Czy skoncentrowana energia słoneczna zbawi naszą planetę?
10 000 kilometrów kwadratowych to obszar o wymiarach 100 x 100 km. To nieco więcej niż wynosi powierzchnia województwa opolskiego – najmniejszego województwa w naszym kraju. Obszar tej wielkości na Saharze wystarczy, żeby dzięki skoncentrowanej energii słonecznej – CSP zapewnić energię elektryczną całej planecie Ziemia.
Taką tezę postawił profesor Sir David John Cameron MacKay w swojej książce pt. „Zrównoważona energia – bez gorącego powietrza” (Sustainable Energy – Without the Hot Air). W książce wydanej przez niezależne wydawnictwo UIT Cambridge Ltd w 2008 roku.
Książka wydana początkowo w skromnym nakładzie 10 tysięcy egzemplarzy zjednała sobie wielu zwolenników, można powiedzieć wręcz fanów. Od domorosłych ekologów, po polityków i liderów biznesu. Zyskała wyróżnienia we wszystkich możliwych miejscach, gdzie toczone są debaty na temat energii i zmian klimatycznych.
Co ciekawe to właśnie fakt, że książka jest prawie wolna od polityki i ekonomii sprawia, że odróżnia się od innych dzieł głównego nurtu traktujących o zmianach klimatycznych.
Kim jest autor?
Profesor Sir David John Cameron MacKay urodził się 22 kwietnia 1967 w brytyjskim Stoke-on-Trent. Zmarł przedwcześnie w wyniku choroby 14 kwietnia 2016 roku.
Był brytyjskim fizykiem, matematykiem i naukowcem. Zajmował stanowisko Professor of Engineering na Wydziale Inżynierii Uniwersytetu w Cambridge. MacKay został mianowany głównym doradcą naukowym Departamentu Energii i Zmian Klimatu w Wielkiej Brytanii we wrześniu 2009 roku.
Jego zainteresowania wykraczające poza badania obejmowały rozwój skutecznych metod nauczania i rozwój Afryki. Regularnie wykładał w Afrykańskim Instytucie Nauk Matematycznych w Kapsztadzie od jego założenia w latach 2003-2006.
W 2008 roku ukończył książkę o zużyciu i produkcji energii bez paliw kopalnych zatytułowaną Zrównoważona Energia – Bez Gorącego Powietrza. Wydaną za własne pieniądze (10 tysięcy funtów). Książka doczekała się doskonałych recenzji w The Economist, The Guardian. Bill Gates nazwał ją „jedną z najlepszych książek o energii, jakie zostały napisane”. Podobnie jak swój podręcznik teorii informacji, MacKay udostępnił książkę za darmo w Internecie.
Swoją tezę o prawdziwych możliwościach wykorzystania energii słonecznej autor opiera na trzech filarach. Wysokim natężeniu promieniowania słonecznego, dużej dostępnej ziemi i zastosowanej nowoczesnej technologii. Te czynniki są obecne na Bliskim Wschodzie i w Afryce Północnej (określanym angielskim akronimem MENA).
Skoncentrowana energia słoneczna (CSP)
Kevin McCann przyglądał się aktualnym planom w zakresie energii odnawialnej w krajach tego regionu. Zauważył, że te wysokie poziomy bezpośredniego normalnego natężenia promieniowania sprawiają, że potencjał skoncentrowanej energii słonecznej (Concentrated Solar Power – CSP) na dużą skalę jest szczególnie atrakcyjny.
Uwzględniając fotowoltaikę, energia elektryczna wytwarzana w regionie wzrosła z 32 160 GWh w 2010 r. do 425 873 GWh w 2017 r. To stanowi imponującą roczną stopę wzrostu na poziomie 175%. Potencjał jest jeszcze większy, ale wymaga skokowej zmiany w zakresie przechowywania i transportu. A także długoterminowej stabilności politycznej w regionie MENA.
Ten region według McCanna posiada ogromne możliwości pod względem warunków demograficznych, klimatycznych i geograficznych. Dają mu one istotne korzyści naturalne dla rozwoju wielkoskalowych projektów energii odnawialnej.
Do najważniejszych z nich należą:
- Niska gęstość zaludnienia (szczególnie w krajach takich jak Arabia Saudyjska, Sudan, Oman);
- Światło słoneczne: wysokie bezpośrednie normalne napromieniowanie (DNI)
- Tania ziemia o niskiej wartości, szczególnie w krajobrazach pustynnych (np. Oman, Arabia Saudyjska, Sudan, Maroko).
Potencjał MENA dla CSP
Bezpośrednie napromieniowanie normalne (DNI) czyli to ilość promieniowania słonecznego odbierana na jednostkę powierzchni, mierzy się w kWh/m2. Duże obszary MENA mają tę zaletę, że niska gęstość zaludnienia w połączeniu z wysokimi poziomami DNI zwykle znacznie przekracza poziom 1800/kWh/m2/ rok. Taki poziom jest uważany za minimum dla dużych Instalacje Skoncentrowanej Energii Słonecznej (CSP) . Niskie wartości gruntów, szczególnie w regionach pustynnych MENA, łączą się z powyższymi czynnikami, tworząc lokalizacje bardzo korzystne dla CSP.
Natomiast w Europie potencjał ten jest znacznie bardziej ograniczony i to głównie kraje południowe stanowią idealne lokalizacje dla CSP. Nie jest więc przypadkiem, że kraje takie jak Hiszpania przodują we wdrażaniu tego typu technologii. Rzeczywiście, pierwszy komercyjny europejski obiekt CSP, projekt PS10 firmy Abengoa Solar , znajdował się w pobliżu Sewilli w Hiszpanii. Oddana do użytku w 2007 roku elektrownia o mocy 11 MW produkuje rocznie 23 400 MWh.
CSP – obiecująca technologia
Rozwój marokański kompleksu trzech zakładów CSP Noor-Ouarzazate osiągnie ponad 500 MW mocy zainstalowanej i dostarczy energię ponad milionowi Marokańczyków. Warto zauważyć, że od pierwszego komercyjnego zastosowania CSP w Europie do nowej fabryki w regionie MENA minęło tylko 10 lat. Przy czym ta druga osiągnęła 45 – krotny wzrost wydajności.
CSP jest zatem powszechnie uważana za wysoce obiecującą technologię. Do tego stopnia, że Międzynarodowa Agencja Energii szacuje, że nawet 11 procent światowej produkcji energii elektrycznej w 2050 r. może pochodzić z CSP.
Obecnie przewaga konkurencyjna regionu MENA w zakresie produkcji CSP jest daleka od pełnej realizacji. W regionie poczyniono znaczne postępy w ciągu ostatnich 10 lat, jednak rzeczywista produkcja pozostaje niewielkim procentem potencjału, który posiada.
Według raportu MENA Renewables Report opublikowanego w 2019 roku, całkowita moc energii słonecznej (fotowoltaicznej i cieplnej) ze wszystkich 21 krajów MENA wzrosła z 40,3 MW w 2010 roku do 580,2 MW w 2017 roku. Wytworzona energia elektryczna wzrosła z 32,2 GWh w 2010 do 425,9 GWh w 2017 roku, przy średniorocznym tempie wzrostu 175%.
Dekada szybkich postępów
Od czasu wydania książki McKaya w 2009 roku gwałtownie wzrosło tempo innowacji technologicznych w dziedzinie energii słonecznej i akumulatorów wraz z ulepszeniami w zakresie morskiej i lądowej energetyki wiatrowej.
Oczywiście teza dotycząca zaopatrzenia całego świata w energię pochodząca z Sahary profesora McKeya ma też wielu sceptycznych krytyków. Pierwszą zasadnicza wątpliwość jaką podnoszą jest sprawa transportu tej energii. Obecne możliwości przesyłowe niewątpliwie stanowiłyby poważny koszt, być może stawiający pod znakiem zapytania opłacalność całej inwestycji.
Przesyłanie tak ogromnych ilości energii do najdalszych zakątków świata jest faktycznie niemożliwe w tej chwili.
Naiwne pytania
Ale, czy zamiast skoncentrować się na nieracjonalnych, ideologicznych pomysłach na „ratowanie” świata w stylu europejskiego Fit for 55, nie lepiej zainwestować w badania dotyczące takiego przesyłu?
Czy nie lepiej zamiast na wysiłkach zmierzających do dominacji bogatych nad biedniejszymi, które służą jedynie utrzymaniu władzy poprzez stosowanie systemów handlu uprawnieniami do emisji, skoncentrować się na nowych technologiach, np. wodorowych?
Być może są to pytania naiwne. Warto jednak na nie odpowiedzieć. W przeciwnym wypadku dojdziemy do sytuacji, jaką mamy dzisiaj. To znaczy musimy już teraz odpowiadać na pytania zawarte w książce profesora McKeya zadane prawie 15 lat temu jako hipotetyczne. Oto niektóre z nich:
- Czy udałoby się powstrzymać kryzys energetyczny, gdyby każdy przykręcił ogrzewanie w swoim domu o 1oC, jeździł mniejszym samochodem i wyjmował z gniazdka ładowarkę do telefonu, gdy tylko ten się naładuje?
- Czy jeśli zmiany klimatu są „zagrożeniem większym niż terroryzm”, to rządy nie powinny wpisać do kodeksów karnych „gloryfikowania podróży” i wprowadzić praw przeciwko „promowaniu konsumpcji”?
- Czy przerzucenie się na „bardziej zaawansowane technologie” pozwoli nam wyeliminować emisje dwutlenku węgla bez zmiany naszego stylu życia?
Czytaj także: Blaski i cienie fotowoltaiki
Zdjęcie główne: By Amble – Own work, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=37624786
