Energia wiatru jest jednym z niewyczerpanych źródeł energii wykorzystywanym od wieków. Pierwsze wiatraki służyły do pompowania wody i melioracji pól.
Współcześnie stosowane turbiny wiatrowe przekształcają energię wiatru na energię mechaniczną, która dalej zamieniana jest na energię elektryczną.

Elektrownia wiatrowa, to rodzaj elektrowni produkującej energię elektryczną z odnawialnego źródła, jakim jest wiatr.

Produkcja energii elektrycznej w elektrowni wiatrowej odbywa się za pośrednictwem turbin wiatrowych napędzanych energią wiatru. W przypadku, kiedy na niewielkim terenie występuje kilka lub kilkanaście wiatraków, mówi się o istnieniu farmy wiatrowej lub parku wiatrowego.
Energia elektryczna pozyskiwana z elektrowni wiatrowych uważana jest za jedną z najbardziej ekologicznych. Dzieje się tak dlatego, że do jej produkcji nie potrzeba żadnego paliwa, a teren wokół nich może być swobodnie wykorzystywany na potrzeby rolnictwa, gdyż mają one znikomy wpływ na uprawy.

Elektrownie wiatrowe są coraz popularniejszym sposobem pozyskiwania energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych.

Zalety

  • darmowe źródło energii – wiatr
  • brak skażenia atmosfery – pozyskiwanie energii elektrycznej z elektrowni wiatrowej nie wiąże się z emisją dwutlenku węgla, ani żadnych innych zanieczyszczeń do atmosfery;
  • mniejsze koszty produkcji energii elektrycznej – w porównaniu z kosztami i cenami energii elektrycznej lub ciepła uzyskiwanymi z tradycyjnych paliw kopalnych jak węgiel czy ropa;
  • brak odpadów poprodukcyjnych, jak w choćby w przypadku spalania węgla, które pozostawia po sobie ogromne ilości popiołu;

Wady

  • negatywny wpływ na otoczenie
  • negatywny wpływ na migrujące ptaki, które często giną uderzane śmigłami

Jest to jedno z najpotężniejszych źródeł energii – ilość energii słonecznej, jaka dociera rocznie do powierzchni ziemi w postaci światła, wynosi 1,5×1018 kWh (kilowatogodzin).
Fotowoltaiki tworzone są w sposób, który umożliwia absorbcję promieniowania słonecznego i częściową zamianę tej energii na energię elektryczną. Cały ten proces odbywa się bez wytwarzania szkodliwych produktów ubocznych takich jak odpady radioaktywne lub dwutlenek węgla (CO2).
Fotowoltaika to ogólne pojęcie charakteryzujące dziedzinę techniki i nauki, która zajmuje się wykorzystaniem energii słonecznej w celu przetworzenia światła słonecznego na energię elektryczną. Innymi słowy, dzięki fotowoltaice, jesteśmy w stanie przetworzyć promieniowanie słoneczne i wytworzyć prąd za pomocą zjawiska fotowoltaicznego. Ponadto, termin fotowoltaika używany jest coraz częściej jako synonim panelu fotowoltaicznego (z ang. photovoltaic).
Obecnie, fotowoltaika znajduje zastosowanie nie tylko w przemyśle (znaki drogowe i tablice ogłoszeniowe), ale również w prywatnych domostwach.
Panele fotowoltaiczne są często mylone z kolektorami słonecznymi. Mimo że oba systemy wykorzystują energię słoneczną oraz są do siebie podobne z wyglądu i sposobu instalacji, to przetwarzają one energię na dwa różne sposoby. Fotowoltaika zajmuje się przetwarzaniem promieniowania słonecznego przede wszystkim na energię elektryczną, natomiast kolektory słoneczne wykorzystują promieniowanie słoneczne w celu wytworzenia ciepła.
Panele fotowoltaiczne są bardziej uniwersalne – wyprodukowany przez nie prąd można wykorzystać na wiele różnych sposobów.
W przypadku panelu fotowoltaicznego to nie temperatura powietrza ma wpływ na działanie modułu (jak ma to miejsce w przypadku kolektorów słonecznych), a warunki nasłonecznienia.
Fotowoltaiki mogą nawet odwrócić proces i produkować więcej energii elektrycznej z chłodnych modułów oświetlonych strumieniem światła, przez co systemy fotowoltaiczne są równie efektywne także zimą.
75% energii uzyskiwanej z fotowoltaiki przez energię promieni słonecznych produkowane jest w Polsce w półroczu od kwietnia do września.

Fotowoltaika to inaczej panele fotowoltaiczne. Jeden panel fotowoltaiczny zbudowany jest z wielu ogniw połączonych ze sobą. Główny surowiec, z którego produkuje się ogniwa fotowoltaiczne to krystaliczny wafel krzemowy. Zamontowane i podłączone do siebie panele fotowoltaiczne instaluje się na dachu. Takie moduły przetwarzają energię słoneczną na energię elektryczną. Dachowy system montażowy paneli fotowoltaicznych zapewnia stabilność i odporność na wszelkiego rodzaju obciążenia.
Istnieje również możliwość zainstalowania paneli fotowoltaicznych na gruncie. Takie systemy mogą mieć jednak mniejszą efektywność, ponieważ nie są tak bardzo wystawione na działanie energii słonecznej, jak panele dachowe oraz mogą się częściej brudzić. Moduły fotowoltaiczne są podłączone, z użyciem zabezpieczeń elektrycznych, do inwerterów (falowników), które przetwarzają energię elektryczną w prąd o parametrach sieci energetycznej.

Wyróżniamy 2 rodzaje instalacji fotowoltaicznych:

  • fotowoltaika podpięta do sieci energetycznej (on grid) – kieruje całą wytworzoną enrgię do sieci energetycznej. Właściciel instalacji korzysta później z energii sieci elektrycznej za darmo, jeżeli pobiera energię, którą sam wytworzył (ilość wyprodukowanej energii zależy od naszych potrzeb i wielkości instalacji fotowoltaicznej). Możliwa jest również sprzedaż niewykorzystanej, wyprodukowanej energii elektrycznej do sieci. Takie instalacje fotowoltaiczne wymagają bardzo wysokiej jakości elementów, aby uzyskać jak największą wydajność całej instalacji.
  • fotowoltaika niezależna (wyspowa; off grid) – działa niezależnie od publicznej sieci energetycznej. Właściciel instalacji produkuje własną energię elektryczną, magazynuje ją w akumulatorach i bateriach systemu fotowoltaicznego i dostarcza ją bezpośrednio do urządzeń elektrycznych.

Zalety

  • niskie koszty eksploatacji – fotowoltaiki wykorzystują technologię półprzewodnikową, nie posiadają ruchomych elementów i są niezwykle proste w budowie i instalacji, dlatego też systemy fotowoltaiczne są niemal bezobsługowe;
  • długi okres gwarancji – nawet do 25 lat;
  • zerowa emisyjność – w trakcie produkcji energii nie emitują szkodliwych związków, gazów cieplarnianych, ani dwutlenku węgla;
  • korzyści finansowe – zwroty z inwestycji wynoszą około 7 lat dla firm i 8 lat dla prywatnych właścicieli;
  • zwrot inwestycji – zwrot energetyczny instalacji fotowoltaicznej (czas, po jakim energia wyprodukowana przez system przekroczy energię potrzebną na produkcję podzespołów fotowoltaicznych) to okres około 2-3 lat;
  • pełne wykorzystanie dostępnej energii – panele fotowoltaiczne wykorzystują energię nie tylko promieniowania bezpośredniego, ale również odbitego oraz rozproszonego w pochmurny dzień

Wady

  • brak

Energia wodna to pozyskiwanie energii wód i przekształcanie jej na energię mechaniczną przy użyciu turbin wodnych, a następnie na energię elektryczną dzięki hydrogeneratorom.
Obecnie hydroenergetyka zajmuje się głównie wykorzystaniem wód o dużym natężeniu przepływu i znacznej różnicy poziomów. Uzyskuje się to poprze spiętrzenie górnego poziomu wody.

Podstawową sprawą jest wybór odpowiedniej lokalizacji pod elektrownię wodną. Uważa się, że w Europie i w Polsce, większość lokalizacji o preferencyjnych warunkach do budowy dużych elektrowni wodnych, w których energia magazynowana jest w postaci spiętrzonej wody w zbiornikach retencyjnych, już została wykorzystana.
Z powodu niekorzystnych warunków dla dużych elektrowni wodnych rozwój energetyki wodnej w Polsce w najbliższych latach będzie należał do tzw. Małych Elektrowni Wodnych (MEW), które mogą wykorzystywać potencjał niewielkich rzek, rolniczych zbiorników retencyjnych, systemów nawadniających, wodociągowych, kanalizacyjnych i kanałów przerzutowych. Są to elektrownie o mocy zainstalowanej nie większej niż 5 MW.

Zalety

  • nie zanieczyszczają środowiska i mogą być instalowane w licznych miejscach na małych ciekach wodnych
  • są elementem regulacji stosunków wodnych
  • poprawiają jakość wody poprzez oczyszczanie mechaniczne na kratach wlotowych do turbin pływających oraz zwiększają natlenienie wody, co poprawia jej zdolność do samooczyszczanie biologicznego
  • zazwyczaj są znakomicie wkomponowane w krajobraz
  • mogą być wykorzystywane do celów przeciwpożarowych, rolniczych, małych zakładów przetwórstwa rolnego, melioracji, rekreacji, sportów wodnych oraz pozyskiwania wody pitnej
  • mogą być zaprojektowane i wybudowane w ciągu 1 – 2 lat; wyposażenie jest powszechnie dostępne, a technologia opanowana
  • prostota techniczna powoduje wysoką niezawodność, długą żywotność i niskie nakłady inwestycyjne
  • mogą być sterowane zdalnie

Wady

  • brak

Energia Jądrowa – energia zmagazynowana w jądrze atomu, która zostaje uwolniona w procesie przemiany jądrowej. Jest równa ilości energii niezbędnej do rozerwania jądra na części składowe, tj. protony i neutrony, związane siłami jądrowymi.
Elektrownia jądrowa jest rodzajem elektrowni cieplnej, w której energię cieplną uzyskuje się w wyniku reakcji jądrowych.

Odzyskane od czynnika chłodzącego reaktor jądrowy ciepło zamienia wodę w parę, która napędza turbinę, wytwarzającą prąd elektryczny. Energetyka jądrowa była do niedawna najszybciej rozwijającą się dziedziną produkcji energii. Wynikało to głównie z ogromnej wydajności pierwiastków promieniotwórczych, a więc niskich kosztów wytwarzania energii. Dla porównania z 1 grama uranu 235 uzyskuje się tyle samo energii elektrycznej, ile w tradycyjnej elektrowni cieplnej z 2.5 tony paliwa umownego. O dynamice rozwoju energetyki jądrowej świadczą liczby. W 1960 r. w elektrowniach tych wyprodukowano 0.01% wytwarzanej na świecie energii, w 1985 r. już ponad 14%. W ostatnich latach rozwój energetyki jądrowej uległ zahamowaniu, a jej udział w produkcji energii elektrycznej utrzymuje się na poziomie około 17%. Buduje się coraz mniej elektrowni atomowych, a w wielu krajach rozważa się nawet ich zamykanie.

Zalety

  • dużą niezawodność i brak zależności od warunków atmosferycznych
  • brak emisji CO2 oraz pyłów
  • konkurencyjne ceny energii elektrycznej, dzięki niższym kosztom eksploatacji wynikającym m.in. z niskiego kosztu paliwa
  • możliwość kogeneracji, a także trójgeneracji – wytwarzanie oprócz energii elektrycznej również ciepła oraz chłodu użytkowego
  • zapewnienie dużej ilości miejsc pracy
  • mogą być zaprojektowane i wybudowane w ciągu 1 – 2 lat; wyposażenie jest powszechnie dostępne, a technologia opanowana
  • perspektywa wytwarzania radioizotopów potrzebnych w radiomedycynie oraz przemyśle (jako jedyne źródło energetyczne),
  • długi okres działalności

Wady

  • długi czas budowy instalacji
  • wysokie koszty inwestycyjne
  • średnia sprawność

Biomasa to nic innego jak suche rośliny. Na ogół jest to słoma bądź drewno z drzew szybko rosnących jak np. wierzba. Przy ich spalaniu emisja CO2 jest równa ilości tego związku, jaką pobrała roślina w czasie wzrostu, co w bilansie końcowym wychodzi na zero.
Jako źródło energii biomasa jest również, przy racjonalnej gospodarce, odnawialna, gdyż rośliny mają to do siebie, że odrastają (w przeciwieństwie do np. pokładów ropy). Nie ma również problemu z utylizacją popiołu gdyż jest znakomitym nawozem. Wbrew pozorom jest to paliwo wydajne; dwie tony suchej biomasy, czy to słomy czy drewna, są równoważne energetycznie tonie węgla kamiennego. Również ze względów ekonomicznych warto się zastanowić nad zmianą dotychczasowego paliwa; ogrzewanie biomasą jest tańsze o 200% – 300%.

Co to jest biogaz?

Biogaz jest produktem fermentacji biomasy. Biomasę, która nie nadaje się do brykietowania i jest właściwie odpadem (np. ścieki cukrownicze, odpady komunalne, odchody zwierzęce, gnojowica, odpady przemysłu rolno-spożywczego) poddaje się fermentacji metanowej. Proces ten i tak zachodzi w przyrodzie, a gaz mający nieprzyjemny zapach ulatnia się do atmosfery.

Fermentacja realizowana w sposób kontrolowany powoduje, że:

  • nie powstaje zapach uciążliwy dla sąsiadów gospodarstwa rolnego, zakładu przetwórczego, oczyszczalni ścieków czy wysypiska śmieci,
  • uzyskiwana jest energia, która wraz z przykrym zapachem ulatniała się do atmosfery.

Energia geotermalna to energia wydobytych na powierzchnię ziemi wód geotermalnych. Jej źródło – gorące wnętrze kuli ziemskiej – jest niewyczerpalne.
W celu wydobycia wód geotermalnych na powierzchnię ziemi wykonywane są odwierty do głębokości zalegania tych wód.
W pewnej odległości od otworu czerpalnego wykonuje się drugi otwór, którym wodę geotermalną pod odebraniu od niej ciepła, wtłacza się z powrotem do złoża. Wody geotermiczne są zazwyczaj mocno zasolone, co jest powodem szczególnie trudnych warunków pracy wymienników ciepła i innych elementów armatury instalacji geotermicznych. Energię geotermiczną wykorzystuje się w układach centralnego ogrzewania jako podstawowe źródło energii cieplnej.
Drugim zastosowaniem energii geotermicznej jest produkcja energii elektrycznej, co jest opłacalne jedynie w przypadku źródeł szczególnie gorących.

Gorące źródła, tzw. gejzery są charakterystycznym elementem krajobrazu Islandii, która wykorzystuje je jako źródło ogrzewania i ciepłej wody. Nie wpływa to ujemnie na środowisko naturalne.

Zalety:

  • odnawialność i niewyczerpalność
  • niezależność od warunków pogodowych
  • pełna integracja z krajobrazem

Wady:

  • w niektórych lokalizacjach potencjał może być niewystarczający
  • jako efekt uboczny mogą być traktowane uwalniające się niekiedy do atmosfery lub wód powierzchniowych i głębinowych szkodliwe gazy i minerały
  • nie wszędzie, gdzie istniej potencjał wykorzystania energii geotermalnej, pozyskanie takie jest możliwe
  • początkowe koszty instalacji są wysokie i wymagają dużych nakładów finansowych
  • możliwość przemieszczania się złóż geotermalnych

W Polsce dwutlenek węgla jest drugim, zaraz po parze wodnej gazem szklarniowym, czyli takim, który utrudnia ucieczkę energii cieplnej w kosmos. Stanowi on ok. 80% emitowanych gazów cieplarnianych. Jednak w opozycji do wyżej wymienionej, jest trucizną. Może nie bardzo silną, ponieważ w niewielkich stężeniach nie jest trujący, ale w większych dawkach jest szkodliwy dla zdrowia, a w skrajnych przypadkach zabójczy, ponieważ jego działanie powoduje powstawanie hiperkapni (m.in. trudności z oddychaniem, duszności).

Tzw. ujemne emisje, czyli usuwanie CO2 z atmosfery kompensują jakieś 10% polskich emisji. Czy można byłoby zwiększyć taką kompensację? Tak, np. poprzez politykę zalesiania. Jeżeli chodzi o procentowe zalesienie, Polska wypada kiepsko na tle innych państw europejskich (nasza lesistość wynosiła 31% na rok 2016, podczas, gdy w tym samym roku lesistość Niemiec wynosiła 33%, Hiszpanii i Portugalii odpowiednio 37% i 35%, a np. Białorusi aż 42%).

Mimo wszystkich zalet zalesiania, jest to niestety tylko leczenie objawów, a nie przeciwdziałanie „chorobie”, jaką jest ciągłe wprowadzanie nowego węgla do cyklu węglowego. Mam tutaj na myśli spalanie paliw kopalnych, szczególnie węgla kamiennego. W Polsce wciąż eksploatuje się złoża węgla kamiennego i za szczególnie ważny uważa się etos górniczy. Blokuje to zmiany w energetyce. W trakcie rozmów na temat zmian klimatu, nawet w środowiskach naukowych, można się zetknąć z opiniami, że opłaty emisyjne, wytyczne dotyczące OZE, są mechanizmami mającymi ograniczyć suwerenność państw narodowych. Kwestionuje się nawet samo zjawisko globalnego ocieplenia. Nic bardziej mylnego, wolny rynek zawsze zapewni nam paliwo, często tańsze i lepszej jakości niż zasiarczony polski węgiel, wydobywany niejednokrotnie z głębokości nieekonomicznych i w warunkach zagrożenia życia. Analizy ekonomiczne pokazują, że wkład kopalń w polskie PKB jest ujemny. Na utrzymanie wydobycia węgla przeznacza się miliardy złotych rocznie.

Według danych Państwowego Instytutu Geologicznego, Polska wcale węglem nie stoi, jak przywykło się mawiać. Licząc matematycznie, zasobów węgla wystarczyłoby na ponad 800 lat, jednak zdając sobie sprawę z braku sensu wydobywania niewielkich iloci węgla z głębokości liczonych w kilometrach, policzono też wystarczalność zasobów operatywnych, czyli takich, przy których uwzględniono straty ponoszone przy wydobyciu. Taka wystarczalność wynosi 40-50 lat, a gdyby wykorzystać wszelkie zasoby niezagospodarowane, to maksymalnie 100 lat. Naturalnie, wszystko liczone przy założeniu, że zapotrzebowanie pozostaje na obecnym poziomie. Mówiąc kolokwialnie, nie jest tak różowo. A przecież trzeba by jeszcze wspomnieć o ogromnym imporcie węgla z zagranicy, w tym z Rosji, według danych Business Insider Polska – 13,47 mln ton. Polskie kopalnie wydobyły w 2018 roku w przybliżeniu 63 mln ton.

Dlaczego kupujemy coraz więcej węgla z zagranicy? Bo tak jest ekonomicznie. Aby powstała kopalnia odkrywkowa w Rosji, Australii czy USA, wystarczy zdjąć względnie cienką warstwę gleby, wprowadzić koparki, i wydobycie gotowe. A u nas kopiemy kilometr w dół, wprowadzamy skomplikowany sprzęt, i co z tego mamy? Średnią produktywność 700 ton na pracownika, podczas gdy w najgorszych kopalniach w USA jest to 2500 ton. Jest różnica, prawda?

Wcześniej wspominałem o zasiarczeniu polskiego węgla. Najprościej mówiąc, chodzi o jego zanieczyszczenie licznymi związkami siarki. Zasiarczenie polskiego węgla w sprzedaży krajowej wynosi prawie dwa razy tyle co węgla rosyjskiego. Podobnie wygląda popielność, po polskim węglu zostaje blisko dwukrotnie więcej popiołów.
Niestety, również środowisko geologiczne nie ułatwia eksploatacji. Kiedyś w Polsce fedrowano na głębokościach 200-500 m, teraz jakieś 800 do 1300 m, a głębokości wciąż będą rosły. Oczywiście wraz z głębokością rośnie zagrożenie związane z wybuchami metanu, wzrasta temperatura, na głębokości 1 km wynosi około 40 stopni C, i zagrożenia sejsmiczne, np. tąpnięcia. Pokłady węgla w Polsce są położone głęboko, stromo, są pocięte licznymi uskokami, co wydobycia nie ułatwia, a naturalnie podnosi też koszty, no i utrudnia bądź uniemożliwia mechanizację. W krajach bazujących na górnictwie odkrywkowym pokłady są zazwyczaj nachylone łagodnie, trochę ponad 200 m pod ziemią. Takie ułożenie pokładów wpływa na ich większą dostępność – nie trzeba budować szybów, gdyż można wykorzystać po prostu kolej.

Unia Europejska prowadzi politykę ochrony klimatu. Musimy liczyć się z tym, że ceny uprawnień do emisji gazów szklarniowych raczej nie zmaleją, wręcz przeciwnie, będą wciąż rosły. Wiele osób zapyta co mamy zrobić? Zawsze ogrzewaliśmy domy węglem, co teraz? Teraz musimy wprowadzać jak najwięcej odnawialnych źródeł energii (OZE), w każdej możliwej formie: panele fototermiczne i fotowoltaiczne, siłownie wiatrowe o pionowych osiach, biogazownie przy oczyszczalniach ścieków, składowiskach odpadów komunalnych lub dużych zakładach spożywczych. Często wystarczy lepiej ocieplić swój dom, wymienić okna, porządnie zrobić dach, z izolacją….. No i oczywiście elektrownie bądź elektrociepłownie jądrowe. Naprawdę mamy z czego wybierać. Nie wierzmy w zabobony, tylko w naukę.

Autor tekstu:

Michał Paweł Bijata jest studentem Uniwersytetu Warszawskiego  Międzywydziałowych Studiach Ochrony Środowiska w Uniwersyteckim Centrum Badań nad Środowiskiem Przyrodniczym i Zrównoważonym Rozwojem .

Źródła:

https://businessinsider.com.pl/
http://naukaoklimacie.pl/
https://ziemianarozdrozu.pl/
https://naukadlaprzyrody.pl/
http://orka2.sejm.gov.pl/

Literatura:

„Nauka o Klimacie” Popkiewicz, Kardaś, Malinowski
Wykłady MSOŚ UCBS UW.

Nurtują cie pytania? Skontaktuj się z nami…