wysokonapięciowy transformatorowy przetwornik prądu stałego na napięcie 800 kV – jeden z głównych składników systemów hurtowego przesyłu energii elektrycznej dalekiego zasięgu – zastosowany w najdłuższym na świecie połączeniu służącym przesyłowi energii w Chinach. 6 Efektywność energetyczna i odnawialne źródła energii | ABB i efektywność energetyczna Informacje ogólne Efektywność energetyczna i odnawialne źródła energii ABB i energia odnawialna Według Międzynarodowej Agencji Energetycznej (MAE) do 2030 r. ilość energii elektrycznej wytwarzanej ze źródeł odnawialnych wzrośnie ponad dwukrotnie. Największy wzrost będzie dotyczył energetyki wodnej i wiatrowej energetyki lądowej, a w dalszej kolejności wiatrowej energetyki morskiej oraz słonecz‑ nej. Odnawialne źródła energii mają w ciągu kolejnych sześciu lat wy‑ przedzić gaz ziemny jako drugie pod względem wielkości źródło energii elektrycznej (po węglu). Szczególnie szybko rozwija się światowe wytwarzanie energii w oparciu o energię wiatru i przewiduje się, że do 2030 r. wzrośnie ono jedenastokrotnie, przy czym największy wzrost jest spodzie‑ wany w Europie. W 2009 r. zatwierdzono utworzenie 20 farm wiatrowych na Morzu Północnym oraz 7 na Bałtyku. Łącznie oznacza to dostarczenie do sieci przesyłowej około 12 tys. MW energii elektrycznej zi wiatru do 2015 r. Światowe wytwarzanie energii ze źródeł odnawialnych Światowe wytwarzanie energii Wytwarzanie energii ze źródeł odnawialnych Źródło: Międzynarodowa Agencja Energetyczna, Scenariusz referencyjny 2008. ABB dostarcza technologie energetyki i automatyki dla przemysłu energii odnawialnej. Technologie te służą do wytwarzania energii z odnawialnych źródeł, sterowania elektrowniami oraz doprowa‑ dzania prądu do sieci przesyłowej. Energia elektryczna uzyskana ze źródeł odnawialnych jest doprowadzana do sieci przesyłowej w taki sposób, aby utrzymać lub poprawić stabilność sieci, nawet gdy zmieniające się warunki atmosferyczne powodują nieregular‑ ne wytwarzanie energii. Wiele spośród wymienionych technologii wykorzystuje się także w innych segmentach energetyki odnawialnej – w wytwarzaniu ciepła lub produkcji biopaliw – jednak główną działalnością rynko‑ wą firm z branży energetyki odnawialnej pozostaje wytwarzanie energii oraz jej przesył. Oferta dla energetyki odnawialnej ABB jest największym dostawcą podzespołów elektrycznych, systemów i usług dla przemysłu energetyki wiatrowej. Projektuje i wytwarza transformatory, generatory, przyłącza do sieci i urzą‑ dzenia energoelektroniki, niezbędne do utrzymania stabilności sieci przesyłowej przy zmiennej podaży energii uzyskanej z odna‑ wialnego źródła. Farmy wiatrowe zlokalizowane w strefie przybrzeżnej lub na lądzie mogą być przyłączane do sieci przesyłowej przy zastosowaniu technologii prądu przemiennego (AC), umożliwiającej regulację napięcia i uniknięcie niestabilności (np. układy elastycznego prze‑ syłu prądu przemiennego FACTS), a także technologii wysokona‑ pięciowych systemów prądu stałego (HVDC). Dzięki innowacjom ABB w dziedzinie technologii HVDC farmy wiatrowe mogą być lokalizowane także daleko w głąb morza, w miejscach, w których średnia prędkość wiatru przewyższa tę na lądzie nawet o 20%, a uzyskana wydajność farm wiatrowych jest wyższa aż o 70%. Technologia HVDC zapewnia pełną kontrolę nad energią elek‑ tryczną, dzięki czemu nieregularne dostawy elektryczności z farmy wiatrowej nie zaburzają pracy sieci przesyłowej. Odmia‑ na tej technologii, nazwana przez ABB „HVDC Light”, pozwala na uruchomienie systemu przesyłowego ze stanu bezprądowego, np. po okresie bezwietrznym. Straty energii w trakcie przesyłu są bardzo małe, nawet na dużych odległościach. W Sierra Nevada w Hiszpanii powstaje pierwsza w Europie elektrownia słoneczna 100 MW. Andasol 1 i 2. Sterowanie i kontrola będą realizowane za pomocą wielokrotnie nagradzanego systemu ABB Extended Automation System 800xA. Zastosowanie bezolejowych kabli prowadzonych pod wodą do brzegu, skąd może rozpoczynać się podziemna linia przesy‑ łowa, to kolejne sposoby, dzięki którym technologia HVDC Light minimalizuje oddziaływanie na środowisko. Oprócz znacznego zaangażowania w projekty związane z ener‑ getyką wiatrową, ABB jest od wczesnych lat 90. XX w. liderem w dziedzinie energetyki słonecznej. Wtedy właśnie ABB opraco‑ wała platformę automatyki dla pierwszej na świecie doświadczal‑ nej elektrowni skupiającej promieniowanie słoneczne Plataforma Solar de Almeria (PSA) w Hiszpanii. Od tamtej pory braliśmy udział w pionierskich etapach projektów dotyczących niemal wszystkich rodzajów technologii fotowolta‑ icznych (PV) oraz technologii skupiania energii promieniowania słonecznego (CSP) w Europie, Ameryce Północnej, Australii, Afryce Północnej i na Bliskim Wschodzie. Poza dostarczaniem produktów, systemów i usług dla dużych elek‑ trowni wiatrowych, słonecznych i wodnych, realizujemy także zamó‑ wienia na generatory stanowiące kluczowe elementy projektów w dziedzinie wytwarzania elektryczności w oparciu o energię fal. ABB jest partnerem nagrodzonego pilotażowego projektu realizo‑ wanego w Niemczech, ukierunkowanego na ograniczenie zużycia energii i emisji CO2 poprzez integrację całego systemu sieci elektroenergetycznej – wytwarzania, rozdziału i zużycia – w jedną, interaktywną sieć czasu rzeczywistego. Rozwiązanie to pozwoli na połączenie czystej energii dostarczanej przez baterie słoneczne, z tą wytwarzaną przez turbiny wiatrowe, ogniwa paliwowe i inne źródła energii w ramach rozproszonego wytwarzania. Operator sieci przesyłowej będzie ponadto otrzymy‑ wał na bieżąco informacje na temat całej sieci elektroenergetycz‑ nej, dotyczące podaży i popytu ze strony odbiorców. Referencje ABB Borkum-2 to farma wiatrowa o mocy 400 MW, wyposażona w 80 turbin i zlokalizowana na Morzu Północnym w odległości 130 kilometrów od wybrzeża Niemiec. Jest to najbardziej oddalona od brzegu farma wiatrowa na świecie. Po rozpoczęciu produkcji w 2009 r. wybudowana przez ABB linia przesyłowa wykorzystują‑ ca technologię HVDC Light będzie przesyłać wytworzoną na mo‑ rzu energię elektryczną do oddalonego o 128 kilometrów brzegu, a następnie lądem na odcinku 78 kilometrów do niemieckiej sieci elektroenergetycznej. Totana to wysoko wydajna, dostarczona pod klucz hiszpańska elektrownia fotowoltaiczna o mocy 1 MW zaprojektowana przez ABB. Gotowe i przetestowane w fabryce moduły urządzeń mogą być szybko instalowane na miejscu i oddawane do eksploatacji. Rozwiązanie to obejmuje opatentowane technologie zwiększające wydajność zakładu. Totana wytwarza 2,2 GWh elektryczności o jakości dostosowanej do sieci przesyłowej, co pozwala uniknąć emisji około 1350 ton CO2. Wyprodukowane na zamówienie generatory ABB są kluczowy‑ mi elementami pierwszej na świecie przemysłowej elektrowni falowej – instalacji o mocy 2,25 MW u północnych wybrzeży Portugalii, przekształcającej energię fal w energię elektryczną. W procesie tym biorą udział trzy przemienniki energii fal, wytwa‑ rzające elektryczność dla półtora tysiąca portugalskich domów, co odpowiada rocznej emisji 6000 ton CO2. 8 Efektywność energetyczna i odnawialne źródła energii | ABB i energia odnawialna Informacje ogólne Efektywność energetyczna i odnawialne źródła energii Z perspektywy techniki: silniki i napędy Regulacja prędkości w samochodach zawsze była ważną kwestią. Można sobie wyobrazić, jaką trudność sprawiałoby prowadzenie samochodu poprzez trzymanie jednej nogi na pedale gazu i regulowanie prędkości pedałem hamulca. O wiele łatwiej przecież obniżyć bieg i zmniejszyć obroty silnika. Silniki elektryczne to konie pociągowe przemysłu. Nie dziwi więc, że według szacunków zużywają one około dwóch trzecich energii elektrycznej pochłanianej przez przemysł. Samemu przemysłowi przypisuje się około 42% światowego zużycia energii1, co wska‑ zuje na olbrzymie możliwości w zakresie oszczędzania energii poprzez usprawnienie eksploatacji silników elektrycznych. Silniki elektryczne są wykorzystywane w niemalże każdej działal‑ ności przemysłowej. Silniki napędzają różne maszyny, wentylatory, pompy, przenośniki i sprężarki w tak różnych zastosowaniach, jak chociażby przemysł farmaceutyczny i chemiczny, celulozowo-pa‑ pierniczy, cementowy, wydobywczy czy elektroniczny. Problem polega na tym, że wiele z tych silników to jednostki większe niż jest to potrzebne, a co więcej, większość z nich pra‑ cuje stale z pełną prędkością, nawet kiedy nie jest to konieczne. Podczas pracy silnika przy pełnej prędkości wydajność procesu reguluje się poprzez „dławienie”, które można przyrównać do re‑ gulowania prędkości samochodu poprzez jednoczesne naciskanie pedałów hamulca i gazu. W efekcie nie tylko marnowane są duże ilości energii, lecz także występuje nadmierne zużycie maszyn i urządzeń. Na szczęście istnieje sposób, aby temu zaradzić. Prędkość obrotową silnika 1 Międzynarodowa Agencja Energetyczna, Key World Energy Statistics 2008 (Światowa statystyka energii 2008 r.) elektrycznego można regulować poprzez zwiększanie lub obniża‑ nie ilości dostarczanej mu energii, za pomocą napędu ze zmienną prędkością obrotową. Ta prosta metoda może pomóc znacząco zredukować ilość energii elektrycznej zużywanej przez silnik, jak również wydłużyć żywotność urządzeń, na które w mniejszym stopniu oddziałują wówczas wstrząsy i impulsowe hamowanie, wynikające ze stosowania dławienia. Poprzez połączenie silnika z napędem ze zmienną prędkością (variable-speed drive – VSD) możliwe jest ścisłe dostosowanie prędkości silnika do wykonywanego zadania, dzięki czemu nie zużywa on więcej energii niż jest to konieczne. W typowych zastosowaniach oszczędność energii może wynieść około 30%, co oznacza, że inwestycja w napędy VSD często zwraca się w okresie krótszym niż rok. Jeszcze efektywniejszym rozwiązaniem jest użycie silników o wy‑ sokiej sprawności połączonych z napędami. Oszczędność poboru energii szybko wzrasta, ponieważ energia zużywana do napędza‑ nia silnika w czasie jego cyklu życia kosztuje sto razy więcej niż sam silnik. Międzynarodowa Komisja Elektrotechniczna (IEC) wprowadziła nowe normy sprawności energetycznej silników, w tym nowe za‑ sady dotyczące metod testowania oraz trzy nowe klasy sprawno‑ ści silników (od IE3 – najbardziej sprawny – do IE1). Nowe normy przewidują dokładniejszy pomiar sprawności silników. Korzystają na tym zarówno producenci, którzy mogą konkurować ze sobą na równych warunkach, jak i odbiorcy, którzy mogą w łatwiejszy sposób porównywać silniki pod względem ich sprawności. Nowe normy mogłyby także przyczynić się do znaczącego ob‑ niżenia emisji gazów cieplarnianych, jeśli zachęciłyby większość producentów silników do poprawy sprawności oferowanych pro‑ duktów. ABB produkuje pełną gamę silników klasy IE2 oraz silniki o najwyższej sprawności w klasie IE3. ABB jest największym na świecie wytwórcą silników elektrycznych i napędów ze zmienną prędkością. Sama baza zainstalowanych napędów niskonapięciowych produkcji ABB pozwoliła zaoszczę‑ dzić w 2008 r. około 170 TWh energii, co odpowiada rocznemu zużyciu energii przez ponad 42 miliony gospodarstw domowych w 27 państwach członkowskich Unii Europejskiej. Gdyby tę samą ilość energii miały wyprodukować elektrownie zasilane paliwami kopalnymi, doprowadziłoby to do emisji około 140 milionów ton dwutlenku węgla – ilości odpowiadającej rocznej emisji przez ponad 35 milionów samochodów. Większy nie zawsze lepszy Oprócz kwestii prędkości i niskiej sprawności znaczna większość silników eksploatowanych w światowym przemyśle to jednostki o zbyt dużych rozmiarach. Wynika to z faktu, że przedsiębior‑ stwa skłaniają się często do zakupu silników o większej mocy niż wymagana, zapewniając sobie w ten sposób margines mocy na wypadek krótkotrwałych wzrostów napięcia i niekontrolowane‑ go przeciążenia. Jednak stosując inteligentny lub oparty na oprogramowaniu system sterowania silnikami przedsiębiorstwa mogą zarządzać stanem, warunkami i zużyciem energii dla wszystkich silników w swoim zakładzie. Dzięki temu zyskują możliwość instalowania mniejszych silników o dużo niższym poborze energii, wiedząc przy tym, że ich inwestycja jest monitorowana i zabezpieczona. Mniej‑ sze, energooszczędne silniki, które odpowiednio zwymiarowano dla określonego zastosowania, zużywają mniej energii i przyczy‑ niają się do obniżenia emisji gazów cieplarnianych. W typowym zakładzie średniej wielkości, w którym eksploato‑ wanych jest 200 silników, wymiana zbyt dużego silnika o mocy 37 kW na silnik o mocy 30 kW pozwoliłaby zaoszczędzić 180 tys. kWh rocznie, a tym samym uniknąć emisji 90 ton dwutlen‑ ku węgla. W przypadku papierni wykorzystującej 1500 silników oszczędności byłyby jeszcze bardziej znaczące. Nowy napęd niskonapięciowy produkcji ABB został wyposażony w innowacyjny licznik energii wskazujący ilość zaoszczędzo‑ nej energii (w kilowatogodzinach lub lokalnej walucie), a nawet wielkość emisji dwutlenku węgla, jakiej uniknięto poprzez użycie napędu do sterowania prędkością silnika. Napęd ACS310 szcze‑ gólnie nadaje się do obsługi milionów małych silników elektrycz‑ nych stosowanych w typowych instalacjach pomp i wentylatorów, z których większość nie ma żadnej regulacji prędkości. Zmiennoprędkościowe napędy ABB serii ACH 550 pozwolą ograniczyć nie tylko zużycie energii, ale i hałas w restauracjach McDonald’s. Referencje ABB – W 50 brytyjskich restauracjach McDonald’s napędy sterujące prędkością wentylatorów kuchennych obniżyły zużycie energii o połowę, zaowocowało także cichszą pracą wentylatorów. – Inwestycja w napęd wentylatora chłodzącego w największej meksykańskiej kopalni rudy żelaza Pena Colorada pozwoliła obniżyć zużycie energii instalacji o 23%, a także zwiększyć wydaj‑ ność systemu poprzez poprawę jego dyspozycyjności. – Wyposażenie w napęd silnika mieszarki w chińskiej fabryce tworzyw sztucznych Daqing Petrochemical przyczyniło się do podniesienia jakości produkcji oraz zwiększenia oszczędności energii na poziomie 30%. 10 Efektywność energetyczna i odnawialne źródła energii | Z perspektywy techniki: silniki i napędy Informacje ogólne Efektywność energetyczna i odnawialne źródła energii Z perspektywy technologii: przesył prądu stałego Około 6–8% całkowitej energii elektrycznej wytwarzanej przez elektrownie to straty na liniach przesyłowych. Straty wynikają z rezystancji1 metalowych kabli stosowanych do przewodzenia prądu elektrycznego. Na skutek rezystancji część energii elektrycznej przekształca się w ciepło, które z kolei ulega rozproszeniu z linii przesyłowych do otaczającej je atmos‑ fery. Im dłuższą drogę musi pokonać prąd elektryczny, tym więcej energii zamienia się w ciepło, a tym samym jest tracone. Problem polega na tym, że w dzisiejszych czasach prąd elek‑ tryczny musi być przesyłany na dużych odległościach. Morskie farmy wiatrowe, zapory elektrowni wodnych w odległych górskich obszarach oraz międzynarodowe systemy handlu energią, umoż‑ liwiające przekazywanie elektryczności z kraju do kraju, wymagają wydajnych systemów przesyłowych dalekiego zasięgu, którymi prąd elektryczny będzie transportowany na duże odległości z ma‑ łymi stratami. Najskuteczniejsza do tego celu jest technologia wysokonapięcio‑ wego systemu prądu stałego (HVDC). Technologię HVDC opra‑ cowano w ABB ponad 50 lat temu, a do jej najważniejszych cech zaliczają się niskie straty energii w trakcie przesyłu w porównaniu z konwencjonalnym przesyłem prądu przemiennego (AC) oraz przesyłem prądu stałego (DC) o niższym napięciu. Systemy HVDC wymagają zastosowania urządzeń przekształca‑ jących prąd przemienny (postać, w jakiej jest wytwarzany) w prąd stały, a następnie – na drugim końcu linii przesyłowej – z powro‑ tem na prąd przemienny. Proces przetwarzania prądu wiąże się także ze stratami mocy, wobec czego technologia HVDC jest ekonomicznie opłacalna tylko na linii o długości przekraczającej 600 kilometrów w przypadku kabli napowietrznych lub 50 kilome‑ trów w przypadku kabli podwodnych. Jednak na bardzo dużych odległościach potencjalne oszczęd‑ ności energii i kosztów są znaczące. Straty wynoszą około 7,5% w przypadku systemu prądu przemiennego o napięciu 500 kV, przesyłającego 3000 MW energii na odległość 1000 kilometrów. Dzięki zastosowaniu technologii HVDC przy napięciu 500 kV straty energetyczne spadają do 6%. 1 Kable i urządzenia elektryczne wykazują opór wobec prądu elektrycznego, który stanowią przepływające przez nie elektrony. Prąd elektryczny często przy‑ równuje się do wody przepływającej przez rurę. Opór przewodu elektrycznego przypomina przeszkodę w rurze lub jej zagięcie, blokujące przepływ wody. Tradycyjna linia napowietrzna prądu przemiennego Napowietrzna linia prądu przemiennego z systemem FACTS* Linia napowietrzna HVDC Linia podziemna HVDC * FACTS: Układ elastycznego przesyłu prądu przemiennego – szereg technologii ABB zwiększających zdolność przesyłową istniejącej infrastruktury. Inżynier ABB testuje tyrystory systemu HVDC Light w trakcie instalacji W porównaniu z małą ilością energii przekazywanej pół wieku temu na stosunkowo krótkich odcinkach rozwój technologii HVDC pozwala na przesyłanie znacznie większych ilości energii na dużo większe odległości. Najdłuższy i charakteryzujący się największą mocą system przesyłu prądu stałego jest obecnie budowany w Chinach. Na odcinku ponad 2000 kilometrów prąd elektryczny z elektrowni wodnej Zapora Trzech Przełomów popłynie do Szan‑ ghaju linią 800 kV w technologii prądu stałego o najwyższym napięciu (UHVDC). Jedna linia napowietrzna będzie przenosić 6400 MW energii przy stratach wynoszących 7%. Zapewni to zaopatrzenie w energię 30 milionów mieszkańców regionu Szanghaju. Referencje ABB Firma ABB jest światowym liderem w dziedzinie przesyłu i roz‑ działu energii elektrycznej, mającym w swoim dorobku realizację ponad połowy uruchomionych lub znajdujących się na etapie budowy projektów HVDC na całym świecie. Zaliczają się do nich następujące inwestycje: Korzyści dla środowiska Przesył w technologii HVDC jest przyjazny dla środowiska z wielu względów. Pojedyncza linia HVDC zapewnia taką samą moc prze‑ syłową jak wiele linii w systemie prądu przemiennego. Oznacza to, że korytarze przesyłu prądu przemiennego mogą być znacznie węższe, co zmniejsza wymagania pod względem obszaru i ma‑ teriałów konstrukcyjnych. Ponadto w pewnych zastosowaniach kable przesyłowe mogą być zakopane pod ziemią, co eliminuje konieczność stosowania nieobojętnych dla krajobrazu stalowych wież. Troll A, platforma wydobywająca ropę naftową i gaz ziemny z dna Morza Północnego, jest zasilana z oddalonej o 70 kilometrów Norwegii kontynentalnej za pośrednictwem przełomowej, pod‑ wodnej linii HVDC Light. Zapewnia ona niezawodne zaopatrzenie w energię elektryczną oraz niższe wskaźniki emisji. Cross Sound, podwodne połączenie elektroenergetyczne HVDC Light o długości 40 kilometrów i mocy przesyłowej 300 MW, łączące sieci przesyłowe w stanie Connecticut i na Long Island w stanie Nowy Jork. Zwiększa ono niezawodność energetyczną oraz umożliwia handel energią w regionie. Linie HVDC dalekiego zasięgu na odcinku Zapora Trzech Przełomów–Szanghaj (jedna o długości 850 kilometrów, druga – 1060 kilometrów) zapewniają moc przesyłową 7200 MW między elektrownią wodną w środkowych Chinach a położonym na wy‑ brzeżu Szanghajem. Linia przesyłowa prądu stałego pozwala na przepływ prądu elek‑ trycznego w obu kierunkach, co zapewnia dalsze korzyści dla śro‑ dowiska. Zbudowane przez ABB, liczące 580 kilometrów długości połączenie między Norwegią a Holandią umożliwia importowanie przez Holendrów „zielonej” energii z norweskich hydroelektrowni w ciągu dnia – w okresie wysokiego zapotrzebowania – oraz eksportowanie nadwyżki z własnych elektrociepłowni w nocy, gdy zapotrzebowanie spada. Tego rodzaju możliwość efektywnego handlu energią zapewnia optymalne wykorzystanie energii odnawialnej oraz umożliwia holenderskim elektrociepłowniom ograniczanie produkcji, przekła‑ dając się na redukcję emisji CO2 o 1,7 mln ton rocznie. Na technologii przesyłu HVDC opiera się wizja pozyskiwania ener‑ gii słonecznej z obszarów pustynnych i przesyłanie jej do regio‑ nów o wysokim zaludnieniu na odległość 2–3 tys. kilometrów przy niskich stratach. Od rozpoczęcia realizacji tej obiecującej koncepcji dzieli nas jeszcze długa droga, jednak sama dostępność godnej zaufania i niezawodnej technologii przesyłu energii elektrycznej sprawia, że perspektywa ta staje się coraz bardziej realna. 12 Efektywność energetyczna i odnawialne źródła energii | Z perspektywy techniki: przesył prądu stałego
