Czym są zasoby odnawialne?

Zasoby odnawialne to takie zasoby, które w sposób naturalny same się odnawiają. Zasoby odnawialne nie mogą zostać wyczerpane w wyniku użytkowania lub konsumpcji ze względu właśnie na to naturalne uzupełnianie. Pomyśl na przykład o świetle słonecznym, wietrze lub falach pływowych. Nie spodziewamy się, aby światło słoneczne, wiatr czy fale zniknęły w ciągu naszego życia. Niektóre z tych zasobów odnawialnych mogą być również wykorzystywane w produkcji energii do produkcji energii elektrycznej.

Czym jest energia odnawialna?

Paliwa kopalne są doskonałym źródłem energii do produkcji energii elektrycznej, ale nie są jedynym dostępnym źródłem energii, ponieważ energia istnieje wszędzie wokół nas. Nie, nie mówimy tu o Mocy. Mówimy o prawdziwej energii obecnej w naszym otoczeniu, którą można zmierzyć. Światło słoneczne, wiatr, woda i inne mogą być wykorzystane do produkcji energii elektrycznej. To, co jest wspaniałe w tych zasobach energii, to fakt, że są one nieskończone – zawsze wiatr będzie wiał i zawsze na oceanie będą fale, niezależnie od tego, co zrobimy. Dlatego właśnie uważamy je za odnawialne źródła energii.

Główne rodzaje zasobów energii odnawialnej i ich przykłady

Energia słoneczna

Energia słoneczna jest jednym z najbardziej znanych źródeł energii odnawialnej. Panele słoneczne stały się wszechobecne, pojawiły się na dachach domów i firm, na pustych terenach, na polach i oczywiście na pustyniach.

Panele słoneczne składają się z warstw materiałów półprzewodnikowych zaprojektowanych do bezpośredniej konwersji promieniowania słonecznego na energię elektryczną. Ich cena znacznie spadła w ciągu ostatnich lat, dzięki czemu energia słoneczna stała się całkiem opłacalna. Mogą być instalowane prawie wszędzie, choć będą bardziej skuteczne w suchym klimacie.

Inna technologia wykorzystywana do wytwarzania energii elektrycznej ze światła słonecznego zwana jest skoncentrowaną energią słoneczną (ang. concentrated solar power, CSP). W elektrowniach CSP duże lustra są wykorzystywane do skupiania światła słonecznego na niewielkim obszarze, gdzie jest ono wystarczająco skoncentrowane, aby wytworzyć parę, która jest następnie wykorzystywana do napędzania turbiny i alternatora.

Energia wiatrowa

Energia wiatrowa jest również bardzo widoczna. Jadąc przez kilka godzin prawie każdą autostradą, na pewno zobaczysz turbiny wiatrowe pojawiające się na horyzoncie.

Wiatr wprawia w ruch łopaty turbiny wiatrowej, a ruch ten jest następnie zamieniany na energię elektryczną przez alternator umieszczony w gondoli turbiny wiatrowej.

Turbiny wiatrowe w ciągu ostatnich dziesięcioleci drastycznie zwiększyły swoje rozmiary i moc W latach 1990 łopaty największych turbin wiatrowych miały rozpiętość około 130 stóp i mogły generować około 500 kW mocy. Średnice łopat dzisiejszych największych turbin wiatrowych wynoszą 720 stóp. Te giganty generują 14000 kW mocy, czyli prawie 30 razy więcej niż ich poprzednicy. Są one tak duże, że ich elementy nie mogą być transportowane drogą lądową, więc mogą być instalowane tylko na morzu.

Jak się okazuje, morze jest całkiem dobrym miejscem na założenie farmy wiatrowej – wiatr tu wieje stale i nie ma nikogo, kto narzekałby, że turbiny wiatrowe psują mu widok.

Energia wodna

Energia strumieni i rzek może być wykorzystana do produkcji energii wodnej, gdy następuje znacząca zmiana wysokości wody, często określana jako wysokość podnoszenia. Im większa rzeka i im wyższy poziom wody, tym więcej energii elektrycznej można tam wytworzyć. W Chinach, Zapora Trzech Przełomów spiętrza całą rzekę Jangcy, co pozwala na wygenerowanie ogromnej mocy 22 GW (czyli 22 000 000 kW).

W elektrowni wodnej woda przepływa przez rurę, a następnie napiera na łopatki turbiny. Turbina obraca się, a w alternatorze wytwarzana jest energia elektryczna.

W Stanach Zjednoczonych większość elektrowni wodnych posiada zaporę, która gromadzi wodę, zanim ta przejdzie przez turbiny. Zapora zwiększa wysokość podnoszenia i sezonowo magazynuje wodę, umożliwiając w niektórych przypadkach produkcję energii elektrycznej przez cały rok. Energia wodna jest jednym z najłatwiejszych i najbardziej opłacalnych sposobów wytwarzania energii elektrycznej, a także jednym z najstarszych.

Energia geotermalna

Energia geotermalna jest również od dawna wykorzystywana do wytwarzania energii elektrycznej. W elektrowniach geotermalnych woda jest wtłaczana głęboko pod ziemię, gdzie ciepło emanujące z pobliskich pokładów magmy zamienia ją w parę. Para jest następnie przesyłana rurą z powrotem na powierzchnię i wykorzystywana do napędzania turbiny parowej.

Odwierty geotermalne rzadko znajdują się na głębokości większej niż dwie mile, więc elektrownie tego typu mogą być budowane tylko wtedy, gdy magma znajduje się niedaleko od powierzchni. Jest tak zazwyczaj w pobliżu obszarów o aktywności wulkanicznej lub w miejscach styku płyt tektonicznych. W rezultacie w Stanach Zjednoczonych prawie wszystkie elektrownie geotermalne znajdują się na Zachodzie, głównie w Kalifornii, gdzie uskok San Andreas powoduje, że magma unosi się blisko powierzchni ziemi.

Biomasa

Biomasa jest kolejnym ważnym źródłem energii wykorzystywanym do wytwarzania energii elektrycznej. Termin ten obejmuje szeroki zakres materiałów organicznych, które mogą służyć jako paliwo. Wióry drzewne, śmieci z gospodarstw domowych oraz ług czarny (produkt uboczny przemysłu drzewnego) to jedne z najczęściej stosowanych paliw biomasowych. Co sprawia, że biomasa jest odnawialnym źródłem energii? Mówiąc krótko, biomasa może być dowolnie uprawiana i hodowana.

Energia odnawialna na przestrzeni lat

W całej historii ludzie wykorzystywali większość z tych odnawialnych źródeł energii w taki czy inny sposób. Rzymianie kąpali się w gorących źródłach geotermalnych, a ktokolwiek odkrył ogień, po prostu wykorzystał energię biomasy, aby się ogrzać.

Elektryczność i odnawialne źródła energii elektrycznej oczywiście pojawiły się później. W wielu krajach energia wodna była podstawowym źródłem energii elektrycznej do czasu, gdy zapotrzebowanie na nią przerosło lokalny potencjał – „odnawialny” nie oznacza nieograniczony.

Później wszystkie inne rodzaje odnawialnej energii elektrycznej zajmowały stosunkowo marginalną pozycję w większości rejonów świata mniej więcej do poprzedniej dekady, kiedy to energia słoneczna i wiatrowa weszły w okres szybkiego wzrostu. Jak szybki jest ten wzrost? Bardzo szybko - między rokiem 2010 a 2019, dodano ponad 580 GW mocy elektrowni słonecznych i 470 GW mocy elektrowni wiatrowych, co stanowi prawie siedmiokrotny wzrost w porównaniu z powstawaniem nowych elektrowni wiatrowych i słonecznych w poprzedniej dekadzie.

Zapotrzebowanie na energię odnawialną

Co powoduje wzrost znaczenia energii słonecznej i wiatrowej? Istnieją dwa główne powody.

Pierwszym i najprostszym powodem, jest to, że panele słoneczne i turbiny wiatrowe stały się lepsze i tańsze, czyniąc energię słoneczną i wiatrową znacznie bardziej przystępną, niż była ona tylko 20 lat temu. Ponieważ dodatkowo żadna z nich nie wymaga paliwa, ekonomika energii słonecznej i wiatrowej może być bardzo atrakcyjna dla inwestorów.

Drugim, bardziej złożonym powodem jest to, że w wielu krajach tolerancja dla emisji związanych z elektrowniami kopalnymi gwałtownie spada – zarówno z powodu obaw związanych z globalnym ociepleniem, jak i z powodu bezpośrednich skutków zanieczyszczenia powietrza. Zastąpienie elektrowni zasilanych paliwami kopalnymi odnawialnymi źródłami energii nie jest proste, ale jest od pewnego stopnia możliwe. Wielka Brytania, na przykład, wycofała prawie wszystkie swoje elektrownie węglowe i teraz zwykle działa w 80 lub więcej % na samej energii odnawialnej.

Jednak nie wszystkie odnawialne źródła energii są całkowicie pozbawione wpływu na środowisko.

Spalanie biomasy może generować niektóre z tych samych rodzajów niepożądanych emisji, jak spalanie węgla, w tym NOx i pyłów.

Zapory wodne mają również duży wpływ na środowisko – niektóre z nich mogą powodować zalanie całych dolin.

Nawet elektrownie geotermalne mogą potencjalnie powodować uwalnianie szkodliwych substancji przenoszonych przez płyny wydobywane z głębi ziemi, takich jak arsen, radon i siarkowodór. Z tego powodu wiele elektrowni geotermalnych działa w obiegu zamkniętym, wtłaczając ponownie do ziemi parę i wodę, które wydobywają.

Energie odnawialne na świecie

Które kraje przodują w rozwoju energii odnawialnej?

Ściśle mówiąc, kilka mniejszych krajów już w całości korzysta z odnawialnej energii elektrycznej i robi to od dziesięcioleci.

Islandia nigdy nie potrzebowała żadnego innego znaczącego źródła energii do zasilania swojego systemu elektrycznego oprócz energii wodnej i geotermalnej – co jest zaletą wynikającą z unikalnej geologii wyspy. Podobnie Kostaryka, która zaspokaja prawie całe swoje zapotrzebowanie na energię elektryczną wykorzystując bogate zasoby hydrologiczne, którymi została obdarzona. W tych krajach nie ma opłat za energię odnawialną – ona już tam jest.

Niemcy są jednym z krajów, w których zmiany w sektorze energetycznym są największe. W Niemczech tradycyjnie wytwarzano większość energii elektrycznej w elektrowniach węglowych i jądrowych. W ciągu ostatnich 20 lat wiele z tych elektrowni zostało zamkniętych i zastąpionych przez farmy wiatrowe, panele słoneczne i zakłady produkujące biopaliwa. W 2019 roku 42% krajowego zapotrzebowania na energię elektryczną zostało pokryte ze źródeł odnawialnych.

Energia odnawialna w Stanach Zjednoczonych

Energia odnawialna szybko staje się popularna również w Stanach Zjednoczonych. W 2020 kraj ten dodał 24 GW mocy z turbin wiatrowych i 18 GW mocy z elektrowni słonecznych. Razem to mniej więcej tyle, ile wynosi łączna moc wszystkich nowych elektrowni opalanych paliwami kopalnymi uruchomionych w kraju w 2017, 2018, 2019 i 2020 roku razem wziętych. Ile to 18 GW mocy z elektrowni słonecznych? Gdyby wszystkie te farmy słoneczne zebrano w jedno miejsce, zajmowałyby one około 220 mil kwadratowych lub dziesięć razy więcej niż całkowita powierzchnia wyspy Manhattan. To duży teren, ale pamiętaj – wiele z tych paneli słonecznych jest zainstalowanych na dachach, na szczycie wiat samochodowych lub w obszarach pustynnych, gdzie jest dużo miejsca.

Który kraj instaluje najwięcej paneli słonecznych i turbin wiatrowych?

Odpowiedź: to Chiny i to z dużą przewagą. Zgodnie z danymi opublikowanymi przez chiński rząd, Chiny zainstalowały ogromne 120 GW mocy w elektrowniach wiatrowych i słonecznych w 2020 roku – 48 GW mocy w elektrowniach słonecznych (zajmujących powierzchnię 20 razy większą od powierzchni wyspy Hong Kong) i 72 GW mocy w elektrowniach wiatrowych (co stanowi więcej turbin wiatrowych niż cała reszta świata zainstalowała w poprzednim roku).