Ograniczenie globalnego ocieplenia do 1,5 °C (w porównaniu z poziomem sprzed epoki przemysłowej) wymaga jak najszybszej restrukturyzacji systemu energetycznego. Szybkość tej transformacji jest, niestety, fizycznie ograniczona. Badanie Empa oblicza wpływ systemów magazynowania energii na maksymalną możliwą prędkość przejścia na powszechne korzystanie z energii odnawialnej, a tym samym na prawdopodobieństwo pomyślnego opanowania kryzysu klimatycznego.
Budowa infrastruktury dla systemu energii odnawialnej sama w sobie wymaga dużego zapotrzebowania na energię. Przejście do społeczeństwa przyjaznego klimatowi może paradoksalnie zapewnić tylko istniejący, głównie kopalny system energetyczny powodujący emisje CO2. Jednak im więcej energii z paliw kopalnych zostanie zainwestowanej na początku, tym szybciej będzie przebiegać transformacja. W konsekwencji tych działań, co jeszcze ważniejsze, tym mniej gazów cieplarnianych zostanie w sumie uwolnionych do środowiska.
Magazyny odgrywają ważną rolę w scenariuszach restrukturyzacji energetyki – od baterii, przez elektrownie szczytowo-pompowe, po paliwa syntetyczne ze źródeł odnawialnych. Jeśli systemy będą budowane i eksploatowane oprócz infrastruktury słonecznej na dachach i elewacjach, zapotrzebowanie na energię do przejścia wzrośnie. Scenariusze opracowane przez naukowców z laboratorium Technologii i Społeczeństwa firmy Empa pokazują, że im więcej obecnie powstaje magazynów energii, tym dłużej potrwa transformacja systemu, tym wyższa będzie ogólna emisja gazów cieplarnianych – w zależności, oczywiście, od zastosowanych technologii i postępu technologicznego.
Gdybyśmy chcieli utrzymać nasze obecne nawyki związane ze zużyciem energii, około 60% światowej produkcji energii słonecznej musiałoby być magazynowane – a ogólna pojemność magazynów energii musiałaby być wystarczająco duża, aby pokryć całe światowe zapotrzebowanie na energię przez około trzy tygodnie. Nawet przy bardzo optymistycznych założeniach scenariusz ten przekroczyłby cel 1,5 °C z co najmniej 50-procentowym prawdopodobieństwem.
Wymagania dotyczące przechowywania energii można jednak znacznie zmniejszyć za pomocą środków technicznych. Przykładowo elektryfikacja systemów grzewczych budynków i inteligentne sterowanie urządzeniami w wielu przypadkach umożliwia uelastycznienie wzorców zapotrzebowania bez konieczności zmiany zachowań energetycznych użytkowników. Taki scenariusz mógłby już zmniejszyć zapotrzebowanie na „pamięć masową” (sytemy magazynowania energii) o około połowę. Gdyby do magazynowania energii wykorzystano przede wszystkim elektrownie szczytowo-pompowe o wysokiej sprawności, przekroczenie celu 1,5 °C nastąpiłoby tylko z prawdopodobieństwem 14%. Dla porównania, przemysł energetyczny, który prawie nie wymaga magazynowania, może zmniejszyć prawdopodobieństwo przekroczenia celu 1,5 °C do zaledwie 3%.
Magazynowanie energii ma zatem fundamentalny wpływ na dynamikę przemian i ich konsekwencje dla klimatu: im mniej magazynowania jest potrzebne, tym szybciej możemy zrezygnować z paliw kopalnych. Trzeba przyznać, że wymaga to zmiany paradygmatu: odejścia od systemu energetycznego napędzanego popytem, w którym każdy może korzystać z energii, kiedy chce. Podstawowa idea społeczeństwa korzystającego ze Słońca: konsumenci, tacy jak przemysł, transport, gospodarstwa domowe i instytucje publiczne, koncentrują swoje energochłonne działania, jeśli to możliwe, około południa i latem, natomiast nocą i zimą są one minimalizowane. Możliwymi działaniami byłoby np. zastąpienie aktywnych środków energetycznych środkami pasywnymi. Oznacza to np. promowanie efektywnej izolacji budynków zamiast systemów grzewczych, które mają szczególnie negatywny wpływ na środowisko zimą. Chociaż produkcja takiej izolacji wymaga energii, to mogłaby ona powstawać w czasie, w którym występuje nadwyżka energii. Kolejnym możliwym działaniem jest zmiana środków transportu na takie jak trolejbusy i tramwaje, które nie wymagają systemów bateryjnych. Pomocne mogą być również proste zmiany w zachowaniu konsumentów, np. uruchamianie pralki w porze lunchu zamiast w nocy.
Wniosek: konsekwentne wdrażanie społeczeństwa miałoby potencjał do znacznego zminimalizowania zagrożeń klimatycznych i znacznego przyspieszenia transformacji systemu energetycznego. Pomogłoby to nie tylko w ochronie klimatu, lecz także w ochronie zasobów i obniżeniu kosztów, ponieważ systemy magazynowania energii są również materiałochłonne i drogie.
Studium „Słoneczne społeczeństwo”
W projekcie firmy Empa zbadano globalną transformację systemu energetycznego, biorąc pod uwagę sprzężenia zwrotne w bilansie energetycznym. Globalny system energetyczny ze wszystkimi jego składnikami został obliczeniowo połączony w dwie odrębne części, tzw. maszyny: maszynę kopalną, czyli dzisiejszy system energetyczny, oraz słoneczną, przyszły system obejmujący magazynowanie energii. Obie maszyny dostarczają energię społeczeństwu, ale maszyna słoneczna musi najpierw zostać stworzona lub zbudowana przy użyciu dodatkowej energii. W zależności od takich działań jak: wielkości inwestycji w paliwa kopalne, reinwestowanie energii słonecznej w okresie przejściowym, technologia magazynowania uwzględniająca postęp techniczny oraz wielkość wymaganego magazynu, różne scenariusze z szybszymi lub wolniejszymi fazami przejściowymi wpłyną na wynik wyższego lub niższego poziomu emisji CO2. Badanie zostało sfinansowane przez Szwajcarską Narodową Fundację Nauki (SNSF) w ramach Narodowego Programu Badawczego (NRP) 73, Zrównoważona Gospodarka.
Źródło: Empa – Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology
Zaprenumeruj Magazyn Fotowoltaika
