Typy obnovitelné energie

Obnovitelná energie pochází ze zdrojů, které lze regenerovat nebo přirozeně doplnit. Hlavními zdroji jsou:

  • Voda (vodní a hydrokinetická)
  • Vítr
  • Solární (energie a teplá voda)
  • Biomasa (biopalivo a bioenergie)
  • Geotermální (energie a topení)

Všechny zdroje obnovitelné energie se používají k výrobě elektrické energie. Kromě toho se geotermální pára používá přímo k vytápění a vaření. Biomasa a solární zdroje se také používají pro ohřev prostoru a vody. K přepravě se používá ethanol a bionafta (a v menší míře plynný biomethan).

Obnovitelné zdroje energie jsou považovány za nulové (větrné, solární a vodní), nízké (geotermální) nebo neutrální (biomasa), pokud jde o emise skleníkových plynů během jejich provozu. Neutrální zdroj má emise, které jsou vyváženy množstvím oxidu uhličitého absorbovaného během procesu pěstování.

Celkový dopad každého zdroje na životní prostředí však závisí na jeho celkových emisích po celý životní cyklus, včetně výroby zařízení a materiálů, instalace i dopadů na využití půdy.

Vodní energie

Velké konvenční vodní projekty v současnosti zajišťují většinu výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů. S přibližně 1132 gigawatty (GW) globální kapacity vyrobila vodní energie v roce 2018 odhadem 4210 terawatthodin (TWh) z celkové 26 700 TWh globální elektřiny.

USA jsou po Číně, Brazílii a Kanadě čtvrtým největším producentem vodní energie. V roce 2011, který je na severozápadě USA mnohem vlhčí než průměrný rok, vyprodukovaly USA z vodní energie 7,9 procenta své celkové elektřiny. Ministerstvo energetiky zjistilo, že nevyužitý výrobní potenciál na stávajících amerických přehradách určených k jiným účelům než k výrobě energie (tj. Zásobování vodou, protipovodňová ochrana a vnitrozemská plavba) představuje 12 GW, což je zhruba 15 procent současné kapacity vodní energie.

Provozní náklady na vodní energii jsou relativně nízké a vodní energie nevytváří téměř žádné emise skleníkových plynů. Hlavním dopadem na životní prostředí je to, že přehrada k vytvoření nádrže nebo k odvádění vody do vodní elektrárny mění ekosystém a fyzikální vlastnosti řeky.

Vodní elektrárna zachycuje energii tekoucí vody v řekách, potocích a vlnách za účelem výroby elektřiny. Konvenční vodní elektrárny mohou být postaveny v řekách bez akumulace vody (známé jako tzv. „Run-of-the-river“ jednotky) nebo ve spojení s nádržemi na akumulaci vody, které lze podle potřeby využívat. Jak voda cestuje po proudu, je přiváděna dolů potrubím nebo jinou sací strukturou v přehradě (stavidlo). Proudící voda otáčí lopatky turbíny a vyrábí elektřinu v elektrárně umístěné na dně přehrady.

Malé vodní projekty, obvykle méně než 10 megawattů (MW) a mikro-vodní energie (méně než 1 MW), jsou méně nákladné na rozvoj a mají menší dopad na životní prostředí než velké konvenční vodní projekty.

V roce 2016 činilo celkové množství instalované malé vodní energie na celém světě 78 GW. Čína měla největší podíl na 51 procentech. Čína, Itálie, Japonsko, Norsko a Spojené státy jsou podle instalovaného výkonu prvními pěti malými vodními zeměmi. Mnoho zemí má cíle v oblasti obnovitelné energie, které zahrnují rozvoj malých vodních projektů.

Hydrokinetická elektrická energie, včetně vlnové a přílivové energie, je forma nekonvenční vodní energie, která zachycuje energii z vln nebo proudů a nevyžaduje konstrukci přehrady. Tyto technologie jsou v různých fázích výzkumu, vývoje a nasazení. V roce 2011 zahájila provoz přílivová elektrárna o výkonu 254 MW v Jižní Koreji, která zdvojnásobila celosvětovou kapacitu na 527 MW. Na konci roku 2018 činila celosvětová kapacita přibližně 532 MW.

Nízkotlaká vodní elektrárna je komerčně dostupný zdroj hydrokinetické elektrické energie, který se používá v zemědělských oblastech již více než 100 let. Obecně je kapacita těchto zařízení malá, pohybuje se od 1kW do 250kW.

Přečerpávací vodní elektrárny využívají levnou elektřinu (obvykle přes noc během období nízké poptávky) k čerpání vody z níže položeného zásobníku do zásobníku umístěného nad elektrárnou pro pozdější použití během období špičkové poptávky po elektřině. Ačkoli je tato strategie ekonomicky životaschopná, nepovažuje se za obnovitelnou, protože využívá více elektřiny, než kolik vyrábí.

Další relevantní informace a odkazy:  Trendy v oblasti solární energie

Větrná energie

Vítr byl druhým největším obnovitelným zdrojem energie (po vodní energii) pro výrobu energie. Větrná energie vyrobila v roce 2018 více než 5 procent celosvětové elektřiny s 591 GW globální kapacity (568,4 GW je na pevnině).

Kapacita udává maximální množství elektřiny, které lze generovat, když fouká vítr na dostatečné úrovni pro turbínu. Protože vítr ne vždy fouká, větrné farmy ne vždy produkují tolik, kolik je jejich kapacita. Se zhruba 210 MW měla Čína největší instalovaný výkon výroby větru v roce 2018. USA s 96,5 GW měly druhý největší výkon; Texas, Oklahoma, Iowa a Kansas poskytují více než polovinu generace větru v USA.

Ačkoli lidé využívají energii generovanou pohybem vzduchu po stovky let, moderní turbíny odrážejí významný technologický pokrok oproti časným větrným mlýnům a dokonce i přes turbíny z pouhých 10 let. Výroba elektrické energie pomocí větrných turbín nevytváří žádné skleníkové plyny, ale protože větrná farma obsahuje desítky nebo více turbín, které jsou široce rozmístěny, vyžaduje tisíce akrů půdy. Například Lone Star je 200 MW větrná farma na přibližně 36 000 akrech v Texasu.

Průměrná velikost turbíny se za posledních 30 let neustále zvyšuje. Dnes se nové pobřežní turbíny obvykle pohybují v rozmezí 2 – 5 MW. Největší produkční modely určené pro použití na moři mohou generovat 12 MW; u některých vyvíjených inovativních modelů turbín se očekává, že v nadcházejících letech vyprodukují v pobřežních projektech více než 14 MW. Kvůli vyšším nákladům a technologickým omezením představuje kapacita na moři, přibližně 22,6 GW v roce 2018, jen malý podíl (přibližně 4 procenta) na celkové instalované kapacitě výroby větru.

Solární energie

Zdroje solární energie jsou obrovské a rozšířené a lze je využít kdekoli, kde je přijímáno sluneční světlo. Množství slunečního záření, známého také jako sluneční záření, které každou hodinu dosáhne povrchu Země, je více než veškerá energie, kterou každý rok v současné době spotřebují všechny lidské činnosti. Množství energie, které lze využít pro výrobu elektřiny nebo pro vytápění, ovlivňuje řada faktorů, včetně zeměpisné polohy, denní doby a povětrnostních podmínek.

Solární fotovoltaika je nejrychleji rostoucím zdrojem elektřiny. V roce 2018 bylo přidáno přibližně 100 GW globální kapacity, čímž se celkový objem zvýšil na přibližně 505 GW a vyrobil o něco více než 2 procenta světové elektřiny.

Další relevantní informace a odkazy:  Dotace na stavbu rodinného domu 2021

Solární energii lze zachytit pro výrobu elektřiny pomocí:

  • Solární nebo fotovoltaický článek, který pomocí fotoelektrického efektu přeměňuje sluneční světlo na elektřinu. Fotovoltaika se obvykle nachází na střechách obytných a komerčních budov. Kromě toho veřejné služby zkonstruovaly velká (více než 100 MW) fotovoltaická zařízení, která vyžadují kdekoli od 5 do 13 akrů na MW, v závislosti na použitých technologiích.
  • Soustředění solární energie, při které se pomocí čoček nebo zrcadel koncentruje sluneční světlo do úzkého paprsku, který ohřívá tekutinu a produkuje páru k pohonu turbíny, která vyrábí elektřinu. Koncentrační projekty solární energie jsou většího rozsahu než bytové nebo komerční fotovoltaické elektrárny a jsou často vlastněny a provozovány elektrárenskými společnostmi.
Solární ohřívače teplé vody, které se obvykle nacházejí na střechách domů a bytů, dodávají obytnou teplou vodu pomocí solárního kolektoru, který absorbuje sluneční energii, který zase ohřívá vodivou tekutinu a přenáší teplo do nádrže na vodu. 

Moderní kolektory jsou navrženy tak, aby byly funkční i v chladném podnebí a v zatažených dnech.

Elektřina vyrobená ze sluneční energie nevyzařuje žádné skleníkové plyny. Hlavní dopady sluneční energie na životní prostředí pocházejí z použití některých nebezpečných materiálů (arzenu a kadmia) při výrobě PV a velkého množství půdy potřebné, stovky akrů, pro solární projekt v průmyslovém měřítku.

Biomasa

Zdroje energie z biomasy se používají k výrobě elektřiny a k přímému ohřevu a lze je přeměnit na biopaliva jako přímou náhradu za fosilní paliva používaná v dopravě. Na rozdíl od přerušované větrné a sluneční energie lze biomasu využívat nepřetržitě nebo podle harmonogramu.

Biomasa pochází ze dřeva, odpadu, skládkového plynu, plodin a alkoholových paliv. Tradiční biomasa, včetně odpadního dřeva, dřevěného uhlí a hnoje, byla v průběhu lidské historie zdrojem energie pro domácí vaření a vytápění. Ve venkovských oblastech rozvojového světa zůstává dominantním zdrojem paliva.

Celosvětově v roce 2017 představovala tradiční biomasa asi 7,5 procenta celkové spotřeby energie. Rostoucí využívání biomasy vedlo v posledních letech ke zvýšení mezinárodního obchodu s palivy z biomasy; dřevěné pelety, bionafta a ethanol jsou hlavními mezinárodně obchodovanými palivy.

V roce 2018 činila celosvětová kapacita elektrické energie z biomasy 130 GW. V roce 2018 měly Spojené státy instalovanou kapacitu na výrobu elektřiny z biomasy 16 GW. Ve Spojených státech se většina elektřiny ze dřevní biomasy vyrábí v dřevařských a papírenských závodech s využitím jejich vlastního dřevěného odpadu; kromě toho se dřevěný odpad používá k výrobě tepla pro sušení dřevěných výrobků a dalších výrobních procesů.

Odpad z biomasy je většinou tuhý komunální odpad, tj. Odpadky, které se spalují jako palivo pro provozování elektráren. V průměru tuna odpadu generuje 550 až 750 kWh elektřiny. Skládkový plyn obsahuje metan, který lze zachytit, zpracovat a použít jako palivo pro elektrárny, výrobní zařízení, vozidla a domácnosti. Ve Spojených státech je v současné době více než 2 GW instalované kapacity pro výrobu skládkových plynů na více než 600 projektech.

Kromě skládkového plynu lze biopaliva syntetizovat ze specializovaných plodin, stromů a trav, zemědělského odpadu a surovin pro řasy; mezi ně patří obnovitelné formy nafty, ethanolu, butanolu, metanu a dalších uhlovodíků.

Další relevantní informace a odkazy:  Základní přehled o dotaci na solární panely na vašem době nebo firmě

Ethanol z kukuřice je nejpoužívanějším biopalivem ve Spojených státech. Zhruba 38 procent americké kukuřice bylo přesměrováno na výrobu etanolu pro benzín v roce 2018, což je nárůst z 20 procent v roce 2006. Benzín s až 10 procenty ethanolu (E10) lze ve většině vozidel použít bez dalších úprav, zatímco speciální palivová vozidla mohou používat směs benzinu a ethanolu, která obsahuje až 85 procent ethanolu (E85).

Uzavřená biomasa, kde se energie vyrábí pomocí surovin pěstovaných speciálně za účelem výroby energie, se obecně považuje za neutrální z hlediska oxidu uhličitého, protože oxid uhličitý emitovaný během spalování paliva byl dříve zachycen během růstu suroviny. I když se biomasa může vyhnout používání fosilních paliv, čistý účinek bioenergie a biopaliv na emise skleníkových plynů bude záviset na emisích celého životního cyklu zdroje biomasy, způsobu jejího využívání a nepřímých účincích využití půdy.

Celkově však může mít energie z biomasy různé dopady na životní prostředí. Například dřevěná biomasa obsahuje síru a dusík, které produkují látky znečišťující ovzduší oxid siřičitý a oxidy dusíku, i když v mnohem menším množství než spalování uhlí.

Geotermální energie

Geotermální energie poskytla v roce 2018 odhadem 175 TWh globálně, polovinu ve formě elektřiny (s odhadovanou kapacitou 13,3 GW) a zbývající polovinu ve formě tepla. (Celková celosvětová výroba elektřiny v roce 2018 činila 26 700 TWh).

Ve Spojených státech bylo v roce 2018 vyrobeno 16 miliard kWh geotermální elektřiny, což představuje přibližně 4 procenta neelektrické výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů, ale pouze 0,4 procenta z celkové výroby elektřiny. Sedm států vyrábělo elektřinu z geotermální energie: Kalifornie, Havaj, Idaho, Nevada, Nové Mexiko, Oregon a Utah. Z nich tvořila Kalifornie 80 procent této generace.

Tradiční geotermální energie využívá přirozeně se vyskytující vysoké teploty, které se v některých oblastech nacházejí relativně blízko k zemskému povrchu, k výrobě elektrické energie a pro přímé použití, jako je vytápění a vaření. Geotermální oblasti se obecně nacházejí v blízkosti hranic tektonických desek, kde se vyskytují zemětřesení a sopky.

Na některých místech byly horké prameny a gejzíry po staletí využívány ke koupání, vaření a topení.

Generování geotermální elektrické energie obvykle zahrnuje vrtání studny, možná míli nebo dvou do hloubky, při hledání teplot hornin v rozmezí 300 až 700 ° F. Voda je čerpána dolů touto studnou, kde je znovu ohřívána horkými kameny. Prochází přírodními prasklinami a druhou stoupá stejně jako pára, kterou lze použít k roztočení turbíny a výrobě elektřiny nebo k vytápění či jiným účelům.

Je možné, že bude třeba vyvrtat několik jamek, než bude na místě vhodná, a velikost zdroje bude možné potvrdit až po vyvrtání. V tomto procesu se navíc ztrácí část vody odpařováním, takže se přidává nová voda, aby se udržel nepřetržitý tok páry. Stejně jako biopower lze na rozdíl od přerušované větrné a solární energie nepřetržitě využívat geotermální elektřinu. Během tohoto procesu se uvolňuje velmi malé množství oxidu uhličitého zachyceného pod povrchem Země.

Příspěvek byl publikován v rubrice Solární panely se štítky , . Můžete si uložit jeho odkaz mezi své oblíbené záložky.

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna.