Znaczenie energii elektrycznej dla gospodarki i życia codziennego

Współczesny postęp techniczny i technologiczny jest ściśle i bezpośrednio uzależniony od energii elektrycznej, która jest ważnym czynnikiem produkcji, tym bardziej że jej zastępowalność jest znacznie ograniczona. Urządzenia napędowe, procesy automatyzacji, wykorzystanie elektroniki, oświetlenie i wiele innych technologii wymagają energii elektrycznej. Niemal każdy wytworzony sztucznie przedmiot powstaje z jej wykorzystaniem. Z energii elektrycznej korzystają w coraz większym stopniu wszystkie działy gospodarki – przemysł, budownictwo, rolnictwo, transport i wiele innych.

Dostępność oraz wielkość/ilość wykorzystania energii elektrycznej jest także czynnikiem określającym potencjał inwestycyjny kraju lub regionu – przy łatwym dostępie wzrasta liczba inwestycji, co przekłada się na rozwój gospodarczy. Wydłuża także, dzięki oświetleniu, czas pracy i powoduje zmiany w strukturze zatrudnienia. Dostępność energii elektrycznej może więc nie tylko stanowić bezpośredni czynnik produkcji, ale także pośrednio stymulować wzrost gospodarczy.

Również w życiu codziennym jesteśmy uzależnieni od energii elektrycznej. Stała się ona częścią współczesnego stylu życia, zwłaszcza w krajach wysoko rozwiniętych, jako że ma wiele zastosowań w naszym codziennym życiu. Służy do oświetlania pomieszczeń, umożliwia działanie klimatyzacji i sprzętu AGD, jest warunkiem odpowiedniej diagnostyki medycznej (np. diagnostyki obrazowej), a wreszcie ratuje życie na oddziałach intensywnej opieki medycznej, zapewniając funkcjonowanie respiratorów i innego specjalistycznego sprzętu. 

Miarami znaczenia energii elektrycznej w rozwoju gospodarczym i życiu społecznym są m.in. produkcja przypadająca na 1 mieszkańca, jej udział w światowej produkcji energii elektrycznej, zużycie na 1 mieszkańca czy dostęp do elektryczności w gospodarstwach domowych. Są to bez wątpienia jedne z podstawowych wyznaczników rozwoju, zamożności społeczeństwa i jakości życia, tak oczywiste, że często wręcz marginalizowane w statystykach. Powszechnie przyjmuje się bowiem, że funkcjonowanie społeczne, a zwłaszcza gospodarcze bez energii elektrycznej nie jest możliwe.

Między rozwojem gospodarczym a poziomem elektryfikacji istnieje ścisły związek.  Zasięg elektryfikacji jest wprost proporcjonalny do stopnia rozwoju gospodarczego danego kraju lub regionu. Im szybciej postępuje zwiększanie dostępności energii elektrycznej, tym bardziej intensywny jest rozwój gospodarczy. Mimo tak oczywistych zależności na świecie wciąż wiele obszarów jest pozbawionych dostępu do energii elektrycznej.

Dziś trudno sobie wyobrazić funkcjonowanie społeczeństw bez stałych dostaw energii elektrycznej, która służy do zasilania niemal wszystkich urządzeń wykorzystywanych zarówno w gospodarce (w przemyśle, komunikacji, rolnictwie i wielu innych gałęziach), jak i w codziennym życiu. Stosunkowo łatwo ją produkować i przetwarzać na energię mechaniczną i cieplną. Można ją też przesyłać na duże odległości i wykorzystywać poza miejscem powstawania. To powoduje, że wzrasta zapotrzebowanie na energię elektryczną, a tym samym jej produkcję. Na przestrzeni ostatnich 80 lat zapotrzebowanie na nią zwiększyło się 10‑krotnie, podczas gdy wzrost ludności świata był w tym okresie 2,5‑krotny.

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 w 2023 r. wynosił 35,4%. 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. W 2023 r. ich udział w produkcji energii elektrycznej na świecie wynosił 22,5%. 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 2,7% (2023 r.). Największą jest elektrownia Shoaiba w Arabii Saudyjskiej o mocy 5600 MW. Do produkcji energii wykorzystywane są także łupki bitumiczne. 

Udział produkcji energii elektrycznej z poszczególnych źródeł - galeria map świata

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 w 2023 r. wytworzyły 9,1% energii elektrycznej na świecie. Największą funkcjonującą elektrownią jądrową jest Kashiwazaki‑Kariwa w Japonii, osiągająca moc 8212 MW.

R3LVLGCQ2MBLM

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 w 2023 r. wynosił 14,3%. 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).

R1SXOVCXXM5ZL

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 7,8% (2023 r.). 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.

R1PDULFRB4ATA

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

R14JNU8NL7M3D

Na fotografii widać sześć wiatraków produkujących prąd podczas pracy. Znajdują się na drugim planie za polem, na którym posadzone jest zboże. Wiatraki mają trzy skrzydła w kolorze białym z czerwonymi pasami, są umieszczone na wysokich słupach.

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 5,5% (2023 r.). Największą tego typu elektrownią na świecie jest Bhadla w Indiach o mocy 2700 MW.

R1OTC8O29S5K4

Na fotografii przedstawiono panele fotowoltaiczne. Są to czarne prostokąty umieszczone koło siebie, postawione na stojakach. Są one ustawione w rzędach, jeden za drugim, pod kątem ostrym do podłoża.

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.

R1V224N4MFO6Z

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.

R1B9D2CQG36F3

Ilustracja przedstawia elektrownię geotermiczną w Islandii. Z czterech kominów wydobywa się biały dym. Obok znajdują się budynki przemysłowe, od których odchodzą wielkie rury. W oddali znajdują się góry.

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.

R1KU1CVRLO4V7

Widoczna jest elektrownia, gdzie wykorzystywana jest energia biomasy. Jest to szary, prostokątny, ogrodzony budynek. Posiada wysoki komin. Na terenie kompleksu jest widoczna również biały, poziomo ułożony silos.

Struktura źródeł wytwarzania energii elektrycznej na świecie zmienia się powoli, ale coraz wyraźniej. Największy udział w latach 1985–2020 miały źródła wysokoemisyjne (paliwa kopalne, ok. 65–70%), lecz od pierwszej dekady XXI w. dynamicznie rośnie udział odnawialnych źródeł energii (OZE) – zwłaszcza energii słonecznej i wiatrowej (z 18% w 2010 r. do 31% w 2024 r.). W I półroczu 2025 r. OZE po raz pierwszy przewyższyły węgiel (34,3% vs 33,1%), choć kopalne nadal dominują na poziomie ok. 57–59%, uniemożliwiając zasadniczą zmianę struktury miksu energetycznego

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) - galeria diagramów

Do głównych producentów energii elektrycznej należą zarówno kraje wysoko rozwinięte (Stany Zjednoczone, 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%).

Tabela. Główne źródła produkcji energii elektrycznej w krajach będących największymi producentami energii elektrycznej oraz w Polsce (ostatnie dostępne dane: 2024/2023).