Energia elektryczna i źródła odnawialne

Odnawialne źródła energii są – jak sama ich nazwa wskazuje – w stanie odnawiać własne zasoby w stosunkowo krótkim czasie, zaś długi deficyt im nie grozi. Źródła tego typu są coraz bardziej popularne na świecie, a w tym również i w Polsce. Zalicza się do nich między innymi wiatr, promieniowanie słoneczne, opady (deszcz), fale morskie, geotermię, pływy morskie i tym podobne. Jak można się domyślić, ich całkowitym przeciwieństwem są źródła nieodnawialne, takie jak ropa naftowa, węgiel, uran czy też gaz ziemny.

Odnawialne źródła energii – według danych z 2015 roku zaspokoiły zapotrzebowania ludzi na całym świecie w aż 19,3%. Należy zadać sobie w tym miejscu pytanie: dlaczego odnawialne źródła energii są tak popularne na świecie? Otóż, ich sława wzrosła już na początku XXI wieku ze względy na spadek cen, a jednocześnie dopłaty ze strony wielu państw.

Energia wiatrowa i najnowsze odkrycia

Pierwszym źródłem energii odnawialnych jest energia wiatru, czyli energia kinetyczna przemieszczających się mas powietrza. Innymi słowy, wiatr przekształca się w energię dzięki turbinom wiatrowym i wykorzystuje poprzez zamontowanie wiatraków i pomp wiatrowych. Jak się okazuje, energia wiatru największy udział w dostarczaniu ludziom elektryczności miała w Danii, gdzie prawie aż 50% energii to wiatr. Następnie kolejno plasuje się Irlandia, Portugalia i Hiszpania. W Polsce jednak w roku 2015 energia wiatrowa dostarczyła nam elektryczności zaledwie 6,6% z całego zapotrzebowania. Mimo to, wciąż budowane są kolejne elektrownie wiatrowe, które zyskują coraz większą popularność w naszym kraju.

Najwięcej z kolei energii wiatrowej produkują Stany Zjednoczone, Chiny, Niemcy i Hiszpania. Jak się okazuje, jest to bardzo stabilne paliwo, które z początku wiąże się z dużymi i kosztownymi inwestycjami (które i tak obecnie stopniowo spadają ze względu na budowanie coraz większych, a zarazem lżejszych turbin), jednakże w stosunkowo krótkim czasie koszty zwracają się całkowicie. Wszystko bowiem za sprawą braku wydatków w późniejszym czasie na paliwo. Cena pozostaje więc na tym samym poziomie, w przeciwieństwie do cen paliw kopalnych, czyli źródeł nieodnawialnych.

Warto wspomnieć także, iż za sprawą innowacyjnych łopatek do turbin wiatrowych, koszty działa elektrowni tego typu są znacznie mniejsze. Najnowsza wiatrowa turbina morska będzie wyższa od Pałacu Kultury i Naukowy o kilkadziesiąt metrów w stosunku 237 do 270 metrów. Taki projekt jest pomysłem Belgów, którzy deklarują, iż turbiny tego typu zostaną zamontowane w projekcie Northwester. Do 2025 z kolei roku Belgowie chcą mieć 4 GW nowych mocy z offshore.

Inną ciekawostką jest także to, że PKN ORLEN dużymi krokami zbliża się do wybudowania elektrowni wiatrowej na Morzu Bałtyckim. Jak się okazuje, do przetargu zgłosiło się ponad 20 firm, zaś inwestycyjna moc może wynieść nawet aż 1200 MW. Jeśli projekt zostanie sfinalizowany, będzie to jedno z największych osiągnięć w Polsce pod względem budowy elektrowni źródeł odnawialnych.

Fotowoltaika a prąd dla domu

Jak się okazuje, fotowoltaika, a właściwie panele fotowoltaiczne są najczęściej stosowaną energią odnawialną w domach prywatnych. Dają one bowiem prąd dla domu i pozwalają – co za tym idzie – zminimalizować koszty za elektryczność do – tak naprawdę – zera. Energia słońca jest bowiem całkowicie darmowa i każdy może z niej korzystać bez ograniczeń. Wystarczy zamontować na dachu, bądź ogrodzie wspomniane panele fotowoltaiczne, a następnie cieszyć się darmowym prądem.

Jak się okazuje, koszty montażu instalacji fotowoltaicznej zwracają się już po siedmiu latach, zaś panele mogą działać bez zarzutu nawet przez ćwierć wieku, czyli 25 lat.

Energia wodna

Kolejnym źródłem odnawialnych źródeł energii jest energia wodna, czyli energia mechaniczna pozyskiwana za sprawą płynącej wody. Co ciekawe, wykorzystuje się ją również w bezpośredni sposób do napędu maszyn. Choć nie jest to innowacyjne źródło energii, to coraz częściej jest ono modernizowane. Przed laty bowiem energię wodną wykorzystywane do napędu młynów, kuźni, tartaków i tym podobne. W I połowie XIX wieku stosowano również energię ów przy przemieszczaniu barek po pochylniach między odcinkami kanałów.

Energia wodna jest stosowana w wielu krajach na całym świecie. Wszystko za sprawą znacznie niższych kosztów w stosunku do spalania paliw kopalnych, bądź też energii jądrowej. Z energii tej jednak nie korzysta się powszechnie do pozyskania prądu dla domostw prywatnych.

Energia geotermalna

Nie każdy ma pojęcie, czym tak naprawdę jest energia geotermalna. Otóż, jest to energia cieplna skał, gruntu pod powierzchnią Ziemi, a także wody i – jak można się domyślić – jest również odnawialnym źródłem energii. Wadą tegoż źródła jest bardzo powolny proces odnawiania, w związku z czym mały strumień ciepła geotermalnego przy pobieraniu dużej ilości ciepłe może prowadzić do tak zwanego wychłodzenia skład, bądź też – finalnie – spadku ciśnienia w zbiorniku.

Energię geotermalną uzyskuje się za sprawą wierceń, które pod względem technologicznym są zbliżone do odwiertów naftowych. Istotną jednak różnicą jest wykonanie i ich umiejscowienie. Źródło to może być pobierane za sprawą gruntowych pomp ciepła, bądź głębszych odwiertów. Warto wspomnieć, że energię geotermalną wykorzystuje się obecnie w aż 64 krajach, zaś łączna moc wszystkich elektrowni geotermalnych, działających na całym świecie wynosi 11,4 GW (dane z 2012 roku. Źródło to jest najważniejszym na Filipinach i Islandii, a analogicznie w Unii Europejskiej z energii geotermalnej korzysta się w 0,84%. W Polsce instalacje tego typu można spotkać na terenach Podhala – 0,03% w porównaniu z energią pierwotną.

Energia słoneczna – fototermiczna

Nie da się ukryć, że energia słoneczna jest bardo podobna do fotowolatiki, jednakże wcześniej wspomniana produkuje przede wszystkim prąd dla domów prywatnych. Energia fototermiczna z kolei wykorzystuje także energię promieniowania słonecznego, jednakże na znacznie większą, tak zwaną publiczną skalę. Energetyka słoneczna jest jedną z najszybciej rozwijających się. Od początku XXI wieku bowiem rozwija się ona o około 40% każdego roku. W 2016 roku łączna moc zainstalowanych ogniw słonecznych wyniosła aż 301 GW, co oznacza, iż wzrosła o 75 GW w stosunku do poprzedniego roku.

Warto zwrócić również uwagę na wieże słoneczne, czyli niezwykle wysokie kominy słoneczne. Energie ruchu powietrza przekształca się w nich na energię elektryczną przy użyciu turbiny wiatrowej, która połączona jest z generatorem. Energię słoneczną wykorzystuje się także do urządzeń przenośnych, które wymagają małej ilości energii. Wśród nich wymienia się np. zegarki i kalkulatory. Oprócz tego, panele fotowoltaiczne spotyka się na jachtach żaglowych, sztucznych satelitach i wozach kempingowych, bądź też wspomnianych domach lub fotoradarach.

Istotną informacją jest to, że energia słoneczna nigdy się nie kończy – podobnie jak światło słoneczne.

Biomasa

Biomasa to z całą pewnością jedno z najbardziej ciekawych źródeł energii odnawialnej. Jest to bowiem energia, którą pozyskuje się przez biodegradację frakcji produktów, pozostałości z produkcji rolnej, leśnej, rybołóstwa, a także biogazy i odpady. Warto wspomnieć, że jest to zwykle dobre źródło, które gwarantuje – poniekąd – prąd dla domów. Biomasa jest najczęściej wykorzystywana do gotowania i ogrzewania. Za sprawą prób uniezależnienia się od paliw kopalnych postanowiono w sposób bardziej zaawansowany pójść w stronę biomasy, która dziś pozwala produkować energię elektryczną przede wszystkim w elektrowniach cieplnych.

Mimo wszystko, biomasa budzi kontrowersje – w latach 2005-2012 w Polsce realizowano współspalanie, czyli spalanie dodatku masy z węglem, zamiast czystej biomasy. To w połączeniu z brakiem odpowiedniej wentylacji doprowadziło do licznych wybuchów i pożarów, a w efekcie – ofiar śmiertelnych. Mimo to, obecnie w Polsce 85% biomasy pochodzi z importu, a Unia Europejska wprowadziła regulacje, według których przemysł energetyczny ma za obowiązek korzystać z biomasy jako głównego paliwa.

Energia prądów morskich, pływów i falowania

Energię tę można podzielić na trzy kategorie: prądy morskie, pływy i falowania. Pierwszy z nich ma moc 7 TW, drugie do 200 GW, zaś energia falowani – 3 TW. Są to źródła odnawialne, które mają stosunkowo mały potencjał. Ich zastosowanie bowiem może mieć niekorzystne znaczenie dla klimatu i mogłoby doprowadzić do nieobliczalnych zmian klimatycznych. Z powodu kilku sposobów konwersji fal na energię elektryczną, należy wymienić między innymi: elektrownię mechaniczną, pneumatyczną, hydrauliczną oraz indukcyjną.

W chwili obecnej elektrownie pływów są wykorzystywane między innymi w Rosji i Wielkiej Brytanii, jednakże wciąż nie pracują one skalę przemysłową. Wszystko to jest bowiem spowodowane problemami technicznymi, a także niebezpieczeństwem związanym ze sztormami i huraganami. Z punktu historycznego, pierwsza elektrownia tego typu powstała we Francji w Saint-Malo w 1967 roku. Jej maksymalna moc wynosi 550 MW, zaś dzienny czas pracy – od 4 do 8 godzin dziennie. Rocznie wytwarza więc 600 GWh energii elektrycznej.

Definicja energii elektrycznej

Energia prądu elektrycznego – według książkowej definicji – jest energią, która jest przekazywana przez prąd do odbiornika wykonującego pracę. W rzeczywistości oznacza to, że wszystko, co posiadamy w domu – komputery, telewizory, czajniki, a nawet światło i piece działają na podstawie elektryczności. Bez niej bowiem wciąż żylibyśmy w czasach średniowiecznych. Jak wspomniano wcześniej – energię elektryczną można uzyskać za pomocą między innymi elektrowni wiatrowych, wodnych, słonecznych, elektrowni pływów i fal i tym podobne. Energia w ostatnim czasie jest też obecna w autach, które zasila bateria elektryczna. Jak wiec można się domyślić – bez energii elektrycznej nie bylibyśmy w stanie normalnie egzystować.

Właściwości energii elektrycznej

Energię elektryczną łatwo się transportuje i reguluje, a także przekształca do parametrów niezbędnych do jej wykorzystania. Nie zanieczyszcza także środowiska i gwarantuje wysoką wydajność i zminimalizowaną ilość odpadów zarówno chemicznych, jak też i cieplnych. Oprócz tego jest w stanie zapewnić wysoką sprawność na etapie przetwarzania w inne formy (postaci) energii użytecznej.

Wady energii elektrycznej

Jak wszystko, co istnieje, również energia elektryczna posiada swoje wady. Przede wszystkim należy wśród nich wymienić trudność jej przechowywania, nie da się fizycznie jej składować, w związku z czym jest, a właściwie musi być wytwarzana w momencie, kiedy zaistnieje zapotrzebowanie na nią.

Choć stosowane są również akumulatory, to jednak nie są zbyt pojemne, a ponadto mało wydajne oraz ciężkie. To więc całkowicie eliminuje je jako sposób magazynowania, bądź transportowania większej ilości energii. Do tego zwykle wykorzystuje się między innymi elektrownie szczytowo-pompowe.

Koszty energii elektrycznej

Jak już wspomniano w kontekście odnawialnych źródeł energii, koszty elektryczności są bardzo zróżnicowane. Zależą one bowiem właśnie od źródła. Najtańszym, a tak naprawdę bezpłatnym okazują się panele fotowoltaiczne, które można zamontować prywatnie na dachu budynku lub w ogrodzie. Dają one bowiem prąd dla domów, za który nie trzeba płacić i który nigdy się nie kończy. Stosunkowo tani okazuje się także prąd z energii wiatrowej, do produkcji którego wykorzystuje się elektrownie z tak zwanymi wiatrakami. Turbiny wiatrowe są coraz bardziej lżejsze przy jednocześnie większej mocy, co oznacza, iż koszty ich produkcji i montażu są mniejsze, z kolei opłacalność znacząco większa. Dla osób, które więc korzystają z tego typu źródła energii mają szansę płacić mniejsze rachunki za prąd.

Kolejno, prąd z nieodnawialnych źródeł energii wciąż zmieniają się są nie do przewidzenia. Mogą one zarówno wzrosnąć, jak i szybko i niespodziewanie spaść. Wszystko wiąże się bowiem z trudnością w wydobywaniu paliwa, bądź też możliwością jego skończenia się. Innym powodem są – co ważne powody polityczne i stosunki międzynarodowe. Niskie koszty posiadają elektrownie jądrowe, zaś stosunkowo wysokie – elektrownie konwencjonalne, które wykorzystują na co dzień biomasę jako podstawowe paliwo do wytwarzania energii elektrycznej. Do tego wlicza się także koszty inwestycji, ilość energii zużytej w danym okresie i zarządzania odpadami, bądź niejednokrotnie i koszty ubezpieczenia.

Finalne koszty za prąd są przeliczane na wartość bieżącą netto i sumowane na postać przepływów pieniężnych.