Energia elektrycznaenergia elektrycznaEnergia elektryczna jest dziś podstawą wszelkiej działalności gospodarczej oraz ważnym elementem funkcjonowania społeczeństw, służy bowiem do zasilania niemal wszystkich urządzeń wykorzystywanych zarówno w gospodarce (w przemyśle, komunikacji, rolnictwie i wielu innych gałęziach), jak i w codziennym życiu. To powoduje, że wzrasta zapotrzebowanie na energię elektryczną, a tym samym jej produkcja.

Produkcja energii elektrycznej na świecie

Jednym ze wskaźników rozwoju gospodarczego państw jest produkcja energii elektrycznej przypadająca na jednego mieszkańca. Przyjmuje się, że im więcej kraj wytwarza energii, tym wyższy jest jego poziom rozwoju. Energia elektryczna jest produkowana wskutek przetwarzania innych rodzajów energii w elektrowniach – obiektach technicznych składających się z jednego lub kilku zespołów urządzeń, służących do jej wytwarzania. Zamiana energii na prąd elektryczny następuje w generatorach.

Głównymi źródłami produkcji energii elektrycznej na świecie są tzw. źródła wysokoemisyjne, obejmujące przede wszystkim procesy spalania paliw kopalnych w elektrowniach cieplnych - węgla kamiennego i brunatnego, gazu ziemnego oraz (w mniejszym stopniu) oleju opałowego. Mają one ok. 60% udział w strukturze źródeł wytwarzania energii elektrycznej.

Elektrownie węglowe dominują w krajach o dużym wydobyciu tego surowca. Ich udział w produkcji energii elektrycznej na świecie wynosi 35%. Największe elektrownie opalane węglem kamiennym znajdują się w Chinach (elektrownia Tuoketuo o mocy 6720 MW).

Elektrownie gazowe, proste i tanie w budowie, emitują znacznie mniej zanieczyszczeń. Ich udział w produkcji energii elektrycznej na świecie wynosi 23%. Największą jest elektrownia Jebel Ali w Zjednoczonych Emiratach Arabskich o mocy 8695 MW oraz rosyjska elektrownia Surgut‑2 o mocy prawie 5597 MW.

Elektrownie opalane olejem opałowym, który jest produktem rafinacji ropy naftowej znajdują się głównie w krajach naftowych. Ich udział w produkcji energii elektrycznej na świecie wynosi 3%. Największą jest elektrownia Shoaiba w Arabii Saudyjskiej o mocy 5600 MW. Do produkcji energii wykorzystywane są także łupki bitumiczne. Największą na świecie jest estońska elektrownia Eesti o mocy 1615 MW.

Do źródeł niskoemisyjnych zalicza się elektrownie jądrowe oraz elektrownie bazujące na odnawialnych źródłach energii (OZE) - np.  spadku rzek, prądów i pływów morskich, fal, wiatru, Słońca, ciepła wnętrza Ziemi oraz energii biomasy.

Przyczyną rozwoju produkcji energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych były przede wszystkim:

• rosnące koszty pozyskiwania paliw kopalnych, zwłaszcza węgla,

• wyczerpanie tanich i łatwo dostępnych źródeł paliw kopalnych,

• dezindustrializacja i malejące znaczenie przemysłu ciężkiego opartego o surowce mineralne,

• pojawienie się problemu globalnego ocieplenia i świadomość konieczności ograniczenia wysokoemisyjnych źródeł energii.

Elektrownie jądrowe wykorzystują proces rozszczepienia jąder atomowych, podczas którego wyzwalana jest ogromna ilość energii cieplnej, pochłanianej przez wodę w zamkniętym obiegu napędzającą turbiny. Elektrownie te wytwarzają 11% energii elektrycznej na świecie. Największą funkcjonującą elektrownią jądrową jest Kashiwazaki‑Kariwa w Japonii, osiągająca moc 8212 MW.

R1APoA3d30h4A

Zdjęcie wykonane z lotu ptaka przedstawia zabudowania elektrowni. To głównie budynki o płaskich dachach, zbiorniki. Elektrownia położona jest nad zbiornikiem wodnym.

Elektrownie wodne wykorzystują energię spadku wód oraz pływów, a także prądów morskich i fal oceanicznych. Ich rozwój zależy od warunków środowiska, w tym m.in. ukształtowania terenu, gęstości sieci hydrograficznej, wielkości przepływu wody w korycie, warunków geologicznych oraz możliwości finansowych państw. Ich udział w produkcji energii elektrycznej na świecie wynosi 16%. Największą konwencjonalną hydroelektrownią jest elektrownia Trzech Przełomów w Chinach o mocy 22 500 MW, która jest jednocześnie największą elektrownią na świecie. Z kolei największą elektrownią przepływową jest Jirau w Brazylii (3750 MW), zaś pływową Sihwa w Korei Południowej (254 MW).

RIXnXwVvoEQ4a

Zdjęcie przedstawia elektrownię Trzech Przełomów w Chinach. Widać betonową wysoką barierę - zaporę. W tle są wzniesienia.

Elektrownie wiatrowe uzyskują energię przy pomocy turbin wiatrowych. Zespoły elektrowni wiatrowych wraz z infrastrukturą tworzą farmy wiatrowe. Ich udział w produkcji energii elektrycznej na świecie wynosi 5%. Największe elektrownie wiatrowe o mocy turbin od 13 do 16 MW są budowane obecnie w Chinach (elektrownia Gansu, Jiuquan o mocy 7965 MW), Danii i na Morzu Północnym.

RSYOAxIVVFJDb

Zdjęcie ukazuje liczne turbiny wiatrowe. Są zlokalizowane na płaskim terenie.

Elektrownie słoneczne wykorzystują promienie słoneczne kierowane przy pomocy luster na ogniwa fotowoltaiczne. Zawarte w nich roztwory (np. sodu, litu) parują i poruszają turbiny generatorów. Ich udział w produkcji energii elektrycznej na świecie wynosi 3%. Największą tego typu elektrownią na świecie jest Bhadla w Indiach o mocy 2700 MW.

Elektrownie geotermalne wykorzystują ciepło wnętrza Ziemi - podgrzewa ono niskowrzącą substancję (np. dwutlenek węgla), która paruje, poruszając w ten sposób turbiny generatorów. Największą tego typu elektrownią jest Cerro Prieto w Meksyku o mocy 820 MW. Natomiast w Stanach Zjednoczonych istnieje kompleks 18 elektrowni geotermalnych o łącznej mocy 1517 MW, czerpiących parę z ponad 350 studni zlokalizowanych w obrębie największego na świecie pola geotermalnego, w górach Mayacamas w Kalifornii.

R1Z7aUCCgCmEY

Zdjęcie ukazuje budynki elektrowni geotermalnej. Można zauważyć między innymi budynek, na którym umieszczone są duże panele słoneczne. Wokół elektrowni jest teren, nad którym unosi się dym. Teren jest pagórkowaty.

Elektrownie opalane biomasą pozyskują energię elektryczną ze spalania biomasy (np. drewna, słomy). Jedną z największych jest elektrownia Ironbridge w Wielkiej Brytanii o mocy 740 MW. Elektrownie wykorzystujące biomasę powstają często z przekształcenia węglowych.

R9hOSSOPvvMFF

Struktura produkcji energii elektrycznej na świecie w 2020 r. wg nośników energii. Spalanie węgla 35%, spalanie gazu ziemnego 23%, energia wodna 16%, energia jądrowa 11%, energia wiatrowa 5%, spalanie oleju opałowego 4%, energia solna 3%, inne odnawialne źródła 3%.

Przedstawiona struktura źródeł wytwarzania energii elektrycznej na świecie nieznacznie zmienia się w czasie. Największy udział w latach 1985‑2020 roku miały źródła wysokoemisyjne, jedynie od pierwszej dekady XXI w. wzrasta udział odnawialnych źródeł energii (zwłaszcza energii wiatrowej). Nie jest to jednak wzrost na tyle znaczący, aby zasadniczo zmienić strukturę źródeł produkcji energii elektrycznej.

Na świecie występują wyraźne regionalne różnice w strukturze źródeł produkcji energii elektrycznej. Wykazują one związek z występowaniem poszczególnych surowców energetycznych i poziomem rozwoju gospodarczego państw. W większości państw struktura produkcji zależy od posiadanych źródeł energii, np. złóż surowców energetycznych (ropy naftowej, gazu ziemnego, węgla kamiennego i brunatnego), zasobów geotermalnych czy rzek o dużym przepływie, pozwalających na rozwój hydroenergetyki. Niektóre kraje zmieniają swój tzw. mix energetycznymix energetycznymix energetyczny także z powodów politycznych i potrzeb ochrony środowiska, np. inwestując w odnawialne źródła energii.

Struktura produkcji energii elektrycznej na świecie w latach 1985‑2020 r. wg nośników energii (w TWh)

Do głównych producentów energii elektrycznej należą zarówno kraje wysoko rozwinięte (USA, Rosja, Japonia, Kanada, Niemcy, Francja oraz Wielka Brytania), jak i te, w których obecnie intensywnie rozwija się przemysł (np. Chiny, Indie, Brazylia). Dwa państwa, Stany Zjednoczone i Chiny, produkują niemal 40% światowej energii elektrycznej. Natomiast w wielu krajach Unii Europejskiej w ostatnich latach notowany jest spadek produkcji. Warto zauważyć, że w ciągu ostatnich dwudziestu lat całkowita produkcja energii elektrycznej najszybciej wzrastała w Azji, do czego przyczyniły się głównie Chiny i Indie, podczas gdy w innych regionach świata utrzymywała się na zbliżonym poziomie lub wykazywała niewielką tendencję wzrostową.

Biorąc jednak pod uwagę produkcję energii elektrycznej przypadającą na 1 mieszkańca, Indie, Chiny i Brazylia wykazują niskie wartości, zaś najwyższe (mierzone w kWh na osobę) osiągają kraje wysoko rozwinięte - Norwegia (ok. 26 tys.), Kanada (ok. 18 tys.), Szwecja (ok. 15,5 tys.), Finlandia (14,6 tys.) i Stany Zjednoczone (13,6 tys.).

W grupie największych producentów energii elektrycznej, wytwarzających rocznie powyżej 200 TWh, znajdują się przede wszystkim kraje wykorzystujące paliwa kopalne, zwłaszcza węgiel i gaz ziemny. W wielu przypadkach stanowią one główne, a czasem jedyne źródło produkcji energii elektrycznej. Są to z reguły kraje uzależnione od kopalnych surowców energetycznych, a udział źródeł wysokoemisyjnych w produkcji energii elektrycznej sięga, a często przekracza 70%. Należą do nich m.in. Chiny, Indie, Japonia, Meksyk, Południowa Afryka i Polska. Natomiast bardzo zróżnicowany mix energetyczny mają m.in. Stany Zjednoczone (38% z gazu ziemnego, 23% z węgla i 18% z atomu) i Niemcy (28% z węgla, 15% z gazu ziemnego, 12% z atomu), które do produkcji energii elektrycznej w znacznym stopniu wykorzystują także źródła odnawialne (wiatr 21%, energia solarna 8%).

Indeks dolny Tabela. Główne źródła produkcji energii elektrycznej w krajach świata produkujących rocznie powyżej 200 TWh energii elektrycznej w 2020 roku 
Indeks dolny Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., CC BY‑SA 3.0, opracowanie własne na podstawie danych, [online], dostępny w internecie: https://ourworldindata.org/electricity‑mix Indeks dolny koniec_{Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., CC BY‑SA 3.0, opracowanie własne na podstawie danych, [online], dostępny w internecie: https://ourworldindata.org/electricity‑mix} Indeks dolny koniec_{Tabela. Główne źródła produkcji energii elektrycznej w krajach świata produkujących rocznie powyżej 200 TWh energii elektrycznej w 2020 roku 
Indeks dolny Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., CC BY‑SA 3.0, opracowanie własne na podstawie danych, [online], dostępny w internecie: https://ourworldindata.org/electricity‑mix Indeks dolny koniecŹródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., CC BY‑SA 3.0, opracowanie własne na podstawie danych, [online], dostępny w internecie: https://ourworldindata.org/electricity‑mix}

Z kolei największym sięgającym 100% udziałem źródeł niskoemisyjnych w produkcji energii elektrycznej charakteryzuje się m.in. Islandia, Szwajcaria, Norwegia, Paragwaj, Albania i in., w których korzystne warunki przyrodnicze umożliwiają przede wszystkim wykorzystanie energii wód płynących. Islandia w największym stopniu na świecie wykorzystuje także energię geotermalną (31%), ze względu na sprzyjające warunki geologiczne. Z kolei światowym liderem produkcji energii elektrycznej przy wykorzystaniu energii jądrowej jest Francja, w której udział energetyki jądrowej w mixie energetycznym wynosi 71%.

Straty związane z magazynowaniem energii elektrycznej na dużą skalę i jej przesyłaniem powodują, że obszary produkcji energii pokrywają się na ogół z obszarami jej wykorzystania. Wymiana handlowa odbywa się zazwyczaj między sąsiednimi państwami. Tylko niektórzy główni producenci są jednocześnie liczącymi się jej eksporterami. Na liście importerów znajdują się z kolei kraje wysoko rozwinięte, w szczególności kraje Europy Zachodniej, co jest spowodowane deficytem surowców energetycznych na tym obszarze. Również największy producent energii elektrycznej, Stany Zjednoczone, jest jednym z jej głównych importerów, co świadczy o znacznej energochłonności amerykańskiej gospodarki.

Produkcja energii elektrycznej w Polsce

Produkcja energii elektrycznej w Polsce wyniosła w 2020 roku 157,4 TWh. Stanowi ona 0,63% światowej produkcji energii elektrycznej i 5,6% produkcji w krajach Unii Europejskiej. Od roku 1950 zwiększyła się ponad siedemnastokrotnie (z 9,4 do 157,4 TWh). Najbardziej intensywny wzrost produkcji nastąpił w okresie intensywnego uprzemysłowienia Polski (1960‑1980). Od 1985 produkcja energii elektrycznej zwiększyła się o ok. 25 TWh i wykazuje lekką tendencję wzrostową (z okresowymi spadkami w latach 1990‑1995, 2010 i 2020).

Energia elektryczna produkowana jest w Polsce przede wszystkim w elektrowniach zawodowychelektrownia zawodowaelektrowniach zawodowych. W 2020 roku wielkość produkcji w tych obiektach stanowiło 83% całej produkcji energii elektrycznej.

Do największych elektrowni zawodowych w Polsce należą:

1. Elektrownia Bełchatów (Rogowiec), 5102 MW, węgiel brunatny

2. Elektrownia Kozienice (Świerże Górne), 4016 MW, węgiel kamienny

3. Elektrownia Opole (Opole), 3342 MW, węgiel kamienny, biomasa

4. Elektrownia Jaworzno III (Jaworzno), 2255 MW, węgiel kamienny           

5. Elektrownia Połaniec (Zawada), 1882 MW, węgiel kamienny, biomasa

6. Elektrownia Rybnik (Rybnik), 1800 MW, węgiel kamienny           

7. Elektrownia Turów (Bogatynia), 1488 MW, węgiel brunatny, biomasa

8. Elektrownia Dolna Odra (Nowe Czarnowo), 1362 MW, węgiel kamienny

9. Elektrownia Pątnów I (Konin), 1200 MW, węgiel brunatny          

10. Elektrownia Łaziska (Łaziska Górne), 1155 MW, węgiel kamienny            

Indeks górny Tabela. Struktura mocy elektrowni krajowych [w MW] Indeks górny koniec^{Tabela. Struktura mocy elektrowni krajowych [w MW]}

Indeks górny Źródło: https://www.pse.pl/dane‑systemowe/funkcjonowanie‑kse/raporty‑roczne‑z-funkcjonowania‑kse‑za‑rok/raporty‑za‑rok‑2020#t1_1 Indeks górny koniec^{Źródło: https://www.pse.pl/dane‑systemowe/funkcjonowanie‑kse/raporty‑roczne‑z-funkcjonowania‑kse‑za‑rok/raporty‑za‑rok‑2020#t1_1}

Głównym źródłem produkcji energii elektrycznej są procesy spalania węgla kamiennego i brunatnego w elektrowniach konwencjonalnych – jego udział przekracza 73%, w tym węgiel kamienny stanowi 48%, a węgiel brunatny 25%. Wynika to z występowania na terenie kraju dużych zasobów tych surowców energetycznych, tradycji ich wydobycia oraz wieloletniego ukierunkowania rozwoju przemysłu energetycznego na energetykę konwencjonalną. Udział węgla systematycznie maleje na rzecz odnawialnych źródeł energii, które w 2020 roku miały ok. 15% udziału.

Według Polityki Energetycznejpolityka energetycznaPolityki Energetycznej Polski do 2040 r. (PEP2040) w najbliższych 20 latach polską energetykę czekają znaczne zmiany, zwłaszcza w zakresie struktury nośników energii. Zakłada się m.in., że:

• udział węgla kamiennego i brunatnego osiągnie nie więcej niż 56% w 2030 roku (a przy podwyższonych cenach uprawnień do emisji COIndeks dolny 2₂ może obniżyć się nawet do poziomu 37,5%) i 28% w 2040 roku,

• udział OZE we wszystkich sektorach i technologiach wzrośnie w 2030 roku do co najmniej 23%, w tym do 32% w elektroenergetyce (głównie energetyka wiatrowa i fotowoltaika), do 28% w ciepłownictwie oraz do 14% w transporcie (wskutek wprowadzenia elektromobilności),

• nastąpi wzrost mocy zainstalowanych w fotowoltaice: ok. 5‑7 GW w 2030 roku i ok. 10‑16 GW w 2040 roku,

• energetyka wiatrowa na morzu zostanie wdrożona od 2025 roku, a moc zainstalowana osiągnie: ok. 5,9 GW w 2030 roku i ok. 8‑11 GW w 2040 roku,

• energetyka wiatrowa lądowa osiągnie moc ok. 8‑10 GW w 2030 roku,

• pierwszy blok jądrowy o mocy 1‑1,6 GW zostanie uruchomiony w 2033 roku, kolejne będą uruchamiane co 2‑3 lata (cały program energetyki jądrowej zakłada budowę 6 bloków do 2043 roku).

Wprowadzone zostaną także innowacje w energetyce. Będą one polegać m.in. na wdrożeniu technologii magazynowania energii, inteligentnych systemów zarządzania energią czy technologii wodorowych.

Słownik