Petrolul a fost cândva un combustibil obișnuit pentru centralele electrice. În 1973 asigura aproximativ un sfert din electricitatea lumii (IEA). Până în 2025, ponderea lui a coborât la circa 2,6%, adică aproximativ 840 TWh (Ember/OWID). A supraviețuit în nișele unde vechile lui avantaje încă se văd: densitatea energetică, ușurința de stocare și transport și motoarele care pot fi montate aproape oriunde. Vorbim de rețele insulare, mine și sate izolate, generatoare de rezervă, centrale de vârf pentru situații de urgență și câteva țări bogate în petrol care ard țiței și păcură vara. Aproape peste tot în rest, arderea petrolului este cea mai scumpă metodă de a produce electricitate la scară mare.
Cum funcționează
Petrolul ajunge în rețea pe trei căi principale.
Motoare cu piston (generatoare diesel). Un motor cu aprindere prin compresie antrenează un alternator. Dimensiunile merg de la unități portabile de 5 kW până la centrale formate din motoare de turație medie de 10–20 MW, care ard motorină, păcură sau, tot mai des, amestecuri dual-fuel cu gaz natural. Motoarele mari ajung la un randament electric de 42–48%. Generatoarele mici funcționează la 30–40% la sarcină plină și mult mai prost la sarcină parțială.
Centrale cu abur pe petrol. Un cazan arde păcură sau țiței și produce abur pentru un ciclu Rankine, la fel ca într-o centrală pe cărbune. Multe au fost construite în anii 1960 și la începutul anilor 1970, când păcura era ieftină. Randamentul lor tipic este de 33–38%. Flote mari sunt încă în funcțiune în Arabia Saudită, Kuweit, Irak, Iran și Japonia. Unele, de exemplu în Japonia, sunt ținute mai ales ca rezervă.
Turbine cu gaze pe combustibil lichid. Turbinele cu gaze pot arde motorină sau țiței ușor, fie drept combustibil principal acolo unde nu există gaz, fie ca rezervă când livrarea de gaz se întrerupe. În ciclu deschis randamentul este de aproximativ 30–40%, iar centralele cu ciclu combinat pe petrol se pot apropia de 50%.
Atât costul, cât și emisiile decurg din consumul specific de combustibil (SFC):
CO₂ pe kWh = SFC (L/kWh) × 2.68 kg CO₂/L (motorină)
SFC ≈ 3.6 MJ ÷ (η × 36 MJ/L), de ex. η = 38% → 0.26 L/kWh
Exemplu: 0.27 L/kWh × $1.00/L = $0.27/kWh combustibil; 0.27 × 2.68 ≈ 0.72 kg CO₂/kWh
Motorina are o putere calorifică inferioară de circa 43 MJ/kg, adică aproximativ 36 MJ pe litru. Păcura are în jur de 40 MJ/kg, iar țițeiul aproximativ 42 MJ/kg. Calculatorul de conținut energetic al combustibililor face conversia între litri, barili, tone și kWh pentru produsele petroliere și le compară cu gazul și cărbunele.
Principalele variante
| Tehnologie | Combustibil | Randament net | SFC tipic | CO₂ direct | Utilizare tipică |
|---|---|---|---|---|---|
| Generator diesel mic (<500 kW) | Motorină | 30–40% (sarcină plină) | 0,27–0,35 L/kWh | 0,75–0,95 kg/kWh | Locații izolate, rezervă, telecom |
| Centrală cu motoare de turație medie | Motorină / păcură | 42–48% | ~190–210 g/kWh | 0,60–0,70 kg/kWh | Rețele insulare și miniere |
| Cazan cu abur pe petrol | Păcură / țiței | 33–38% | ~240–270 g/kWh | 0,75–0,85 kg/kWh | Orientul Mijlociu, flote vechi |
| OCGT pe petrol | Motorină / țiței ușor | 30–40% | ~230–290 g/kWh | 0,65–0,85 kg/kWh | Vârf de consum, rezervă pentru gaz |
| CCGT pe petrol | Motorină / țiței | 45–50% | ~180–200 g/kWh | 0,55–0,60 kg/kWh | Unde nu există gaz |
Factorii de emisie din spatele acestor cifre sunt valorile implicite IPCC 2006: circa 74,1 kg CO₂/GJ pentru motorină, 77,4 pentru păcură și 73,3 pentru țiței. Asta plasează petrolul între gazul natural (circa 56) și cărbune (95–101).
Păcura
Păcura este ce rămâne la baza coloanei de rafinare. E vâscoasă, trebuie încălzită la circa 100–150 °C ca să poată fi pompată și pulverizată și costă mai puțin pe GJ decât distilatele. Conține de regulă 1–3,5% sulf, plus vanadiu, nichel și cenușă. Fără desulfurarea gazelor de ardere și fără filtre de particule, centralele pe păcură se numără printre cele mai poluante surse pe kWh. Plafonul de sulf impus de IMO în 2020 pentru combustibilul navelor (0,5%) a redus cererea de păcură cu sulf ridicat în transportul maritim și a împins o parte din ea spre centralele din Orientul Mijlociu și Asia de Sud.
Unde mai funcționează centralele pe petrol
Rețele insulare și izolate. Insulele fără conducte de gaz sau hidrocentrale depind adesea aproape complet de motorina și păcura importate. Exemple: mare parte din Caraibe, statele insulare din Pacific, Insulele Canare și Baleare (parțial), Ciprul și comunitățile izolate din Arctica, Australia și Alaska. Hawaii produce încă peste jumătate din electricitate din produse petroliere (EIA), de unde și cele mai mari prețuri la curent dintre toate statele SUA. Companiile de acolo au toate motivele să treacă la energie solară, stocare în baterii și eolian. Fiecare kWh solar înlocuiește combustibil care costă 0,20–0,40 $, așa că și un sistem modest solar plus stocare se amortizează repede. Calculatorul de baterie solară poate modela un astfel de sistem hibrid.
Orientul Mijlociu. Arabia Saudită, Irakul, Kuweitul și Iranul ard țiței, păcură și motorină pentru electricitate, cu un vârf puternic vara, din cauza aerului condiționat. Datele JODI arată că, în majoritatea anilor recenți, arderea directă de țiței în Arabia Saudită crește cu câteva sute de mii de barili pe zi între primăvară și vârful din iulie–august. Fiecare baril ars acasă este un baril nevândut în străinătate la prețul mondial, un compromis scump. Planurile Arabiei Saudite de a acoperi până în 2030 cam jumătate din producție din gaz și jumătate din regenerabile urmăresc în mare parte eliberarea țițeiului pentru export.
Vârfuri de consum și rezervă de urgență. Turbinele și grupurile cu abur pe petrol din nord-estul SUA, din Japonia și din unele părți ale Europei pornesc doar în perioade de ger extrem sau în crize de aprovizionare. În vârfurile de iarnă din New England, petrolul poate acoperi pentru scurt timp o parte mare din producție, când gazul din conducte merge la încălzire. După accidentul de la Fukushima din 2011, Japonia a mărit puternic producția din petrol ca să înlocuiască reactoarele oprite, cu un cost mare pentru balanța comercială. Spitalele, centrele de date și stațiile de telecomunicații țin o flotă uriașă de generatoare diesel de rezervă, care pornesc rar.
Rețele fragile. În unele zone din Nigeria, Liban, Irak, Pakistan și în alte țări, rețelele nesigure i-au făcut pe oameni și pe firme să instaleze milioane de generatoare mici pe motorină și benzină. În unele țări, puterea lor cumulată se apropie de cea a rețelei naționale, iar gazele lor de eșapament înrăutățesc aerul deja prost din orașe.
Randament și factor de capacitate
Cea mai mare parte a puterii instalate pe petrol aproape că nu funcționează. Turbinele cu abur și turbinele cu gaze pe produse petroliere din SUA au de obicei factori de capacitate de câteva procente, până la circa 10% (EIA). Proprietarii le păstrează pentru siguranța sistemului, nu pentru energie. Excepția sunt centralele cu motoare de pe insule, care merg zi și noapte, adesea la un grad de utilizare de 40–70%. Generatoarele mici pierd mult din randament la sarcină redusă, situație frecventă în sistemele hibride în care solarul acoperă consumul de la prânz. La 25% din sarcină, consumul de combustibil pe kWh poate fi cu 30–60% mai mare decât la sarcină plină. Calculatorul factorului de capacitate arată cât de puține ore echivalente la putere maximă adună centralele de vârf.
Costuri
Studiile LCOE de referință (Lazard, IEA/NEA, NREL ATB) nu mai modelează în general centrale noi pe petrol, pentru că aproape nimeni nu le mai construiește. Costul îl dictează combustibilul:
- La un preț al țițeiului de 80 $/baril, combustibilul în sine costă circa 13–14 $/GJ. Într-o centrală cu abur cu randament de 35%, asta înseamnă aproximativ 135–145 $/MWh doar pentru combustibil.
- Motorina livrată la 0,80–1,30 $ pe litru, într-un generator care consumă 0,27 L/kWh, costă 0,22–0,35 $/kWh numai la combustibil. Insulele izolate și minele adaugă transportul, stocarea și manipularea.
- Studiile IRENA și ale Băncii Mondiale despre insule raportează frecvent costuri de producție pe motorină de 0,25–0,50 $/kWh sau mai mult, în timp ce LCOE pentru parcurile solare mari coboară acum adesea sub 0,05 $/kWh.
Capitalul e ieftin, aproximativ 500–1.000 $/kW pentru centralele cu motoare, așa că generatoarele pe petrol rămân varianta cea mai ieftină pentru puterea care funcționează doar câteva ore pe an. Compară o centrală cu combustibil scump și investiție mică cu solarul sau eolianul în calculatorul LCOE.
De ce s-a prăbușit ponderea petrolului
Șocurile petroliere din 1973–74 și 1979–80 au înmulțit prețul țițeiului de aproximativ zece ori în mai puțin de un deceniu. Guvernele din OCDE au răspuns prin politici publice. IEA, înființată în 1974, a împins diversificarea combustibililor. Legea americană Powerplant and Industrial Fuel Use Act din 1978 a restricționat folosirea petrolului și a gazului în centralele noi, iar Franța, Japonia și alte țări au lansat programe nucleare ample. Companiile de electricitate au trecut la cărbune, la nuclear și, mai târziu, la gaz natural. Petrolul valora mai mult în transporturi și petrochimie, unde era greu de înlocuit, așa că producția de electricitate a fost prima utilizare la care s-a renunțat.
Teren, apă și materiale
Centralele pe petrol ocupă puțin spațiu. Centralele cu motoare au nevoie de puțină apă de răcire și folosesc adesea radiatoare. Centralele cu abur consumă pe MWh cam la fel de multă apă ca cele pe cărbune. Amprenta mai mare se află în amonte: extracția petrolului, rafinarea, transportul cu petroliere și riscul de scurgeri. Lanțurile lungi de aprovizionare spre locațiile izolate costă bani și aduc riscuri: insulele pot rămâne fără combustibil când furtunile întârzie petrolierele.
Emisiile de CO2 pe ciclul de viață
IPCC AR5 WGIII Annex III nu raportează o categorie separată pentru petrol. Analiza de literatură IPCC SRREN (2011) dă pentru producția din petrol emisii pe ciclul de viață de aproximativ 510–1.170 gCO2e/kWh, cu o mediană de circa 840. Valoarea e apropiată de cea a cărbunelui și mult peste gazul în ciclu combinat (mediana de circa 490 g). Emisiile din amonte, de la extracție, arderea la faclă și rafinare, adaugă poate 10–25% la emisiile din ardere, iar la țițeiurile grele sau cu multă ardere la faclă, chiar mai mult.
Siguranță și efecte asupra sănătății
Arderea petrolului, mai ales a păcurii cu mult sulf și a țițeiului, eliberează SO₂, NOx, particule și metale grele. Sinteza Our World in Data, pornind de la Markandya & Wilkinson (Lancet, 2007), plasează petrolul la circa 18,4 decese pe TWh, pe locul doi după cărbune (24,6) și mult peste gaz (2,8) și peste nuclear, eolian sau solar (circa 0,03–0,04). Generatoarele mici, fără filtre, din orașele aglomerate expun puternic populația din jur la gazele de eșapament diesel, pe care OMS le clasifică drept cancerigene din Grupa 1.
Perspective
Ponderea petrolului în producția de electricitate va continua probabil să scadă. Companiile de pe insule instalează sisteme hibride solar plus stocare, care reduc consumul de motorină cu 50–90%. Statele din Golf construiesc multă putere pe gaz, solar și nuclear, cum este centrala Barakah din Emiratele Arabe Unite. Țările cu rețele fragile văd o creștere rapidă a solarului pe acoperișuri și în minirețele, din Pakistan până în Africa Subsahariană. Petrolul va rezista probabil cel mai mult ca rezervă de urgență și în locurile cele mai izolate, unde ar putea fi înlocuit treptat de derivate ale hidrogenului verde sau de motorină regenerabilă. Harta energetică a lumii arată ce țări depind încă de petrol pentru electricitate, iar comparația tehnologiilor îi pune costurile și emisiile alături de alternative.
Întrebări frecvente
Cât din electricitatea lumii provine din petrol?
Ce randament are un generator diesel?
De ce este atât de scumpă electricitatea din petrol?
De ce arde Arabia Saudită țiței pentru electricitate?
Cât CO2 emite producția de electricitate din petrol?
Ce este păcura?
Surse și referințe
- IEA: Key World Energy Statistics (electricity generation by source, 1973 vs latest)
- JODI: Joint Organisations Data Initiative, Oil World Database
- IPCC (2011) SRREN, Annex II: Methodology (lifecycle GHG of electricity generation)
- IPCC (2006) Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories, Vol. 2 Energy, Ch. 2 (emission factors)
- Our World in Data: What are the safest and cleanest sources of energy?
- EIA: Hawaii State Energy Profile
- Ember și Energy Institute: date despre electricitate prin Our World in Data (graficele și tabelele de pe această pagină)