Obnovljivi izvori energije
Pojam energija vode odnosi se na energiju koju voda nosi 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 uvjetovana brzinom protoka i potencijalne energije koja ovisi o visinskoj razlici vodenog stupca. Što je razlika u brzini i visini vode veća, to je veći potencijal za proizvodnju električne energije. U Hrvatskoj korištenje hidroenergije predstavlja nešto manje od trećine ukupne upotrebe obnovljivih izvora.
Za proizvodnju električne energije upotrebljavaju se hidroelektrane, koje se u osnovi sastoje od tri dijela: središnjeg dijela s vodenom turbinom i generatorom električne energije, brane za preusmjeravanje i kontrolu protoka vode i skladišta vode.
Mana hidroelektrana je negativan utjecaj koji sama izgradnja hidroelektrana ima na ekološki prostor. Klimatske promjene također donose neravnomjernosti u dostupnosti hidroenergije, a time i nesigurnosti u proizvodnji električne energije.
Energija Sunca koristi se za proizvodnju električne i toplinske energije. Za proizvodnju električne energije koriste se fotonaponski solarni paneli, koji su sastavljeni od silikonskih ćelija. Pri kontaktu s sunčevom svjetlosti, u silicijskim ćelijama stvara se kretanje elektrona, što uzrokuje električni tok. Taj proces poznat je pod imenom fotonaponski efekt.
Korištenje solarnih panela je sve raširenije u kućanstvima, jer se troškovi neprestano smanjuju razvojem tehnologije. Iako se solarna energija smatra obnovljivim izvorom energije, količina dobivene energije u odnosu na energiju potrebnu za proizvodnju i ugradnju solarnih panela, je manje povoljna. Također, proizvodnja takvih sustava ima i negativan utjecaj na okoliš.
Solarna energija predstavlja više od 3% ukupne upotrebe obnovljivih izvora energije u Hrvatskoj?
Energija vjetra prvenstveno se odnosi na kinetičku energiju zraka koju vjetroturbine koriste za proizvodnju električne energije. Osnovni dio vjetrenjače je turbina, čije su lopatice oblikovane tako, da pri naletu vjetra uzrokuju njezinu rotaciju. Kinetička energija vjetra pretvara se tako u mehaničku (rotacijsku) energiju turbine, koja pa se u generatoru pretvara u električnu energiju.
Korištenje energije vjetra ekološki je mnogo prihvatljivije od upotrebe fosilnih goriva, ali ima puno nedostataka. Među njima su npr. visoki troškovi izgradnje i održavanja vjetroturbina i potrebne infrastrukture, koja se zbog povoljnijih uvjeta vjetra često postavlja na udaljena mjesta.
Količina „zelene energije“ koju dobivamo, relativno je mala u odnosu na energiju koju je potrebno uložiti u izgradnju istih. U Sloveniji nemamo vjetroelektrane za opskrbu većih površina.
Geotermalna energija je toplinska energija koja je pohranjena ispod Zemljine površine, a rezultat je toplinskih tokova koji dolaze iz središta Zemlje. Pohranjena je u tlu ili podzemnoj vodi.
Za njeno korištenje obično se upotrebljavaju bušotine, geosonde ili horizontalni kolektori koji ne zahtijevaju intenzivne intervencije u okolišu. Površinska geotermalna energija, također se smatra i najčišćim obnovljivim izvorom energije, jer sustavi za njezinu upotrebu ne zahtijevaju složenu infrastrukturu i opremu.
Napredovanjem tehnologije, operativni troškovi geotermalnih sustava znatno su se smanjili. Hibridni uređaji poput Menerga Rewatemp uređaja, koji predstavlja dizalicu topline i rashladnu jedinicu u jednoj kompaktnoj jedinici, omogućuje vrlo učinkovito korištenje geotermalne energije, koja je pristupačna širokom krugu.
Temperature mora na dubinama većim od 20 m, mijenjaju se relativno malo tijekom cijele godine. Stoga je morska voda vrlo dobar izvor toplinske energije, koju lako koristimo s pomoću dizalice topline, poput hibridnog uređaja Menerga Rewatemp.
Kada se koristi toplinska energija mora, morskoj vodi se uzima toplina, koja se zatim malo ohlađena vraća na mjesto uzimanja u slučaju grijanja, te obrnuto u slučaju hlađenja. Dakle, kvaliteta vode ostaje nepromijenjena, jer nema potrebe za kemijskim pročišćavanjem.
Biomasa predstavlja tvari organskog podrijetla, u kojima se pohranjuje energija generirana fotosintezom. Koristi se za proizvodnju električne i toplinske energije, te za proizvodnju biogoriva. U Sloveniji biomasa predstavlja više od polovice ukupne upotrebe obnovljivih izvora energije. Biomasa uključuje:
- Drvnu biomasu koja se koristi za grijanje zgrada, za proizvodnju procesne energije u industriji i za proizvodnju električne energije
- Uzgojene biljke koje se koriste za proizvodnju biogoriva.
- Organske otpatke koji se pretvara u bioplin
Međutim ima i niz nedostataka kao što su:
- Slaba energetska gustoća
- Zagađenje okoliša nastalo izgaranjem prirodnih materijala
- Najčešće se koristi drvna biomasa koja može prouzročiti krčenje šuma
- Prostor potreban za eksploataciju i skladištenje biomase mnogo je veći od ostalih izvora energije
Transportni promet prouzrokuje gotovo četvrtinu svjetskih emisija stakleničkih plinova, jer se uglavnom temelji na uporabi fosilnih goriva. Biogoriva su proizvedena iz biomase i služe kao alternativa fosilnim gorivima. U europskoj uniji očekuje se da će 2020. nadomjestiti oko 10% konvencionalnih goriva za prijevoz.
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.
U Hrvatskoj je upotreba biogoriva ispod europskog prosjeka i predstavlja oko 3% svih pogonskih goriva (podaci iz 2014.).
Zbog energetski intenzivnog procesa obrade usjeva i ogromnih površina potrebnih za proizvodnju biogoriva, ekološka i ekonomska smislenost njihove upotrebe je upitna.
Obnovljivi izvori energije u Hrvatskoj
Prema zadnjim podacima iz 2018. godine (prema Eurostatu), udio obnovljivih izvora energije (OIE) u Hrvatskoj iznosi 28% ukupne potrošnje energije. Udio OIE zabilježen u području grijanja i hlađenja između 2008. i 2015. godine kretao se od 28,64% do 38,54% ukupne potrošnje. Prema podacima iz 2018. godine zabilježen je pad na 36,51% ukupne potrošnje energije.
Obnovljivi izvori energije i grijanje zgrada
Proizvodnja toplinske energije za grijanje prostora i potrošne tople vode uglavnom se temelji na fosilnim gorivima, koja predstavljaju nešto manje od 90% ukupne svjetske potrošnje energije u sustavima grijanja. Korištenje OIE (obnovljivi izvori energije) se povećava, ali zbog klimatskih promjena taj rast je prespor. U posljednjem desetljeću udio OIE u sustavima grijanja, povećao se s 9% na 11%.
Daleko najveći predstavnik OIE za proizvodnju toplinske energije je bioenergija i predstavlja 7,5% ukupne potrošnje. Otprilike dvije trećine bioenergije, troši se u industrijskom sektoru. Međutim, očekuje se da će se upotreba bioenergije povećati za 12% tijekom sljedećih pet godina.
Najveći relativni porast, zabilježen je u korištenju električne energije iz OIE, te se očekuje porast za 41% u sljedećih pet godina. Najveći potrošači su zgrade, koje oko dvije trećine od ukupne upotrebe dobivaju iz OIE.
Rast korištenja solarne energije usporen je u zadnje vrijeme, ali predviđa se rast od 50% tijekom sljedećih pet godina, posebno u zgradama.
Trenutno najmanji udio OIE predstavlja geotermalna energija, ali je za očekivati da će se njezin udio brzo povećavati u budućnosti. U sljedećih 5 godina uporaba će se povećati za 40%. mnogo je razloga za upotrebu geotermalne energije u energetskim sustavima.
Obnovljivi izvori energije – prednosti i nedostaci
Prednosti
Količina OIE praktički je neograničena, što znači da njezinom primjenom radimo održivo i brinemo se za bolje sutra. Također, održivo djelujemo i pri korištenju geotermalne energije, jer se energija koja se zimi uzima za grijanje, ljeti vraća kao otpadna toplina hlađenja.
U usporedbi s fosilnim gorivima, emisije stakleničkih plinova pri uporabi OIE vrlo su male, pa njihova upotreba gotovo ne doprinosi globalnom zagrijavanju. Važno pitanje je utjecaj na okoliš, instalacije infrastrukture za korištenje OIE. Dobar pokazatelj toga je gustoća energije koja ukazuje na potrebnu količinu građevinskog materijala po jedinici dobivene obnovljive energije. Uzimajući u obzir sve te čimbenike, geotermalna energija smatra se daleko najčišćim izvorom obnovljive energije.
Isplativost ovisi o vrsti OIE. Dizalice topline u geotermalni sustavim su 3 do 6 puta učinkovitije od konvencionalnih dizalica topline zrak-voda. Naknada troškova ulaganja u sustave za korištenje OIE može se nadoknaditi za 5 do 25 godina.
Posebno su sustavi za korištenje geotermalne energije izuzetno pouzdani, s obzirom da je geotermalna energija uvijek na raspolaganju. Dakle, toplinsku energiju ovog obnovljivog izvora, možemo koristiti s predviđenom toplinskom snagom u svakom trenutku, što znači visoku pouzdanost.
Tehnologija korištenja OIE neprestano se poboljšava, a time i sama energetska učinkovitost. Očekuje se da će financijska opravdanost ulaganja u takve sustave, rasti i u budućnosti.
Nedostaci
Solarna energija, energija vjetra i hidroenergija ovise o vremenskim uvjetima, što znači da je njihova uporaba često nepredvidljiva. Geotermalna energija međutim ne ovisi o vremenskim utjecajima te je dostupna stalno, tijekom cijele godine.
Korištenje određenih izvora OIE često je ograničeno na mjesta na kojima su prikladni uvjeti za upotrebu. Stoga je upotreba određenog OIE često ograničena i nije dostupna za širu upotrebu.
Takvi sustavi, često se nalaze na udaljenim mjestima, što znači dugu transportnu mrežu do potrošača. Također, izgradnja takvih sustava zahtijeva konvencionalne izvre energije, što može dovesti u pitanje utjecaj takvih sustava na okoliš.
Zbog isplativosti korištenja OIE za proizvodnju električne energije, potrebno je voditi računa o skladištenju viška električne energije, što uključuje dodatne troškove.
Da bismo proizveli jednaku količinu električne energije uz pomoć solarne energije, potrebno nam je više od 4 puta više površine nego u proizvodnji s nuklearnom elektranom.
Iako se OIE smatraju čistim izvorom energije, mogu postojati negativni utjecaji na okoliš u izgradnji hidroelektrana, ugradnji vjetroturbina, krčenju šuma za proizvodnju biomase itd.
Obnovljivi izvori energije – paradoks?
Naziv »alternativni izvori energije“ također 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 tijekom cijelog životnog ciklusa,
- koliko energije je potrebno za izgradnju i rad tog alternativnog izvora energije
Primjer: energija vjetra, koja se posljednjih desetljeća podrazumijevala kao sinonim za čistu energiju, zapravo je paradoks čiste energije. Vjetroturbina zaista proizvodi energiju na čist način, ali ako uzmemo u obzir i konstrukciju jedne vjetroturbine, izračun je drugačiji.
Za jednu vjetroturbinu potrebno je cca. 900 tona željeza, 2500 tona betona i 45 tona plastike koja se ne može reciklirati. Za iskorištavanje solarne energije treba još više cementa, željeza i stakla, kao i ostalih materijal.
Da bi se izgradilo dovoljno vjetroturbina, kako bi pola svijeta moglo prijeći na energiju vjetra, bilo bi potrebno, približno oko 2 milijarde tona ugljena da bi se proizvela potrebna količina željeza i betona. Dodatne 2 milijarde barela nafte, bilo bi potrebno za stvaranje elise vjetrenjače. Također, više od 90% solarnih panela izrađeno je u Aziji na temelju električne mreže koja se u velikoj mjeri oslanja na ugljen. (Izvor: WallStreet Journal).
I posljednje, ali ne najmanje važno, također je potrebno uzeti u obzir i utjecaj na okolišni prostor, koji za izgradnju vjetroturbina nije zanemariv. Stoje daleko izvan ruralnih područja i za njih je potrebno izgraditi infrastrukturu.
Gustoća energije obnovljivih izvora
Gustoća energije u obnovljivim izvorima energije ključna je za razumijevanje cjelokupne 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 vijek trajanja. Na taj smo način možda smanjili troškove, ali nismo učinili dovoljno za smanjenje emisija stakleničkih plinova.
Gustoća energije predstavlja količinu materijala koji je potreban za proizvodnju energije. Vidimo da alternativni izvori energije također imaju veliki “energetski rep”, što predstavlja količinu energije potrebne za proizvodnju.
Tablica u nastavku prikazuje različite izvore energije, klasične i obnovljive, prema njihovoj gustoći energije. Izražava se u terawat satima (TWh), koji su jednaki 10^12 Wat satima (Wh).
Gustoća energije – potreba po materijalu za određen tip proizvodnje energije, ovisno o izvoru.
Zašto je geotermalna energija najčišći obnovljiv izvor energije?
Geotermalna energija je upravo zbog energetske gustoće najčišći izvor energije, što se može vidjeti iz gornje tablici. Jedini izvor koji je čišći od geotermalne energije je nuklearna energija, koja sa sobom nosi visok ekološki rizik za čovječanstvo i za prirodu.
Istodobno je geotermalna energija ekološki najprihvatljiviji izvor, jer se energija vode samo “posuđuje” za hlađenje ili grijanje. poslije korištenja opet se vraća u podzemne vode ili more. Uz pomoć uređaja kao što su RewaTemp i HydroTemp, to je lako moguće. Iskorištavanje geotermalnih izvora energije je postalo jednostavno. Uređaji za to su dostupni i lako funkcioniraju u kombinaciji s bušotinama ili geosondama.
Uređaji Rewatemp i Hydrotemp za pripremu toplinske i rashladne energije na osnovi obnovljivog izvora energije (geotermalna energija)
