Obnovljivi viri energije
Obnovljivi viri energije so pomembnejši kot kadarkoli prej. Predstavljajo zeleno prihodnost energetike in odmik od fosilnih goriv. Obnovljivi viri energije predstavljajo smernico, ki vodi v bistveno njiži ogljični odtis in trajnostno prihodnost Zemlje.
S pojmom vodna energija označujemo energijo, ki jo voda nosi zaradi svojega gibanja. Je eden prvih virov energije, ki se je uporabljal za proizvodnjo električne energije. Vodna energija se sestoji iz kinetične energije, ki je pogojena s hitrostjo toka, in iz potencialne energije, ki je odvisna od višinske razlike vodnega padca. Večja kot sta hitrost in višinska razlika vodnega toka, večji je potencial za proizvodnjo električne energije. V Sloveniji predstavlja izraba vodne energije slabo tretjino celotne rabe obnovljivih virov.
Za proizvodnjo električne energije se uporabljajo hidroelektrarne, ki v osnovi zajemajo tri dele: osrednji del z vodno turbino in generatorjem električne energije, jez za zajezitev in nadzor vodnega toka, ter območje za skladiščenje vode.
Njena slabost je negativen vpliv, ki ga ima izgradnja hidroelektrarn na ekološki prostor. Klimatske spremembe pa prinašajo tudi nihanja v razpoložljivosti vodne energije, s tem pa negotovost pri proizvodnji električne energije.
Sončna energija se izrablja za proizvodnjo električne in toplotne energije. Za proizvodnjo elektrike se uporabljajo fotovoltaični solarni paneli, ki so sestavljeni iz silikonskih celic. Ob stiku s sončno svetlobo se v silikonskih celicah ustvarja gibanje elektronov, ki povzročajo električni tok. Ta proces je znan kot fotovoltaični efekt.
Uporaba sončnih panelov je vse bolj razširjena tudi v gospodinjstvih, saj se stroški z razvojem tehnologije konstantno znižujejo. Čeprav velja sončna energija za obnovljivi vir energije, pa je količina pridobljene energije napram potrebni energiji za izdelavo in namestitev sončnih panelov manj ugodna, s tem pa tudi ekološki vpliv tovrstnih sistemov.
Sončna energija predstavlja dobre 3 % skupne rabe obnovljivih virov energije v Sloveniji.
S pojmom vetrna energija označujemo predvsem kinetično energijo zraka, ki jo z vetrnicami koristimo za proizvodnjo električne energije. Osnovni del vetrnice je turbina, katere lopatice so oblikovane tako, da ob natekanju zračnega toka povzročajo njeno rotacijo. Kinetična energija vetra se tako pretvarja v mehansko (rotacijsko) energije turbine, le-ta pa se v generatorju pretvarja v električno.
Izraba vetrne energije je sicer ekološko veliko bolj prijazna, kot izraba fosilnih goriv, vendar pa ima številne pomanjkljivosti. Med njimi je denimo visoka cena izgradnje in vzdrževanja vetrnih turbin in potrebne infrastrukture, ki pa je zaradi ugodnejših vetrnih razmer pogosto postavljena na odročnih krajih.
Količina »zelene energije«, ki jo pridobimo, je relativno majhna v primerjavi z energijo, ki jo je potrebno vložiti v izgradnjo tovrstnih elektrarn. V Sloveniji vetrnih elektrarn za oskrbo večjih območij nimamo.
Geotermalna energija je toplotna energija, ki je shranjena pod Zemljinem površju in je posledica toplotnih tokov, ki potekajo iz središča Zemlje. Shranjena je v zemljini ali v podtalni vodi.
Za njeno izrabo se po navadi uporabljajo vrtine, geosonde ali horizontalni kolektorji, ki ne zahtevajo intenzivnih posegov v okolje. Plitva geotermalna energija velja tudi za najčistejši obnovljivi vir energije, saj sistemi za njeno izrabo ne zahtevajo kompleksne infrastrukture in opreme.
Z napredovanjem tehnologije so se stroški obratovanja geotermalnih sistemov znatno znižali. Hibridne naprave, kot je Menerga Rewatemp, ki predstavlja toplotno črpalko in hladilni agregat v eni kompaktni enoti, omogočajo visoko učinkovito rabo geotermalne energije, ki je cenovno dostopna širokemu krogu.
Temperatura morja v globinah večjih od 20m se skozi leto relativno malo spreminja. Zato predstavlja morska voda zelo dober vir toplotne energije, ki jo lahko koristimo s pomočjo toplotnih črpalk, kakršna je hibridna naprava Menerga Rewatemp.
Pri izrabi toplotne energije morja se morski vodi odvzema ali dodaja izključno toplota in se nato nekoliko ohlajena ali ogreta vrača nazaj na mesto odvzema. Tako ostaja kvaliteta vode nespremenjena, saj ni potreb po kemični obdelavi vode ni.
Biomasa predstavlja snovi organskega izvora, v katerih je shranjena s fotosintezo nastala energija. Uporablja se za proizvodnjo električne in toplotne energije, ter za proizvodnjo biogoriva. V Sloveniji predstavlja biomasa več kot polovico skupne rabe obnovljivih virov energije. Med biomaso prištevamo:
- lesno biomaso, ki se uporablja za ogrevanje stavb, za proizvodnjo procesne energije v industriji in za proizvodnjo električne energije.
- kulturne rastline, ki se uporabljajo za proizvodnjo biogoriv.
- organske odpadke, ki se pretvarjajo v bioplin.
Ima pa tudi številne slabosti, kot so na primer:
- Slaba energetska gostota.
- Onesnaževanje okolja, ki nastaja ob izgorevanju naravnih materialov.
- Najbolj pogosto se uporablja lesna biomasa, kar pa lahko povzroči krčenje gozdov.
- Potreben prostor za izkoriščanje in skladiščenje biomase je veliko večji od tistih pri ostalih virih energije.
Transportni promet povzroča skoraj četrtino svetovnih emisij toplogrednih plinov, saj bazira v veliki meri na uporabi fosilnih goriv. Biogoriva so narejena iz biomase in služijo kot alternativa fosilnim gorivom. V Evropski uniji naj bi v letu 2020 nadomestila okrog 10 % klasičnih transportnih goriv.
Kot pogonski biogorivi se uporabljata biodizel in bioetanol. Biodizel se uporablja samostojno ali v kombinaciji s klasičnim dizelskim gorivom, bioetanol pa v kombinaciji z bencinom.
V Sloveniji je uporaba biogoriv za evropskim povprečjem in predstavlja okrog 3% delež vseh pogonskih goriv (podatki iz l. 2014).
Zaradi energetsko zelo potratnega procesa pridelave poljščin in ogromnih površin, ki jih zahteva proizvodnja biogoriv, pa je ekološka in ekonomska smiselnost njihove uporabe pod vprašajem.
Obnovljivi viri energije v Sloveniji
Delež OVE (obnovljivi viri energije) v Sloveniji po zadnjih podatkih (iz l. 2018) je 21% skupne energetske rabe. Največji porast deleža OVE je bil zaznan na področju ogrevanja in hlajenja, kjer se je med letoma 2008 in 2017 povečal za 14% na 33% skupne rabe.
Obnovljivi viri energije in ogrevanje zgradb
Proizvodnja toplote za ogrevanje prostorov in sanitarne vode temelji v veliki meri na fosilnih gorivih, ki predstavljajo slabih 90% celotne svetovne rabe energentov v sistemih ogrevanja. Raba OVE se sicer povečuje, vendar je z ozirom na klimatske spremembe ta rast prepočasna. V zadnjem desetletju se je delež OVE v sistemih ogrevanja povečal iz 9% na 11%.
Daleč največji predstavnik OVE za proizvodnjo toplote je bioenergija in predstavlja 7,5% skupne rabe. Okrog dve tretjini bioenergije se porabi v industrijskem sektorju. Njena rabe pa se bo v naslednjih petih letih povečevala za predvidoma 12%.
Največji relativni porast je beležen pri uporabi električne energije iz OVE, ki se bo v naslednjih petih letih predvidoma povečal za 41%. Največji porabnik so stavbe, in sicer okrog dve tretjini celotne rabe električne energije iz OVE.
Rast uporabe solarne energije se je sicer v zadnjem obdobju upočasnila, vendar je predvidena 50% rast v naslednjih petih letih, predvsem v stavbah.
Trenutno najmanjši delež med OVE predstavlja geotermalna energija, vendar je pričakovati, da se bo njen delež v prihodnje hitro povečeval. Že v naslednjih petih letih se bo njena izraba povečala za 40%. Razlogov za uporabo geotermalne energije v sistemih energije je veliko.
Obnovljivi viri energije – prednosti in slabosti
Prednosti
Količina OVE je praktično neomejena, kar pomeni, da z njeno izrabo delujemo trajnostno in skrbimo za boljši jutri. Tudi pri izrabi geotermalne energije delujemo trajnostno, saj energijo, ki jo v zimskem času odvzemamo za potrebe ogrevanja, v poletnem času vračamo kot odpadno toploto hlajenja.
V primerjavi s fosilnimi gorivi so emisije toplogrednih plinov pri izrabi OVE zelo majhne in tako njihova izraba skorajda ne prispeva k segrevanju ozračja. Pri tem pa je pomembno vprašanje, kakšen vpliv na okolje ima tudi postavitev infrastrukture za izrabo OVE. Dober kazalnik tega je energetska gostota, ki označuje količino potrebnega gradbenega materiala na enoto pridobljene obnovljive energije. Ob upoštevanju vseh teh faktorjev velja geotermalna energija za daleč najbolj čist vir obnovljivega vira energije.
Donosnost je odvisna od vrste OVE. Toplotne črpalke v geotermalnih sistemih so od 3 do 6 krat bolj učinkovite od klasičnih toplotnih črpalk zrak-voda. Povrnitev stroškov investicije v sisteme za izrabo OVE se lahko povrne v 5 do 25 letih.
Predvsem sistemi za izrabo geotermalne energije so izjemno zanesljivi, saj je geotermalna energija vedno na voljo. Tako lahko izrabljamo toplotno energijo tega vira s predvideno toplotno močjo ves čas, kar pomeni visoko zanesljivost.
Tehnologija za izrabo OVE se konstantno izboljšuje, s tem pa tudi sama energetska učinkovitost. Pričakovati je, da bo tako v prihodnosti naraščala tudi finančna upravičenost investicije v tovrstne sisteme še naprej.
Slabosti
Sončna energija, energija vetra in hidroenergija so odvisne od vremenskih razmer, kar pomeni, da je njihova izraba velikokrat nepredvidljiva. Geotermija pa od vremenskih dejavnikov ni odvisna in je na voljo konstantno skozi vso leto.
Izraba določenih virov OVE je pogosto omejena na lokacije, kjer so pogoji za njeno izrabo ustrezni. Izraba določenega OVE je tako velikokrat omejena in ni na voljo za širšo izrabo.
Tovrstni sistemi so pogosto locirani na oddaljenih krajih, kar pa pomeni dolgo transportno mrežo do porabnikov. Njena izgradnja pa zahteva konvencionalne energente, kar lahko postavlja okoliške vplive tovrstnih sistemov pod vprašaj.
Zaradi donosnosti izrabe OVE za proizvodnjo električne energije je potrebno poskrbeti za skladiščenje odvečne električne energije, kar pa pomeni dodatne stroške.
Za proizvodnjo enake količine električne energije s pomočjo sončne energije potrebujemo več kot 4 krat večjo površino, kot pri proizvodnji z nuklearno elektrarno.
Čeprav veljajo OVE za čist vir energije, pa so lahko prisotni negativni okoliški vplivi pri izgradnji hidroelektrarn, namestitvi vetrnih turbin, krčenju gozdov za potrebe izdelave biomase itd.
Paradoks obnovljivih virov energije
Ime »alternativni viri energije je lahko tudi zavajajoče. Kajti vsi alternativni viri energije niso nujno alternativni. Pri alternativnem viru je potrebno namreč vzeti v obzir:
- koliko energije nam ta alternativni vir prinese skozi svojo celotno življenjsko dobo,
- koliko energije je potrebno za izgradnjo in delovanje tega alternativnega vira energije.
Primer: energija vetra, ki se je v zadnjih desetletjih uveljavila kot sinonim čiste energije je dejansko paradoks čiste energije. Vetrna turbina zares proizvaja energijo na čist način, toda, če vzamemo v zakup tudi izgradnjo ene vetrne turbine je računica drugačna.
Ena vetrna turbina potrebuje cca. 900 ton železa, 2500 ton betona in 45 ton plastike, ki je ni mogoče reciklirati. Solarna energija potrebuje še več cementa, železa in stekla ter prav tako še druge materiale.
Da bi zgradili dovolj vetrnih turbin, da bi omogočili polovici Sveta preklop na vetrno energijo bi potrebovali približno 2 milijardi ton premoga, da lahko proizvedli potrebno količino železa in betona. Še dodatni 2 milijardi sodov olja bi potrebovali, da se ustvarijo krila vetrnice. Prav tako je več kot 90% solarnih panelov je zgrajenih v Aziji na osnovi električne mreže, ki močno sloni na premogu. (Vir: Wall Street Journal)
Nenazadnje je tukaj tudi potrebno upoštevati poseg v krajinski prostor, ki je pri vetrnih turbinah nezanemarljiv, saj stojijo daleč izven ruralnih območij in je do njih potrebno zgraditi infrastrukturo.
Gostota energije obnovljivih virih energije
Gostota energije v obnovljivih virih energije je ključ do razumevanja celostne slike obnovljivih virov energije. Kajti obnovljivi vir je dejansko obnovljiv, če za njegovo proizvodnjo ne potrebujemo več kot bo ta vir dal skozi svoj življenjski cikel. Na ta način smo morda znižali stroške, vendar nismo storili dovolj na področju zmanjševanja izpustov toplogrednih plinov.
Gostota energije predstavlja količino materiala, ki je potrebna za proizvodnjo energije. Vidimo, da imajo tudi alternativni viri energije velik »energetski rep«, ki predstavlja količino energije potrebno za produkcijo.
Spodnja tabela prikazuje različne vire energije, klasične in obnovljive, glede na njihovo energetsko gostoto. Izražena je v Terawatt-urah (TWh), ki predstavljajo 10^12 Watt-ur.
Gostota energije – potreba po materialu za določen tip priprave energije glede na vir.
Zakaj je geotermalna energija najbolj čisti obnovljivi vir energije?
Geotermalna energija je prav zaradi energetske gostote najbolj čist vir energije, slednje je razvidno iz zgornje tabele. Edini vir, ki je čistejši od geotermalne energije je jedrska energija, ki pa s sabo nosi visoko ekološko tveganje tako za človeštvo kakor tudi za naravo.
Hkrati je geotermalna energija okolju najbolj prijazen vir, saj si energijo vode le »izposoja« za hlajenje oz. ogrevanje. Nato pa jo ponovno vrača v podtalnico ali morje. S pomočjo naprav kot sta RewaTemp in HydroTemp je slednje enostavno mogoče. Njeno izkoriščanje je postalo enostavno, naprave pa so dobavljive in enostavno funkcionirajo v kombinaciji z vrtinami ali geosondami.
Napravi Rewatemp in Hydrotemp za prirpavo tolpotne in hladilne energije na osnovi obnovljivega vira energije (geotermalna energija)
