Obnoviteľný zdroj energie

Scenáre

S výhľadom do roku 2030, Americká spoločnosť pre solárnu energiu vo svojej správe analyzuje tri možné scenáre: scenár „ako doteraz“ bez výraznejších zmien, scenár prostredný, ktorý obsahuje výraznejšie kroky v relevantnej politike, a napokon scenár rozvinutý, zahŕňajúci agresívny rozvoj v oblasti obnoviteľných zdrojov a efektívnosti ich využívania. 
Scenár „ako doteraz“ predpokladá nárast pracovných príležitostí v oblasti obnoviteľných zdrojoch o 190 % do roku 2030, a vznik pracovných príležitostí vytvorených energetickou efektívnosťou o 85 %.
V prostrednom scenári, počet pracovných príležitostí v oblasti obnoviteľných zdrojov narastú takmer sedemkrát, zatiaľ kým počet pracovných príležitostí vďaka energetickej efektívnosti sa viac ako zdvojnásobí.
Napokon podľa scenára rozvinutého sa zvýši počet miest v sektore obnoviteľných zdrojov až 17-krát, a pracovné príležitosti vytvorené energetickou efektívnosťou sa zvýšia 4 – násobne; príjmy z obnoviteľných zdrojov vyšplhajú takmer na 600 miliárd dolárov a zisky z energetickej efektívnosti  na takmer 4 bilióny dolárov.

Hlavné technológie obnoviteľných zdrojov energie

Väčšina obnoviteľných zdrojov je priamo alebo nepriamo závislá od Slnka. Systém Zem – atmosféra predstavuje rovnováhu – tepelné žiarenie vyžiarené smerom do vesmíru je rovné slnečnému žiareniu prichádzajúcemu do atmosféry Zeme. Výsledné množstvo energie v systéme Zem – atmosféra možno hrubo nazvať zemská „klíma“. Hydrosféra (voda) absorbuje majoritnú časť prichádzajúceho žiarenia. Väčšina je pohltená v zemepisných šírkach v okolí rovníka, ale táto energia je následne rozptýlená po celej planéte vo forme vetrov a morských prúdov. Pohyb vĺn môže hrať úlohu v procese premeny mechanickej energie medzi atmosférou a oceánom prostredníctvom tlaku vetra. Solárna energia je ďalej zodpovedná aj za distribúciu zrážok využívaných vodnými dielami, tak ako aj za rast rastlín využívaných pre tvorbu biopalív a biomasy.
Obnoviteľné zdroje energie zahŕňajú prírodné fenomény ako slnečné žiarenie, vietor, vlny a geotermálne teplo, ako objasňuje IEA (International Energy Agency = Medzinárodná energetická agentúra):
"Energia obnoviteľných zdrojov je odvodená z prirodzených procesov, ktoré sa neustále obnovujú. Vo svojich rozmanitých podobách, je odvodená buď priamo od Slnka, alebo od tepla generovaného v hĺbkach Zeme. Podľa definície sú elektrina a teplo vyrobené zo slnečnej, veternej, vodnej, geotermálnej energie, biomasy, biopalív a vodíka získané z obnoviteľných zdrojov".  
Každý z týchto zdrojov má unikátne vlastnosti a spôsoby technického využitia, čo ovplyvňuje ako a kde sú najviac používané.

Biomasa

Rastliny za pomoci fotosyntézy rastú a tak vytvárajú biomasu. Tá sa môže použiť spáliť priamo, alebo sa využiť na výrobu biopalív. Poľnohospodársky vyrobené biopalivá akými sú bionafta, bioetanol, či palivo z vylisovanej cukrovej trstiny, môžu byť spálené v klasických motoroch s vnútorným zápalom alebo ohrievačoch. Biopalivá sa spaľujú s cieľom využiť a premeniť chemickú energiu, ktorá je v nich uskladnená. Výskum smerom k efektívnejším metódam výroby biopalív a iným palivám využívaných v energetike je v súčasnosti veľmi aktívnou oblasťou.

Nová generácia solárnych elektrární

Španielsko: 11 megawattová solárna elektráreň PS10 produkuje elektrickú energiu zo slnka pomocou 624 pohyblivých zrkadiel nazývaných heliostaty. Stavba najväčšej solárnej elektrárne trvá 15 rokov a v krátkom čase bude dokončená. Nenachádza sa v Boulder City v Nevade. So svojou 64MW produkciou dokáže pokryť 40 000 domácností. Plánuje sa s výstavbou podobnej elektrárne v púšti Mojave v Kalifornii ale o výkone až 354MW. Kalifornia vyrába kvantá energie už niekoľko dekád, ale v Nevade sa bude využívať nová a efektívnejšia technológia a tak sa odoberie viac energie zo slnka.
Solárna iniciatíva v Kalifornii.
Vďaka programu Million Solar Roofs guvernéra Kalifornie Arnolda Swarzeneggera sa rozhodla Kalifornia vybudovať solárne elektrárne o kapacite 3 000 MW do roku 2017. Cieľom je používanie čistejšej energie, ktoré bude realizované podporným programom zabezpečujúcim nižšie ceny solárnych systémov pre zákazníkov. Cena tohto projektu sa predpokladá na 2.8 Bilióna.
Najväčšia fotovoltaická elektráreň 40 MW konštrukcia solárnej elektrárne je v prevádzke v Saxon v Nemecku. Tento park Waldpolenz pozostáva z 550 000 modulov z tenkého filmu. Prúd  napätie vznikajúci v týchto moduloch sa konvertuje na požadovanú napäťovú hladinu a pripojí sa na napájaciu sieť. Dostavanie sa plánuje v 2009. Tento projekt sa radi medzi najväčšie aké boli postavene. Najväčší existujúci fotovoltaický park má výstupnú kapacitu 11 MW.
11 MW fotovoltaický park blízko Sepra v Portugalsku je umiestnený do najslnečnejšie oblasti Európy. Tento 11 MW park pokrýva 150 akrov a pozostáva z 52 000 fotovoltaických panelov. Panel je vo výške 2 metre nad zemou. Tento projekt zabezpečí dostatok energie pre 8 000 domácností a ušetrí 30 000 ton karbóndioxidových emisii za rok..
Najväčšia a veľmi efektívna fotovoltaická elektráreň bude vo Viktorií. Ide o 420 miliónový projekt ktorý, je zároveň najväčší na svete. Austrálska spoločnosť Solar systems chce týmto projektom ukázať unikátne nové technológie, ktoré vyprodukujú 154 MW. Tie sú potom vyvedené do národnej siete. Elektráreň bude mat kapacitu koncentrovať žiarenie slnka 500-krát na solárnu bunku s vysokým výstupným výkonom. Elektráreň Victoria vyprodukuje elektrickú energiu zo slnka pre 45 000 domácností s nulovou produkciou emisií. Ale nejde len o veľkokapacitné výrobne ale aj o tzv. Onsides, ktoré sú u zákazníka a tak netreba zabezpečovať zložitú dodávku.
Najväčšiu solárnu elektráreň v Európe uviedli do prevázky pri francúzskom Bordeaux v decembri 2015. Elektráreň do prevádzky uviedla spoločnosť Neoen za 360 mil €. Jej zrkadlá zaberajú plochu 2,5 km² a sú nastavené netradične v osi východ-západ. Týtmo sa výkon elektrárne zvýši 3 až 4-krát. Inštalovaný výkon elekráne je 300 mil €.

Použitie etanolu v doprave

Brazília má jeden z najväčších programov obnoviteľných zdrojov na svete. Zahŕňa výrobu etanolového paliva z cukrovej trstiny. Etanol tvorí 18 percent paliva používaného na vidieku. Pred rokom Brazília dosiahla sebestačnosť v spotrebe pohonných hmôt na domácom trhu. Väčšina aut v U.S.  je schopných ísť na palivo s 10 percentným obsahom etanolu a novovyrábané autá vedia ísť aj na viacpercentné zmesi etanolu. Ford, Daimler Chrysler a GM patria medzi automobilky, ktoré predávajú autá, nákladné autá a minivany typu „Flexi-fuel“. Tieto poháňajú zmesi plynov a viac ako 85 % etanolové zmesi s označením E85. V roku 2006 bolo na amerických cestách približne 6 miliónov aut kompatibilných s palivom E85. Výzvou je rozšíriť tieto biopalivá hlavne na vidiek, kde sa očakáva ich popularita. Flexi autá pomáhajú rozvoju, pretože vodič takéhoto automobilu má možnosť zvoliť si druh paliva podľa dostupnosti a ceny. The challenge is to expand the market for biofuels beyond the farm states where they have been most popular to date. Flex-fuel vehicles are assisting in this transition because they allow drivers to choose different fuels based on price and availability. The Energy Policy Act of 2005, which calls for 7.5 billion gallons of biofuels to be used annually by 2012, will also help to expand the market. Nariadenie Energy Policy Act of 2005 pomáha rozvoju tohto trhu. Predpokladá 7,5 bilióna galónov biopalív ročne už v roku 2012.

Rozmach vlnových parkov

Portugalsko má prvý komerčný vlnový park s názvom the Aguçadora Wave Park spustený v roku 2006. Park používa tri generátory Pelamis P-750 o spoločnom výkone 2,25 MW. Na začiatku stavba stála 8,5 milióna eur. Do roku 2009 sa predpokladá €70 miliónová investícia, ktorá zvýši počet generátorov o 28 a generovaný výkon by mal byť 525 MW. Financovanie vlnových parkov v Škótsku začalo vo februári 2007 Škótskou vládou. Stálo výše 4 miliónov libier ako časť 13 miliónového programu “Ocean power in Scotland”. Bude to najväčšia farma o štyroch vlnových premienačoch energie (pelamis machines) s celkovou kapacitou 3 MW.

Trendy v obnoviteľných zdrojoch

Veľký nárast na trhu sa predpokladá ak sa zvýši efektivita. Nasledujúce príklady sa zaoberajú tým, že ktorý obnoviteľný zdroj sa ako presadí a aká je jeho dostupnosť oproti fosílnym palivá. Často na rozbeh takéhoto priemyslu je potrebná vládna podpora. Ako napríklad prednostný výkup za lepšie ceny, s cieľom posunúť obnoviteľné zdroje na vyššiu úroveň. Čiže sa predpokladá, že touto vládnou podporou sa dosiahne zlacnenie a zvýši sa efektivita.
Taktiež sa do týchto programov investuje pretože sa predpokladá atraktívna návratnosť. Príkladom je Solárny pôžičkový program podporovaný spoločnosťou UNEP, ktorá pomáha 100 000 ľudom financovať solárne systémy v Indií. Úspech tohto programu viedol k podobným programom v ďalších častiam sveta ako Tunisko, Maroko, Indonézia a Mexiko. Taktiež veľké zvyšovanie spotreby fosílnych palív, uhlíkových daní posúva obnoviteľné zdroje na vyššiu úroveň. Znižujúce sa zásoby a zväčšujúce sa potreby urýchľujú tvorbu infraštruktúry a trhu s obnoviteľnými zdrojmi. Dôležité je aj investovať do efektívnosti technológie. Trh s obnoviteľnými zdrojmi taktiež urýchli nezvratne sa blížiaca olejová kríza. Predpokladá sa, že tieto obnoviteľné zdroje sa stanú ďalším veľkým priemyslom. Veľké spoločnosti investujú do vývoje fotovoltaických článkov. Viditeľné to je napríklad v Silicon valley, Kalifornií, Európe a Japonsku.

Obmedzenia a možnosti

Kritici tvrdia, že niektoré obnovitelné zdroje môžu vytvárať znečistenie, môžu mať ničivé dôsledky, zabrať veľké množstvo krajiny alebo môžu mať nechcený vplyv na elektrickú sieť. Niektorí odborníci zaujali postoj, že sa majú podporovať len vhodné obnovitelné zdroje, spomínané pod názvom soft energy technologies, ktoré majú množstvo výhod.

Estetickosť

Solárna a veterná energia je kritizovaná za to, že nezapadá do pôvodného reliéfu. Ale vzhľad ide na úkor efektivity. Slnečné kolektory môžu byt však použité ako protihluková bariéra na diaľniciach a preťažených cestách, taktiež parkoviskách či strechách budov. Taktiež amorfné fotovoltaické články sa môžu použiť ako dymové sklá a pritom produkovať elektrickú energiu. Niekedy náhrady vykazujú lepšie výsledky ako pôvodný materiál, ale kritici to zatiaľ odmietajú.

Prostredie a verejná mienka

Veľa obnoviteľných zdrojov neprodukuje znečistenie priamo, ale použitý materiál, výrobné procesy a konštrukcia produkuje odpad a znečistenie. Niektoré obnoviteľné zdroje môžu spôsobiť environmentálne problémy. Napríklad vrtule veterných elektrární ohrozujú vtákov a vytvárajú vibrácie.

Požiadavky na krajinu

Týka sa to hlavne biomasy a biopalív. Pretože množstvo žatvy je závislé od plochy na ktorej sa pestuje. Taktiež treba tieto plodiny pozvážať, čo produkuje emisie a míňa fosílne palivá. Toto sa dá aplikovať napríklad v bezpečnostných zónach atómových elektrární. Toto však súvisí s extrémom kedy by sa polia používali na pestovanie paliva a nie potravín. V U.S. sa pre biopalivá použilo množstvo krajiny a ďalšia sa zaplavila vodou. V roku 2005 sa 12 % národnej produkcie kukurici použilo na výrobu 4 biliónov galónov etanolu. čo je približne 2 % národnej spotreby benzínu. Predpokladá sa však nárast využívania pôdy, čo by prinieslo nové možnosti. Pracuje sa na zvýšení efektivity produkcií biomasy.
and there are new methods to boost biofuel production.

Hydroelektrárenské priehrady

Hlavnou výhodou je to, že nepotrebujú palivo ako uhlie alebo plyn. Ďalšou výhodou je dlhá životnosť oproti spaľovacím, nižšia cena a v neposlednom rade vytvorí vodné plochy s rôznym využitím. Takto generovaná energia je lacnejšia ako nukleárna alebo z fosílnych palív, čiže dosť vplýva na priemysel. I keď je tu pár nevýhod. Ako záber pôdy a vysťahovanie obyvateľov zaliatej oblasti, zničenie pôvodného vtáctva a ekosystému, zmena podzemných vôd a nebezpečenstvo prasknutia alebo úmyselného zničenia hlavnej steny. Pri budovaní elektrárni je veľmi problematická legislatíva, pretože treba prejsť veľkým množstvom organizácií a úradov.

Veterný park Hlohovec

Stavba by sa mala začať realizovať v roku 2008. S jej ukončením a spustením do prevádzky sa počíta už v roku 2009, všetko však závisí nielen od financií, ale aj doby výroby technológie. V súčasnosti je dodacia lehota 2 roky. S výstavbou veterného parku nebudú súvisieť žiadne obmedzenia pre občanov. Napríklad, samotný dovoz komponentov na miesto realizácie stavby bude prebiehať v nočných hodinách, aby sa tak predišlo prípadným nežiaducim kolíziám. Okrem vybudovania vyhliadkovej plošiny pre rozvoj cestovného ruchu na jednej z turbín, plánuje podporiť istým percentom z predaja elektrickej energie aj rôzne kultúrne a športové aktivity v meste Hlohovec a v obci Bojničky. Ďalšie podobné projekty sa očakávajú napríklad v lokalite Vráble, Cabaj-Čápor pri Nitre, na Myjave.

Dlhodobé stanovisko

Obnoviteľné zdroje energie existujú už bilióny rokov ako voda a slnko... takže ich tak ľahko nevyčerpáme. Ak rieky za svoju doterajšiu životnosť vymyli určité priepasti tak sa dajú potom použiť na výstavbu vodnej elektrárne. A následne produkovať el. energiu. Taktiež ale hrozí pri veľkom geotermálnom odbere, že buď to miesto alebo okolité miesto nejakým spôsobom prepojené sa môže neprimerane ochladiť. Ide o narušenie dejov, ktoré boli ustálené niekoľko tisícok rokov. A v konečnom dôsledku môžeme prísť o takéto vzácne geotermálne zdroje.

Produkcia biopalív

Každá biomasa musí prejsť cez tieto kroky: vyrásť, zozbierať, sušiť, kvasiť a spáliť. Všetky tieto kroky potrebujú zariadenia a vybudovanú infraštruktúru.
Niektoré štúdie ukázali, že etanol je energeticky záporný, čo znamená, že na jeho výrobu sa spotrebuje viacej energie ako sa z neho odoberie. Ale sú aj štúdie vyvracajúce toto tvrdenie. Aj fosílne palivá majú dosť veľké náklady na získavanie a použitie a stále sa zvyšujú vyčerpávaním zdrojov.
Ale etanol nie je jediný produkt, ktorý vzniká pri výrobe. A preto musí byť zarátaná aj energia ďalších produktov. Pri kukurici je typicky 66 % škrob a ostávajúcich 33 % sa nekvasí. Táto nekvasená časť sa volá alkoholové zrno, v ktorom je veľa tukov a proteínov. Toto sa používa ako dobré krmivo pre zvieratá. V Brazílii sa takto využíva cukrová trstina, výnos je vyšší a konverzia je oveľa efektívnejšia ako pri kukurici. Predpokladá sa vylepšenie procesov tejto výroby a aj produktov ako cellulosic ethanol. Podľa International Energy Agency sú, už dnes vylepšené technológie, len ich treba zaviesť do praxe a predpokladá sa, že biopalivá budú hrať oveľa väčšiu rolu v budúcnosti.  Predpokladá sa, že sa bude vyrábať nie len zo zŕn ale aj zo stoniek, koreňov a iných častí rastlín a ich vlákien. Očakáva sa, že mestský odpad, odpad zo žatvy a drevený odpad sú ďalšími zdrojmi celuloidnej biomasy.

Rozloženie

Väčšinou je elektrina vyrábaná vo veľkých centrálnych výrobniach, ale nová technológie umožňujú množstvo možností ako vyrábať elektrinu bližšie k spotrebiteľovi. Ušetrí sa tým cena za prenos a distribúciu a vylepší sa tým celková efektivita a rentabilita systému. Vylepšovaním energy efektivity sa stávame menej závislými od ropných produktov, vylepšujeme bezpečnosť a stabilitu systému. Toto vylepšovanie efektivity posúva do popredia obnoviteľné zdroje energií a vylepšuje ich cenu.

Nukleárna fúzia

V roku 1983 fyzik Bernard Cohen predložil návrh ako uranium môže poskytovať efektívny a nekonečný zdroj energie. Vrátane 5×109 zostávajúcich rokov nasej Zemi. Ide o takzvaný breeder reactory, ktorých cena vyrobenej energie by bola 1 % ceny fosílnych palív. Tento zdroj energie sa zahŕňa medzi obnoviteľné, čo vyplýva z jeho dlhej životnosti.

Udržateľnosť zdrojov

Výhoda obnoviteľných zdrojov je v tom, že nejdú vyčerpať čo je veľká výhoda oproti fosílnym. Ale biomasa a geotermálna energia musí byť čerpaná s rozumom, pretože môže vzniknúť nerovnováha medzi obnovovaním zdroja a odberom energie, čo by viedlo k jeho zániku. Preto musíme čerpať túto energiu v určitom vymedzenom rozsahu.

Prenos energie

V prípade, že obnoviteľné zdroje a rozmiestnená distribúcia sa rozšíria, tak sa zníži význam hlavného dodávateľa a narastie význam lokálnych distribútorov. Príde aj k zmene manažovania systému, a to tým, že sa výroba viacej rozloží vzniká potreba zaistiť lepšiu stabilitu systému bližšie k užívateľovi, tzv. active managment. Niektoré vlády a regulátory k tomuto stanovisku pristupujú kladne. Predpokladajú sa teda zmeny v celkovom spôsobe riadenia siete a v malom rozsahu sa odľahčia bremená distribučných spoločností (hlavne spravovanie obnoviteľných zdrojov). Tento systém by mal byť aj z ekonomického hľadiska priaznivejší. A pripadá do úvahy aj variant s uzavretým územím, kedy by tento uzavretý systém len občasne od nadradenej siete dokupoval elektrinu (po dobu niekoľko hodín týždenne,).

Vývoj trhu s tepelnou energiou z obnoviteľných zdrojov

V anglickej literatúre sa používa termín Renewable heat a znamená generovanie tepla z obnoviteľných zdrojov. V éteri sa rieši hlavne otázka generovania elektrickej energie z obnoviteľných zdrojov ale veľa hlavne chladnejších krajín potrebuje túto energiu viac na vyhrievanie ako na výrobu el. energie. Anglicko spotrebúva každoročne 350 TWh el. energie a 840 TWh z plynu a podobných palív na vykurovanie. Obyvateľstvo samo spotrebuje 550 TWh energie na vykurovanie, hlavne z plynu. Obnoviteľné zdroje sú lacnejšie a ľahšie dostupnejšie pre koncového užívateľa. Preto sa vynára prístupnejší trh s obnoviteľnými zdrojmi v oblasti vykurovania. Jedno z riešení sú aj tzv. tepelné čerpadlá rozšírené pod anglickým názvom geothermal heat pumps, ale je relatívne či sú dostatočne ekonomické. Viacej pod pojmom renewable energy development.