Obnovljivi izvori energije
Pojam energija vode, odnosi se na energiju koju voda sadrži, zbog svog kretanja. Jedan je od prvih izvora energije, koji se koristi za proizvodnju električne energije. Energija vode sastoji se od kinetičke energije, koja je uslovljena brzinom protoka i potencijalne energije, koja zavisi od visinske razlike vodenog stuba. Što je razlika u brzini i visini vode veća, to je veći potencijal za proizvodnju električne energije. U Srbiji, korišćenje hidroenergije predstavlja nešto manje od trećine ukupne upotrebe obnovljivih izvora.
Za proizvodnju električne energije koriste se hidroelektrane, koje se u osnovi sastoje od tri dela: središnjeg dela s vodenom turbinom i generatorom električne energije, brane za preusmeravanje i kontrolu protoka vode i skladišta vode.
Mana hidroelektrana je negativan uticaj, koji sama izgradnja hidroelektrana ima na ekološki prostor. Klimatske promene takođe donose neravnomernosti u dostupnosti hidroenergije, a time i nesigurnosti u proizvodnji električne energije.
Energija Sunca koristi se za proizvodnju električne i toplotne energije. Za proizvodnju električne energije koriste se fotonaponski solarni paneli, koji su sastavljeni od silikonskih ćelija. Pri kontaktu s sunčevom svetlošću, u silicijskim ćelijama stvara se kretanje elektrona, što uzrokuje električni tok. Taj proces poznat je pod imenom fotonaponski efekat.
Korišćenje solarnih panela je sve raširenije u domaćinstvima, jer se troškovi neprestano smanjuju razvojem tehnologije. Iako se solarna energija smatra obnovljivim izvorom energije, količina dobijene energije u odnosu na energiju potrebnu za proizvodnju i ugradnju solarnih panela, je manje povoljna. Takođe, proizvodnja takvih sistema ima i negativan utjecaj na okolinu.
Energija vetra prvenstveno se odnosi na kinetičku energiju vazduha, koju vetroturbine koriste za proizvodnju električne energije. Osnovni deo vetrenjače je turbina, čije su lopatice oblikovane tako, da pri naletu vetra uzrokuju njenu rotaciju. Kinetička energija vetra, pretvara se tako u mehaničku (rotacijsku) energiju turbine, koja pa se u generatoru pretvara u električnu energiju.
Korišćenje energije vetra, ekološki je mnogo prihvatljivije od upotrebe fosilnih goriva, ali ima puno nedostataka. Među njima su npr. visoki troškovi izgradnje i održavanja vetroturbina i potrebne infrastrukture, koja se zbog povoljnijih uslova vetra često postavlja na udaljena mesta.
Količina „zelene energije“ koju dobijamo, relativno je mala u odnosu na energiju, koju je potrebno uložiti u izgradnju istih. U Sloveniji nemamo vetroelektrane za opsluživanje većih površina.
Geotermalna energija je toplotna energija, koja je uskladištena ispod Zemljine površine, a rezultat je toplotnih tokova, koji dolaze iz središta Zemlje. Skladištena je u tlu ili u podzemnoj vodi.
Za njeno korišćenje obično se upotrebljavaju bušotine, geosonde ili horizontalni kolektori, koji ne zahtevaju intenzivne intervencije u okolini. Površinska geotermalna energija, takođe se smatra i najčišćim obnovljivim izvorom energije, jer sistemi za njenu upotrebu ne zahtevaju složenu infrastrukturu i opremu.
Napredovanjem tehnologije, operativni troškovi geotermalnih sistema znatno su se smanjili. Hibridni uređaji, poput Menerga Rewatemp uređaja, koji predstavlja toplotnu pumpu i rashladni agregat u jednoj kompaktnoj jedinici, omogućuje vrlo efikasno korišćenje geotermalne energije, koja je pristupačna širokom krugu korisnika.
Temperature mora na dubinama većim od 20 m, menjaju se relativno malo tokom cele godine. Stoga je morska voda vrlo dobar izvor toplotne energije, koju lako koristimo pomoću toplotnih pumpi, poput hibridnog uređaja Menerga Rewatemp.
Kada se koristi toplotna energija mora, morskoj vodi se oduzima toplota, koja se zatim, malo ohlađena, vraća na mesto uzimanja u slučaju grejanja, i obrnuto u slučaju hlađenja. Dakle, kvalitet vode ostaje nepromijenjen, jer nema potrebe za hemijskim prečišćavanjem.
Biomasa predstavlja materije organskog porekla, u kojima je skladištena energija generirana fotosintezom. Koristi se za proizvodnju električne i toplotne energije, kao i za proizvodnju biogoriva. Biomasa uključuje:
- Drvnu biomasu, koja se koristi za grejanje zgrada, za proizvodnju procesne energije u industriji i za proizvodnju električne energije.
- Gajene biljke koje se koriste za proizvodnju biogoriva.
- Organski otpatci iz kojih se dobija biogas.
Međutim, ima i niz nedostataka kao što su:
- Slab sadržaj energije.
- Zagađenje okoline nastalo sagorevanjem prirodnih materijala.
- Najčešće se koristi drvna biomasa, koja može prouzrokovati krčenje šuma
- Prostor potreban za eksploataciju i skladištenje biomase, mnogo je veći od prostora za korišćenje ostalih izvora energije
Transportni saobraćaj prouzrokuje gotovo četvrtinu svetskih emisija “gasova staklene bašte”, jer se uglavnom temelji na upotrebi fosilnih goriva. Biogoriva su proizvedena iz biomase i služe kao alternativa fosilnim gorivima. U Evropskoj Uniji očekuje se da će 2020. biogoriva zameniti oko 10% konvencionalnih goriva korišćenih za prevoz.
Kao pogonska biogoriva upotrebljavaju se biodizel i bioetanol. Biodizel se upotrebljava samostalno ili u kombinaciji s klasičnim dizel gorivima, dok se bioetanol upotrebljava u kombinaciji s benzinom.
Zbog energetski intenzivnog procesa obrade useva i ogromnih površina potrebnih za proizvodnju biogoriva, ekološka i ekonomska opravdanost njihove upotrebe je pod znakom pitanja.
Obnovljivi izvori energije i grejanje zgrada
Proizvodnja toplotne energije za grejanje prostora i potrošne tople vode, uglavnom se temelji na fosilnim gorivima, koja predstavljaju nešto manje od 90% ukupne svetske potrošnje energije u sistemima grejanja. Korišćenje OIE (obnovljivi izvori energije) se povećava, ali zbog klimatskih promena, taj rast je prespor. U zadnjih deset godina udeo OIE u sistemima grejanja, povećao se sa 9% na 11%.
Daleko najveći predstavnik OIE za proizvodnju toplotne energije je bioenergija i predstavlja 7,5% ukupne potrošnje. Otprilike dve trećine bioenergije, troši se u industrijskom sektoru. Međutim, očekuje se da će se upotreba bioenergije povećati za 12% tokom sledećih pet godina.
Najveći relativni porast, zabeležen je u korišćenju električne energije iz OIE, te se očekuje porast za 41% u sledećih pet godina. Najveći potrošači su zgrade, koje oko dve trećine od ukupne upotrebe, dobivaju iz OIE.
Rast korišćenja solarne energije usporen je u zadnje vreme, ali predviđa se rast od 50% tokom sledećih pet godina, posebno u zgradama.
Trenutno najmanji udeo OIE predstavlja geotermalna energija, ali je za očekivati da će se njen udeo brzo povećavati u budućnosti. U sledećih 5 godina upotreba će se povećati za 40%. Mnogo je razloga za upotrebu geotermalne energije u energetskim sistemima.
Obnovljivi izvori energije – prednosti i nedostaci
Prednosti
Količina OIE praktično je neograničena, što znači da njenom primenom radimo održivo i brinemo se za bolje sutra. Takođe, održivo delujemo i pri korišćenju geotermalne energije, jer se energija koja se zimi uzima za grejanje, leti vraća kao otpadna toplota hlađenja.
U poređenju sa fosilnim gorivima, emisije gasova staklene bašte, pri upotrebi OIE vrlo su male, pa njihova upotreba gotovo ne doprinosi globalnom zagrevanju. Važno pitanje je uticaj na okolinu, instalacije infrastrukture za korištenje OIE. Dobar pokazatelj toga je sadržaj energije, koji ukazuje na potrebnu količinu građevinskog materijala po jedinici dobijene obnovljive energije. Uzimajući u obzir sve te sadržioce, geotermalna energija smatra se daleko najčistijim izvorom obnovljive energije.
Isplativost zavisi od vrste OIE. Toplotne pumpe sa geotermalnim sistemima su 3 do 6 puta efikasnije od konvencionalnih toplotnih pumpi vazduh-voda. Naknada troškova ulaganja u sisteme za korišćenje OIE može se nadoknaditi za 5 do 25 godina.
Sistemi za korišćenje geotermalne energije izuzetno su pouzdani, s obzirom da je geotermalna energija uvek na raspolaganju. Dakle, toplotnu energiju ovog obnovljivog izvora, možemo koristiti s predviđenom toplotnom snagom u svakom trenutku, što znači visoku pouzdanost.
Tehnologija korišćenja OIE neprestano se poboljšava, a time i sama energetska efikasnost. Očekuje se da će financijska opravdanost ulaganja u takve sisteme imati porast u budućnosti.
Nedostaci
Solarna energija, energija vetra i hidroenergija zavise od vremenskih uslova, što znači da je njihova upotreba često nepredvidljiva. Geotermalna energija, međutim, ne zavisi od vremenskih uslova, te je dostupna stalno, tokom cele godine.
Korišćenje određenih izvora OIE često je ograničeno na mesta na kojima su pogodni uslovi za upotrebu. Stoga je upotreba određenog OIE često ograničena i nije dostupna za širu upotrebu.
Takvi sistemi, često se nalaze na udaljenim mestima, što znači dugu transportnu mrežu do potrošača. Takođe, izgradnja takvih sistema zahteva konvencionalne izvore energije, što može dovesti u pitanje uticaj takvih sistema na okolinu.
Zbog isplativosti korišćenja OIE za proizvodnju električne energije, potrebno je voditi računa o skladištenju viška električne energije, što uključuje dodatne troškove.
Da bismo proizveli istu količinu električne energije pomoću solarne energije, potrebno nam je više od 4 puta veća površina, nego u proizvodnji električne energije u nuklearnoj elektrani.
Iako se OIE smatraju čistim izvorom energije, mogu postojati negativni uticaji na okolinu u izgradnji hidroelektrana, ugradnji vetroturbina, krčenju šuma za proizvodnju biomase itd.
Obnovljivi izvori energije – paradoks?
Naziv »alternativni izvori energije“ takođe može zavarati. Budući da nisu svi alternativni izvori energije nužno alternativni. U slučaju alternativnog izvora, potrebno je uzeti u obzir:
- koliko energije nam taj alternativni izvor donese tokom celog životnog ciklusa,
- koliko energije je potrebno za izgradnju i rad tog alternativnog izvora energije
Primjer: energija vetra, koja se poslednjih desetak godina podrazumevala kao sinonim za čistu energiju, zapravo je paradoks čiste energije. Vetroturbina zaista proizvodi energiju na čist način, ali ako uzmemo u obzir i konstrukciju jedne vetroturbine, računica je drugačija.
Za jednu vetroturbinu potrebno je cca. 900 tona gvožđa, 2.500 tona betona i 45 tona plastike, koja se ne može reciklirati. Za iskorišćavanje solarne energije treba još više cementa, gvožđa i stakla, kao i ostalih materijala.
Da bi se izgradilo dovoljno vetroturbina, kako bi polovina sveta mogla preći na energiju vetra, bilo bi potrebno, približno oko 2 milijarde tona uglja da bi se proizvela potrebna količina gvožđa i betona. Dodatne 2 milijarde barela nafte, bilo bi potrebno za izradu elisa vetrenjača. Takođe, više od 90% solarnih panela izrađeno je u Aziji na temelju električne mreže, koja se u velikoj meri oslanja na ugalj. (Izvor: WallStreet Journal).
I poslednje, ali ne manje važno, takođe je potrebno uzeti u obzir i uticaj na okolni prostor, koji za izgradnju vetroturbina nije zanemarljiv. locirane su daleko izvan ruralnih područja i za njih je potrebno izgraditi infrastrukturu.
Gustina energije obnovljivih izvora
Gustina energije u obnovljivim izvorima energije, ključna je za razumevanje celokupne slike obnovljivih izvora energije. Obnovljivi izvor zapravo je obnovljiv, ako nam za njegovu proizvodnju nije potrebno više nego što će taj izvor dati kroz svoj vek trajanja. Na taj način smo možda smanjili troškove, ali nismo učinili dovoljno za smanjenje emisija gasova staklene bašte.
Gustina energije predstavlja količinu materijala koji je potreban za proizvodnju energije. Vidimo da alternativni izvori energije, takođe imaju veliki “energetski rep”, što predstavlja količinu energije potrebne za proizvodnju.
Tablica u nastavku prikazuje različite izvore energije, klasične i obnovljive, prema njihovoj gustini energije. Izražava se u terawat satima (TWh), koji su jednaki 10^12 Wat satima (Wh).
Gustina energije – potrebna količina materijala za određen tip proizvodnje energije, zavisno o izvoru energije.
Zašto je geotermalna energija najčišći obnovljiv izvor energije?
Geotermalna energija je, upravo zbog energetske gustine, najčistiji izvor energije, što se može videti iz gornje tabele. Jedini izvor, koji je čišći od geotermalne energije, je nuklearna energija, koja sa sobom nosi visok ekološki rizik za čovečanstvo i za prirodu.
Istovremeno, geotermalna energija je ekološki najprihvatljiviji izvor, jer se energija vode samo “pozajmljuje” za hlađenje ili grejanje. Posle korišćenja, opet se vraća u podzemne vode ili more. Uz pomoć uređaja, kao što su RewaTemp i HydroTemp, to je lako moguće. Iskorišćavanje geotermalnih izvora energije je postalo jednostavno. Uređaji za to su dostupni i lako funkcionišu u kombinaciji sa bušotinama ili geosondama.
Uređaji Rewatemp i Hydrotemp za pripremu toplinske i rashladne energije na osnovi obnovljivog izvora energije (geotermalna energija)
