Energia odnawialna - Renewable energy

Zwiększenie mocy wytwórczych w zakresie energii odnawialnej w 2020 r. zwiększyło się o ponad 45% w porównaniu z 2019 r., w tym o 90% wzrost globalnej mocy wiatrowej (kolor zielony) i 23% wzrost nowych instalacji fotowoltaicznych (kolor żółty).

Część serii na
Energia odnawialna
Oszczędzanie energii Kogeneracja Efektywne wykorzystanie energii Magazynowanie energii Zielony budynek Pompa ciepła Mikrogeneracja
Energia odnawialna Elektryczność wodna Słoneczny Wiatr Geotermalna Biopaliwo Paliwo neutralne pod względem emisji dwutlenku węgla Transformacja energii odnawialnej Energia morska
Zrównoważony transport Pojazd elektryczny Zielony pojazd Hybryda typu plug-in Wycofywanie paliw kopalnych
Portal energii odnawialnej  Kategoria
v T mi

Energia odnawialna to użyteczna energia, która jest pozyskiwana z odnawialnych zasobów , które są naturalnie uzupełniane w ludzkiej skali czasu , w tym ze źródeł neutralnych pod względem emisji dwutlenku węgla , takich jak światło słoneczne , wiatr , deszcz , pływy , fale i ciepło geotermalne . Ten rodzaj źródła energii kontrastuje z paliwami kopalnymi , które są zużywane znacznie szybciej niż uzupełniane. Chociaż większość energii odnawialnej to energia zrównoważona , niektóre nie, na przykład część biomasy jest niezrównoważona.

Energia odnawialna często dostarcza energię w czterech ważnych obszarach: wytwarzanie energii elektrycznej , ogrzewanie / chłodzenie powietrza i wody , transport oraz usługi energetyczne na obszarach wiejskich (poza siecią) .

Zgodnie z raportem REN21 z 2017 r., odnawialne źródła energii przyczyniły się do 19,3% światowego zużycia energii przez ludzi i 24,5% do ich wytwarzania odpowiednio w 2015 i 2016 r. To zużycie energii jest podzielone jako 8,9% pochodzącej z tradycyjnej biomasy, 4,2% jako energia cieplna (nowoczesna biomasa, ciepło geotermalne i słoneczne), 3,9% z energii wodnej, a pozostałe 2,2% to energia elektryczna z wiatru, słońca, geotermii i innych form biomasa. W 2017 r. światowe inwestycje w energię odnawialną wyniosły 279,8 mld USD, przy czym Chiny stanowiły 45% światowych inwestycji, a Stany Zjednoczone i Europa po około 15%. Na całym świecie było około 10,5 miliona miejsc pracy związanych z branżami energii odnawialnej, a fotowoltaika słoneczna jest największym pracodawcą w dziedzinie energii odnawialnej. Systemy energii odnawialnej szybko stają się wydajniejsze i tańsze, a ich udział w całkowitym zużyciu energii rośnie. Od 2019 r. ponad dwie trzecie nowo zainstalowanej mocy elektrycznej na świecie pochodziło z odnawialnych źródeł energii. Wzrost zużycia węgla i ropy może zakończyć się do 2020 roku z powodu zwiększonego wykorzystania odnawialnych źródeł energii i gazu ziemnego . Od 2020 r. w większości krajów fotowoltaiczna energia słoneczna i wiatr na lądzie są najtańszymi formami budowy nowych elektrowni.

Na poziomie krajowym co najmniej 30 krajów na całym świecie ma już odnawialne źródła energii, które stanowią ponad 20 procent ich dostaw energii. Przewiduje się, że krajowe rynki energii odnawialnej będą nadal silnie rosnąć w nadchodzącej dekadzie i później. Co najmniej dwa kraje, Islandia i Norwegia, wytwarzają już całą swoją energię elektryczną przy użyciu energii odnawialnej, a wiele innych krajów wyznaczyło sobie cel, aby w przyszłości osiągnąć 100% energii odnawialnej . Co najmniej 47 krajów na całym świecie ma już ponad 50 procent energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych. Odnawialne źródła energii występują na rozległych obszarach geograficznych, w przeciwieństwie do paliw kopalnych, które są skoncentrowane w ograniczonej liczbie krajów. Szybkie wdrażanie technologii energii odnawialnej i efektywności energetycznej skutkuje znacznym bezpieczeństwem energetycznym , łagodzeniem zmian klimatycznych i korzyściami ekonomicznymi. W międzynarodowych badaniach opinii publicznej istnieje silne poparcie dla promowania źródeł odnawialnych, takich jak energia słoneczna i wiatrowa.

Chociaż wiele projektów dotyczących energii odnawialnej ma dużą skalę, technologie odnawialne są również odpowiednie dla obszarów wiejskich i oddalonych oraz krajów rozwijających się , gdzie energia ma często kluczowe znaczenie dla rozwoju społecznego . Ponieważ większość technologii energii odnawialnej dostarcza energię elektryczną, wykorzystanie energii odnawialnej jest często stosowane w połączeniu z dalszą elektryfikacją , która ma kilka zalet: energię elektryczną można przekształcić w ciepło, można ją przekształcić w energię mechaniczną z wysoką wydajnością i jest czysta w punkcie konsumpcja. Ponadto elektryfikacja energią odnawialną jest bardziej wydajna, a zatem prowadzi do znacznego zmniejszenia zapotrzebowania na energię pierwotną.

W 2017 r. inwestycje w energię odnawialną na całym świecie wyniosły 279,8 mld USD, przy czym 126,6 mld USD przypadło na Chiny, czyli 45% globalnych inwestycji. Według naukowca dr Cornelii Tremann „Chiny stały się od tego czasu największym na świecie inwestorem, producentem i konsumentem energii odnawialnej na świecie, produkując najnowocześniejsze panele słoneczne, turbiny wiatrowe i elektrownie wodne”, a także stały się największym na świecie producent samochodów elektrycznych i autobusów.

Przegląd

Węgiel, ropa naftowa i gaz ziemny pozostają głównymi światowymi źródłami energii, mimo że odnawialne źródła energii zaczęły gwałtownie rosnąć.

PlanetSolar , największa na świecie łódź zasilana energią słoneczną i pierwszy w historii pojazd elektryczny na energię słoneczną, który opłynął kulę ziemską (w 2012 r.)

Przepływy energii odnawialnej obejmują zjawiska naturalne, takie jak światło słoneczne , wiatr , pływy , wzrost roślin i ciepło geotermalne , jak wyjaśnia Międzynarodowa Agencja Energii :

Energia odnawialna pochodzi z naturalnych procesów, które są stale uzupełniane. W różnych formach pochodzi bezpośrednio ze słońca lub z ciepła wytwarzanego głęboko w ziemi. Definicja obejmuje energię elektryczną i ciepło wytwarzane ze słońca, wiatru, oceanów, energii wodnej , biomasy, zasobów geotermalnych oraz biopaliw i wodoru pozyskiwanych ze źródeł odnawialnych.

Odnawialne źródła energii i znaczące możliwości w zakresie efektywności energetycznej istnieją na rozległych obszarach geograficznych, w przeciwieństwie do innych źródeł energii, które są skoncentrowane w ograniczonej liczbie krajów. Szybkie wprowadzenie energii odnawialnej i efektywności energetycznej oraz dywersyfikacja technologiczna źródeł energii przyniosłoby znaczne bezpieczeństwo energetyczne i korzyści ekonomiczne. Zmniejszyłoby to również zanieczyszczenie środowiska, takie jak zanieczyszczenie powietrza spowodowane spalaniem paliw kopalnych i poprawiłoby zdrowie publiczne, zmniejszyłoby przedwczesną śmiertelność z powodu zanieczyszczenia i zaoszczędziłoby związane z tym koszty zdrowotne, które wynoszą kilkaset miliardów dolarów rocznie tylko w Stanach Zjednoczonych. Wiele analiz amerykańskich strategii dekarbonizacji wykazało, że wymierne korzyści zdrowotne mogą znacząco zrekompensować koszty wdrażania tych strategii. Oczekuje się, że odnawialne źródła energii, które czerpią energię ze słońca bezpośrednio lub pośrednio, takie jak energia wodna i wiatrowa, będą w stanie dostarczać ludzkości energię przez prawie kolejny miliard lat, kiedy to przewidywany wzrost ciepła słonecznego oczekuje się, że powierzchnia Ziemi będzie zbyt gorąca, aby mogła istnieć woda w stanie ciekłym.

Zaniepokojenie zmianami klimatycznymi i globalnym ociepleniem , w połączeniu z ciągłym spadkiem kosztów niektórych urządzeń wykorzystujących odnawialne źródła energii, takich jak turbiny wiatrowe i panele słoneczne, napędzają zwiększone wykorzystanie odnawialnych źródeł energii. Nowe wydatki rządowe, regulacje i polityki pomogły branży lepiej przetrwać globalny kryzys finansowy niż wiele innych sektorów. Jednak od 2019 r. według Międzynarodowej Agencji Energii Odnawialnej całkowity udział odnawialnych źródeł energii w miksie energetycznym (w tym energii, ciepła i transportu) musi rosnąć sześciokrotnie szybciej, aby utrzymać wzrost średnich temperatur na świecie „znacznie poniżej” 2,0 ° C (3,6 ° F) w obecnym stuleciu, w porównaniu do poziomów sprzed epoki przemysłowej.

Od 2011 roku małe systemy fotowoltaiczne dostarczają energię elektryczną kilku milionom gospodarstw domowych, a mikro-hydro skonfigurowane w mini-sieci obsługuje o wiele więcej. Ponad 44 miliony gospodarstw domowych wykorzystuje biogaz wytwarzany w domowych komorach fermentacyjnych do oświetlania i/lub gotowania , a ponad 166 milionów gospodarstw domowych korzysta z nowej generacji bardziej wydajnych pieców na biomasę. ONZ ósmy Sekretarz Generalny ' Ban Ki-moon powiedział, że energia odnawialna ma zdolność do podnoszenia najbiedniejsze narody na nowy poziom dobrobytu. Na poziomie krajowym co najmniej 30 krajów na całym świecie ma już energię odnawialną, która zapewnia ponad 20% dostaw energii. Przewiduje się, że krajowe rynki energii odnawialnej będą nadal silnie rosnąć w nadchodzącej dekadzie i później, a około 120 krajów ma różne cele polityczne dotyczące długoterminowych udziałów energii odnawialnej, w tym celu 20% całej energii elektrycznej wytwarzanej dla Unii Europejskiej do 2020 r. Niektóre kraje mają znacznie wyższe długoterminowe cele polityki dotyczące nawet 100% odnawialnych źródeł energii. Poza Europą zróżnicowana grupa 20 lub więcej innych krajów stawia sobie za cel udział energii odnawialnej w okresie 2020-2030, który wynosi od 10% do 50%.

Energia odnawialna często wypiera konwencjonalne paliwa w czterech obszarach: wytwarzanie energii elektrycznej , ciepła woda / ogrzewanie pomieszczeń , transport oraz usługi energetyczne na obszarach wiejskich (poza siecią):

• Wytwarzanie energii

Przewiduje się, że do 2040 r. energia odnawialna zrówna produkcję energii elektrycznej z węgla i gazu ziemnego. Kilka jurysdykcji, w tym Dania, Niemcy, stan Australia Południowa i niektóre stany USA, osiągnęły wysoki stopień integracji zmiennych odnawialnych źródeł energii. Na przykład w 2015 r. energia wiatrowa pokryła 42% zapotrzebowania na energię elektryczną w Danii, 23,2% w Portugalii i 15,5% w Urugwaju. Połączenia międzysystemowe umożliwiają krajom zbilansowanie systemów elektroenergetycznych poprzez umożliwienie importu i eksportu energii odnawialnej. Między krajami i regionami pojawiły się innowacyjne systemy hybrydowe.

• Ogrzewanie

Podgrzewanie wody energią słoneczną stanowi ważny wkład w ciepło odnawialne w wielu krajach, w szczególności w Chinach, które mają obecnie 70% całkowitej światowej produkcji (180 GWth). Większość z tych systemów jest instalowana w budynkach wielorodzinnych i zaspokaja część zapotrzebowania na ciepłą wodę około 50-60 milionów gospodarstw domowych w Chinach. Na całym świecie zainstalowane słoneczne systemy podgrzewania wody zaspokajają część potrzeb w zakresie ogrzewania wody ponad 70 milionów gospodarstw domowych. Wzrasta również wykorzystanie biomasy do ogrzewania. W Szwecji krajowe zużycie energii z biomasy przewyższyło zużycie ropy naftowej. Szybko rośnie również energia geotermalna do ogrzewania. Najnowszym dodatkiem do ogrzewania są geotermalne pompy ciepła, które zapewniają zarówno ogrzewanie, jak i chłodzenie, a także spłaszczają krzywą zapotrzebowania na energię elektryczną, a zatem są coraz większym priorytetem krajowym (patrz także odnawialna energia cieplna ).

• Transport

Autobus na biodiesel

Bioetanol to alkohol powstały w wyniku fermentacji , głównie z węglowodanów wytwarzanych w uprawach cukru lub skrobi , takich jak kukurydza , trzcina cukrowa lub słodkie sorgo . Biomasa celulozowa , pochodząca ze źródeł niespożywczych, takich jak drzewa i trawy, jest również opracowywana jako surowiec do produkcji etanolu. Etanol może być stosowany jako paliwo do pojazdów w czystej postaci, ale zwykle jest stosowany jako dodatek do benzyny w celu zwiększenia liczby oktanów i poprawy emisji spalin. Bioetanol jest szeroko stosowany w USA iw Brazylii . Biodiesel może być używany jako paliwo do pojazdów w czystej postaci, ale zwykle jest stosowany jako dodatek do oleju napędowego w celu zmniejszenia poziomu cząstek stałych, tlenku węgla i węglowodorów z pojazdów napędzanych olejem napędowym. Biodiesel jest produkowany z olejów lub tłuszczów w procesie transestryfikacji i jest najpopularniejszym biopaliwem w Europie.

Pojazd słoneczna jest pojazd elektryczny zasilany całkowicie lub w znacznym stopniu przez bezpośrednie energii słonecznej . Zazwyczaj fotowoltaiczne (PV) komórki zawarte w panelach słonecznych przekonwertować słońca „s energii bezpośrednio w energię elektryczną . Termin "pojazd słoneczny" zwykle oznacza, że ​​energia słoneczna jest używana do zasilania całości lub części napędu wehikułu . Energia słoneczna może być również wykorzystywana do zasilania łączności lub sterowania lub innych funkcji pomocniczych. Pojazdy słoneczne nie są obecnie sprzedawane jako praktyczne urządzenia do codziennego transportu, ale są to przede wszystkim pojazdy demonstracyjne i ćwiczenia inżynieryjne, często sponsorowane przez agencje rządowe. Znane przykłady to PlanetSolar i Solar Impulse . Jednak pojazdy ładowane pośrednio energią słoneczną są szeroko rozpowszechnione, a łodzie zasilane energią słoneczną są dostępne na rynku.

Historia

Przed rozwojem węgla w połowie XIX wieku prawie cała wykorzystywana energia była odnawialna. Niemal bez wątpienia najstarsze znane wykorzystanie energii odnawialnej, w postaci tradycyjnej biomasy do podsycania pożarów, pochodzi sprzed ponad miliona lat. Wykorzystanie biomasy do ognia stało się powszechne dopiero wiele setek tysięcy lat później. Prawdopodobnie drugim najstarszym sposobem wykorzystania energii odnawialnej jest wykorzystanie wiatru do napędzania statków po wodzie. Ta praktyka sięga około 7000 lat wstecz, do statków w Zatoce Perskiej i na Nilu. Energia geotermalna z gorących źródeł była wykorzystywana do kąpieli od czasów paleolitu i do ogrzewania pomieszczeń od czasów starożytnego Rzymu. Poruszanie się po raz zapisanej historii, podstawowe źródła energii odnawialnej były tradycyjnej ludzkiej pracy , moc zwierząt , elektrownia wodna , wiatrowa, w kruszenia ziarna wiatraków i drewno opałowe , tradycyjnej biomasy.

Już w latach 60. i 70. XIX wieku istniały obawy, że w cywilizacji zabraknie paliw kopalnych i odczuwano potrzebę lepszego źródła. W 1873 Augustin Mouchot pisał:

Nadejdzie czas, kiedy przemysł Europy przestanie znajdować te zasoby naturalne, tak mu potrzebne. Źródła naftowe i kopalnie węgla nie są niewyczerpane, ale w wielu miejscach gwałtownie zanikają. Czy zatem człowiek powróci do potęgi wody i wiatru? A może wyemigruje tam, gdzie najpotężniejsze źródło ciepła wysyła swoje promienie do wszystkich? Historia pokaże, co nadejdzie.

W 1885 roku Werner von Siemens komentując odkrycie efektu fotowoltaicznego w ciele stałym, napisał:

Podsumowując, powiedziałbym, że bez względu na znaczenie naukowe tego odkrycia, jego wartość praktyczna będzie nie mniej oczywista, gdy zastanowimy się, że dostawy energii słonecznej są zarówno nieograniczone, jak i bez kosztów, i że będą nadal zalewać. spadają na nas przez niezliczone wieki po tym, jak wszystkie pokłady węgla na ziemi zostały wyczerpane i zapomniane.

Max Weber wspomniał o końcu paliw kopalnych w końcowych akapitach swojej Die protestantische Ethik und der Geist des Kapitalismus (Etyka protestancka i duch kapitalizmu), opublikowanej w 1905 roku. Rozwój silników słonecznych trwał aż do wybuchu I wojny światowej. Znaczenie energii słonecznej zostało dostrzeżone w artykule z 1911 roku w Scientific American : „w odległej przyszłości, naturalne paliwa, które zostały wyczerpane [energia słoneczna] pozostaną jedynym środkiem egzystencji rasy ludzkiej”.

Teoria peak oil została opublikowana w 1956 roku. W latach 70. ekolodzy promowali rozwój energetyki odnawialnej zarówno jako zamiennika ewentualnego wyczerpywania się ropy , jak i ucieczki od uzależnienia od ropy, oraz pierwszych turbin wiatrowych wytwarzających energię elektryczną. pojawiło się. Energia słoneczna była od dawna wykorzystywana do ogrzewania i chłodzenia, ale panele słoneczne były zbyt kosztowne, aby budować farmy słoneczne do 1980 roku.

Główne technologie

Energia wodna

Tama Trzech Przełomów na rzece Jangcy w Chinach

Ponieważ woda jest około 800 razy gęstsza od powietrza , nawet wolno płynący strumień wody lub umiarkowane fale morskie mogą dostarczyć znacznych ilości energii. Istnieje wiele form energii wodnej:

• Historycznie energia wodna pochodziła z budowy dużych zapór i zbiorników hydroelektrycznych, które wciąż są popularne w krajach rozwijających się . Największym z nich są Tama Trzech Przełomów (2003) w Chinach i Itaipu Dam (1984) zbudowany przez Brazylii i Paragwaju.
• Małe systemy wodne to elektrownie wodne, które zazwyczaj wytwarzają do 50 MW mocy. Są często używane na małych rzekach lub jako zabudowa o niewielkim wpływie na większe rzeki. Chiny są największym producentem energii wodnej na świecie i posiadają ponad 45 000 małych instalacji wodnych.
• Elektrownie wodne przepływowe czerpią energię z rzek bez tworzenia dużego zbiornika . Woda jest zazwyczaj transportowana wzdłuż zbocza doliny rzeki (za pomocą kanałów, rur i/lub tuneli), aż znajdzie się wysoko nad dnem doliny, po czym może opaść przez zastawkę i napędzać turbinę. Ten sposób wytwarzania może nadal wytwarzać duże ilości energii elektrycznej, jak na przykład tama Chief Joseph na rzece Columbia w Stanach Zjednoczonych. Wiele elektrowni wodnych przepływowych to mikroelektrownie lub piko .

Energia wodna jest produkowana w 150 krajach, przy czym region Azji i Pacyfiku wytwarzał w 2010 roku 32 procent światowej energii wodnej. W przypadku krajów o największym procencie energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych, 50 największych to przede wszystkim elektrownie wodne. Chiny są największym producentem energii hydroelektrycznej, z 721 terawatogodzinami produkcji w 2010 r., co stanowi około 17 procent krajowego zużycia energii elektrycznej. Obecnie istnieją trzy elektrownie wodne o mocy większej niż 10 GW: zapora Trzech Przełomów w Chinach, zapora Itaipu na granicy Brazylii i Paragwaju oraz zapora Guri w Wenezueli.

Moc fal , która przechwytuje energię fal powierzchniowych oceanu i moc pływów , przekształcając energię pływów, to dwie formy energii wodnej o przyszłym potencjale; jednak nie są one jeszcze szeroko stosowane komercyjnie. Projekt demonstracyjny prowadzony przez Ocean Renewable Power Company na wybrzeżu Maine i podłączony do sieci, wykorzystuje energię pływową z Zatoki Fundy , miejsca największego przepływu pływowego na świecie. Konwersja energii cieplnej oceanów , która wykorzystuje różnicę temperatur między chłodniejszymi głębokimi i cieplejszymi wodami powierzchniowymi, jest obecnie niewykonalna z ekonomicznego punktu widzenia.

Moc wiatru

Produkcja energii wiatrowej według regionu w czasie.

Globalna mapa potencjału gęstości mocy wiatru.

Przepływ powietrza może być wykorzystany do napędzania turbin wiatrowych . Nowoczesne turbiny wiatrowe na skalę użytkową mają moc znamionową od około 600 kW do 9 MW. Moc dostępna z wiatru jest funkcją sześcianu prędkości wiatru, więc wraz ze wzrostem prędkości wiatru moc wzrasta do maksymalnej mocy danej turbiny. Obszary, w których wiatry są silniejsze i bardziej stałe, takie jak tereny przybrzeżne i na dużych wysokościach , są preferowanymi lokalizacjami dla farm wiatrowych. Zazwyczaj godziny pełnego obciążenia turbin wiatrowych wahają się od 16 do 57 procent rocznie, ale mogą być wyższe w szczególnie korzystnych lokalizacjach morskich.

Energia elektryczna z wiatru zaspokoiła w 2015 r. blisko 4% światowego zapotrzebowania na energię elektryczną, przy prawie 63 GW zainstalowanych nowych mocy wiatrowych. Energia wiatrowa była wiodącym źródłem nowych mocy w Europie, Stanach Zjednoczonych i Kanadzie oraz drugim co do wielkości w Chinach. W Danii energia wiatrowa pokrywała ponad 40% zapotrzebowania na energię elektryczną, podczas gdy Irlandia, Portugalia i Hiszpania po prawie 20%.

Uważa się, że globalnie długoterminowy potencjał techniczny energii wiatrowej jest pięciokrotnością całkowitej obecnej produkcji energii na świecie lub 40-krotnością aktualnego zapotrzebowania na energię elektryczną, zakładając, że wszystkie potrzebne bariery praktyczne zostały pokonane. Wymagałoby to zainstalowania turbin wiatrowych na dużych obszarach, zwłaszcza na obszarach o większych zasobach wiatru, takich jak morze. Ponieważ prędkość wiatru na morzu jest średnio ~90% większa niż na lądzie, zasoby morskie mogą dostarczać znacznie więcej energii niż turbiny na lądzie.

Energia słoneczna

Zdjęcie satelitarne Parku Słonecznego Bhadla w Indiach , jest to największy park słoneczny na świecie

Globalna mapa napromieniowania poziomego .

Energia słoneczna , promieniujące światło i ciepło słoneczne, jest wykorzystywana przy użyciu szeregu stale rozwijających się technologii, takich jak ogrzewanie słoneczne , fotowoltaika , skoncentrowana energia słoneczna (CSP), fotowoltaika koncentratora (CPV), architektura słoneczna i sztuczna fotosynteza . Technologie słoneczne są ogólnie określane jako pasywne lub aktywne słoneczne, w zależności od sposobu, w jaki wychwytują, przekształcają i dystrybuują energię słoneczną. Pasywne techniki słoneczne obejmują orientowanie budynku na Słońce, wybieranie materiałów o korzystnej masie termicznej lub właściwości rozpraszania światła oraz projektowanie przestrzeni, w których powietrze naturalnie krąży . Aktywne technologie słoneczne obejmują energię słoneczną termiczną , wykorzystanie kolektorów słonecznych do ogrzewania oraz energię słoneczną, przekształcanie światła słonecznego w energię elektryczną bezpośrednio przy użyciu fotowoltaiki (PV) lub pośrednio przy użyciu skoncentrowanej energii słonecznej (CSP).

System fotowoltaiczny przekształca światło w elektryczny prąd stały (DC), wykorzystując efekt fotoelektryczny . Fotowoltaika stała się wielomiliardową, szybko rozwijającą się branżą, nadal poprawia swoją opłacalność i ma największy potencjał ze wszystkich technologii odnawialnych wraz z CSP. Systemy skoncentrowanej energii słonecznej (CSP) wykorzystują soczewki lub lustra i systemy śledzenia do skupiania dużego obszaru światła słonecznego w małej wiązce. Komercyjne skoncentrowane elektrownie słoneczne zostały po raz pierwszy opracowane w latach 80-tych. CSP-Stirling ma zdecydowanie najwyższą wydajność spośród wszystkich technologii energii słonecznej.

W 2011 roku Międzynarodowa Agencja Energetyczna stwierdziła, że ​​„rozwój przystępnych, niewyczerpanych i czystych technologii energii słonecznej przyniesie ogromne długoterminowe korzyści. zwiększyć zrównoważony rozwój , zmniejszyć zanieczyszczenie, obniżyć koszty łagodzenia zmiany klimatu i utrzymać ceny paliw kopalnych na niższym poziomie. Korzyści te mają charakter globalny. Dlatego dodatkowe koszty zachęt do wczesnego wdrażania należy uznać za inwestycje edukacyjne; należy je mądrze wydać i muszą być szeroko udostępniane”. Australia ma największy udział energii słonecznej na świecie; w 2020 roku energia słoneczna pokrywała 9,9% zapotrzebowania na energię elektryczną.

Bioenergia

Plantacja trzciny cukrowej do produkcji etanolu w Brazylii

Elektrownia CHP przy użyciu drewna dostarczyć 30.000 gospodarstw domowych we Francji

Biomasa to materiał biologiczny pochodzący z żywych lub ostatnio żywych organizmów. Najczęściej odnosi się do roślin lub materiałów pochodzenia roślinnego, które są konkretnie nazywane biomasą lignocelulozową . Jako źródło energii biomasa może być wykorzystana bezpośrednio poprzez spalanie do produkcji ciepła lub pośrednio po przetworzeniu jej na różne formy biopaliwa . Konwersję biomasy na biopaliwo można osiągnąć różnymi metodami, które można ogólnie podzielić na: termiczne , chemiczne i biochemiczne . Drewno było największym źródłem energii z biomasy od 2012 roku; przykłady obejmują pozostałości leśne – takie jak martwe drzewa, gałęzie i pniaki – ścinki z podwórzy, zrębki, a nawet stałe odpady komunalne . W drugim znaczeniu biomasa obejmuje materię roślinną lub zwierzęcą, którą można przekształcić we włókna lub inne chemikalia przemysłowe , w tym biopaliwa. Biomasę przemysłową można uprawiać z wielu rodzajów roślin, w tym miskanta , prosa rózgowego , konopi , kukurydzy , topoli , wierzby , sorgo , trzciny cukrowej, bambusa i różnych gatunków drzew, od eukaliptusa po palmę olejową ( olej palmowy ).

Energia roślinna jest wytwarzana przez uprawy specjalnie uprawiane do wykorzystania jako paliwo, które zapewniają wysoką produkcję biomasy na hektar przy niskim zużyciu energii. Ziarno może być wykorzystane do płynnych paliw transportowych, a słoma może być spalona do produkcji ciepła lub energii elektrycznej. Biomasa roślinna może być również degradowana z celulozy do glukozy poprzez szereg zabiegów chemicznych, a uzyskany cukier może być następnie wykorzystany jako biopaliwo pierwszej generacji.

Biomasę można przekształcić w inne użyteczne formy energii, takie jak metan lub paliwa transportowe, takie jak etanol i biodiesel . Gnijące śmieci oraz odpady rolnicze i ludzkie, wszystkie uwalniają metan – zwany również gazem wysypiskowym lub biogazem . Uprawy, takie jak kukurydza i trzcina cukrowa, mogą być poddane fermentacji w celu wytworzenia paliwa transportowego, etanolu. Biodiesel, inne paliwo transportowe, może być wytwarzany z resztek produktów spożywczych, takich jak oleje roślinne i tłuszcze zwierzęce. Również biomasa do cieczy (BTL) i etanol celulozowy są nadal w fazie badań. Istnieje wiele badań dotyczących paliwa z alg lub biomasy pochodzącej z alg ze względu na fakt, że jest to zasób nieżywnościowy i może być produkowany w tempie od 5 do 10 razy większym niż inne rodzaje rolnictwa opartego na ziemi, takie jak kukurydza i soja. Po zebraniu można go poddać fermentacji w celu wytworzenia biopaliw, takich jak etanol, butanol i metan, a także biodiesla i wodoru . Biomasa wykorzystywana do wytwarzania energii elektrycznej różni się w zależności od regionu. W Stanach Zjednoczonych powszechne są leśne produkty uboczne, takie jak pozostałości drewna. Odpady rolnicze są powszechne na Mauritiusie (pozostałości z trzciny cukrowej) i Azji Południowo-Wschodniej (łuski ryżowe). Pozostałości hodowlane, takie jak ściółka drobiowa, są powszechne w Wielkiej Brytanii.

Biopaliwa obejmują szeroką gamę paliw otrzymywanych z biomasy. Termin obejmuje paliwa stałe , płynne i gazowe . Biopaliwa płynne obejmują bioalkohole, takie jak bioetanol i oleje, takie jak biodiesel. Biopaliwa gazowe obejmują biogaz , gaz wysypiskowy i gaz syntetyczny . Bioetanol jest alkoholem powstałym w wyniku fermentacji składników cukrowych surowców roślinnych i jest wytwarzany głównie z roślin cukrowych i skrobiowych. Należą do nich kukurydza, trzcina cukrowa, a ostatnio słodkie sorgo . Ta ostatnia uprawa jest szczególnie odpowiednia do uprawy na suchych terenach i jest badana przez Międzynarodowy Instytut Badawczy dla Półpustynnych Tropików pod kątem jej potencjału dostarczania paliwa, wraz z żywnością i paszą dla zwierząt, w suchych częściach Azji i Afryki.

Wraz z rozwojem zaawansowanych technologii biomasa celulozowa, taka jak drzewa i trawy, jest również wykorzystywana jako surowiec do produkcji etanolu. Etanol może być stosowany jako paliwo do pojazdów w czystej postaci, ale zwykle jest stosowany jako dodatek do benzyny w celu zwiększenia liczby oktanów i poprawy emisji spalin. Bioetanol jest szeroko stosowany w Stanach Zjednoczonych i Brazylii . Koszty energii do produkcji bioetanolu są prawie równe uzyskom energii z bioetanolu. Jednak według Europejskiej Agencji Środowiska biopaliwa nie rozwiązują problemów związanych z globalnym ociepleniem. Biodiesel wytwarzany jest z olejów roślinnych , tłuszczów zwierzęcych lub tłuszczów pochodzących z recyklingu. Może być stosowany jako paliwo do pojazdów w czystej postaci lub częściej jako dodatek do oleju napędowego w celu zmniejszenia poziomu cząstek stałych, tlenku węgla i węglowodorów z pojazdów napędzanych olejem napędowym. Biodiesel jest produkowany z olejów lub tłuszczów w procesie transestryfikacji i jest najpopularniejszym biopaliwem w Europie. Biopaliwa dostarczyły 2,7% światowego paliwa transportowego w 2010 roku.

Biomasa, biogaz i biopaliwa są spalane w celu wytworzenia ciepła/energii, a tym samym szkodzą środowisku. Zanieczyszczenia siarkowe, takie jak tlenki (SO _x ), tlenki azotu (NO _x ), i materia cząstek stałych (PM), wytwarza się ze spalania biomasy. Światowa Organizacja Zdrowia szacuje, że 3,7 miliona przedwcześnie zmarło z powodu zanieczyszczenia powietrza na zewnątrz w 2012 roku, podczas gdy zanieczyszczenie w pomieszczeniach spowodowane spalaniem biomasy dotyka ponad 3 miliardy ludzi na całym świecie.

Energia geotermalna

Para unosząca się z elektrowni geotermalnej Nesjavellir na Islandii

Energia geotermalna o wysokiej temperaturze pochodzi z energii cieplnej wytwarzanej i przechowywanej w Ziemi. Energia cieplna to energia, która określa temperaturę materii. Energia geotermalna Ziemi pochodzi z pierwotnego formowania się planety oraz z rozpadu radioaktywnego minerałów (w obecnie niepewnych, ale prawdopodobnie w przybliżeniu równych proporcjach). Gradientu geotermalnej , która to różnica temperatur między rdzeniem planecie jej powierzchni doprowadza się ciągły przewodzenia energii cieplnej w postaci ciepła od rdzenia do powierzchni. Przymiotnik geotermalny pochodzi od greckich korzeni geo , co oznacza ziemię i termos , co oznacza ciepło.

Ciepło wykorzystywane do energii geotermalnej może pochodzić z głębi Ziemi, aż do jądra Ziemi – 4 000 mil (6400 km) w dół. W rdzeniu temperatury mogą osiągnąć ponad 9000 ° F (5 000 ° C). Ciepło przewodzi od rdzenia do otaczającej skały. Niezwykle wysoka temperatura i ciśnienie powodują topnienie niektórych skał, co jest powszechnie znane jako magma. Magma unosi się w górę, ponieważ jest lżejsza niż lita skała. Ta magma ogrzewa następnie skałę i wodę w skorupie, czasami nawet do 700 °F (371 °C).

Geotermia niskotemperaturowa odnosi się do wykorzystania zewnętrznej skorupy ziemskiej jako baterii termicznej w celu ułatwienia wykorzystania odnawialnej energii cieplnej do ogrzewania i chłodzenia budynków oraz innych zastosowań chłodniczych i przemysłowych. W tej formie geotermalnej geotermalna pompa ciepła i gruntowy wymiennik ciepła są używane razem do przenoszenia energii cieplnej do Ziemi (w celu chłodzenia) i poza Ziemię (w celu ogrzewania) w różnych sezonach. Geotermia niskotemperaturowa (ogólnie określana jako „GHP”) jest coraz ważniejszą technologią odnawialną, ponieważ zarówno zmniejsza całkowite roczne obciążenia energetyczne związane z ogrzewaniem i chłodzeniem, jak i spłaszcza krzywą zapotrzebowania na energię elektryczną, eliminując ekstremalne letnie i zimowe szczyty dostaw energii wymagania. W związku z tym niskotemperaturowa geotermia/GHP staje się rosnącym priorytetem krajowym z wieloma ulgami podatkowymi i koncentracją w ramach trwającego ruchu w kierunku zerowej energii netto.

Nowe technologie

Inne technologie energii odnawialnej są nadal w fazie rozwoju i obejmują etanol celulozowy , energię geotermalną z gorących i suchych skał oraz energię morską . Technologie te nie są jeszcze szeroko demonstrowane lub mają ograniczoną komercjalizację. Wiele z nich jest na horyzoncie i może mieć potencjał porównywalny z innymi technologiami energii odnawialnej, ale nadal zależy od przyciągnięcia wystarczającej uwagi i finansowania badań, rozwoju i demonstracji (B+R).

Istnieje wiele organizacji w sektorach akademickim, federalnym i komercyjnym, które prowadzą zaawansowane badania na dużą skalę w dziedzinie energii odnawialnej. Badania te obejmują kilka obszarów zainteresowania w całym spektrum energii odnawialnej. Większość badań jest ukierunkowana na poprawę wydajności i zwiększenie ogólnej wydajności energetycznej. W ostatnich latach wiele organizacji badawczych wspieranych przez władze federalne skoncentrowało się na energii odnawialnej. Dwa z najbardziej znanych z tych laboratoriów to Sandia National Laboratories i National Renewable Energy Laboratory (NREL), z których oba są finansowane przez Departament Energii Stanów Zjednoczonych i wspierane przez różnych partnerów korporacyjnych. Sandia ma całkowity budżet w wysokości 2,4 miliarda dolarów, podczas gdy NREL ma budżet w wysokości 375 milionów dolarów.

Ulepszony system geotermalny

Ulepszony system geotermalny (szczegóły w opisie pliku )

Ulepszone systemy geotermalne (EGS) to nowy rodzaj technologii energii geotermalnej, która nie wymaga naturalnych konwekcyjnych zasobów hydrotermalnych. Zdecydowana większość energii geotermalnej w zasięgu wiercenia znajduje się w suchej i nieporowatej skale. Technologie EGS „wzmacniają” i/lub tworzą zasoby geotermalne w tej „gorącej suchej skale (HDR)” poprzez szczelinowanie hydrauliczne . Oczekuje się, że technologie EGS i HDR, takie jak geotermia hydrotermalna, będą źródłami obciążenia podstawowego, które wytwarzają energię 24 godziny na dobę, jak elektrownia kopalna. W odróżnieniu od hydrotermalnych, HDR i EGS mogą być wykonalne w dowolnym miejscu na świecie, w zależności od ekonomicznych ograniczeń głębokości wiercenia. Dobre lokalizacje znajdują się nad głębokim granitem pokrytym grubą (3–5 km) warstwą osadów izolacyjnych, które spowalniają utratę ciepła. Obecnie opracowywane i testowane są systemy HDR i EGS we Francji, Australii, Japonii, Niemczech, Stanach Zjednoczonych i Szwajcarii. Największy projekt EGS na świecie to 25-megawatowa elektrownia demonstracyjna, która jest obecnie rozwijana w Cooper Basin w Australii. Zagłębie Miedziowe ma potencjał generowania 5 000–10 000 MW.

Etanol celulozowy

Kilka rafinerii, które mogą przetwarzać biomasę i przekształcać ją w etanol, budują firmy takie jak Iogen , POET i Abengoa , podczas gdy inne firmy, takie jak Verenium Corporation , Novozymes i Dyadic International, produkują enzymy, które mogą umożliwić przyszłą komercjalizację . Przejście z surowców do upraw roślin spożywczych na pozostałości i trawę rodzimą oferuje znaczne możliwości dla wielu graczy, od rolników po firmy biotechnologiczne, od twórców projektów po inwestorów.

Energia morska

Elektrownia Rance Tidal , Francja

Energia morska (czasami nazywana również energią oceaniczną) odnosi się do energii niesionej przez fale oceaniczne , pływy , zasolenie i różnice temperatur . Ruch wody w oceanach na świecie tworzy ogromny magazyn energii kinetycznej , czyli energii w ruchu. Energia ta może być wykorzystana do wytwarzania energii elektrycznej do zasilania domów, transportu i przemysłu. Termin energia morska obejmuje zarówno moc fal  – moc fal powierzchniowych, jak i moc pływów  – uzyskaną z energii kinetycznej dużych zbiorników poruszającej się wody. Elektrodializa odwrócona (RED) to technologia wytwarzania energii elektrycznej poprzez mieszanie świeżej wody rzecznej i słonej wody morskiej w dużych ogniwach energetycznych zaprojektowanych do tego celu; od 2016 roku jest testowany na małą skalę (50 kW). Morska energia wiatrowa nie jest formą energii morskiej, ponieważ energia wiatrowa jest pozyskiwana z wiatru , nawet jeśli turbiny wiatrowe są umieszczone nad wodą. Na oceany mają ogromną ilość energii i są zbliżone do wielu, jeśli nie większość, koncentraty populacje. Energia oceaniczna ma potencjał dostarczania znacznej ilości nowej energii odnawialnej na całym świecie.

Rozwój energii słonecznej

Eksperymentalna energia słoneczna

Skoncentrowane systemy fotowoltaiczne (CPV) wykorzystują światło słoneczne skoncentrowane na powierzchniach fotowoltaicznych w celu wytwarzania energii elektrycznej. Urządzenia termoelektryczne lub „termowoltaiczne” przekształcają różnicę temperatur między różnymi materiałami w prąd elektryczny.

Pływające panele słoneczne

Pływające panele słoneczne to systemy fotowoltaiczne, które unoszą się na powierzchni zbiorników wody pitnej, jezior w kamieniołomach, kanałów irygacyjnych lub stawów rekultywacyjnych i osadowych. Niewielka liczba takich systemów istnieje we Francji , Indiach , Japonii , Korei Południowej , Wielkiej Brytanii , Singapurze i Stanach Zjednoczonych . Mówi się, że systemy mają przewagę nad fotowoltaiką na lądzie. Koszt gruntu jest droższy i mniej jest zasad i przepisów dotyczących konstrukcji zbudowanych na akwenach, które nie są wykorzystywane do celów rekreacyjnych. W przeciwieństwie do większości lądowych elektrowni słonecznych, pływające panele mogą nie rzucać się w oczy, ponieważ są ukryte przed widokiem publicznym. Osiągają wyższą wydajność niż panele PV na lądzie, ponieważ woda chłodzi panele. Panele posiadają specjalną powłokę zapobiegającą rdzewieniu lub korozji. W maju 2008 r., Far Niente Winery w Oakville w Kalifornii, jako pierwszy na świecie stworzył system flotowoltaiczny, instalując 994 fotowoltaiczne moduły fotowoltaiczne o łącznej mocy 477 kW na 130 pontonach i unosząc je na stawie irygacyjnym należącym do winnicy. Zaczynają powstawać pływające farmy fotowoltaiczne na skalę użytkową. Kyocera zbuduje największą na świecie farmę o mocy 13,4 MW na zbiorniku nad tamą Yamakura w prefekturze Chiba, wykorzystując 50 000 paneli słonecznych. Budowane są również odporne na słoną wodę pływające farmy do użytku oceanicznego. Największym do tej pory ogłoszonym projektem flotowoltaicznym jest elektrownia o mocy 350 MW w Amazonii w Brazylii.

Pompa ciepła wspomagana energią słoneczną

Pompa ciepła jest urządzeniem, które zapewnia energię cieplną ze źródła ciepła do miejsca zwanego „radiator”. Pompy ciepła są zaprojektowane do przemieszczania energii cieplnej w kierunku przeciwnym do kierunku spontanicznego przepływu ciepła poprzez pochłanianie ciepła z zimnej przestrzeni i oddawanie go do cieplejszego. Wspomagana energią słoneczną pompa ciepła reprezentuje integrację pompy ciepła i termicznych paneli słonecznych w jednym zintegrowanym systemie. Zazwyczaj te dwie technologie są używane oddzielnie (lub tylko umieszczając je równolegle) do produkcji ciepłej wody . W tym systemie panel słoneczny pełni funkcję niskotemperaturowego źródła ciepła, a wytworzone ciepło wykorzystywane jest do zasilania parownika pompy ciepła. Celem tego systemu jest uzyskanie wysokiego COP, a następnie wytwarzanie energii w bardziej wydajny i tańszy sposób.

W połączeniu z pompą ciepła można zastosować dowolny typ kolektora słonecznego (blacha i rurki, roll-bond, heat pipe, płyty termiczne) lub hybrydowy ( mono / polikrystaliczny , cienkowarstwowy ). Zastosowanie panelu hybrydowego jest preferowane, ponieważ pozwala pokryć część zapotrzebowania na energię elektryczną pompy ciepła i zmniejsza zużycie energii, a co za tym idzie koszty zmienne systemu.

Samoloty słoneczne

W 2016 roku Solar Impulse 2 był pierwszym samolotem napędzanym energią słoneczną, który dokonał okrążenia świata.

Elektryczny samolot jest samolot, który działa na silnikach elektrycznych zamiast silnikami spalinowymi , z energii elektrycznej pochodzi z ogniw paliwowych , ogniw słonecznych , ultracapacitors , moc rozpromieniony lub baterie .

Obecnie latające załogowe samoloty elektryczne są w większości eksperymentalnymi demonstratorami, chociaż wiele małych bezzałogowych statków powietrznych jest zasilanych bateriami. Modele samolotów z napędem elektrycznym są latane od lat 70. XX wieku, z jednym raportem w 1957. Pierwsze loty z napędem elektrycznym z załogą wykonano w 1973 roku. W latach 2015-2016 załogowy samolot zasilany energią słoneczną Solar Impulse 2 wykonał okrążenie na Ziemi.

Słoneczna wieża nadmuchowa

Wieża słoneczna jest energią odnawialną elektrownia dla wytwarzania energii elektrycznej z niskotemperaturowego ciepła słonecznego. Sunshine ogrzewa powietrze pod bardzo szeroką, przypominającą szklarnię, zadaszoną konstrukcją kolektora otaczającą centralną podstawę bardzo wysokiej wieży kominowej . Powstała konwekcja powoduje nadmuch gorącego powietrza w wieży przez efekt kominowy . Ten przepływ powietrza napędza turbiny wiatrowe umieszczone w ciągu kominowym lub wokół podstawy komina w celu wytwarzania energii elektrycznej . Plany dotyczące powiększonych wersji modeli demonstracyjnych umożliwią znaczne wytwarzanie energii i mogą umożliwić rozwój innych zastosowań, takich jak ekstrakcja lub destylacja wody oraz rolnictwo lub ogrodnictwo. Bardziej zaawansowaną wersją technologii o podobnej tematyce jest silnik Vortex, którego celem jest zastąpienie dużych fizycznych kominów wirem powietrza utworzonym przez krótszą, tańszą konstrukcję.

Energia słoneczna z kosmosu

W przypadku systemów fotowoltaicznych lub termicznych jedną z opcji jest wyniesienie ich w przestrzeń kosmiczną, w szczególności na orbitę geosynchroniczną. Aby być konkurencyjnym w stosunku do ziemskich systemów energii słonecznej, masa właściwa (kg/kW) razy koszt masy strychu plus koszt części musi wynosić 2400 USD lub mniej. Np. dla kosztu części plus rectenna 1100 USD/kW iloczyn $/kg i kg/kW musi wynosić 1300 USD/kW lub mniej. Tak więc dla 6,5 ​​kg/kW koszt transportu nie może przekroczyć 200 USD/kg. Chociaż będzie to wymagało redukcji 100 do jednego, SpaceX dąży do redukcji 10 do jednego, Reaction Engines może umożliwić redukcję 100 do jednego.

Sztuczna fotosynteza

Sztuczna fotosynteza wykorzystuje techniki, w tym nanotechnologię, do przechowywania słonecznej energii elektromagnetycznej w wiązaniach chemicznych poprzez rozszczepianie wody w celu wytworzenia wodoru, a następnie wykorzystanie dwutlenku węgla do produkcji metanolu. Naukowcy zajmujący się tą dziedziną dążą do zaprojektowania molekularnych naśladowców fotosyntezy, które wykorzystują szerszy zakres widma słonecznego, wykorzystują systemy katalityczne wykonane z obfitych, niedrogich materiałów, które są wytrzymałe, łatwe do naprawy, nietoksyczne, stabilne w różnych warunkach środowiskowych i działają wydajniej, pozwalając większej części energii fotonowej trafiać do związków magazynujących, tj. węglowodanów (zamiast budowania i utrzymywania żywych komórek). Jednak czołowe badania napotykają przeszkody, Sun Catalytix, spółka spin-off z MIT, przestała zwiększać skalę prototypowego ogniwa paliwowego w 2012 roku, ponieważ oferuje niewiele oszczędności w porównaniu z innymi sposobami wytwarzania wodoru ze światła słonecznego.

Inni

Paliwa z alg

Wytwarzanie paliw płynnych z bogatych w ropę odmian alg jest stałym tematem badań. Próbowane są różne mikroalgi hodowane w systemach otwartych lub zamkniętych, w tym systemy, które można zainstalować na terenach poprzemysłowych i pustynnych.

Para wodna

Pobieranie ładunków elektrostatycznych z kropel wody na powierzchniach metalowych jest technologią eksperymentalną, która byłaby szczególnie przydatna w krajach o niskich dochodach, gdzie względna wilgotność powietrza przekracza 60%.

Odpady z upraw

Urządzenia AuREUS (Aurora Renewable Energy & UV Sequestration), które są oparte na odpadach z upraw, mogą pochłaniać światło ultrafioletowe ze słońca i zamieniać je w energię odnawialną.

Integracja z systemem energetycznym

Produkcja energii odnawialnej z niektórych źródeł, takich jak wiatr i słońce, jest bardziej zmienna i bardziej rozłożona geograficznie niż technologia oparta na paliwach kopalnych i atomie. Chociaż zintegrowanie go z szerszym systemem energetycznym jest wykonalne, prowadzi to do pewnych dodatkowych wyzwań, takich jak zwiększona niestabilność produkcji i zmniejszona bezwładność systemu. Aby system energetyczny pozostał stabilny, można wykonać zestaw pomiarów. Tym samym zastosowanie elektronicznych przekształtników mocy pozwala na regulację poziomów i kształtu fali energii ze źródeł odnawialnych. Ponadto zastosowanie urządzenia do magazynowania energii jest niezbędne do działania systemu izolowanego, gdy w swoim składzie ma on źródło przerywane. Pozwala to na nieprzerwane zasilanie odbiorników w ich granicach operacyjnych. Wdrożenie magazynowania energii przy użyciu szerokiej gamy technologii energii odnawialnej oraz wdrożenie inteligentnej sieci, w której energia jest automatycznie wykorzystywana w momencie jej produkcji, może zmniejszyć ryzyko i koszty wdrażania energii odnawialnej.

Magazynowanie energii elektrycznej

Magazynowanie energii elektrycznej to zbiór metod wykorzystywanych do magazynowania energii elektrycznej. Energia elektryczna jest przechowywana w czasach, gdy produkcja (zwłaszcza z przerywanych źródeł, takich jak energia wiatrowa , pływów morskich , energia słoneczna ) przewyższa konsumpcję, i wrócił do siatki , gdy produkcja spadnie poniżej konsumpcji. Elektrownie szczytowo-pompowe stanowią ponad 90% wszystkich magazynów energii w sieci. Koszty akumulatorów litowo-jonowych gwałtownie spadają i coraz częściej wdrażane są dodatkowe usługi sieciowe oraz do przechowywania w gospodarstwie domowym. Dodatkowo energia może być magazynowana w wodorowych ogniwach paliwowych .

Wysokie koszty i ograniczona żywotność nadal sprawiają, że baterie są „słabym substytutem” dyspozycyjnych źródeł energii i nie są w stanie pokryć zmiennych przerw w dostawach energii odnawialnej trwających dni, tygodnie czy miesiące. W modelach sieci z dużym udziałem VRE, nadmierny koszt magazynowania zwykle dominuje nad kosztami całej sieci — na przykład w samej Kalifornii 80% udziału VRE wymagałoby 9,6 TWh magazynowania, ale 100% wymagałoby 36,3 TWh. Od 2018 r. państwo posiadało jedynie 150 GWh magazynowania, głównie w elektrowniach szczytowo-pompowych i niewielką część w bateriach. Według innego badania, zaspokojenie 80% zapotrzebowania USA przez VRE wymagałoby inteligentnej sieci obejmującej cały kraj lub magazynu baterii zdolnego do zasilania całego systemu przez 12 godzin, przy koszcie szacowanym na 2,5 biliona dolarów.

Trendy rynkowe i branżowe

Energia odnawialna jest bardziej skuteczna w tworzeniu miejsc pracy niż węgiel czy ropa w Stanach Zjednoczonych . W 2016 roku zatrudnienie w sektorze wzrosło w Stanach Zjednoczonych o 6%, podczas gdy zatrudnienie w sektorze naftowo-gazowym spadło o 18%. Na całym świecie odnawialne źródła energii zatrudniają około 8,1 miliona osób w 2016 roku.

Rozwój OZE

Inwestycje: Firmy, rządy i gospodarstwa domowe przeznaczyły 501,3 mld USD na dekarbonizację w 2020 r., w tym energię odnawialną (słoneczną, wiatrową), pojazdy elektryczne i związaną z nimi infrastrukturę ładowania, magazynowanie energii, energooszczędne systemy grzewcze, wychwytywanie i magazynowanie dwutlenku węgla oraz wodór.

Inwestycje w energię odnawialną według regionów

Wcześniejsze koszty produkcji energii odnawialnej znacznie spadły, a 62% całkowitej produkcji energii odnawialnej dodanej w 2020 r. miało niższe koszty niż najtańsza nowa opcja paliw kopalnych.

Koszty wyrównane: Wraz z coraz powszechniejszym wdrażaniem odnawialnych źródeł energii koszty spadły, w szczególności w przypadku energii wytwarzanej przez panele słoneczne.
Uśredniony koszt energii (LCOE) jest miarą średniego bieżącego kosztu netto wytwarzania energii elektrycznej przez elektrownię w całym okresie jej życia.

W 2020 r. odnawialne źródła energii po raz pierwszy wyprzedziły paliwa kopalne jako główne źródło energii elektrycznej w Unii Europejskiej.

Porównując zużycie energii na całym świecie, wzrost energii odnawialnej pokazuje zielona linia

Od końca 2004 r. światowa moc energii odnawialnej rosła w tempie 10-60% rocznie dla wielu technologii. W 2015 roku globalne inwestycje w odnawialne źródła energii wzrosły o 5% do 285,9 mld USD, bijąc poprzedni rekord 278,5 mld USD w 2011 roku. stanowiąc 54% całości). Z całości energii odnawialnej wiatr stanowił 72 GW, a fotowoltaika słoneczna 56 GW; obie rekordowe liczby i gwałtowny wzrost w porównaniu z 2014 r. (odpowiednio 49 GW i 45 GW). Pod względem finansowym energia słoneczna stanowiła 56% wszystkich nowych inwestycji, a wiatr 38%.

W 2014 roku globalna moc wiatrowa wzrosła o 16% do 369 553 MW. Roczna produkcja energii wiatrowej również szybko rośnie i osiągnęła około 4% światowego zużycia energii elektrycznej, 11,4% w UE i jest szeroko stosowana w Azji i Stanach Zjednoczonych . W 2015 r. moc zainstalowana fotowoltaiki na całym świecie wzrosła do 227 gigawatów (GW), co wystarcza do zaspokojenia 1% światowego zapotrzebowania na energię elektryczną . Energia słoneczna stacje działają w Stanach Zjednoczonych i Hiszpanii, a od 2016 roku, największe z nich to 392 MW Ivanpah Solar Electric Generating systemu w Kalifornii. Największą na świecie elektrownią geotermalną jest The Geysers w Kalifornii o mocy znamionowej 750 MW. Brazylia posiada jeden z największych na świecie programów energii odnawialnej, obejmujący produkcję paliwa etanolowego z trzciny cukrowej, a etanol stanowi obecnie 18% krajowego paliwa samochodowego. Paliwo etanolowe jest również szeroko dostępne w Stanach Zjednoczonych.

W 2017 r. inwestycje w energię odnawialną na całym świecie wyniosły 279,8 mld USD, przy czym Chiny stanowiły 126,6 mld USD lub 45% globalnych inwestycji, Stany Zjednoczone 40,5 mld USD, a Europa 40,9 mld USD. Wyniki niedawnego przeglądu literatury wykazały, że skoro emitenci gazów cieplarnianych (GHG) zaczynają być pociągani do odpowiedzialności za szkody wynikające z emisji gazów cieplarnianych powodujących zmiany klimatu, wysoka wartość ograniczenia odpowiedzialności stanowiłaby silne zachęty do wdrażania technologii energii odnawialnej .

W dekadzie 2010–2019 światowe inwestycje w moce odnawialne, wyłączając duże elektrownie wodne, wyniosły 2,7 ​​bln USD, z czego największe kraje wniosły 818 mld USD, Stany Zjednoczone 392,3 mld USD, Japonia 210,9 mld USD, Niemcy 183,4 mld USD, a Wielka Brytania wniosła 126,5 mld USD. Był to wzrost o ponad trzy, a być może nawet czterokrotny wzrost równoważnej kwoty zainwestowanej w dekadzie 2000–2009 (brak danych dla lat 2000–2003).

Prognozy na przyszłość

Projekcja uśrednionych kosztów wiatru w USA (po lewej)

Technologie energii odnawialnej stają się coraz tańsze dzięki zmianom technologicznym oraz korzyściom płynącym z masowej produkcji i konkurencji rynkowej. Raport Międzynarodowej Agencji Energii Odnawialnej (IRENA) z 2018 r. wykazał, że koszt energii odnawialnej szybko spada i prawdopodobnie do 2020 r. będzie równy lub niższy niż koszt nieodnawialnych, takich jak paliwa kopalne. W raporcie stwierdzono, że Koszty energii słonecznej spadły o 73% od 2010 r., a koszty wiatru na lądzie spadły o 23% w tym samym okresie.

Obecne prognozy dotyczące przyszłych kosztów OZE są jednak różne. W OOŚ przewidziano, że prawie dwie trzecie przyrostu mocy netto do mocy będzie pochodzić z odnawialnych źródeł energii do 2020 r. ze względu na połączone korzyści polityczne wynikające z lokalnego zanieczyszczenia, dekarbonizacji i dywersyfikacji energii.

Według raportu Bloomberg New Energy Finance z 2018 r., energia wiatrowa i słoneczna ma wytworzyć około 50% światowego zapotrzebowania na energię do 2050 r., podczas gdy elektrownie zasilane węglem spadną do zaledwie 11%. Energia wodna i energia geotermalna produkowana w dogodnych lokalizacjach to obecnie najtańszy sposób wytwarzania energii elektrycznej. Koszty energii odnawialnej nadal spadają, podobnie jak uśredniony koszt energii elektrycznej ( LCOE ) w przypadku energii wiatrowej, fotowoltaiki słonecznej ( PV ), skoncentrowanej energii słonecznej ( CSP ) i niektórych technologii biomasy. Energia odnawialna jest również najbardziej ekonomicznym rozwiązaniem dla nowych mocy przyłączonych do sieci na obszarach o dobrych zasobach. Wraz ze spadkiem kosztów energii odnawialnej rośnie zakres ekonomicznie opłacalnych zastosowań. Technologie odnawialne są obecnie często najbardziej ekonomicznym rozwiązaniem dla nowych mocy wytwórczych. Tam, gdzie „generacja opalana ropą naftową jest głównym źródłem wytwarzania energii (np. na wyspach, poza siecią iw niektórych krajach), dziś prawie zawsze istnieje tańsze rozwiązanie odnawialne”. Seria badań przeprowadzonych przez amerykańskie Narodowe Laboratorium Energii Odnawialnej modelowała „sieć w zachodnich Stanach Zjednoczonych w wielu różnych scenariuszach, w których przerywane odnawialne źródła energii stanowią 33% całkowitej mocy”. W modelach nieefektywność w cyklach pracy elektrowni wykorzystujących paliwa kopalne w celu skompensowania zmienności energii słonecznej i wiatrowej spowodowała dodatkowy koszt „od 0,47 do 1,28 USD za każdą wytworzoną megawatogodzinę”; jednak oszczędności na kosztach zaoszczędzonych paliw „dodają do 7 miliardów dolarów, co oznacza, że ​​dodatkowe koszty stanowią najwyżej dwa procent oszczędności”.

Żądanie

W lipcu 2014 r. WWF i World Resources Institute zwołały dyskusję wśród kilku głównych amerykańskich firm, które zadeklarowały zamiar zwiększenia wykorzystania energii odnawialnej. Dyskusje te określiły szereg „zasad”, które firmy poszukujące większego dostępu do energii odnawialnej uznały za ważne wyniki rynkowe. Zasady te obejmowały wybór (między dostawcami i produktami), konkurencyjność kosztową, długoterminowe dostawy o stałej cenie, dostęp do pojazdów finansujących strony trzecie oraz współpracę.

W brytyjskich statystykach opublikowanych we wrześniu 2020 r. zauważono, że „odsetek zapotrzebowania zaspokajanego przez odnawialne źródła energii waha się od niskiego poziomu 3,4 procent (w przypadku transportu, głównie biopaliw) do wysokiego ponad 20 procent dla „innych użytkowników końcowych”, co w dużej mierze jest sektory usługowe i handlowe zużywające stosunkowo duże ilości energii elektrycznej oraz przemysł”.

W niektórych lokalizacjach poszczególne gospodarstwa domowe mogą zdecydować się na zakup energii odnawialnej w ramach programu konsumenckiego ekologicznej energii .

Trendy dla poszczególnych technologii

Elektryczność wodna

W 2017 r. światowa moc odnawialnej energii wodnej wyniosła 1154 GW. Tylko jedna czwarta światowego potencjału hydroelektrycznego szacowanego na 14 000 TWh/rok została rozwinięta, regionalne potencjały wzrostu energetyki wodnej na całym świecie to: 71% Europa, 75% Ameryka Północna, 79% Ameryka Południowa, 95% Afryka, 95 % Bliski Wschód, 82% Azja i Pacyfik. Nowe projekty hydroenergetyczne napotykają sprzeciw lokalnych społeczności ze względu na ich duży wpływ, w tym przenoszenie społeczności i zalewanie siedlisk dzikiej przyrody i gruntów rolnych. Wysokie koszty i czasy realizacji od procesu uzyskiwania pozwoleń, w tym oceny środowiskowej i ryzyka, przy braku akceptacji środowiskowej i społecznej są zatem głównymi wyzwaniami dla nowych inwestycji. Dodatkowo ograniczenia ekonomiczne w krajach trzeciego świata oraz brak systemu przesyłowego na terenach nierozwiniętych powodują, że 25% pozostałego potencjału przed 2050 r. zostanie zagospodarowane, z czego większość przypada na obszar Azji i Pacyfiku. W hrabstwach zachodnich następuje powolny wzrost, ale nie w tradycyjnym stylu tamy i zbiorników wodnych z przeszłości. Nowe projekty przybrać formę run-of-the-rzeka i małych elektrowni wodnych , ani przy użyciu dużych zbiorników. Popularne jest ponowne zasilanie starych zapór, zwiększając w ten sposób ich wydajność i przepustowość, a także szybszą reakcję w sieci. Tam, gdzie pozwalają na to okoliczności, istniejące zapory, takie jak Russell Dam zbudowane w 1985 r., mogą zostać zaktualizowane o urządzenia „odpompowujące” do przechowywania pompowo-pompowego, które są przydatne w przypadku szczytowych obciążeń lub do wspierania okresowej energii wiatrowej i słonecznej. Kraje z dużymi inwestycjami hydroelektrycznymi, takie jak Kanada i Norwegia, wydają miliardy na rozbudowę swoich sieci w celu handlu z sąsiednimi krajami, które mają ograniczone zasoby wodne.

Rozwój energetyki wiatrowej

Ogólnoświatowy wzrost mocy wiatrowej (1996-2018)

W rejonie ujścia Tamizy znajdują się cztery morskie farmy wiatrowe : Kentish Flats , Gunfleet Sands , Thanet i London Array . Ten ostatni jest największym na świecie od kwietnia 2013 roku.

Energia wiatrowa jest szeroko stosowana w Europie , Chinach i Stanach Zjednoczonych . Od 2004 do 2017 roku światowa moc zainstalowana energii wiatrowej wzrosła z 47 GW do 514 GW — ponad dziesięciokrotny wzrost w ciągu 13 lat. Na koniec 2014 roku Chiny, Stany Zjednoczone i Niemcy łącznie odpowiadały za połowę całkowitej światowej Pojemność. Kilka innych krajów osiągnęło stosunkowo wysoki poziom penetracji energii wiatrowej, np. 21% stacjonarnej produkcji energii elektrycznej w Danii , 18% w Portugalii , 16% w Hiszpanii i 14% w Irlandii w 2010 r. i od tego czasu kontynuuje zwiększanie mocy zainstalowanej . Ponad 80 krajów na całym świecie korzysta z energii wiatrowej na zasadach komercyjnych.

Turbiny wiatrowe mają coraz większą moc, a niektóre komercyjnie stosowane modele generują ponad 8 MW na turbinę. Trwają prace nad mocniejszymi modelami, zobacz listę najmocniejszych turbin wiatrowych .

• Morska energetyka wiatrowa

W 2017 r. morska energetyka wiatrowa wyniosła 18,7 GW globalnej mocy zainstalowanej, co stanowiło zaledwie 3,6% całkowitej mocy wiatrowej.

• Lista morskich i lądowych farm wiatrowych

Od 2013 roku Alta Wind Energy Center (Kalifornia, 1,5 GW) jest największą pojedynczą farmą wiatrową na świecie. The Walney Extension (Londyn, 0,7 GW) to największa morska farma wiatrowa na świecie. Farma wiatrowa Gansu (Chiny, 7,9 GW) to największy projekt generujący energię wiatrową, składający się z 18 farm wiatrowych.

Słoneczna termiczna

377 MW Ivanpah Solar Electric Generation System ze wszystkimi trzema wieżami pod obciążeniem, luty 2014. Zdjęcie z I-15.

Wieże solarne elektrowni słonecznych PS10 i PS20 w Hiszpanii

Moc słonecznej energii cieplnej wzrosła z 1,3 GW w 2012 r. do 5,0 GW w 2017 r.

Hiszpania jest światowym liderem we wdrażaniu słonecznej energii cieplnej z wdrożonymi 2,3 GW. Stany Zjednoczone ma 1,8 GW, większość z nich w Kalifornii , gdzie 1,4 GW projektów elektrowni słonecznych są sprawne. Kilka elektrowni zostało zbudowanych na pustyni Mojave w południowo-zachodnich Stanach Zjednoczonych. Od 2017 r. tylko 4 inne kraje mają wdrożenia powyżej 100 MW: Republika Południowej Afryki (300 MW), Indie (229 MW), Maroko (180 MW) i Zjednoczone Emiraty Arabskie (100 MW).

Stany Zjednoczone przeprowadziły wiele wczesnych badań nad fotowoltaiką i skoncentrowaną energią słoneczną . Stany Zjednoczone należą do największych krajów na świecie pod względem energii elektrycznej wytwarzanej przez Słońce, a kilka największych na świecie instalacji na skalę użyteczności publicznej znajduje się na pustynnym południowym zachodzie.

Najstarsza elektrownia słoneczna termiczna w świecie jest 354  megawatów (MW) roślin SEGS moc cieplna , w Kalifornii. Ivanpah Solar Electric Generating systemu jest słoneczna projekt moc cieplna w Kalifornii na pustyni Mojave , 40 mil (64 km) na południowy zachód od Las Vegas , o pojemności brutto 377 MW. 280 MW Solana Generating Station to elektrownia słoneczna w pobliżu Gila Bend w Arizonie , około 70 mil (110 km) na południowy zachód od Phoenix , ukończona w 2013 roku. W momencie uruchomienia była to największa paraboliczna elektrownia rynnowa na świecie i pierwsza amerykańska elektrownia słoneczna z magazynowaniem energii cieplnej stopionej soli .

W krajach rozwijających się zatwierdzono trzy projekty Banku Światowego dotyczące zintegrowanych elektrowni słonecznych/elektrycznych z turbiną gazową o cyklu kombinowanym w Egipcie , Meksyku i Maroku .

Rozwój fotowoltaiki

50 000

100 000

150 000

200 000

2006

2010

2014

     Europa

     Azja-Pacyfik

     Ameryki

     Chiny

     Bliski Wschód i Afryka

Ogólnoświatowy wzrost mocy fotowoltaicznej pogrupowany według regionu w MW (2006-2014)

Fotowoltaika (PV) szybko się rozwija, a globalna moc wzrasta ze 177 GW pod koniec 2014 r. do 385 GW w 2017 r.

Fotowoltaika wykorzystuje ogniwa słoneczne zmontowane w panele słoneczne do przekształcania światła słonecznego w energię elektryczną. Systemy fotowoltaiczne obejmują zarówno małe, mieszkalne i komercyjne instalacje dachowe lub zintegrowane z budynkami , jak i duże elektrownie fotowoltaiczne na skalę przemysłową . Dominującą technologią fotowoltaiczną jest krystaliczny krzem , podczas gdy cienkowarstwowe ogniwa słoneczne stanowią około 10 procent globalnego zastosowania fotowoltaiki. W ostatnich latach technologia fotowoltaiczna poprawiła wydajność wytwarzania energii elektrycznej , zmniejszyła koszt instalacji na wat, a także czas zwrotu energii i osiągnęła parytet sieci na co najmniej 30 różnych rynkach do 2014 r. Fotowoltaika zintegrowana z budynkiem lub systemy fotowoltaiczne „na miejscu” wykorzystywać istniejące grunty i budowle oraz generować energię blisko miejsca jej zużycia.

Fotowoltaika rozwijała się najszybciej w Chinach , a następnie w Japonii i Stanach Zjednoczonych. Przewiduje się, że do 2050 r. energia słoneczna stanie się największym na świecie źródłem energii elektrycznej, przy czym fotowoltaika słoneczna i skoncentrowana energia słoneczna będą stanowić odpowiednio 16% i 11%. Wymaga to zwiększenia zainstalowanej mocy fotowoltaicznej do 4600 GW, z czego ponad połowa ma zostać wdrożona w Chinach i Indiach .

Panele słoneczne w farmie słonecznej Topaz o mocy 550 MW

Komercyjne skoncentrowane elektrownie słoneczne zostały po raz pierwszy opracowane w latach 80-tych. Wraz ze spadkiem kosztów energii słonecznej liczba podłączonych do sieci systemów fotowoltaicznych wzrosła do milionów i budowane są elektrownie słoneczne na skalę użytkową o mocy setek megawatów. Zbudowano wiele fotowoltaicznych elektrowni słonecznych, głównie w Europie, Chinach i Stanach Zjednoczonych. Tengger Desert Solar Park o mocy 1,5 GW w Chinach jest największą na świecie elektrownią fotowoltaiczną . Wiele z tych elektrowni jest zintegrowanych z rolnictwem, a niektóre wykorzystują systemy śledzące, które podążają codzienną ścieżką słońca po niebie, aby generować więcej energii elektrycznej niż systemy montowane na stałe.

Rozwój biopaliw

Brazylia produkuje bioetanol z trzciny cukrowej dostępnej w całym kraju. Typowa stacja benzynowa z serwisem dwupaliwowym jest oznaczona literą „A” dla alkoholu (etanolu) i „G” dla benzyny.

Globalna moc bioenergetyczna w 2017 r. wyniosła 109 GW. Biopaliwa dostarczyły 3% światowego paliwa transportowego w 2017 roku.

Mandaty na mieszanie biopaliw istnieją w 31 krajach na poziomie krajowym oraz w 29 stanach/prowincjach. Według Międzynarodowej Agencji Energetycznej biopaliwa mają potencjał, aby do 2050 r. zaspokoić ponad jedną czwartą światowego zapotrzebowania na paliwa transportowe.

Od lat 70. Brazylia prowadzi program paliwowy z etanolem, który pozwolił jej stać się drugim co do wielkości producentem etanolu na świecie (po Stanach Zjednoczonych) i największym eksporterem na świecie. Brazylijski program paliwowy dotyczący etanolu wykorzystuje nowoczesny sprzęt i tanią trzcinę cukrową jako surowiec, a resztkowe odpady z trzciny ( bagasse ) są wykorzystywane do produkcji ciepła i energii. W Brazylii nie ma już lekkich pojazdów napędzanych czystą benzyną. Do końca 2008 roku w całej Brazylii było 35 000 stacji benzynowych z przynajmniej jedną pompą do etanolu. Niestety Operacja Car Wash poważnie nadszarpnęła zaufanie publiczne do firm naftowych i wplątała się w kilku wysokich rangą urzędników brazylijskich.

Prawie cała benzyna sprzedawana obecnie w Stanach Zjednoczonych jest mieszana z 10% etanolem, a producenci pojazdów silnikowych już produkują pojazdy zaprojektowane do pracy na mieszankach o znacznie wyższej zawartości etanolu. Ford , Daimler AG i GM należą do firm motoryzacyjnych sprzedających samochody, ciężarówki i minivany na „elastyczne paliwo”, które mogą stosować mieszanki benzyny i etanolu, od czystej benzyny do 85% etanolu. Do połowy 2006 roku na amerykańskich drogach jeździło około 6 milionów pojazdów kompatybilnych z etanolem.

Rozwój geotermalny

Elektrownia geotermalna w The Geysers , Kalifornia, USA

Globalna moc geotermalna w 2017 roku wyniosła 12,9 GW.

Energia geotermalna jest opłacalna, niezawodna, zrównoważona i przyjazna dla środowiska, ale historycznie była ograniczona do obszarów w pobliżu granic płyt tektonicznych . Ostatnie postępy technologiczne rozszerzyły zakres i rozmiar opłacalnych zasobów, zwłaszcza do zastosowań takich jak ogrzewanie domów, otwierając potencjał do powszechnej eksploatacji. Odwierty geotermalne uwalniają gazy cieplarniane uwięzione głęboko pod ziemią, ale emisje te są zwykle znacznie niższe na jednostkę energii niż w przypadku paliw kopalnych. W rezultacie energia geotermalna może pomóc w łagodzeniu globalnego ocieplenia, jeśli zostanie szeroko zastosowana w miejsce paliw kopalnych.

W 2017 r. Stany Zjednoczone były światowym liderem w produkcji energii geotermalnej z 12,9 GW zainstalowanej mocy. Największa grupa elektrowni geotermalnych na świecie znajduje się w The Geysers , polu geotermalnym w Kalifornii. Filipiny są drugim co do wielkości producentem energii geotermalnej na świecie za Stanami Zjednoczonymi, z 1,9 GW mocy w trybie online.

Kraje rozwijające się

Kuchenki słoneczne wykorzystują światło słoneczne jako źródło energii do gotowania na zewnątrz.

Technologia energii odnawialnej była czasami postrzegana przez krytyków jako kosztowny produkt luksusowy i dostępny tylko w zamożnym, rozwiniętym świecie. Ten błędny pogląd utrzymywał się przez wiele lat, jednak w latach 2016-2017 inwestycje w energię odnawialną były wyższe w krajach rozwijających się niż w krajach rozwiniętych, przy czym Chiny przodują w globalnych inwestycjach z rekordową wartością 126,6 mld dolarów. Wiele krajów Ameryki Łacińskiej i Afryki również znacząco zwiększyło swoje inwestycje. Energia odnawialna może być szczególnie odpowiednia dla krajów rozwijających się. Na obszarach wiejskich i oddalonych przesyłanie i dystrybucja energii wytwarzanej z paliw kopalnych może być trudne i kosztowne. Lokalne wytwarzanie energii odnawialnej może stanowić realną alternatywę.

Postęp technologiczny otwiera ogromny nowy rynek energii słonecznej: około 1,3 miliarda ludzi na całym świecie, którzy nie mają dostępu do sieci elektrycznej. Mimo że są zazwyczaj bardzo biedni, muszą płacić za oświetlenie znacznie więcej niż mieszkańcy bogatych krajów, ponieważ używają nieefektywnych lamp naftowych. Energia słoneczna kosztuje o połowę mniej niż oświetlenie naftą. Szacuje się, że od 2010 r. około 3 miliony gospodarstw domowych otrzymuje energię z małych systemów fotowoltaicznych. Kenia jest światowym liderem pod względem liczby zainstalowanych systemów energii słonecznej na mieszkańca. Rocznie w Kenii sprzedaje się ponad 30 000 bardzo małych paneli słonecznych, każdy o mocy od 12 do 30 watów. Niektóre małe rozwijające się państwa wyspiarskie (SIDS) również zwracają się w stronę energii słonecznej, aby obniżyć koszty i zwiększyć zrównoważony rozwój.

Mikro-hydro skonfigurowane w mini-sieci również zapewnia moc. Ponad 44 miliony gospodarstw domowych wykorzystuje biogaz wytwarzany w domowych komorach fermentacyjnych do oświetlania i/lub gotowania , a ponad 166 milionów gospodarstw domowych korzysta z nowej generacji bardziej wydajnych pieców na biomasę. Czyste paliwo płynne pozyskiwane z surowców odnawialnych jest wykorzystywane do gotowania i oświetlenia w ubogich energetycznie obszarach krajów rozwijających się. Paliwa alkoholowe (etanol i metanol) można wytwarzać w sposób zrównoważony z niespożywczych surowców cukrowych, skrobiowych i celulozowych. Project Gaia, Inc. i CleanStar Mozambique wdrażają programy czystego gotowania za pomocą pieców z ciekłym etanolem w Etiopii, Kenii, Nigerii i Mozambiku.

Projekty dotyczące energii odnawialnej w wielu krajach rozwijających się wykazały, że energia odnawialna może bezpośrednio przyczynić się do zmniejszenia ubóstwa poprzez dostarczanie energii potrzebnej do tworzenia przedsiębiorstw i zatrudnienia. Technologie energii odnawialnej mogą również pośrednio przyczyniać się do łagodzenia ubóstwa poprzez dostarczanie energii do gotowania, ogrzewania pomieszczeń i oświetlenia. Energia odnawialna może również przyczynić się do edukacji, dostarczając energię elektryczną do szkół.

Polityka

Polityka wspierająca energię odnawialną miała kluczowe znaczenie dla ich ekspansji. Tam, gdzie Europa dominowała w ustanawianiu polityki energetycznej na początku XXI wieku, większość krajów na całym świecie ma obecnie jakąś formę polityki energetycznej.

Trendy polityczne

Międzynarodowej Agencji Energii Odnawialnej (IRENA) jest organizacją międzyrządową o promowaniu przyjęcia Worldwide odnawialnej energii. Jego celem jest zapewnienie konkretnych porad w zakresie polityki oraz ułatwienie budowania zdolności i transferu technologii. IRENA została utworzona w 2009 roku przez 75 krajów, które podpisały statut IRENA. Od kwietnia 2019 r. IRENA liczy 160 państw członkowskich. Ówczesny sekretarz generalny ONZ Ban Ki-moon powiedział, że energia odnawialna może podnieść najbiedniejsze kraje na nowy poziom dobrobytu, a we wrześniu 2011 r. uruchomił inicjatywę ONZ „ Zrównoważona energia dla wszystkich ” w celu poprawy dostępu do energii, wydajności oraz wdrażanie energii odnawialnej.

Porozumienie paryskie w sprawie zmian klimatycznych z 2015 r. zmotywowało wiele krajów do opracowania lub ulepszenia polityki w zakresie energii odnawialnej. W 2017 roku 121 krajów przyjęło jakąś formę polityki w zakresie energii odnawialnej. Cele krajowe w tym roku istniały w 176 krajach. Ponadto istnieje również szeroka gama polityk na poziomie stanowym/prowincjonalnym i lokalnym. Niektóre zakłady użyteczności publicznej pomagają w planowaniu lub instalowaniu modernizacji energii w budynkach mieszkalnych . Za prezydenta Baracka Obamy polityka Stanów Zjednoczonych zachęcała do wykorzystywania energii odnawialnej zgodnie ze zobowiązaniami zawartymi w porozumieniu paryskim. Mimo że Trump porzucił te cele, inwestycje w odnawialne źródła energii wciąż rosną.

Wiele rządów krajowych, stanowych i lokalnych utworzyło zielone banki . Zielony bank to quasi-publiczna instytucja finansowa, która wykorzystuje kapitał publiczny do lewarowania prywatnych inwestycji w technologie czystej energii. Ekologiczne banki korzystają z różnych narzędzi finansowych, aby wypełnić luki rynkowe, które utrudniają wdrażanie czystej energii. Wojsko USA skupiło się również na wykorzystaniu paliw odnawialnych w pojazdach wojskowych. W przeciwieństwie do paliw kopalnych, paliwa odnawialne mogą być produkowane w dowolnym kraju, tworząc strategiczną przewagę. Armia amerykańska już zobowiązała się, że 50% zużywanej przez nią energii pochodzi z alternatywnych źródeł.

Pełna energia odnawialna

Zachęcanie do korzystania w 100% z energii odnawialnej do produkcji energii elektrycznej, transportu, a nawet całkowitego zaopatrzenia w energię pierwotną na całym świecie, było motywowane globalnym ociepleniem i innymi względami ekologicznymi i ekonomicznymi. Międzyrządowy Zespół do spraw Zmian Klimatu stwierdził, że istnieje kilka podstawowych limity technologiczne do integracji portfel technologii odnawialnych źródeł energii, aby sprostać najbardziej całkowitego światowego zapotrzebowania energetycznego. Zużycie energii odnawialnej rosło znacznie szybciej, niż przewidywali nawet zwolennicy. Na poziomie krajowym co najmniej 30 krajów na całym świecie ma już energię odnawialną, która zapewnia ponad 20% dostaw energii. Ponadto Stephen W. Pacala i Robert H. Socolow opracowali serię „ klinów stabilizacyjnych ”, które pozwalają nam utrzymać jakość życia przy jednoczesnym uniknięciu katastrofalnych zmian klimatycznych, a „odnawialne źródła energii” łącznie stanowią największą liczbę ich „klinów”.

Wykorzystanie 100% energii odnawialnej zostało po raz pierwszy zasugerowane w artykule Science opublikowanym w 1975 roku przez duńskiego fizyka Benta Sørensena . W ślad za nim pojawiło się kilka innych propozycji, aż w 1998 roku opublikowano pierwszą szczegółową analizę scenariuszy z bardzo wysokim udziałem OZE. Następnie pojawiły się pierwsze szczegółowe scenariusze 100%. W 2006 roku ukazała się praca doktorska wydawnictwa Czisch, w której wykazano, że w scenariuszu 100% energii odnawialnej podaż energii może odpowiadać popytowi o każdej godzinie w Europie i Afryce Północnej. W tym samym roku duński inżynier Henrik Lund opublikował pierwszy artykuł, w którym zajmuje się optymalną kombinacją odnawialnych źródeł energii, a następnie kilka innych artykułów na temat przejścia na 100% odnawialną energię w Danii. Od tego czasu Lund publikuje kilka artykułów na temat 100% energii odnawialnej. Po 2009 roku publikacje zaczęły gwałtownie rosnąć, obejmując 100% scenariuszy dla krajów w Europie, Ameryce, Australii i innych częściach świata.

W 2011 roku Mark Z. Jacobson , profesor inżynierii lądowej i środowiskowej na Uniwersytecie Stanforda, oraz Mark Delucchi opublikowali w czasopiśmie Energy Policy badanie na temat 100% odnawialnych źródeł energii na świecie . Odkryli produkcji wszystkich nową energię z energii wiatru , energii słonecznej i wodnej do roku 2030 jest wykonalne, a istniejące uzgodnienia w sprawie dostaw energii mogą być zastąpione przez 2050. Bariery wdrażania planu energii odnawialnej są postrzegane jako „przede wszystkim społeczny i polityczny, a nie techniczny lub gospodarczy". Odkryli również, że koszty energii w systemie wiatrowym, słonecznym i wodnym powinny być podobne do dzisiejszych kosztów energii.

Podobnie w Stanach Zjednoczonych niezależna Narodowa Rada ds. Badań zauważyła, że ​​„istnieją wystarczające krajowe zasoby odnawialne, aby umożliwić odnawialnej energii elektrycznej odgrywanie znaczącej roli w przyszłym wytwarzaniu energii elektrycznej, a tym samym pomóc stawić czoła problemom związanym ze zmianami klimatu, bezpieczeństwem energetycznym i eskalacją kosztów energii… Energia odnawialna jest atrakcyjną opcją, ponieważ zasoby odnawialne dostępne w Stanach Zjednoczonych, wzięte łącznie, mogą dostarczać znacznie większe ilości energii elektrycznej niż całkowite obecne lub prognozowane zapotrzebowanie krajowe”.

Najistotniejsze przeszkody w powszechnym wdrażaniu strategii w zakresie energii odnawialnej na dużą skalę i energii niskoemisyjnej mają przede wszystkim charakter polityczny, a nie technologiczny. Według raportu Post Carbon Pathways z 2013 r., w którym dokonano przeglądu wielu międzynarodowych badań, kluczowymi przeszkodami są: zaprzeczanie zmianom klimatu , lobby paliw kopalnych , bezczynność polityczna, niezrównoważone zużycie energii, przestarzała infrastruktura energetyczna i ograniczenia finansowe.

Według Banku Światowego scenariusz klimatyczny „poniżej 2°C” wymaga 3 miliardów ton metali i minerałów do 2050 roku. Podaż wydobywanych surowców, takich jak cynk, molibden, srebro, nikiel, miedź musi wzrosnąć nawet o 500%. Analiza z 2018 r. oszacowała wymagany wzrost zapasów metali potrzebnych w różnych sektorach z 1000% (energia wiatrowa) do 87 000% (akumulatory do samochodów osobowych).

Debata

Produkcja energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych, takich jak energia wiatrowa i słoneczna, jest zmienna, co skutkuje obniżonym współczynnikiem wydajności i wymaga albo magazynowania energii o pojemności równej jej całkowitej produkcji, albo źródeł mocy obciążenia podstawowego ze źródeł nieokresowych , takich jak energia wodna , paliwa kopalne lub energia jądrowa .

Ponieważ gęstość mocy odnawialnych źródeł energii na powierzchnię gruntów jest co najwyżej trzy rzędy wielkości mniejsza niż energia kopalna lub energia jądrowa, elektrownie odnawialne zajmują tysiące hektarów, powodując obawy o środowisko i sprzeciw lokalnych mieszkańców, zwłaszcza w gęsto zaludnionych krajach. Elektrownie słoneczne konkurują z gruntami ornymi i rezerwatami przyrody, podczas gdy lądowe farmy wiatrowe napotykają sprzeciw ze względu na kwestie estetyczne i hałas, który dotyka zarówno ludzi, jak i przyrodę. W Stanach Zjednoczonych projekt Massachusetts Cape Wind był opóźniany przez lata, częściowo ze względów estetycznych. Jednak mieszkańcy innych obszarów byli bardziej pozytywnie nastawieni. Według radnego miasta przytłaczająca większość mieszkańców uważa, że farma wiatrowa Ardrossan w Szkocji wzbogaciła ten obszar. Obawy te, gdy są skierowane przeciwko energii odnawialnej, są czasami określane jako postawa „nie na moim podwórku” ( NIMBY ).

Niedawny dokument rządu brytyjskiego stwierdza, że ​​„projekty mają większe szanse powodzenia, jeśli mają szerokie poparcie społeczne i zgodę społeczności lokalnych. Oznacza to, że społeczności mają zarówno prawo głosu, jak i udział”. W krajach takich jak Niemcy i Dania wiele projektów dotyczących energii odnawialnej jest własnością społeczności, zwłaszcza poprzez struktury spółdzielcze , i znacząco przyczynia się do ogólnego poziomu wykorzystania energii odnawialnej.

Rynek technologii energii odnawialnej stale się rozwija. Obawy związane ze zmianą klimatu i rosnącą liczbą zielonych miejsc pracy , w połączeniu z wysokimi cenami ropy, szczytami ropy , wojnami naftowymi, wyciekami ropy , promowaniem pojazdów elektrycznych i odnawialnej energii elektrycznej, katastrofami jądrowymi i rosnącym wsparciem rządowym, napędzają rosnące przepisy dotyczące energii odnawialnej, zachęty i komercjalizację . Nowe wydatki rządowe, regulacje i polityki pomogły branży przetrwać kryzys gospodarczy z 2009 roku lepiej niż wiele innych sektorów.

Chociaż odnawialne źródła energii odniosły duży sukces w ich stale rosnącym wkładzie w energię elektryczną, nie ma krajów zdominowanych przez paliwa kopalne, które mają plan zatrzymania i uzyskania tej energii ze źródeł odnawialnych. Tylko Szkocja i Ontario zaprzestały spalania węgla, głównie dzięki dobrym dostawom gazu ziemnego. W dziedzinie transportu paliwa kopalne są jeszcze bardziej zakorzenione, a rozwiązania trudniejsze do znalezienia. Nie jest jasne, czy są jakieś niepowodzenia w polityce, czy w zakresie energii odnawialnej, ale dwadzieścia lat po protokole z Kioto paliwa kopalne nadal są naszym podstawowym źródłem energii, a konsumpcja nadal rośnie.

Międzynarodowa Agencja Energii stwierdził, że wdrożenie technologii odnawialnych zwykle zwiększa różnorodność źródeł energii, a przez lokalną generacji, przyczynia się do elastyczności systemu i jego odporność na wstrząsy centralnych.

Geopolityka energii odnawialnej

Od około 2010 roku narastała dyskusja na temat geopolitycznego wpływu rosnącego wykorzystania energii odnawialnej. Argumentowano, że dawni eksporterzy paliw kopalnych doświadczą osłabienia swojej pozycji w stosunkach międzynarodowych, podczas gdy kraje posiadające obfite zasoby energii odnawialnej zostaną wzmocnione. Oczekiwano, że również kraje bogate w materiały krytyczne dla technologii energii odnawialnej będą zyskiwać na znaczeniu w stosunkach międzynarodowych.

Indeks geopolitycznych zysków i strat GeGaLo ocenia, w jaki sposób pozycja geopolityczna 156 krajów może się zmienić, jeśli świat w pełni przejdzie na odnawialne źródła energii. Oczekuje się, że byli eksporterzy paliw kopalnych stracą moc, podczas gdy pozycja byłych importerów paliw kopalnych i krajów bogatych w odnawialne źródła energii ma się wzmocnić.

Wpływ środowiska

Zdolność biomasy i biopaliw do przyczyniania się do redukcji CO
2emisje są ograniczone, ponieważ zarówno biomasa, jak i biopaliwa emitują duże ilości zanieczyszczeń powietrza podczas spalania, aw niektórych przypadkach konkurują z dostawami żywności. Ponadto biomasa i biopaliwa zużywają duże ilości wody. Innych źródeł odnawialnych, takich jak siły wiatru , fotoogniw i elektrownie wodne mają tę zaletę, że w stanie oszczędzania wody mniejszą zanieczyszczenia i zmniejszenia CO
2emisje. Instalacje wykorzystywane do produkcji energii wiatrowej, słonecznej i wodnej stanowią coraz większe zagrożenie dla kluczowych obszarów ochrony, z obiektami budowanymi na obszarach przeznaczonych na ochronę przyrody i innych obszarach wrażliwych ekologicznie. Często są znacznie większe niż elektrownie na paliwa kopalne, a do wytworzenia równoważnych ilości energii potrzebują powierzchni ziemi do 10 razy większej niż węgiel lub gaz. W obszarach mających znaczenie dla środowiska i zagrażających siedliskom gatunków roślin i zwierząt na całym świecie powstaje ponad 2000 obiektów energii odnawialnej, a kolejne są w trakcie budowy. Zespół autorów podkreślił, że ich praca nie powinna być interpretowana jako antyodnawialna, ponieważ energia odnawialna ma kluczowe znaczenie dla redukcji emisji dwutlenku węgla. Kluczem jest dopilnowanie, aby instalacje energii odnawialnej były budowane w miejscach, w których nie szkodzą bioróżnorodności.

Urządzenia energii odnawialnej są uzależnione od zasobów nieodnawialnych, takich jak wydobywane metale, i wykorzystują ogromne ilości ziemi ze względu na małą gęstość mocy powierzchniowej . Produkcja paneli fotowoltaicznych, turbin wiatrowych i baterii wymaga znacznych ilości pierwiastków ziem rzadkich i zwiększa działalność wydobywczą, która ma znaczący wpływ na społeczeństwo i środowisko. Ze względu na współwystępowanie metali ziem rzadkich i pierwiastków promieniotwórczych ( toru , uranu i radu ) wydobycie metali ziem rzadkich powoduje wytwarzanie niskoaktywnych odpadów promieniotwórczych .

Panele słoneczne zmieniają albedo powierzchni, co zwiększa ich wkład w globalne ocieplenie.

Oczekuje się, że wydobycie materiałów potrzebnych do produkcji energii odnawialnej zwiększy zagrożenia dla bioróżnorodności . We wrześniu 2020 r. naukowcy opublikowali światową mapę obszarów zawierających odnawialne materiały energetyczne, a także szacunki ich pokrywania się z „Kluczowymi obszarami bioróżnorodności”, „Pozostałą dziką przyrodą” i „ Obszarami chronionymi ”. Autorzy ocenili, że potrzebne jest staranne planowanie strategiczne .

Galeria

• 

  Burbo , NW-Anglia

• 

  Wschód słońca na farmie wiatrowej Fenton w Minnesocie, USA

• 

  CSP -station Andasol w Andaluzji w Hiszpanii

• 

  Elektrownia słoneczna Ivanpah na pustyni Mojave, Kalifornia , Stany Zjednoczone

• 

  Zapora Trzech Przełomów i Zapora Gezhouba , Chiny

• 

  Sklep sprzedający panele fotowoltaiczne w Wagadugu , Burkina Faso

• 

  Zbiór pniaków zwiększa odzysk biomasy z lasów

• 

  Mały, montowany na dachu system fotowoltaiczny w Bonn , Niemcy

• 

  Należący do społeczności Westmill Solar Park w południowo-wschodniej Anglii

• 

  Elektrownia fotowoltaiczna Komekurayama w Kofu , Japonia

• 

  Krafla , elektrownia geotermalna na Islandii

Zobacz też

Bibliografia

Bibliografia

Zewnętrzne linki

• Przegląd czystej energii z Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych
• Energypedia – platforma wiki służąca współpracy wymiany wiedzy na temat energii odnawialnej w krajach rozwijających się