Obnovitelná neboli regenerativní „ zelená“ energie je energie z energetických zdrojů , které jsou obnovitelné nebo nevyčerpatelné v lidském měřítku. Základním principem využívání obnovitelné energie je její získávání z probíhajících procesů v životním prostředí nebo obnovitelných organických zdrojů a poskytování k technickému využití. Obnovitelná energie se získává z přírodních zdrojů , jako je sluneční záření , vodní toky, vítr , příliv a odliv a geotermální teplo , které jsou obnovitelné (přirozeně doplňované), a také z biopaliv : dřevo , rostlinný olej , etanol .
V roce 2019 bylo 26,8 % celosvětové spotřeby energie pokryto z obnovitelných zdrojů energie (z toho většinu (16 %) tvoří vodní energie ) [1] .
V roce 2006 bylo asi 18 % světové spotřeby elektřiny pokryto z obnovitelných zdrojů energie, přičemž 13 % z tradiční biomasy , jako je spalování dřeva [2] . V roce 2010 pocházelo 16,7 % světové spotřeby energie z obnovitelných zdrojů; v roce 2015 to bylo 19,3 % [3] . Podíl tradiční biomasy postupně klesá, zatímco podíl obnovitelné energie roste. Podle prognózy IEI RAS a Energetického centra Moskevské školy managementu „Skolkovo“ budou do roku 2040 obnovitelné zdroje energie zajišťovat 35–50 % světové výroby elektřiny a 19–25 % veškeré spotřeby energie [4] .
Od roku 2004 do roku 2013 vzrostl podíl elektřiny vyrobené v Evropské unii z obnovitelných zdrojů ze 14 % na 25 % [5] . V Německu bylo v roce 2018 vyrobeno 38 % elektřiny z obnovitelných zdrojů [6] .
Brazílie má jeden z největších programů obnovitelné energie na světě související s výrobou palivového etanolu z cukrové třtiny; ethylalkohol aktuálně pokrývá 18 % potřeby země pro automobilové palivo [7] . Palivový etanol je také široce dostupný v USA .
Vodní energie je největším zdrojem obnovitelné energie, poskytuje 15,3 % světové výroby elektřiny a 3,3 % světové spotřeby energie (v roce 2010).
Využití větrné energie roste zhruba o 30 % ročně, celosvětově s instalovaným výkonem 318 gigawattů (GW) v roce 2013 [8] , a je široce využívána v Evropě, Spojených státech a Číně [9] .
Solární elektrárny jsou oblíbené v Německu a Španělsku [10] . Solární termální stanice fungují v USA a Španělsku a největší z nich je stanice v Mohavské poušti s výkonem 354 MW [11] . Výroba fotovoltaických panelů rychle roste, v roce 2008 byly vyrobeny panely o celkovém výkonu 6,9 GW (6900 MW), což je téměř šestkrát více než v roce 2004 [12] .
Geotermální instalace : Největší na světě je instalace u gejzírů v Kalifornii s nominální kapacitou 750 MW.
Velké nekomoditní společnosti podporují využívání obnovitelné energie. IKEA tak bude do roku 2020 plně soběstačná díky obnovitelné energii.
Apple je největším vlastníkem solárních elektráren a všechna datová centra společnosti fungují s využitím obnovitelných zdrojů energie. Podíl obnovitelných zdrojů na energii spotřebované Googlem je 35 %, investice společnosti do obnovitelné energie přesáhly 2 miliardy dolarů. [13]
Globální indikátory obnovitelné energie [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] | 2008 | 2009 | 2010 | 2011 | 2012 | 2013 | 2014 | 2015 | 2016 | 2017 | 2018 | 2019 | 2020 | 2021 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Roční investice do obnovitelné energie (miliardy amerických dolarů) | 130 | 160 | 211 | 257 | 244 | 232 | 270 | 286 | 241 | 326 | 296 | 298,4 | 303,5 | 366 |
Celková instalovaná kapacita obnovitelné energie (včetně vodní energie, GW) | 1140 | 1230 | 1320 | 1360 | 1470 | 1578 | 1712 | 1849 | 2017 | 2197 | 2387 | 2581 | 2838 | 3146 |
Vodní energie (GW) | 885 | 915 | 945 | 970 | 990 | 1018 | 1055 | 1064 | 1096 | 1112 | 1135 | 1150 | 1170 | 1195 |
Solární energie (GW) | 16 | 23 | 40 | 70 | 100 | 138 | 177 | 227 | 303 | 405 | 512 | 621 | 760 | 942 |
Větrná energie (GW) | 121 | 159 | 198 | 238 | 283 | 319 | 370 | 433 | 487 | 540 | 591 | 650 | 743 | 845 |
bioenergie (GW) | 121 | 131 | 137 | 133 | 143 | |||||||||
Geotermální (GW) | 12.8 | 13.2 | čtrnáct | 14.1 | 14.5 | |||||||||
Výroba bionafty ( miliardy litrů) | 12 | 17.8 | 18.5 | 21.4 | 22.5 | 26 | 29.7 | 30.3 | 30.8 | 33 | 41 | 41 | 39 | |
Výroba etanolu (miliardy litrů) | 67 | 76 | 86 | 86 | 83 | 87 | 94 | 98 | 99 | 104 | 111 | 115 | 105 | |
Počet zemí s cíli rozvoje obnovitelných zdrojů energie |
79 | 89 | 98 | 118 | 138 | 144 | 164 | 173 | 176 | 179 | 169 | 172 | 165 |
Fúze Slunce je zdrojem většiny forem obnovitelné energie, s výjimkou geotermální a přílivové energie . Astronomové odhadují, že zbývající životnost Slunce je asi pět miliard let, takže v lidském měřítku nehrozí vyčerpání obnovitelné energie pocházející ze Slunce.
Ve striktně fyzikálním smyslu se energie neobnovuje , ale je neustále odebírána z výše uvedených zdrojů. Ze sluneční energie , která dorazí na Zemi, se jen velmi malá část přemění na jiné formy energie a většina se šíří vesmírem .
Používání permanentních procesů je protikladem k těžbě fosilních paliv, jako je uhlí , ropa , zemní plyn nebo rašelina . V širokém slova smyslu jsou také obnovitelné, ale ne podle lidských měřítek, protože jejich tvorba trvá stovky milionů let a jejich využití je mnohem rychlejší.
Jedná se o odvětví energetiky, které se specializuje na přeměnu kinetické energie vzdušných hmot v atmosféře na elektrickou , tepelnou a jakoukoli jinou formu energie pro využití v národním hospodářství. Transformace probíhá pomocí větrného generátoru (pro výrobu elektřiny), větrných mlýnů (pro získávání mechanické energie ) a mnoha dalších typů jednotek. Větrná energie je výsledkem činnosti slunce, patří tedy k obnovitelným druhům energie.
Výkon větrného generátoru závisí na ploše zametané lopatkami generátoru. Například turbíny 3 MW (V90) vyráběné dánskou společností Vestas mají celkovou výšku 115 metrů, výšku věže 70 metrů a průměr lopatek 90 metrů.
Nejperspektivnějšími místy pro výrobu energie z větru jsou přímořské oblasti. Na moři, ve vzdálenosti 10-12 kilometrů od pobřeží (a někdy i dále), se budují pobřežní větrné elektrárny . Věže větrných turbín jsou instalovány na základech z pilot zaražených do hloubky až 30 metrů.
Větrné generátory prakticky nespotřebovávají fosilní paliva. Provoz větrné turbíny o výkonu 1 MW za 20 let provozu ušetří přibližně 29 000 tun uhlí nebo 92 000 barelů ropy .
Do budoucna se plánuje využití větrné energie nikoli prostřednictvím větrných turbín , ale netradičnějším způsobem. Ve městě Masdar ( SAE ) se plánuje výstavba elektrárny na piezoelektrický efekt . Půjde o les polymerových kmenů pokrytých piezoelektrickými destičkami . Tyto 55metrové kmeny se působením větru ohýbají a vytvářejí proud .
V těchto elektrárnách se jako zdroj energie využívá potenciální energie vodního toku , jehož primárním zdrojem je Slunce, odpařující vodu, která pak ve formě srážek padá na kopce a stéká dolů a tvoří řeky. Vodní elektrárny se obvykle staví na řekách výstavbou přehrad a nádrží . Je také možné využít kinetickou energii vodního toku v tzv. volně průtočných (bezpřehradních) VE.
Zvláštnosti:
Typy HPP:
V roce 2010 zajišťuje vodní energie výrobu až 76 % obnovitelných zdrojů a až 16 % veškeré elektřiny na světě, instalovaný výkon vodních elektráren dosahuje 1015 GW. Lídry ve výrobě vodní energie na obyvatele jsou Norsko , Island a Kanada . Nejaktivnější vodní stavby na počátku 20. století prováděla Čína , pro kterou je vodní energie hlavním potenciálním zdrojem energie, až polovina světových malých vodních elektráren se nachází ve stejné zemi.
Elektrárny tohoto typu jsou speciálním typem vodních elektráren, které využívají energii přílivu a odlivu, ale ve skutečnosti kinetickou energii rotace Země. Přílivové elektrárny se staví na březích moří, kde gravitační síly Měsíce a Slunce mění dvakrát denně hladinu vody.
Pro získání energie je záliv nebo ústí řeky blokováno přehradou, ve které jsou instalovány hydroelektrické jednotky, které mohou pracovat jak v generátorovém režimu, tak v režimu čerpadla (pro čerpání vody do nádrže pro následný provoz v nepřítomnosti přílivu a odlivu). ). V druhém případě se nazývají přečerpávací elektrárny .
Výhodou PES je šetrnost k životnímu prostředí a nízké náklady na výrobu energie. Nevýhodou jsou vysoké náklady na stavbu a výkon, který se během dne mění, proto může PES fungovat pouze v jediném energetickém systému s jinými typy elektráren.
Vlnové elektrárny využívají potenciální energii vln nesených na hladině oceánu. Výkon vlny se odhaduje v kW/m. Ve srovnání s větrnou a solární energií má energie vln vyšší hustotu výkonu. Ačkoli je svou povahou podobná energii přílivu a odlivu a oceánským proudům, energie vln je jiným zdrojem obnovitelné energie .
Jeden z typů obnovitelné energie, který umožňuje vyrábět elektřinu pomocí rozdílu teplot na hladině a hloubce světových oceánů.
Tento typ energie je založen na přeměně elektromagnetického slunečního záření na elektrickou nebo tepelnou energii.
Solární elektrárny využívají energii Slunce jak přímo ( fotovoltaické solární elektrárny fungující na jevu vnitřního fotoelektrického jevu ), tak nepřímo – pomocí kinetické energie páry .
Největší fotovoltaická solární elektrárna Topaz Solar Farm má kapacitu 550 MW. Umístil v Kalifornii , USA.
SES nepřímé akce zahrnují:
Elektrárny tohoto typu jsou tepelné elektrárny využívající jako nosič tepla vodu z horkých geotermálních zdrojů . Vzhledem k absenci potřeby ohřevu vody jsou GeoTPP mnohem šetrnější k životnímu prostředí než TPP. Geotermální elektrárny se budují ve vulkanických oblastech, kde se v relativně malých hloubkách voda přehřívá nad bod varu a prosakuje na povrch, někdy se projevuje v podobě gejzírů . Přístup k podzemním zdrojům se provádí vrtáním studní.
Toto odvětví energetiky se specializuje na výrobu energie z biopaliv . Používá se při výrobě elektrické energie i tepla .
Biopaliva první generaceBiopalivo - palivo z biologických surovin, získané zpravidla jako výsledek zpracování biologického odpadu . Existují také projekty různého stupně propracovanosti zaměřené na získávání biopaliv z celulózy a různých druhů organického odpadu, tyto technologie jsou však v rané fázi vývoje nebo komercializace. Rozlišovat:
Biopaliva druhé generace - různé druhy paliva získané různými metodami pyrolýzy biomasy, případně další druhy paliv, kromě metanolu, etanolu, bionafty, získané ze zdrojů surovin "druhé generace". Rychlá pyrolýza umožňuje přeměnit biomasu na kapalinu, která se snáze a levněji přepravuje, skladuje a používá. Kapalina může být použita k výrobě automobilového paliva nebo paliva pro elektrárny.
Zdroje surovin pro biopaliva druhé generace jsou lignocelulózové sloučeniny, které zůstávají po odstranění potravinářských částí biologické suroviny. Využití biomasy pro výrobu biopaliv druhé generace má za cíl snížit množství půdy využívané pro zemědělství [28] . Rostliny – zdroje surovin druhé generace zahrnují [29] :
Z biopaliv druhé generace prodávaných na trhu jsou nejznámější BioOil vyráběný kanadskou společností Dynamotive a SunDiesel německé společnosti Choren Industries GmbH [30] .
Podle odhadů Německé energetické agentury ( Deutsche Energie-Agentur GmbH) (se současnými technologiemi) může výroba paliva pyrolýzou biomasy pokrýt 20 % německé potřeby automobilového paliva. Do roku 2030 by s pokrokem v technologii mohla pyrolýza biomasy pokrýt 35 % německé spotřeby pohonných hmot. Výrobní náklady budou nižší než 0,80 EUR na litr paliva.
Pyrolysis Network ( PyNe ) je výzkumná organizace, která sdružuje výzkumníky z 15 zemí Evropy , USA a Kanady .
Velmi perspektivní je také použití kapalných produktů pyrolýzy jehličnatého dřeva. Například směs 70% gumového terpentýnu , 25% metanolu a 5% acetonu , tedy suché destilační frakce pryskyřičného borového dřeva , lze s úspěchem použít jako náhradu za benzin A-80 . Dále se k destilaci používá dřevní odpad: větve , pařez , kůra . Produkce palivových frakcí dosahuje 100 kilogramů na tunu odpadu.
Biopaliva třetí generaceBiopaliva třetí generace jsou paliva získaná z řas .
Od roku 1978 do roku 1996 zkoumalo americké ministerstvo energetiky vysokoropné řasy v rámci programu pro vodní druhy. Výzkumníci dospěli k závěru, že Kalifornie , Havaj a Nové Mexiko jsou vhodné pro průmyslovou produkci řas v otevřených rybnících. Po dobu 6 let byly řasy pěstovány v rybnících o rozloze 1000 m². Rybník v Novém Mexiku prokázal vysokou účinnost při zachycování CO₂. Výnos byl více než 50 gramů řas na 1 m² za den. 200 000 hektarů rybníků dokáže vyprodukovat dostatek paliva pro roční spotřebu 5 % amerických automobilů (200 000 hektarů je méně než 0,1 % americké půdy vhodné pro pěstování řas).
Technologie má stále mnoho problémů. Například řasy milují vysoké teploty ( pouštní klima je pro jejich produkci velmi vhodné ), ale k ochraně pěstované plodiny před nočními poklesy teplot (“chlazení”) je nutná dodatečná regulace teploty. Koncem 90. let 20. století nebyla tato technologie zavedena do průmyslové výroby kvůli relativně nízkým cenám ropy na trhu.
Kromě pěstování řas v otevřených rybnících existují technologie pro pěstování řas v malých bioreaktorech umístěných v blízkosti elektráren . Odpadní teplo z kogenerační jednotky může pokrýt až 77 % potřeby tepla pro pěstování řas. Tato technologie pěstování řasové kultury je chráněna před každodenními teplotními výkyvy, nevyžaduje horké pouštní klima – to znamená, že ji lze aplikovat téměř v každé provozní tepelné elektrárně.
KritikaKritici rozvoje biopalivového průmyslu tvrdí, že rostoucí poptávka po biopalivech nutí zemědělské producenty zmenšovat plochy osázené potravinářskými plodinami a přerozdělovat je ve prospěch palivových plodin [31] . Například při výrobě etanolu z krmné kukuřice se výpalky používají k výrobě krmiva pro hospodářská zvířata a drůbež. Při výrobě bionafty ze sójových bobů nebo řepkového semene se koláč používá k výrobě krmiva pro hospodářská zvířata. To znamená, že výroba biopaliv vytváří další etapu ve zpracování zemědělských surovin.
V současné době existuje poměrně velké množství opatření na podporu obnovitelných zdrojů energie. Některé z nich se již ukázaly jako účinné a pro účastníky trhu srozumitelné. Mezi těmito opatřeními stojí za zvážení podrobněji:
Zelené certifikáty jsou certifikáty potvrzující výrobu určitého množství elektřiny na bázi obnovitelných zdrojů energie. Tyto certifikáty mohou získat pouze výrobci kvalifikovaní příslušným úřadem. Zelený certifikát zpravidla potvrzuje vyrobení 1 MWh, i když tato hodnota může být jiná. Zelený certifikát lze prodávat buď společně s vyrobenou elektřinou, nebo samostatně, což poskytuje dodatečnou podporu výrobci elektřiny. Pro sledování vydávání a vlastnictví „zelených certifikátů“ se používají speciální softwarové a hardwarové nástroje (WREGIS, M-RETS, NEPOOL GIS). V rámci některých programů lze certifikáty akumulovat (pro pozdější použití v budoucnu) nebo si je vypůjčit (k plnění závazků v aktuálním roce). Hnací silou mechanismu oběhu zelených certifikátů je potřeba, aby společnosti plnily závazky, které převzaly nebo jim uložila vláda. V zahraniční literatuře jsou „zelené certifikáty“ známé také jako: Renewable Energy Certificates (REC), Green tags, Renewable Energy Credits.
Pro zvýšení investiční atraktivity projektů na bázi OZE mohou státní orgány stanovit mechanismus pro částečnou nebo úplnou kompenzaci nákladů na technologické připojení generátorů na bázi obnovitelných zdrojů do sítě. K dnešnímu dni pouze v Číně, gridové organizace plně přebírají veškeré náklady na technologické připojení.
Zkušenosti nashromážděné ve světě nám umožňují hovořit o pevných sazbách jako o nejúspěšnějších opatřeních ke stimulaci rozvoje obnovitelných zdrojů energie. Tato opatření na podporu OZE jsou založena na třech hlavních faktorech:
Fixní tarify za energii z OZE se mohou lišit nejen pro různé obnovitelné zdroje energie, ale také v závislosti na instalovaném výkonu OZE. Jednou z možností systému podpory založeného na pevných tarifech je využití fixní prémie k tržní ceně energie z OZE. Zpravidla se po dostatečně dlouhou dobu (10-20 let) platí přirážka k ceně vyrobené elektřiny nebo fixní tarif, čímž je zaručena návratnost investic do projektu a zisk.
Toto podpůrné opatření poskytuje možnost měření elektřiny dodávané do sítě a dále tuto hodnotu využívat při vzájemném vypořádání s energetickou organizací. V souladu se „systémem čistého měření“ obdrží vlastník OZE maloobchodní úvěr na částku rovnající se nebo vyšší, než je vyrobená elektřina. V mnoha zemích musí společnosti dodávající elektřinu ze zákona poskytovat spotřebitelům možnost čistého měření.
Celosvětově v roce 2008 investovali 51,8 miliardy dolarů do větrné energie, 33,5 miliardy dolarů do solární energie a 16,9 miliardy dolarů do biopaliv. Evropské země investovaly v roce 2008 do alternativní energie 50 miliard dolarů, Amerika — 30 miliard dolarů, Čína — 15,6 miliard dolarů, Indie — 4,1 miliardy [32] .
V roce 2009 činily investice do obnovitelné energie celosvětově 160 miliard USD a v roce 2010 - 211 miliard USD. V roce 2010 bylo investováno 94,7 miliard USD do větrné energie, 26,1 miliard USD do solární energie a 11 miliard USD do technologií pro výrobu energie z biomasy a odpadu [33] .
Přímé náklady na výstavbu kapacit stojí 2,1-2,3 tisíce dolarů/kW pro výrobu větrné energie a 2,3-2,7 tisíce dolarů/kW pro solární výrobu (od roku 2021). Pro srovnání: zařízení na výrobu plynu stojí ve světě průměrně 1-1,1 tisíc dolarů/kW při vyšší míře využití kapacity [34] .
V roce 2021 se Egyptu podařilo schválit významné finanční reformy, přilákat trvalé soukromé investice (až 3,1 miliardy USD) díky oživenému podnikatelskému prostředí a stát se mezinárodním regionálním energetickým centrem díky pořádání nadcházející konference COP27 . Kromě významné restrukturalizace politiky obnovitelné energie se očekává, že se Egypt do roku 2030 stane hlavním dodavatelem obnovitelné energie. [35] [36]
Slovníky a encyklopedie | ||||
---|---|---|---|---|
|