Czym jest energia odnawialna?
Żeby najlepiej wytłumaczyć to, czym jest energia odnawialna, najlepiej zacząć od definicji energii nieodnawialnej. Od czasów rewolucji przemysłowej, ludzkość polegała przede wszystkim właśnie na nieodnawialnych źródłach energii. Na początku był węgiel, później doszła ropa naftowa i gaz. Problem związany z tymi surowcami, polegał na tym, że dostęp do nich był ograniczony, a używanie ich do produkowania energii, czy to elektrycznej, cieplnej, czy kinetycznej powodowało ich bezpowrotne zużycie, często ze szkodą dla środowiska i zdrowia ludzi i zwierząt.
Właśnie dlatego z czasem zaczęto rozwijać odnawialne źródła energii, co ciekawe, źródła, które często były już używane w przeszłości, a teraz są rozwijane na wielką skalę.
Rodzaje odnawialnych źródeł energii
Energia odnawialna to bardzo szeroki katalog rozwiązań, a każde ma inne uwarunkowania, a także plusy i minusy. Dlatego omówimy pokrótce każde z nich.
Energia słoneczna: jak działa i gdzie się ją stosuje
- Energia słoneczna jest prawdopodobnie najbardziej instynktowna dla nas. W końcu na własnej skórze odczuwamy ciepło, które produkują promienie słoneczne przy każdym wyjściu z domu. Jednak od czasów, kiedy nasi praprzodkowie używali słońca do rozpalania ognisk, wiele się zmieniło, a energia słoneczna stanowi już ponad 5% światowej produkcji energii.[1]
Najpopularniejszym sposobem stosowania energii słonecznej są panele fotowoltaiczne. Zamieniają one światło słoneczne na energię elektryczną, wykorzystując zjawisko fotowoltaiczne występujące w kryształach krzemu, których elektrony zaczynają się poruszać pod wpływem światła, tworząc tym samym prąd. Z uwagi na stosunkowo mały rozmiar i prosty montaż, panele fotowoltaiczne są wykorzystywane nie tylko na poziomie przemysłowym, ale także indywidualnym.
Produkcja energii z instalacji fotowoltaicznej zależy od jej mocy oraz lokalizacji. W Polsce przyjmuje się, że jedna instalacja fotowoltaiczna o mocy 1 MW generuje średnio około 1000 MWh energii rocznie, co odpowiada rocznemu zapotrzebowaniu na energię elektryczną około 250–285 gospodarstw domowych.[2]
Energia wiatrowa: zalety i ograniczenia
- Wiatraki i młyny wiatrowe nie są niczym nowym. Od wieków ludzie wykorzystywali energię wiatru do mielenia ziarna, pompy napędzane wiatrem pomagały osuszać tereny zalewowe czy napędzały piły w tartakach. Teraz gigantyczne wiatraki tworzące farmy wiatrowe zamieniają ruch wywoływany przez wiatr na energię elektryczną, która jest potem włączana do sieci energetycznej. To ekologiczne rozwiązanie generuje już ponad 8% światowej energii.[3]
W Polsce energia wiatrowa stanowi około 13,72% pozyskiwanej energii ze źródeł odnawialnych. [1]
Dodatkowym wyzwaniem, które wzbudza wiele emocji, jest wpływ turbin wiatrowych na ptaki i nietoperze. Ptaki często nie zauważają obracających się łopat turbin, co prowadzi do kolizji, zwłaszcza w przypadku gatunków wędrownych. Rozwiązaniem tego problemu są nowoczesne technologie, takie jak systemy radarowe wykrywające nadlatujące ptaki i tymczasowo zatrzymujące turbiny. Ponadto, malowanie jednej z łopat na kontrastowy kolor znacząco zmniejsza ryzyko kolizji, jak wykazały badania terenowe.[5]
Wyzwania związane z przechowywaniem nadmiaru energii są podobne, jednak nie mogą być rozwiązane przez spółdzielczość z uwagi na to, że rozwiązanie to nie jest dostępne dla indywidualnych konsumentów. W tym przypadku, elektrownie wiatrowe są często uzupełniane przez elektrownie wodne, które mogą tymczasowo zatrzymać przepływ wody w wietrzny dzień i zwiększyć go, kiedy pogoda się uspokoi, by stworzyć swoistą żywą baterię.
Energia wodna: wykorzystanie rzek i oceanów
- À propos elektrowni wodnych, kolejnym znanym nam od wielu wieków źródłem energii jest energia wodna. Dla niektórych zaskoczeniem może być fakt, że hydroelektryka jest najpopularniejszym odnawialnym źródłem energii, stanowiącym 15% światowej produkcji energii.[6]
W Polsce energia wodna odpowiada za około 10,5% produkcji energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych. [1]
Bez wątpienia największym plusem hydroelektrowni jest wspomniana wcześniej elastyczność. Pod warunkiem, że nie ma suszy albo powodzi, przepływ wody może być dostosowywany do potrzeb energetycznych, a w przypadku jego zatrzymania, być odkładany w zbiorniku, nie tracąc tym samym potencjalnej energii.
Niestety budowa tam ma też swoje minusy. Zmiany w naturalnym biegu rzek mają poważne konsekwencje dla lokalnych ekosystemów, a także dla mieszkańców, którzy często muszą zostać przesiedleni z uwagi na skalę projektu. Elektrownie zaporowe zazwyczaj skutecznie ograniczają ryzyko powodzi, a odpowiednie projektowanie i systemy zabezpieczeń minimalizują ryzyko uszkodzenia tamy nawet w przypadku ekstremalnych zjawisk pogodowych.
Największą hydroelektrownią na świecie jest Tama Trzech Przełomów w Chinach, której moc zainstalowana wynosi aż 22,5 GW. Elektrownia ta jest w stanie wygenerować energię wystarczającą do zasilenia około 85 milionów gospodarstw domowych rocznie. Co więcej, projekt ten nie tylko produkuje energię, ale również skutecznie ogranicza ryzyko powodzi w dolnym biegu rzeki Jangcy.
Niewiele osób wie, że najwyższa tama na świecie znajduje się w Tadżykistanie. Jest to Tama Nurek, która osiąga imponującą wysokość 300 metrów. Choć mniej znana niż inne monumentalne projekty inżynieryjne, tama ta odgrywa kluczową rolę w dostarczaniu energii elektrycznej – odpowiada za 75% całkowitego zapotrzebowania energetycznego Tadżykistanu. Jej lokalizacja w górskim regionie umożliwia efektywne wykorzystanie przepływu rzeki Wachszy.
Elektrownie wodne są bardzo efektywne, jednak ich budowa wymaga znacznych nakładów inwestycyjnych oraz odpowiednich warunków terenowych, co ogranicza ich rozwój w niektórych regionach.
Biomasa i biogaz: potencjał w rolnictwie
- Jeżeli znasz kogoś, kto pali drewnem w kominku, możesz mu powiedzieć, że pali on biomasą! Biomasa to po prostu materiał organiczny, który przechowuje energię słoneczną, na przykład drzewo, słoma czy odpady rolne. Biogaz zaś pochodzi z rozkładu tych materiałów organicznych (zazwyczaj odpadów) i po oczyszczaniu staje się biometanem o właściwościach podobnych do tradycyjnego gazu ziemnego.
Biomasa może być również magazynowana i wykorzystywana wtedy, gdy jest najbardziej potrzebna, co czyni ją bardziej elastycznym źródłem energii niż, na przykład, energia wiatrowa czy słoneczna. Jednak wady tego rozwiązania są równie istotne. Spalanie biomasy, choć odnawialne, wciąż wiąże się z emisją dwutlenku węgla i pyłów, co może negatywnie wpływać na jakość powietrza, zwłaszcza w obszarach o dużym natężeniu tego rodzaju energii.
Ponadto, intensywne wykorzystywanie biomasy może prowadzić do wyczerpywania zasobów naturalnych, jeśli nie jest prowadzone w sposób zrównoważony
Zaletą biomasy jest jej dostępność i uniwersalność – można ją pozyskiwać z resztek rolnych, leśnych czy nawet z odpadów miejskich, co pozwala jednocześnie zmniejszać ilość odpadów i produkować energię.
Dlatego biomasa, choć ma wiele zalet, wymaga odpowiedzialnego zarządzania i inwestycji w nowoczesne technologie, takie jak wysokosprawne kotły czy instalacje do produkcji biogazu. Tylko w ten sposób może stać się efektywnym i ekologicznym uzupełnieniem miksu odnawialnych źródeł energii.
Energia geotermalna: wykorzystanie ciepła Ziemi
- Ostatnim typem energii odnawialnej, który omówimy, jest energia geotermalna. Jej początki sięgają paleolitu, kiedy to nasi praprzodkowie odkryli gorące źródła, jednak od tego czasu technologia znacznie się rozwinęła – dziś wykorzystuje się zaawansowane systemy odwiertów i instalacji do pozyskiwania ciepła z głębszych warstw Ziemi. Mimo że obecnie energia geotermalna stanowi mniej niż 1% światowej produkcji energii, jednak dynamiczny rozwój technologii może znacząco zwiększyć jej udział w globalnym miksie energetycznym w przyszłości. [8]
Największe zastosowanie energii geotermalnej występuje w systemach ogrzewania. Pompy ciepła wykorzystują wyższą temperaturę gruntu w porównaniu do temperatury powietrza zimą, przepompowując przez niego wodę i wytwarzając ciepło bez potrzeby spalania paliw kopalnych. W przemyśle wykorzystuje się podobną technologię, jednak poprzez głębsze odwierty dociera się do wód geotermalnych, które oprócz ogrzewania mogą być wykorzystywane do produkcji energii elektrycznej.
Rodzaje odnawialnych źródeł energii
Pomimo wyzwań energia odnawialna niesie za sobą bardzo dużo korzyści. Na poziomie zwykłego Kowalskiego wykorzystanie odpowiedniego źródła energii odnawialnej może zmniejszyć koszty ponoszone w związku z zużyciem prądu czy ogrzewania. W skali makro wykorzystywanie OZE chroni środowisko, a także zmniejsza uzależnienie od paliw kopalnych, a tym samym potencjalne wahania cen związane z sytuacją geopolityczną na świecie.
Co więcej, odnawialne źródła energii, takie jak słońce, wiatr, woda czy biomasa, są praktycznie niewyczerpywalne.
Nie można również zapominać o wpływie na środowisko. Produkcja energii z paliw kopalnych odpowiada za aż 75% globalnej emisji dwutlenku węgla (CO₂), który jest głównym gazem cieplarnianym przyczyniającym się do zmian klimatu. Tymczasem OZE, takie jak energia wiatrowa czy słoneczna, podczas eksploatacji nie emitują CO₂. Przykładowo, średniej mocy farma wiatrowa, która w ciągu roku produkuje energię dla 100 tysięcy domów, pozwala uniknąć emisji aż 200 tysięcy ton CO₂. To tyle, ile rocznie emituje 50 tysięcy samochodów – czyli niemal tyle, ile znajduje się wszystkich aut w przeciętnym polskim mieście średniej wielkości.
Współczesne wykorzystanie biomasy to nie tylko spalanie drewna, ale szeroka gama technologii, które pozwalają na bardziej efektywne i ekologiczne wykorzystanie energii zawartej w materiałach organicznych.
Dodatkową korzyścią jest tworzenie miejsc pracy. Rozwój sektora OZE generuje tysiące stanowisk w takich dziedzinach jak instalacja paneli słonecznych, budowa farm wiatrowych czy rozwój technologii związanych z magazynowaniem energii.
Dzięki temu OZE nie tylko wpływają pozytywnie na środowisko, ale także wspierają lokalne gospodarki, szczególnie w regionach, gdzie rozwój tradycyjnych gałęzi przemysłu może być trudny.
Podsumowując, odnawialne źródła energii to nie tylko odpowiedź na kryzys klimatyczny, ale także krok w stronę bardziej stabilnej, ekonomicznej i zrównoważonej przyszłości. Ich wykorzystanie daje nam szansę na poprawę jakości życia, ochronę środowiska i uniezależnienie się od wyczerpujących się zasobów naturalnych.
Wyzwania w rozwoju odnawialnych źródeł energii
Rozwój OZE ma wiele wyzwań, najważniejszymi z nich są koszty budowy infrastruktury, problemy z przechowywaniem energii zależnej od warunków atmosferycznych, czy też ograniczone zastosowanie danej metody produkcji energii z powodu zmieniających się warunków klimatycznych.
Jednak największą barierą w rozwoju są kwestie polityczne. Wiele państw i firm na świecie zbudowało swoją gospodarkę na paliwach kopalnych. Ograniczenie ich zużycia więc potencjalnie będzie miało zgubne konsekwencje dla ich ekonomii, co z kolei powoduje, że inwestują wielkie pieniądze w zwalczanie idei OZE.
Przyszłość energii odnawialnej na świecie
Te bariery nie powinny jednak zatrzymać rozwoju OZE na świecie. Analitycy przewidują, że produkcja energii odnawialnej może potencjalnie zwiększyć się dwukrotnie do 2030 roku, a do 2035 stanowić nawet 100% produkcji niektórych krajów, znacząco zmniejszając światową emisję dwutlenku węgla. Dodatkowo, technologie pozyskiwania i przechowywania energii odnawialnej są cały czas rozwijane.
Obecnie w skali globalnej największymi liderami w wykorzystaniu odnawialnych źródeł energii są Islandia i Albania, które generują 100% energii elektrycznej z OZE. Islandia opiera swoją produkcję na energii geotermalnej i wodnej, podczas gdy Albania niemal w całości korzysta z hydroelektrowni.[9] W Europie wyróżnia się również Szwecja, gdzie OZE stanowią ponad 62% końcowego zużycia energii brutto, co czyni ją liderem w Unii Europejskiej.[10]
W porównaniu z tymi krajami Polska ma jeszcze sporo do nadrobienia. Według raportu Forum Energii udział odnawialnych źródeł w produkcji energii elektrycznej w Polsce wyniósł w 2023 roku około 27%, co stanowi wyraźny wzrost w porównaniu z poprzednimi latami.[11] Jednak, gdy weźmiemy pod uwagę całkowite zużycie energii (elektryczność, ciepło i transport), udział OZE spada do 17,1%. [12] Ten wynik pokazuje, że choć sektor energetyczny rozwija się dynamicznie, inne obszary, takie jak transport i ogrzewanie, wymagają dalszych działań.
Jednak dynamiczny rozwój sektora OZE w Polsce, zwłaszcza w obszarze energetyki wiatrowej i słonecznej, daje nadzieję na dalsze zwiększanie tego udziału w najbliższych latach. Kto wie… może już niedługo Polska dołączy do grona liderów w wykorzystaniu odnawialnych źródeł energii.
[1]https://www.iea.org/data-and-statistics/charts/global-electricity-generation-by-renewable-energy-technology-main-case-2023-and-2030?
[2] https://www.cire.pl/pliki/2/2019/fotowoltaika_producent.pdf
[3]https://www.iea.org/data-and-statistics/charts/global-electricity-generation-by-renewable-energy-technology-main-case-2023-and-2030
[4] https://pl.wikipedia.org/wiki/Energetyka_wiatrowa_w_Polsce
[5] https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/ece3.6592 Eksperyment przeprowadzony w Norwegii na farmie wiatrowej Smøla, jednej z największych w Europie, pokazał, że malowanie jednej z łopat turbiny na czarno zmniejszyło liczbę kolizji ptaków o 70%. Badanie to było prowadzone przez naukowców z Norweskiego Instytutu Badań Przyrodniczych (NINA) i zostało opublikowane w 2020 roku w czasopiśmie Ecology and Evolution. Czarny kolor łopaty zwiększa kontrast wizualny turbiny, co pomaga ptakom lepiej dostrzegać ruchome elementy konstrukcji, szczególnie przy słabej widoczności.
[6]https://www.iea.org/data-and-statistics/charts/global-electricity-generation-by-renewable-energy-technology-main-case-2023-and-2030
[7] https://pl.wikipedia.org/wiki/Elektrownia_wodna
[8]https://kongresgeotermalny.pl/viii-ogolnopolski-kongres-geotermalny/stan-wykorzystania-energii-geotermalnej-na-swiecie-i-w-europie-w-2022-2023/
[9] https://android.com.pl/tech/866302-europa-prad-oze-albania-islandia/
[10] https://www.teraz-srodowisko.pl/aktualnosci/udzial-oze-w-calkowitym-zuzyciu-energii-w-ue-2023-dane-eurostat-16108.html
[11] https://www.forum-energii.eu/transformacja-edycja-2024
[12] https://www.iea.org/countries/poland/energy-mix
Polecane
Biomasa: energia ukryta w codziennych odpadach
Biomasa to naturalny skarb ukryty w codzienności – materia organiczna, która pochodzi z roślin, zwierząt i ich odpadów, a którą możemy przekształcić w energię.
Czym jest energia odnawialna?
Żeby najlepiej wytłumaczyć to, czym jest energia odnawialna, najlepiej zacząć od definicji energii nieodnawialnej.
Woda i ciepło z wnętrza ziemi – klucz do taniej i stabilnej energii
Energia wodna to jedna z najstarszych i najbardziej niezawodnych form energii odnawialnej, znana ludzkości od wieków.
