Odnawialne źródła enegii

Energia wiatru

Wykorzystanie wiatru do produkcji energii jest jak dotąd największym sukcesem. Dwie dekady postępu w rozwoju zaawansowanych turbin, które wykorzystują materiały syntetyczne, komputerowo wspomagane projektowanie i wyszukaną kontrolę elektronicz-ną zredukowały koszt wytwarzanej elektryczności prawie pięciokrotnie od roku 1980. Pozwoliło to tej technologii stać się najszybciej rozwijającym się źródłem energii, zwiększając się rocznie przeciętnie o 26% pomiędzy rokiem 1990 a 1997. W roku 1997 łączna zainstalowana moc elektrowni wiatrowych wzrosła o 25% (1,560 MW) osiągając moc 7,555 MW, a w 1998 o 26,8% (2,060 MW) osiągając moc 9,615 MW.


Cztery kraje są w czołówce szybkiego rozwoju energetyki wiatrowej w końcu lat dziewięćdziesiątych: Niemcy, Dania, Hiszpania i India. Razem, zainstalowały one prawie 80% wszystkich nowych mocy w 1997 roku. Niemcy osiągnęły 2,873 MW w 1998, instalując 530 MW w 1997 i 800 MW w 1998 na nizinach w pobliżu Morza Północnego. W jednym z regionów północnych Niemiec 11% zapotrzebowania na energię elektryczną pochodzi z elektrowni wiatrowych, a w innym 7%. I chociaż niemieckie zakłady energetyczne sprzeciwiały się rozwojowi elektrowni wiatrowych, społeczeństwo silnie popiera ich rozwojów, zarówno politycznie, jak i poprzez inwestowanie w nie.


Dania, gdzie współczesna technologia wiatrowa i jej rozwój mają swoje korzenie w latach siedemdziesiątych posiada obecnie ponad 1,380 MW. Udział energii wiatrowej w produkcji duńskiej energii elektrycznej wynosi 7% i jest największy na świecie. Trzecim największym rynkiem w 1998 r. była Hiszpania, gdzie trzy czwarte 907 MW (77% przyrost w 1998), zostało zainstalowane w ostatnich trzech latach. Instalacje w Hiszpanii to przede wszystkim duże farmy wiatrowe w przeciwieństwie do pojedynczych i małych zgrupowań turbin w Danii czy w Niemczech. India jest na czwartym miejscu i jest największym rynkiem energii wiatrowej w krajach rozwijających się.


Wykorzystanie energii wiatrowej zwiększa się również w innych krajach: Włoszech, Holandii, Chinach i Wielkiej Brytanii, ale w żadnym z nich nie rozwinął się jeszcze duży lub zrównoważony rynek. Stany Zjednoczone, które miały największy rynek w latach osiemdziesiątych, w ostatniej dekadzie nie zanotowały znaczącego wzrostu w roku 1997, chociaż należy spodziewać się zmian w nadchodzących latach.


Większe turbiny, ulepszone technologie i ciągle zmniejszające się koszty napędzają rozwój elektrowni wiatrowych. Według specjalistów, nowe turbiny wiatrowe są obecnie konkurencyjne z elektrowniami węglowymi w Niemczech i innych krajach. Kilka dużych koncernów, m.in. Enron bierze aktywny udział w rozwoju energetyki wiatrowej.


Energia słoneczna


Zainteresowanie systemami fotowoltaicznymi (PV) szybko wzrasta na świecie ze względu na to, że przetwarzają one promieniowanie słoneczne bezpośrednio na energię elektryczną, bez ubocznej produkcji zanieczyszczeń, hałasu i innych czynników wywołujących niekorzystne zmiany środowiska. Produkcja modułów fotowoltaicznych, drugiego (16,8%) najszybciej rosnącego odnawialnego źródła energii w latach 1990 98 zwiększała się średnio o 25% rocznie. W 1998 wyniosła ona 152 MWp (przyrost o 30% względem 1997), a w 1999 spodziewane jest, że produkcja osiągnie poziom 200 MWp.


Łączna produkcja od 1980 r. wynosi obecnie 800 MWp. Około 50% rynku świato-wego jest ulokowana w zastosowaniach niedołączonych do sieci elektroenergetycznej, takich jak telefony awaryjne, stacje telekomunikacyjne, pompy wody, itp., gdzie jedyną alternatywą są kosztowne systemy z generatorami dieslowymi. Zastosowania w urządzeniach powszechnego użytku, takich jak zegarki, kalkulatory, itp. wykorzystują 20% zainstalowanej mocy. Jednakże obecny gwałtowny wzrost produkcji związany jest z zastosowaniami w budownictwie (pozostałe 30%). Systemy fotowoltaiczne mają ogromny potencjał do zasilania urządzeń na obszarach nie podłączonych jeszcze do sieci elektroenergetycznej (ok. 2 mld ludzi na świecie nie ma dostępu do prądu elektrycznego). Ocenia się, że ok. 500 tysięcy gospodarstw domowych na całym świecie korzysta obecnie z systemów fotowoltaicznych do pokrycia większości lub całości swojego zapotrzebowania na energię elektryczną.

Jednakże w ostatnich latach duży nacisk, szczególnie w krajach wysoko uprzemysłowionych, kładziony jest na rozwój systemów fotowoltaicznych podłączonych do sieci elektroenergetycznej, ponieważ zapewniają one najwyższy potencjał na długofalową redukcję zużycia paliw kopalnych i zmniejszenie emisji dwutlenku węgla. W Niemczech, po sukcesie programu 1000 słonecznych dachów realizowanego w latach 1991-1995 (do 1995 r. zainstalowano 2200 instalacji o łącznej mocy 5,3 MWp). Rząd federalny ogłosił w końcu 1998 r. program 100.000 dachów. Szybki rozwój fotowoltaiki w Niemczech wynika z dotacji rządowych i wysokiej ceny zakupu energii elektrycznej przez zakłady energetyczne. Wykorzystując obecny boom budowlany w Berlinie zainstalowano systemy fotowoltaiczne w Parlamencie, Ministerstwie Gospodarki, stacji kolejowej i budynkach mieszkalnych. W Monachium na dachu hali targowej zainstalowano system o mocy 1 MWp.


Rząd japoński ma bardzo ambitne plany, które spowodowały silny rozwój PV w ostatnich dwóch latach. Dzięki nowemu prawu dotyczącemu zakupu energii i 50% dotacji rządowej zainstalowano 9,400 systemów w 1997 r. i ok. 14,000 w 1998 r. Japoński program spowodował, że produkcja modułów PV wzrosła 2,5-krotnie w ostatnich dwóch latach do prawie 50 MWp rocznie. Cele programu koordynowanego przez Ministerstwo Handlu i Przemysłu (MITI) jest instalacja ponad 70,000 dachowych systemów PV do roku 2000. Zakłada się, że te systemy słoneczne staną się całkowicie konkurencyjne do roku 2001, w którym to roku zamierza się znieść bezpośrednie dotacje do programu.


W miesiącach przed Konferencją klimatyczną w Kioto, Stany Zjednoczone i Unia Europejska ogłosiły śmiałe programy Miliona dachów słonecznych, których zamiarem jest dramatyczny wzrost wielkości rynku słonecznego i uzyskanie szerokie poparcia społeczeństw dla tej technologii. Plan amerykański zakłada szerokie włączenie władz stanowych i lokalnych, organizacji społecznych i zakładów energetycznych dla realizacji wytyczonych celów. Program europejski zaczyna się rozwijać i wydaje się że ma wystarczająco silne poparcie finansowe i polityczne aby zrealizować swoje ambitne cele. W Europie, Holandia, Włochy, Szwajcaria (ma w chwili obecnej najwięcej mocy zainstalowanej na osobę) realizują ambitne plany instalacji systemów PV w budownictwie.


Gwałtowny wzrost rynku na systemy fotowoltaiczne oraz Protokoł z Kioto przyśpieszyły inwestowanie w technologie słoneczne w ostatnich dwóch latach. Kilka dużych koncernów energetycznych (Canon, British Petrolium, Shell) zwiększyło inwestycje w tej dziedzinie. Nowe linie produkcyjne są uruchomiane przez firmy Kyocera (największy producent światowy) w Japonii, Photowatt we Francji, Siemens i Solarex w USA, BP w Australii i Indiach. Shell Solar buduje największą (25 MWp/rok) fabrykę modułów fotowoltaicznych w Niemczech.


Koszt wytwarzania ogniw fotowoltaicznych maleje z powodu zwiększania skali produkcji, jak również na skutek optymalizacji procesu wytwarzania ogniw. Chociaż ceny rynkowe na skutek dużego popytu są obecnie stałe i wynoszą ok. 4 USD/Wp, to spodziewany jest ich spadek poniżej 2 USD/Wp w ciągu następnej dekady. Uczyni to energię słoneczną konkurencyjną nawet z wieloma systemami dołączonymi do sieci elektroenergetycznej.


Technologia słonecznych kolektorów termicznych jest już prawie całkowicie dojrzała. Tym niemniej istnieją możliwości dalszej obniżki kosztów produkcji w przypadku wielkiej skali produkcji oraz poprawy zarówno procesu produkcji i marketingu. W chwili obecnej w krajach Unii Europejskiej istnieje ok. 300 małych przedsiębiorstw działających w tym sektorze, bezpośrednio zatrudniających ok. 10,000 osób. Ogrzewanie przy pomocy słonecznych kolektorów termicznych jest konkurencyjne do ogrzewania elektrycznego, szczególnie na południu Europy.


W 1995 r. było zainstalowanych ok. 6,5 mln m2 powierzchni kolektorów w Unii Europejskiej, a w kilku poprzedzających latach zanotowano roczny przyrost przeciętnie po 15%. Roczny przyrost rzędu 1 mln m2 koncentruje się w 3 krajach Austrii, Niemczech i Grecji. Wykorzystywanie kolektorów w zastosowaniach na dużą skalę, np. w miejskich systemach grzewczych najracjonalniejszy sposób wykorzystania cieplnej energii Słońca najbardziej będzie stymulował rozwój tej technologii.


Biomasa


Biomasa jest największym źródłem energii odnawialnej. Szacuje się, że stanowi ona 14% światowej energii pierwotnej. Więcej niż 80% tej ilości wykorzystywana jest do gotowania oraz ogrzewania, ale testowane jest także wykorzystanie jej w transporcie. W Brazylii, biomasa stanowi do 30% zużywanej energii, a etanol pochodzący z trzciny cukrowej zapewnia połowę narodowego paliwa samochodowego.


W krajach uprzemysłowionych, zużycie biomasy i odpadów wyniosło 141 mln ton ekwiwalentu olejowego w 1995 roku, co stanowiło 76% zużywanej energii odnawialnej, poza energią z hydroelektrowni i 3,2% całkowitego zużycia energii. Zużycie energii z biomasy i odpadów wzrastało rocznie średnio 12 procent w latach 1990 - 1995 roku. Produkcja energii elektrycznej z biomasy zwiększyła się podczas tego okresu o 20%, do 114 TWh, co stanowiło 77% energii z odnawialnych źródeł, pomijając hydroelektrownie i 1.5% całkowitego zużycia energii w krajach uprzemysłowionych.


Największy na świecie wzrost produkcji energii z biomasy w krajach uprzemysłowionych osiągnięto w Szwecji. Od 1991 roku nastąpił wzrost zużycia biomasy o 71%. Obecnie energia z biomasy stanowi 18% energii używanej w Szwecji. Rosnące użytkowanie biomasy w przemyśle zanotowano w Szwecji, Włoszech i kilku innych krajach europejskich. W światowej produkcji ciepła z biomasy dominuje Szwecja - 38%, Niemcy - 30%, a Stany Zjednoczone - 15%. W krajach najbardziej uprzemysłowionych, biomasa dostarcza mniej niż 1% elektryczności, ale daje np. 10% fińskiej energii elektrycznej.


Stany Zjednoczone miały w latach dziewięćdziesiątych ograniczony wzrost energii z biomasy, chociaż ciągle produkują 56% energii elektrycznej generowanej z niej w krajach uprzemysłowionych, posiadając elektrownie o mocy większej niż 6 GW, które w większości zostały zbudowane w latach osiemdziesiątych. Natomiast produkcja w Japonii stanowi 15% produkcji światowej.


W ostatniej dekadzie trwa dyskusja jaki może być ogólnoświatowy potencjał biomasy. Niektórzy analitycy zwracali uwagę na znaczny potencjał teoretyczny do 50% światowego zaopatrzenia. Jednakże, inne badania sugerują, że towarzyszący rozwojowi biomasy wzrost popytu na robociznę, wodę i ziemię będzie ograniczał jej rolę jako alternatywy dla paliw kopalnych.


Energia geotemiczna


Wykorzystanie energii geotermicznej wzrastało rocznie o ok. 3% od roku 1990, osiągając szacunkowo 8,000 MW w marcu 1998. W przybliżeniu 50 elektrowni geotermicznych pracuje dzisiaj w 21 krajach, głównie w krajach rozwijających, a 35 krajów używa bezpośrednio ciepła geotermicznego. Łącznie, 80 państw ma zidentyfikowane geotermiczne źródła energii.


Stany Zjednoczone, główny użytkownik energii geotermicznej, miały ok. 2,850 MW na początku 1998 roku. Jednak, wzrost w latach dziewięćdziesiątych był znacznie wolniejszy w porównaniu do tempa wzrostu w latach dziewięćdziesiątych; wiele projektów jest opóźnionych ponieważ wytypowane miejsca nie mają wystarczającej ilości ciepła.


Użycie energii geotermicznej do ogrzewania i klimatyzacji wyraźnie zwiększa się w ostatnich latach, gdyż dzięki postępowi technologicznemu staje się ona coraz bardziej ekonomiczna. Reykjavik w Islandii wykorzystuje ciepło geotermiczne do ogrzania 80% swojej powierzchni i wody. W Paryżu, 13,000 mieszkań jest ogrzewanych ciepłem ze źródeł geotermicznych. Amerykańskie Ministerstwo Energetyki przeznacza 100 mln dolarów rocznie na zwiększenia ilości nowych pomp ciepła z 40,000 do 400,000 rocznie przez następne pięć lat. Ponad 100,000 budynków w Europie i U.S.A jest aktualnie obsługiwane przez geotermiczne pompy ciepła.


Chociaż niektóre analizy przewidują wzrostu energii geotermicznej do 10,000 MW w roku 2000, to konkurencja gazu ziemnego i innych bardziej ekonomicznych źródeł energii, będzie ograniczała tempo rozwoju energii geotermicznej. Perspektywy bezpośredniego wykorzystania energii geotermicznej szczególnie w pompach ciepła są większe, jak tego dowodzi szybki wzrost ich zastosowań w ostatnim czasie.

Energia wodna


Energia wodna jest wypróbowaną technologią i jej wykorzystanie jest konkurencyjne do wielu innych źródeł energii. Jednakże obecny techniczny i ekonomiczny potencjał dużych elektrowni wodnych jest na wyczerpaniu, lub niedostępny na skutek zastrzeżeń ekologicznych. W przeciwieństwie do tej sytuacji tylko 20% potencjału ekonomicznego małych elektrowni wodnych w Unii Europejskiej jest wykorzystywanych. Dodatkowo wiele istniejących małych elektrowni wodnych nie działa, często jako wynik braku specyficznych zachęt dla ich uruchomienia i generalnych warunków zakupu energii elektrycznej z nich. Wiele z tych elektrowni mogłoby być uruchomionych przy stosunkowo małych nakładach finansowych, szczególnie w przypadku małych typowo wiejskich i izolowanych instalacji.


W 1995 krajach Unii Europejskiej wyprodukowano ok. 307 TWh z energii wodnej przy zainstalowanej mocy 92 MW. Moc małych (tj. o mocy poniżej 10 MW) elektrowni wodnych wynosiła 9,3 MW i wyprodukowały one 37 TWh. Kraje Unii Europejskiej dominują na światowy rynku sprzętu do małych elektrowni wodnych.


Pasywna energia słoneczna


Zapotrzebowanie na energię cieplną (w większości dla potrzeb ogrzewania) stanowi w krajach Unii Europejskiej 23% całkowitego zapotrzebowania na energię. Jak się szacuje ok. 40% energii konsumowanej w tym sektorze jest w rzeczywistości uzyskiwane z energii słonecznej poprzez okna, ale ta pasywna energia nie jest uwzględniana w statystykach. Dlatego też potencjał dalszego zmniejszenia zapotrzebowania na energię cieplną w budynkach poprzez dostępne techniki pasywne jest bardzo ważny. Słoneczne lub niskoenergetyczne budynki nie kosztują wiele więcej niż konwencjonalne. Doświadczenia z Austrii pokazały, że wzrost kosztów takich budynków o 4% spowodował spadek zapotrzebowania na energię grzewczą o 75%. Techniki pasywne są również wykorzystywane do zmniejszenia zapotrzebowania na energię elektryczną zużywaną do klimatyzacji budynków w południowej Europie