Auta na prąd wymagają najpierw znacznych inwestycji w jego produkcję

Zużycie prądu rośnie i będzie rosło – głównie dlatego, że co raz więcej osób w krajach rozwijających się ma i będzie miało do niego stały dostęp. Wzrostowi konsumpcji elektrycznej sprzyja też migracja do miast oraz wzrost produkcji przemysłowej.

Nowe źródła popytu

Rosną też nowe źródła popytu na energię elektryczną. Co raz większymi konsumentami stają się wyposażone w silniki elektryczne rowery, skutery, motocykle i samochody oraz autobusy. Wkrótce dołączą do nich ciężarówki, a być może także samoloty i statki. Nie można zapomnieć o centrach danych, które są już nieodłącznym elementem cyfrowej gospodarki, a także np. o „kopalniach” kryptowalut.

W 2040 r. zapotrzebowanie na energię elektryczną będzie na świecie o 58 proc. wyższe niż w 2016 r. i wyniesie nawet 36 tys. TWh. Nie da się go zaspokoić bez znacznie większych niż realizowane dotychczas inwestycji. Wydatki na zwiększanie mocy do produkcji prądu wyceniono aż na 10,2 bln dol. 72 proc. z tej kwoty pochłoną inwestycje w odnawialne źródła energii, z czego 3,3 bln dolarów przypadnie na elektrownie wiatrowe. Dla porównania, według Międzynarodowej Agencji Energetycznej światowe inwestycje w zwiększanie mocy i budowę sieci przesyłowych w 2016 r. wyniosły blisko 740 mld dolarów.

Powyższe prognozy pochodzą z ostatniej edycji raportu „New Energy Outlook 2017” przygotowanego przez Bloomberg New Energy Finance (BNEF).

Wzrost konsumpcji prądu nie rozłoży się na świecie równomiernie. Największy nastąpi w Chinach i Indiach, które w 2016 r. zużyły odpowiednio 5320 TWh i 1102 TWh energii elektrycznej. Według Międzynarodowej Agencji Energetycznej (MEA), w latach 2016-2040 zapotrzebowanie na prąd w Indiach wzrośnie przeszło dwukrotnie, a w Chinach o niemal 75 proc. W tym samym czasie w krajach Unii Europejskiej zwiększy się jedynie o nieco ponad 11 proc., zaś w USA o niespełna 18 proc.

By zaspokoić popyt na prąd, Chiny do 2040 r. muszą zwiększyć produkcję o tyle, ile dziś wynoszą moce wszystkich elektrowni w USA, zauważa MAE. W przypadku Indii wzrost powinien być tak duży, jak cała obecna moc w systemie energetycznym Unii Europejskiej.

– Do 2040 r. zapotrzebowanie na energię elektryczną służącą tylko do chłodzenia przekroczy w Chinach całkowite obecne zapotrzebowanie na energię elektryczną Japonii – twierdzi MAE w ubiegłorocznej edycji raportu „World Energy Outlook 2017”.

Auta podniosą zużycie

O ile Chiny i Indie oraz kraje rozwijające się będą w najbliższych dekadach inwestowały przede wszystkim w zwiększenie mocy produkcyjnych energii elektrycznej (w tym ze źródeł odnawialnych, OZE), to w Europie znaczące nakłady zostaną poniesione na zastąpienie źródeł energii opartych na węglu i atomie przez OZE. BNEF szacuje, że w 2040 r. 50 proc. energii produkowanej w Europie i 55 proc. wytwarzanej w Chinach pochodzić będzie ze źródeł odnawialnych. W Niemczech będzie to 78 proc. Według tych samych prognoz, światowe zapotrzebowanie na węgiel wykorzystywany w energetyce za 23 lata będzie o 15 proc. niższe niż w 2016 r.

Amerykańska rządowa U.S. Energy Information Administration (EIA) spodziewa się, że w krajach rozwiniętych, które dziś są jednymi z największych konsumentów energii elektrycznej, rosnąć będzie efektywność jej wykorzystania. Również BNEF w swych prognozach zakłada, że energochłonność przemysłu będzie spadać. Twierdzi, że w latach 2016-2040 zapotrzebowanie na energię elektryczną potrzebną do wytworzenia jednostki PKB zmniejszy się o 27 proc.

EIA przewiduje, że przemysł będzie nadal największym konsumentem energii elektrycznej, ale jej zużycie w budynkach mieszkalnych – a tym samym przez gospodarstwa domowe – i komercyjnych będzie rosło znacznie szybciej niż w przemyśle i transporcie. Jako powód szybkiego wzrostu popytu na prąd przez wszelkiego rodzaju budynki amerykańska agencja wskazuje na migrację do miast mieszkańców krajów rozwijających się oraz na wzrost dochodów ludności.

Analitycy BNEF szacują, że o ile w 2016 r. samochody elektryczne (EV) zużyły 6 TWh energii, to w końcu czwartej dekady XXI wieku będzie to już 1800 TWh, czyli ok. 5 proc. całej ówczesnej światowej konsumpcji prądu.

BNEF przewiduje, że w 2040 r. w Europie i USA konsumpcja prądu przez EV stanowić będzie odpowiednio 13 proc. i 12 proc. zużycia energii elektrycznej. Prognozy Bank of America Merrill Lynch mówią, że w Europie będzie to 11 proc.

Co ciekawe, prognozy EIA są wyraźnie niższe i mówią, że między 2016, a 2040 r. podwoi się wprawdzie zużycie prądu w transporcie (EV, a także np. kolej), ale wzrośnie ono jedynie do 4 proc. globalnego popytu.

Według szacunków firmy doradczej Cambridge Econometrics, w 2050 r., gdy po brytyjskich drogach poruszać się będą niemal tylko i wyłącznie EV oraz auta hybrydowe ładowane z gniazdka, łączne zapotrzebowanie na energię elektryczne z ich strony wyniesie 40-45 TWh. National Grid, brytyjski operator sieci energetycznych popyt szacuje wówczas na 35-46 TWh.

Całkowita konsumpcja na energię elektryczną Wielkiej Brytanii w połowie XXI wieku szacowana jest na ok. 460 TWh rocznie (według specjalizującej się w energetyce firmy Enerdata w 2016 r. wyniosła 307 TWh i była o 50 TWh niższa niż w szczytowym 2005 roku). Oznacza to, że auta elektryczne odpowiadać mają za ok. 1/4 wzrostu zużycia energii elektrycznej w Wielkiej Brytanii.

Na szacunki dotyczące zużycia prądu przez pojazdy elektryczne wpływ mają zarówno przewidywania dotyczące ich liczby, jak i zużycia energii na kilometr jazdy.

Prognozy dotyczące liczby pojazdów elektrycznych są bardzo rozstrzelone. Według BNEF w 2040 r. po drogach na całym świecie jeździć będzie 530 mln elektrycznych samochodów osobowych, co oznacza, że co trzecie auto będzie napędzane prądem. Prognozy Międzynarodowej Agencji Energii są ostrożniejsze. Mówią o 280 mln EV w 2040 r.  Agencja zaznacza jednak, że „dodatkowe wsparcie w postaci przyjętych polityk i rozwój infrastruktury mogłoby spowodować znacznie szybszy globalny wzrost ilości samochodów elektrycznych, których liczba mogłaby zbliżyć się do 900 mln do 2040 r.”. Według MAE, za 23 lata na świecie może być ok. 2 mld aut osobowych.

Wzrost wydajności=mniejsze zużycie prądu

Zużycie energii przez EV nie będzie rosło tak szybko, jak się pierwotnie mogło wydawać dzięki stałemu rozwojowi technologii. Bank Of America Merrill Lynch oczekuje, że znacząco wzrośnie efektywność wykorzystania energii przez EV, a tym samym zasięg samochodów, a wtedy częstotliwość ich ładowania spadnie.

O ile dziś auto elektryczne na baterię zużywa 1 kWh energii na przejechanie średnio 5,7 km, to w 2030 r. tyle samo energii wystarczy do przejechania średnio 8,1 km. W przypadku baterii o pojemności 60 kWh to odpowiednio 342 km i 486 km na jednym ładowaniu. Dla samochodu osobowego o rocznym przebiegu na poziomie 15 tys. km oznacza to redukcję liczby pełnych ładowań z 44 do 31.

Poza samochodami osobowymi na baterię należy pamiętać o autobusach i ciężarówkach. Te pierwsze już jeżdżą po ulicach miast, w tym w Polsce. Mniejsze, 12 metrowe autobusy wyposażone w baterie 200 kWh są w stanie przejechać do 300 km, czyli mniej więcej tyle, ile co dnia pokonuje miejski autobus. Większe – 18 metrowe przegubowce – by pokonać taki dystans potrzebują baterii o większej pojemności lub muszą być doładowywane w ciągu dnia.

Pierwszym miastem na świecie, w którym jeżdżą tylko autobusy elektryczne jest chińskie Shenzen. 12-milionowe miasto wykorzystuje 14 tys. takich pojazdów. Kilkanaście innych wielkich miast na świecie chce w najbliższych latach w zbiorowym transporcie miejskim eksploatować tylko pojazdy elektryczne.

Można szacować, że gdyby Warszawa (w szczycie w stolicy jeździ ok. 1500 autobusów) poszła w ślady Shenzen, to w skali roku autobusy elektryczne komunikacji miejskiej zużywałyby ok. 120 GWh energii.

Pod koniec tej dekady pojawi się jeszcze jeden komunikacyjny konsument prądu – elektryczne ciężarówki. Zaprezentowany przez Teslę ciągnik siodłowy Semi ma przejechać 800 km na jednym ładowaniu, a to oznacza, że pojemność baterii wynosi – według różnych szacunków, bo Tesla nie ujawnia tej informacji – od 800 kWh do nawet 1,5 MWh. Flota 100 ciężarówek Semi zamówiona przez PepsiCo do jednorazowego naładowania baterii może więc potrzebować nawet 150 MWh energii. Zakładając, że dzienny przebieg takiego samochodu to ok. 500 km, ciężarówki zamówione przez PepsiCo konsumować będą ponad 25 GWh energii rocznie. Cała flota PepsiCo w USA liczy ok. 10 tys. ciężarówek.

Zagadka kopalniana

Niektórzy naukowcy ostrzegają, że na gigantycznego konsumenta energii mogą wyrosnąć centra danych. Ma to związek z błyskawiczną cyfryzacją gospodarki oraz przenoszeniem usług do chmury obliczeniowej.

Anders Andrae, szwedzki naukowiec pracujący dla Huawei, chińskiego producenta sprzętu telekomunikacyjnego, szacuje, że w 2025 r. sektor teleinformatyczny (ICT) może konsumować niemal 5,9 tys. TWh energii elektrycznej, co odpowiadać będzie ponad 20 proc. światowego zużycia prądu. W 2015 r. udział ICT w zużyciu energii nieznacznie przekraczał 8 proc.

Według prognoz przedstawionych przez Szweda, w 2015 r. centra danych na świecie konsumowały 203 TWh energii, zaś w 2025 r. będzie to już – w najbardziej prawdopodobnym scenariuszu – 3390 TWh. W scenariuszy optymistycznym, który uwzględnia znaczący spadek energochłonności, badacz oczekuje sześciokrotnego wzrostu zużycia w ciągu 10 lat.

Szacunki szwedzkiego naukowca są zbieżne z oczekiwaniami Eirgrid, irlandzkiego operatora sieci energetycznej. Spodziewa się on, że zlokalizowane w tym kraju centra danych – już dziś istniejące, budowane oraz planowane – będą w 2025 r. konsumowały 20 proc. zużywanej przez Irlandię energii elektrycznej. Należy pamiętać, że irlandzkie centra danych w większości należą do międzynarodowych korporacji i obsługują wiele krajów w Europie.

Powyższe prognozy stoją w sprzeczności z oczekiwaniami naukowców z Berkeley Lab. Ich zdaniem po szybkim wzroście konsumpcji prądu przez centra danych w I dekadzie XXI wieku, ostatnie lata przyniosły – przynajmniej w USA – stabilizację popytu i to mimo znaczącego wzrostu pojemności centrów danych. Spadła bowiem ich energochłonność, w tym ta związana z klimatyzowaniem pomieszczeń. Ten trend będzie się utrzymywał, co zdaniem badaczy z Berkeley Lab oznacza, że popyt na prąd nie będzie rósł tak lawinowo, jak to przewiduje Anders Andrae.

Swoistą zagadką jest konsumpcja energii przez kryptowaluty i blockchain. Według różnych szacunków produkcja bitcoinów i obrót nimi zużywa rocznie od 20 TWh do nawet 140 TWh energii elektrycznej.

Najwyższy szacunek to dzieło analityków Morgan Stanley, którzy jednocześnie zastrzegają, że w kalkulacjach istnieje wiele niepewności. Najbardziej znanym źródłem informacji na temat potrzeb „kopalń” jest wyliczany przez Digiconomist Bitcoin Energy Consumption Index, który 10 stycznia 2018 r. zużycie szacował na 40 TWh rocznie, czyli tyle ile rocznie zużywają całe Węgry i niemal 25 proc. zużycia prądu w Polsce. O 20,5 TWh piszą analitycy Bloomberg New Energy Finance.

Rozpiętość jest olbrzymia i wynika przede wszystkim z przyjętych przez prognozujących założeń. Jedno jest pewne, wraz z rosnącą liczba wydobytych bitcoinów proces ich „kopania” wydłuża się, a to oznacza wzrost zużycia energii. Na ilość prądu wykorzystanego do „wydobycia” wpływ ma też cena bitcoina. Im jest wyższa, tym więcej energii potrzeba.

Należy też pamiętać, że poza bitcoinem także inne kryptowaluty konsumują prąd (według szacunków Digiconomist „kopanie” ethereum zużywa ok. 10 TWh rocznie).

Dodatkowym źródłem popytu na energię elektryczną są także oparte na blockchain rozwiązania wykorzystywane w różnych obszarach gospodarki, zwłaszcza w sektorze finansowym. Blockchain popularyzuje się więc i tu zużycie energii będzie rosło.

Trzeba ten rosnący popyt mieć na uwadze, zwłaszcza analizując dostępne możliwości produkcji energii (węgiel, OZE, atom) przed podjęciem decyzji o kolejnych inwestycjach w moce wytwórcze.