Dorota
Wykorzystanie odnawialnych źródeł energii do zasilania naszych domów, pojazdów i firm to rosnący trend. Ale jakie są najbardziej wydajne i przyjazne dla środowiska sposoby wytwarzania energii? W tym artykule poznamy najnowsze osiągnięcia w dziedzinie produkcji zielonej energii. Zbadamy również niektóre z głównych źródeł energii, w tym energię wodną, energię geotermalną, biopaliwa i energię słoneczną.
Z radością przedstawiamy materiał, który powstał w sojuszu z rodzinanakredyt.pl
Energia wodna
W połowie XX wieku ludzie zaczęli wykorzystywać moc płynącej wody do wytwarzania energii elektrycznej. Dziś hydroenergia jest nadal ważnym źródłem odnawialnej energii elektrycznej w Stanach Zjednoczonych, dostarczając około jednej piątej rocznej produkcji energii elektrycznej w skali użytkowej1.
Hydroenergia jest odnawialnym źródłem energii, które zapewnia niedrogą, czystą energię. Jest to również źródło odnawialne, które w porównaniu z innymi źródłami energii charakteryzuje się niską emisją gazów cieplarnianych. Udowodniono, że hydroenergia skutecznie produkuje energię elektryczną i jest wykorzystywana od ponad wieku.
Elektrownie wodne wytwarzają energię elektryczną przy użyciu wody, która przepływa przez turbinę. Turbina obraca wał przymocowany do generatora elektrycznego. Łopatki są wykonane z metalu.
Hydroelektrownie mogą być również wykorzystywane do przechowywania energii z nieciągłych źródeł odnawialnych, takich jak wiatr lub energia słoneczna. Jest to jedna z najbardziej elastycznych form wytwarzania energii, ponieważ może być wyłączona lub ponownie uruchomiona w ciągu zaledwie dwóch minut.
Istnieją dwa główne rodzaje elektrowni wodnych: elektrownie przepływowe i elektrownie szczytowo-pompowe. Obiekty te działają w taki sam sposób jak konwencjonalne elektrownie wodne. Pompują one jednak wodę ze źródła do zbiornika retencyjnego. Woda ta jest następnie uwalniana do zasilania turbin wodnych w okresach szczytowego zapotrzebowania na energię elektryczną.
Obiekty przepływowe nie posiadają zbiornika do przechowywania wody. Zamiast tego, polegają na przepływach sezonowych. W przeciwieństwie do elektrowni szczytowo-pompowych, elektrownie przepływowe mają mniejszy wpływ na środowisko.
Oprócz korzyści dla środowiska, energia wodna oferuje dużą elastyczność. Może być włączana lub wyłączana w dowolnym momencie i może równoważyć produkcję w ciągu dnia. Może być również wykorzystywana do świadczenia usług pomocniczych dla sieci elektrycznej.
Rozproszone systemy słoneczne
Inwestowanie w rozproszone systemy słoneczne może pomóc w obniżeniu kosztów energii elektrycznej. Są one również motorem rozwoju gospodarczego. Mogą zapewnić miejsca pracy przy budowie oraz możliwości produkcyjne. Niektóre stany oferują również dodatkowe zachęty.
Systemy fotowoltaiczne stały się bardziej przystępne wraz z rozwojem technologii. Systemy fotowoltaiczne obejmują zarówno małe projekty mieszkaniowe, jak i duże elektrownie użyteczności publicznej. Projekty na skalę przemysłową zazwyczaj wiążą się z liniami przesyłowymi, którymi transportowana jest energia elektryczna. Wymagają one również większych inwestycji.
W porównaniu z projektami energii rozproszonej, odnawialne źródła energii na skalę przemysłową są łatwiejsze do kontrolowania i mają korzyści skali. Mają one jednak swoje koszty i mogą komplikować prognozowanie obciążenia.
Fotowoltaika jest najszybciej rozwijającym się źródłem energii elektrycznej. Do 2020 roku dodadzą one 139 GW globalnej mocy. Niektóre badania wskazują, że do 2050 roku 60 procent światowej energii elektrycznej może pochodzić z fotowoltaiki.
Niektóre korzyści z energii słonecznej obejmują zmniejszenie zależności od paliw kopalnych, niższą emisję gazów cieplarnianych i korzyści dla zdrowia publicznego. Jednak przed zainstalowaniem systemów należy rozważyć skutki integracji z siecią.
Systemy fotowoltaiczne muszą być instalowane wraz z systemami magazynowania energii. Może to pomóc w zmniejszeniu kosztów i strat związanych z przesyłem. Dodanie magazynów energii może również pozwolić na przechowywanie energii elektrycznej, gdy źródła odnawialne nie produkują energii.
Ilość produkowanej energii słonecznej zmienia się w zależności od pory dnia, geografii i warunków pogodowych. Na przykład pustynie w Afryce Północnej i Zachodniej otrzymują długie okresy nasłonecznienia. Ale ta sama lokalizacja otrzymuje również intensywne napromieniowanie.
Integracja energii słonecznej z siecią może zmniejszyć koszty wytwarzania i straty w przesyle. Może również poprawić odporność sieci. Ważne jest jednak, aby przed instalacją rozważyć środowiskowe i inne skutki integracji.
Integracja energii słonecznej z siecią jest powszechną praktyką w wielu krajach na świecie. Wymaga ona starannej uwagi przy instalacji i eksploatacji.
Energia geotermalna
W przeciwieństwie do konwencjonalnych paliw kopalnych, energia geotermalna jest odnawialnym źródłem energii. Jest naturalnym zasobem, który jest dostępny wszędzie. Może być wykorzystywana do produkcji energii elektrycznej, zapewnienia ogrzewania i chłodzenia, a nawet działać jako kocioł. Oprócz tego, że jest odnawialna, energia geotermalna jest również czysta i zrównoważona.
Energia geotermalna produkuje 99% mniej dwutlenku węgla na megawatogodzinę niż paliwa kopalne. Jej produkcja jest przewidywalna w średnim okresie i może trwać przez dziesięciolecia. Elektrownia geotermalna dostarcza energię elektryczną przez całą dobę. Energia ta może być sprzedawana do sieci. Elektrownie geotermalne zapewniają również inne usługi pomocnicze, takie jak ciepła woda, ogrzewanie, chłodzenie i klimatyzacja.
Energia geotermalna jest wykorzystywana w 80 krajach na całym świecie. Wiodącymi użytkownikami są Stany Zjednoczone, Chiny i Islandia. Inne czołowe kraje to Włochy, Meksyk, Turcja i Nowa Zelandia.
Zasoby geotermalne są trwałe przez dziesięciolecia, ale jeśli są wykorzystywane szybciej niż są ponownie ładowane, mogą zostać wyczerpane. W niektórych systemach geotermalnych uwalniane są niewielkie ilości dwutlenku siarki i tlenków azotu.
Niektóre systemy geotermalne również produkują niewielkie ilości gazów cieplarnianych, ale większość z nich produkuje ich bardzo mało. W większości systemów woda jest podgrzewana, a para wodna jest następnie pompowana do turbiny. Turbina napędza generator elektryczny, który wytwarza energię elektryczną.
Systemy geotermalne działają najlepiej w regionach, gdzie ciepło Ziemi znajduje się bliżej powierzchni. Na przykład gorące źródła w środkowych Chinach były przez wiele lat wykorzystywane przez uczonych do nauki o energii geotermalnej. Niektóre z najgorętszych temperatur pod ziemią znajdują się w obszarach z młodymi erupcjami wulkanów.
Systemy geotermalne mogą pracować zimą lub latem. Większość elektrowni geotermalnych to systemy bazowe, co oznacza, że mogą pracować z pełną mocą przez 24 godziny na dobę.
Biomasa
W całej historii ludzie wykorzystywali biomasę jako ekologiczny sposób produkcji energii. Dzieje się tak, ponieważ rośliny mogą absorbować energię słoneczną w procesie fotosyntezy i przekształcać ją w energię chemiczną. Energia ta może być następnie wykorzystana do produkcji innych produktów, takich jak energia elektryczna i ogrzewanie.
Biomasę można znaleźć w różnych materiałach, w tym w drewnie, uprawach rolnych, odpadach zwierzęcych, odpadach komunalnych i ściekach. Istnieją również biopaliwa pochodzące z biomasy, takie jak olej opałowy i olej napędowy. Biopaliwa te mogą być stosowane w silnikach do produkcji energii elektrycznej.
W Stanach Zjednoczonych paliwa z biomasy stanowią trzy procent krajowego zużycia energii. Energia ta może być wykorzystana do produkcji energii elektrycznej, ciepła i płynnych paliw transportowych. Biomasa jest również czystym, odnawialnym źródłem energii, które nie uszczupla w sposób trwały zasobów naturalnych Ziemi. Może być również wykorzystana do zmniejszenia naszego uzależnienia od zagranicznej ropy naftowej.
Głównymi surowcami energetycznymi z biomasy są odpady komunalne i skrawki z papierni. Materiały te mogą być zbierane na pastwiskach lub gruntach marginalnych.
Najpopularniejsze uprawy energetyczne z biomasy to soja, kukurydza i canola. Algi mają ogromny potencjał jako alternatywne źródło energii. Mogą wyprodukować dziesięć do stu razy więcej paliwa niż inne uprawy. Jednak ich przetwarzanie jest kosztowne.
Amerykańska agencja ochrony środowiska ustaliła standardy dla zanieczyszczeń węglowych w elektrowniach. Przedsiębiorstwom użyteczności publicznej pozostawiono elastyczność w spełnianiu norm. Agencja zapowiedziała również 30% redukcję emisji dwutlenku węgla do 2030 roku.
Stany Zjednoczone są światowym liderem w badaniach nad biomasą. National Renewable Energy Laboratory jest wiodącą instytucją badawczą. Posiada ono osiem klastrów badawczych. Każdy klaster to współpraca krajów.
Zelektryfikowane ciepło i transport
Elektryfikacja to nie tylko energia elektryczna. Obejmuje ona inne technologie i procesy, które umożliwiają transformację zużycia energii. W szczególności obejmuje to przeprojektowanie sieci i doposażenie budynków. Obejmuje również wykorzystanie energii odnawialnej w transporcie.
Przemysł elektroenergetyczny był jednym z najtańszych miejsc, w których można było dokonać redukcji emisji dwutlenku węgla, zwłaszcza w Stanach Zjednoczonych. Farmy wiatrowe i panele słoneczne obserwują duży rozwój. Ponadto badania kompozytów poprawiły żywotność turbin wiatrowych. Podobnie pojazdy elektryczne poczyniły znaczne postępy.
Pojazd elektryczny jest jednym z najgorętszych tematów w sektorze energetycznym. Oprócz zapewnienia czystszej opcji paliwowej, pojazdy zelektryfikowane zmniejszają również emisję dwutlenku węgla.
Podatek węglowy będzie miał wpływ na transport jako ostatni, ponieważ w pierwszej kolejności uderzy w branżę elektryczną. Podatek węglowy może być jednak wykorzystany jako zachęta do przejścia na przyszłość wolną od paliw kopalnych. Ponadto, bardziej dalekowzroczna polityka będzie dążyła do przyspieszenia procesu elektryfikacji.
Oprócz przemysłu elektroenergetycznego, inne sektory zaczynają rozważać korzyści płynące z elektryfikacji. Na przykład przemysł lotniczy zaczyna rozważać ogrzewanie elektryczne i transport jako sposób na zmniejszenie emisji. Podobnie budownictwo przygląda się elektryfikacji.
Oczywiście, elektryfikacja nie jest pozbawiona wyzwań. Na przykład trudno jest zelektryfikować domy czynszowe, ponieważ właściciele i wykwalifikowana siła robocza stanowią główną barierę dla wdrożenia całkowicie elektrycznego budynku.
Ponadto, przejście na system całkowicie elektryczny będzie wymagało dużych ilości nowej infrastruktury. Oprócz większej ilości technologii wytwarzania energii elektrycznej, będzie to również wymagało wzmocnienia sieci energetycznej.
Jednakże, jeśli system gazu bez kopalin zostanie wdrożony prawidłowo, może on uniknąć dużej ilości nowej infrastruktury i pomóc klientom podejmować mądrzejsze decyzje dotyczące ogrzewania. Dodatkowo, system może osiągnąć zerowy ślad energetyczny netto.