Realitati obiective ale procesului de tranzitie energetica si obiective pentru anul 2050

Tranzitia energetica constituie o transformare fizica realizata pe scara larga, insa, desi in ultima perioada s-a inregistrat un impuls semnificativ in directia accelerarii procesului, o serie de forte induc un anumit grad de incertitudine. Printre acestea se afla schimbarile geopolitice, instabilitatea politica consemnata actualmente in multe tari de pe glob, contextul macroeconomic nefavorabil si cresterea cererii de energie ca urmare a adoptarii instrumentelor de inteligenta artificiala (recunoscute ca fiind energofage). Chiar si in fata acestor probleme, este important sa nu fie pierduta din vedere provocarea fundamentala, pe termen lung, care sta la baza tranzitiei. Este vorba despre miliarde de componente asociate sistemului actual de productie si consum de energie - extrem de complex, interconectat si optimizat - care este necesar sa fie transformate, intr-un efort urias de inlocuire a tehnologiilor ce functioneaza pe baza combustibililor fosili cu emisii ridicate de gaze cu efect de sera. 

 

Deja a devenit vizibila manifestarea naturii fizice a tranzitiei energetice. Implementarea la nivel mondial a tehnologiilor "curate", cum ar fi energiile regenerabile si vehiculele electrice, a continuat in mod accelerat. Astfel, capacitatea instalata de energie regenerabila (prin implementari-record ale energiei solare) a crescut cu peste 10% intre 2023 si 2024, iar vanzarile de vehicule electrice atat cele alimentate cu baterii (BEV), cat si cele hibride plug-in (PHEV) - cu peste 25%, in aceeasi perioada. Metodele de productie continua sa se imbunatateasca, incluzand, de exemplu, vehicule electrice cu autonomie mai mare, noi tehnologii de stocare stationara si pompe de caldura cu sursa de aer, care pot furniza in mod continuu agent termic la temperaturi mai mici de -20°C. Cu toate acestea, este tot mai evident ca trebuie depuse eforturi suplimentare pentru a face fata provocarilor fizice. De exemplu, pe masura ce sistemele energetice includ o pondere mai mare a energiilor regenerabile, cum ar fi energia solara si cea eoliana, care sunt, prin natura lor, variabile, se recunoaste tot mai mult necesitatea gestionarii volatilitatii sistemelor respective. Cresterea cererii de energie din partea centrelor de date a demonstrat, de asemenea, provocarea reprezentata de majorarea capacitatii energetice. In SUA, proiectele de interconectare dureaza, de obicei, aproape cinci ani de la solicitare pana la punerea in functiune, iar aproximativ 70% din liniile de transport au o vechime de peste 25 de ani si ar trebui inlocuite in termen de 10 pana la 20 de ani. In ansamblu, vor trebui depuse eforturi suplimentare pentru a face fata provocarilor fizice asociate extinderii la scara larga a tehnologiilor cu emisii reduse. 

 

Sistemul energetic actual este performant, dar are si defecte inerente. El este caracterizat prin proprietati care il ajuta sa ofere performante ridicate. De exemplu, poate transporta energia relativ usor acolo unde este necesara, deoarece combustibilii actuali sunt foarte densi din punct de vedere energetic, precum si usor de transportat. Un singur tanc de dimensiuni medii care transporta gaz natural lichefiat poate alimenta peste 40.000 de locuinte din SUA pentru o perioada de un an. In acelasi timp, sistemul energetic poate fi dispecerat cu usurinta si poate creste sau reduce rapid furnizarea de energie, la locul si la momentul potrivit. O centrala electrica cu turbina cu gaz are capacitatea de a trece de la starea de oprire completa la generarea de energie la capacitate maxima in mai putin de zece minute. Combustibilii fosili constituie, la randul lor, o sursa optima de caldura la temperaturi ridicate in productia de materiale industriale, iar flexibilitatea lor chimica le permite sa fie utilizati nu numai ca surse de energie, ci si ca materii prime, in productia de mase plastice. La capitolul limitari poate fi amintita ineficienta: aproximativ doua treimi din energia totala este irosita in prezent, in principal din cauza eficientei energetice scazute a procesului de conversie si de utilizare a combustibililor fosili. De asemenea, productia si consumul de energie contribuie cu peste 85% la emisiile globale de dioxid de carbon. Prin urmare, tranzitia energetica ar necesita replicarea beneficiilor si performantelor sistemului actual, abordand, in acelasi timp, dezavantajele acestuia. Vestea buna este ca, in anumite parti ale sistemului energetic, tehnologiile cu emisii reduse ating deja sau chiar depasesc aceasta performanta. De pilda, bateriile pot asigura o disponibilitate mai rapida decat centralele electrice cu gaz, iar centralele nucleare au adesea factori de capacitate mai mari decat cele pe gaz. In plus, multe tehnologii curate isi imbunatatesc rapid caracteristicile tehnice. Cu toate acestea, exista in continuare diferente de performanta. In prezent, combustibili precum motorina au o densitate energetica gravimetrica (energia pe unitate de greutate) de aproximativ 50 de ori mai mare decat bateriile utilizate in masinile electrice.

 

Electricitatea si multi purtatori de energie cu emisii reduse, precum hidrogenul, sunt mai greu si mai costisitor de transportat pe distante lungi decat combustibilii fosili. In ansamblu, tranzitia energetica va necesita atat imbunatatirea continua a performantei tehnologiilor cu emisii reduse, cat si combinarea acestora in moduri noi, pentru a obtine performante ridicate. Motorina, carbunele si gazul natural lichefiat produc emisii mai mari si au o densitate energetica ridicata. Biodieselul are emisii scazute si densitate energetica ridicata. Hidrogenul (gazos si lichid) se remarca prin emisii scazute si densitate energetica ridicata. Petrolul are cea mai mare transportabilitate, dar prezinta emisii ridicate. Tehnologiile cu emisii reduse, cum ar fi curentul continuu de inalta tensiune, H2 sau amoniacul, au o transportabilitate foarte redusa.

In ceea ce priveste capacitatea de a fi dispecerat, dintre tehnologiile cu emisii reduse, energia solara si eoliana terestra prezinta cea mai scazuta rata, iar energia geotermala cea mai ridicata. Centralele pe gaz, care sunt o tehnologie cu emisii ridicate, se situeaza in partea superioara a intervalului de incredere. Doua solutii cu emisii reduse - si anume energia hidroelectrica si, in special, bateriile litiu-ion - se remarca prin viteza de crestere a puterii mult mai mare decat orice alta tehnologie. In fine, referitor la capacitatea de a genera caldura si flexibilitatea chimica, pompele de caldura au, in prezent, rezultate destul de slabe. Carbunele si gazul natural, ambele cu emisii ridicate, ocupa locuri fruntase, in vreme ce doua tehnologii cu emisii reduse - biomasa si hidrogenul - asigura cele mai ridicate temperaturi. Instalatiile electrice, cum ar fi cazanele, incalzitoarele cu rezistenta si cuptoarele electrice cu aer, variaza sensibil in ceea ce priveste intervalul de temperatura. In planul flexibilitatii chimice, combustibilii fosili sunt utilizati ca materii prime pentru procesele industriale de producere a mii de materiale, cum ar fi otelul, plasticul, amoniacul si combustibilii, insa in aceste procese pot fi utilizate si materii prime cu emisii scazute, cum ar fi hidrogenul, biomasa si produsele reciclate. In ceea ce priveste eficienta energetica, motoarele cu ardere interna au un randament scazut (doar 15%-30% din energia din benzina este convertita in energie utila), spre deosebire ce cele cu functionare pe baza de baterii (cu valori cuprinse intre 80% si 90%). In domeniul incalzirii, boilerele pe hidrogen si gaz natural sunt ineficiente, in timp ce pompele de caldura ocupa un loc foarte bun in clasament. De asemenea, gazul si carbunele genereaza cea mai mica putere pe unitate de emisii, urmate de energia hidroelectrica, solara, eoliana si nucleara.

 

Realitatea arata ca doar aproximativ 10% din tehnologiile cu emisii reduse necesare pana in 2050 pentru a respecta angajamentele globale de protectie climatica au fost implementate deja. Transformarea sistemului energetic ar necesita inlocuirea a miliarde de active fizice. Pentru a atinge obiectivele declarate in materie de clima, ar trebui sa fie produse, pana in 2050, aproximativ un miliard de vehicule electrice, peste 1,5 miliarde de pompe de caldura si aproximativ 35 TW de capacitate de generare a energiei cu emisii reduse. Din fericire, se observa o accelerare in directia acestei implementari. De exemplu, se estimeaza ca aproape 90% din totalul vanzarilor de vehicule electrice cu baterii (BEV) si 60% din totalul capacitatii suplimentare de energie solara si eoliana au avut loc numai in ultimii cinci ani. Insa, pana in prezent, adoptarea tehnologiilor cu emisii reduse se situeaza la doar aproximativ 10% din nivelurile necesare pana in 2050. De exemplu, mai putin de 1% din cele 90 de milioane de tone de hidrogen produse in prezent provine din surse cu emisii reduse. Prin urmare, in ansamblu, tranzitia energetica se afla inca in faza incipienta. In sectorul energetic, capacitatea instalata de surse cu emisii reduse reprezinta 8%-12% din necesarul pentru 2050. In domeniul mobilitatii, implementarea a atins 3% din valoarea necesara pentru parcul de vehicule electrice (EV) si 15% in ceea ce priveste vanzarile EV. Sectorul industrial a atins pana in 10% pentru productia cu emisii reduse de otel si ciment. Referitor la cladiri, obiectivul referitor la pompele de caldura a fost realizat in proportie de 5%-7% in implementare, respectiv 9%-12% in livrare. Sectorul materiilor prime a ajuns la 10%-35% din nivelul necesar pentru aprovizionarea cu minerale critice. Pentru hidrogen si alti vectori energetici obtinuti cu emisii reduse, pragul actual este de numai 1%. In fine, demersul de reducere a emisiilor de carbon si a consumului de energie se afla inca in faza incipienta (mai putin de 1%) in ceea ce priveste captarea dioxidului de carbon cu surse punctuale. 

 

Transformarea sistemului energetic este fundamentala pentru intreaga tranzitie energetica, deoarece reducerea emisiilor in sectoarele cu consum energetic ridicat - mobilitate, industrie si cladiri - ar implica o electrificare pe scara larga, conform majoritatii scenariilor de tranzitie. Sistemul energetic va trebui nu numai sa creasca, ci sa o faca chiar si in timp ce isi reduce propriile emisii. Calculele indica o majorare de cinci ori a capacitatii de generare instalate intre momentul actual si 2050, pe masura ce sectoarele de utilizare finala se vor electrifica. In acelasi timp, ponderea energiei generate din surse cu emisii reduse ar trebui sa se dubleze, ajungand la peste 90% din total. Aceste schimbari au implicatii profunde asupra modului in care va trebui sa fie configurat si sa functioneze sistemul energetic. De exemplu, pentru a-si indeplini angajamentele climatice, Germania ar putea avea nevoie sa-si dubleze cantitatea de energie electrica generata, iar ponderea energiei electrice provenite din surse regenerabile variabile (VRE), cum ar fi energia solara si eoliana, ar trebui sa creasca de pana la trei ori. In acest scenariu, sistemul energetic ar trebui sa se transforme intr-unul de trei ori mai mare in ceea ce priveste capacitatea instalata de generare si sa aiba o utilizare globala mai redusa. Acest lucru se datoreaza in parte faptului ca un sistem alimentat din surse regenerabile necesita active flexibile care pot furniza energie de rezerva atunci cand nu exista soare sau vant, cum ar fi centralele termice de rezerva (alimentate prin gaz sau hidrogen), capacitati de stocare si mai multe interconexiuni cu alte piete de energie electrica. Astfel, chiar daca productia din surse regenerabile creste, dimensiunea sistemului termic ar putea ramane constanta, in loc sa se reduca. Utilizarea sistemului termic ar scadea, deoarece acesta ar deveni o sursa de rezerva, in loc de una constanta sau principala. Insa transformarea necesara a sistemului energetic depaseste schimbarea profilului sau de utilizare. Din cauza faptului ca activele regenerabile variabile pot fi uneori mai mici, mai indepartate de locul in care este necesara energia si mai distribuite, dimensiunea liniilor de transport si distributie a retelei ar trebui sa se majoreze. De exemplu, Agentia Internationala pentru Energie (IEA) estimeaza ca volumul liniilor de transport si distributie este necesar sa creasca aproape de trei ori la nivel global sau cu peste 3% pe an, in scenariul "Net Zero Emissions" pentru 2050.

 

Nevoile de incalzire si racire ale cladirilor reprezinta aproape 85% din totalul emisiilor de CO₂ generate de cladiri, confortul termic al incintelor si productia de apa calda menajera fiind responsabile pentru peste doua treimi din cantitatea respectiva. In prezent, cererea de caldura este satisfacuta, in mare parte, prin arderea combustibililor fosili in cazanele pe gaz. Pompele de caldura sunt tehnologii de incalzire extrem de eficiente si principala optiune explorata pe majoritatea pietelor. Insa electrificarea generalizata a incalzirii in cladiri nu va face decat sa adauge un alt nivel de cerere la sistemul energetic. Cererea de energie electrica ar spori brusc in timpul celor mai reci ore ale celor mai reci zile ale anului, cand multe persoane se grabesc sa porneasca incalzirea simultan. In SUA, de exemplu, cererea maxima s-ar muta din sezonul estival, cand multe cladiri utilizeaza aer conditionat, in cel rece, odata cu generalizarea utilizarii pompelor de caldura. Majorarea acestui parametru implica faptul ca intregul sistem energetic va avea nevoie de o capacitate mai mare. Chiar si scenariul in care pompele de caldura vor deveni preponderente, cererea de varf ar putea creste cu mult peste capacitatea maxima a retelei actuale. In cazul extrem in care incalzirea cladirilor va fi complet electrificata, cercetarile au estimat ca cererea maxima de energie ar putea fi de 1,7 ori mai mare fata de varful existent in SUA. Trebuie retinut faptul ca pompele de caldura sunt, in prezent, mai putin eficiente la temperaturi mai scazute. De exemplu, cand temperaturile externe scad de la 5°C la -10°C, coeficientul de performanta al pompelor de caldura standard se reduce aproape la jumatate. Masurile de reducere a varfurilor de consum - si, prin urmare, a capacitatii energetice necesare in sistem - ar putea fi implementate printr-o combinatie de modele mai eficiente de pompe de caldura, utilizarea mai intensa a tehnologiilor de incalzire care combina electrificarea cu alte optiuni (asa-numitele sisteme cu combustibil dual si alte tehnologii) pentru a limita utilizarea energiei electrice in zilele foarte reci sau chiar pentru a uniformiza cererea de energie prin transferarea cererii de incalzire catre alte momente ale zilei, combinand pompele de caldura cu stocarea energiei termice. Desigur, lucrurile se vor regla in timp, insa obiectivul cel mai important ramane acela de limitare a emisiilor de gaze cu efect de sera, fara ca aceasta sa afecteze confortul utilizatorilor sau eficienta proceselor de productie.