Odnawialne Źródła Energii w Polsce

Odnawialne źródła energii z roku na rok zyskują na popularności. Wiąże się to z kilkoma aspektami. Po pierwsze z roku na rok stają się one coraz tańsze. Dzięki temu ich montaż może być opłacalny, szczególnie jeśli weźmiemy pod uwagę dopłaty od państwa. Dodatkowo Polska będąc członkiem Unii Europejskiej zobowiązała się do realizacji pakietu energetyczno-klimatycznego, który narzuca na nasz kraj, aby określona ilość produkowanej energii pochodziła z odnawialnych źródeł energii.

Pakiet energetyczno-klimatyczny

Jest to zbiór ustaw, które mają na celu realizację polityki Unii Europejskiej odnośnie zmian klimatycznych. Pierwszy raz ujrzał światło dzienne w 2007 roku, a po negocjacjach pomiędzy państwami członkowskimi Unii został przyjęty pod koniec 2008 roku. Realizacja tych ustaw ma na celu ograniczenie emisji gazów cieplarnianych, zwiększenie udziału OZE w produkcji energii oraz podniesienie sprawności energetycznej.

Rodzaje odnawialnych źródeł energii

Odnawialnymi źródłami energii nazywamy te źródła, których wykorzystanie nie wiąże się z długotrwałym deficytem, tzn. że źródło odnawia się. To tego typu źródeł energii zaliczamy wodę, słońce, wiatr, biomasę, biogaz, a także w niektórych klasyfikacjach energię jądrową. Poza tym do energii odnawialnej zaliczamy również ciepło, które można pozyskać z ziemi, powietrza lub wody oraz przy spalaniu biomasy.

Odnawialne źródła energii w Polsce

W związku z koniecznością realizacji pakietu energetyczno-klimatycznego w Europie jak również w Polsce, wprowadzono różnego typu mechanizmy wsparcia dla odnawialnych źródeł energii. Instalacje bazujące na odnawialnych źródłach energii, mogą otrzymać dofinansowanie, zwrot części poniesionych kosztów lub preferencyjne kredyty. Według danych z 2018 roku alternatywne źródła energii posiadały 8,2% udziału w Polsce . Struktura pozyskiwanej energii ze źródeł odnawialnych wyglądała następująco:

1. Biopaliwa stałe – 69,26%,
2. Energia wiatru – 12,4%,
3. Biopaliwa ciekłe – 10,2%
4. Biogaz – 3,25%,
5. Energia wody – 1,91%,
6. Odpady komunalne – 1,11%,
7. Energia słoneczna – 0,93%,
8. Pompy ciepła – 0,67%,
9. Energia geotermalna – 0,27%.

Biopaliwa

Jak widać biopaliwa posiadają największy udział w odnawialnych źródłach energii w Polsce. Jest to spowodowane głównie możliwością współspalania jak również spalania ich w dużych blokach energetycznych, oraz w instalacjach np. rolniczych czy przemysłowych. Moc pojedynczego źródła dzięki temu jest nieporównywalnie większa w stosunku do energii słonecznej, ale wiąże również się to z dużo większym kosztem budowy instalacji jak również z koniecznością zastosowania w specyficznych warunkach. Dodatkowo od 2003 roku do paliw dodawane są biokomponenty.

Biopaliwa dzielimy na trzy podstawowe grupy i są to:

1. biopaliwa stałe – zaliczamy do nich słomę (najczęściej jako sprasowaną w postaci bel, kostek lub brykietu) pellet (czyli najczęściej trociny lub słoma sprasowane w formę granulatu), oraz inne przetworzone odpady z roślin,
2. biopaliwa ciekłe – biobenzyny (otrzymuje się je poprzez fermentację alkoholową węglowodanów do etanolu, jak również fermentację biomasy do butanolu lub estryfikację olejów roślinnych w biodiesel,
3. biopaliwa gazowe – powstają poprzez fermentację beztlenową odpadów rolniczych (zarówno ciekłych jak i stałych) do biogazu, oraz poprzez zgazowanie biomasy (gaz drzewny).

Energia wiatru – elektrownie wiatrowe

Elektrownie tego typu wytwarzają energię elektryczną wykorzystując generatory, które są napędzane energią wiatru. Elektrownie wiatrowe najczęściej w Polsce występują w formie dużych elektrowni o mocy powyżej 50 kW. Istnieją jednak również mikroelektrownie o mocy do 100W oraz małe elektrownie o mocy w zakresie 100W – 50 kW. Elektrownie wiatrowe mogą być budowane na lądzie jak również na morzu. Na chwilę obecną w Polsce nie ma żadnej elektrowni wiatrowej morskiej jednak są tworzone projekty w tym kierunku. Zakłada się, że do 2040 roku łączna moc zainstalowana w Polskich morskich elektrowniach wiatrowych będzie wynosiła około 10,3 GW. Stanowi to około jedną czwartą obecnie zainstalowanej mocy w Polsce. Zaletą tego typu elektrowni jest możliwość budowania dużo większych jednostek, generujących większą moc z pojedynczego wiatraka (nawet powyżej 10MW). Dodatkowo warunki wietrzne na morzu najczęściej są dużo lepsze niż na lądzie.

Energia wody

Elektrownie wodne wykorzystują przepływ wody do napędzenia turbin i zamiany energii kinetycznej na energię elektryczną.

Wyróżnia się kilka rodzajów elektrowni wodnych:

1. elektrownie przepływowe – wykorzystują przepływ rzek,
2. elektrownie regulacyjne – wytwarzają energię poprzez zrzut wody ze sztucznie zbudowanej zapory lub jeziora,
3. elektrownie szczytowo pompowe – działają jak „duże akumulatory”, woda jest pompowana do górnego zbiornika, gdy w systemie elektroenergetycznym dostępna jest moc, lub gdy energia jest tania, a następnie podczas szczytów porannych i popołudniowych woda jest zrzucana jak w elektrowniach regulacyjnych,
4. elektrownie pływowe oraz elektrownie prądów oceanicznych – wykorzystują one fakt że woda morska i oceaniczna jest w ciągłym ruchu.

Odpady komunalne

Energia z odpadów komunalnych jest pozyskiwana w spalarniach śmieci. Ze względu na złożony skład chemiczny odpadów spala je się w piecach rusztowych i stosuje dodatkowo instalacje do odzysku energii. Proces spalania jest dość skomplikowany, ponieważ mieszanka za każdym razem ma inne właściwości chemiczne jak np. kaloryczność. Ze względu na to w komorze spalania dochodzi do dużych fluktuacji temperatury. Należy wspomnieć, że spalane są jedynie odpady, które w procesie segregacji zostały zakwalifikowane jako odpady nie nadające się do recyklingu. Podczas spalania do komory nie są dodawane jakiekolwiek paliwa konwencjonalne. Są one jedynie używane podczas rozruchu pieca.

Energia słoneczna

Energię ze słońca można pozyskiwać na wiele sposobów. Najpopularniejsze są jednak panele fotowoltaiczne i kolektory słoneczne. W niektórych krajach można spotkać duże elektrownie zbudowane ze zwierciadeł skupiających promienie i przekierowujące je na zbiornik z wodą z którego po podgrzaniu para trafia na turbinę. Przykładem może być tutaj Ivanpah Solar Plant na pustyni Mojave w Kalifornii.

Kolektory słoneczne są to urządzenia, które mają na celu zamianę energii promieniowania słonecznego na ciepło. Wykorzystywany jest do tego nośnik energii jak np. glikol, woda lub powietrze. Kolektory najczęściej umieszcza się na dachach budynku i łączy ze zbiornikiem w którym magazynowana jest podgrzana woda. Dzięki temu w budynku można mieć dostęp do ciepłej wody przez całą dobę.

Panele fotowoltaiczne z kolei to elementy półprzewodnikowe, które zamieniają energię promieniowania słonecznego bezpośrednio na prąd. Fotowoltaika posiada największy potencjał do pozyskiwania energii w sposób ekologiczny. Występuje ona w każdym miejscu na Ziemi, a ilość energii dostarczana przez promieniowanie słoneczne w ciągu roku przekracza 30 tysięcy razy roczne światowe zapotrzebowanie na energię.

Każda instalacje fotowoltaiczna składa się z podstawowych elementów takich jak panele PV, falownik, aparatura zabezpieczeniowa oraz akcesoria montażowe. Panele fotowoltaiczne są wykonywane głównie z takich pierwiastków jak krzem, selen, german. Większość produkcji jest wykonywana z krzemu. Jest to pierwiastek powszechnie dostępny, a panele z niego wykonane posiadają stosunkowo wysoką sprawność. Kolejnym ważnym elementem instalacji jest falownik. To on zamienia napięcie stałe jakie jest wytwarzane w panelach na napięcie przemienne jakie jest wykorzystywane w naszych domach. Prąd z falownika można wykorzystać do ładowania akumulatorów, zużyć go w domu, lub odsprzedać do sieci.

W Polsce funkcjonuje obecnie program „Mój Prąd”, który ma na celu promocję odnawialnych źródeł energii, a w szczególności fotowoltaiki. Dzięki niemu gospodarstwa domowe mogą uzyskać dofinansowanie od państwa na montaż paneli. W pierwszej edycji programu sfinansowanych zostało 27 017 instalacji, a wartość wypłaconych dotacji wyniosła 131,9 miliona złotych. Druga edycja programu „Mój Prąd” posiada budżet w wysokości 600 mln złotych i zakłada dofinansowanie nawet 200 000 instalacji.

Pompy ciepła

Pompy ciepła są to urządzenia, które wymuszają przepływ ciepła z obszaru w którym jest niższa temperatura do obszaru o temperaturze wyższej. Podstawowym zadaniem pomp ciepła jest ogrzewanie zarówno pomieszczeń jak i domów. Pompa podczas pracy odbiera ciepło z gruntu lub powietrza i przy pomocy układu zbudowanego ze skraplacza, zaworu dławiącego (kapilary), parownika i sprężarki oddaje je do ogrzewanego pomieszczenia. Pompy ciepła bez problemu mogą zastąpić w domach instalacje centralnego ogrzewania z kotłami na paliwa konwencjonalne. Dodatkowo instalacje tego typu bardzo dobrze współpracują z instalacjami fotowoltaicznymi. Ciekawym i coraz częściej stosowanym rozwiązaniem jest połączenie pompy ciepła z układem klimatyzacji. Dzięki temu w zimie możliwe jest ogrzewanie, a w lato chłodzenie przy użyciu tego samego urządzenia.

Energia geotermalna

Energią geotermalną nazywamy wszystkie źródła które pozyskują energię cieplną ze skał, wody oraz gruntu znajdujących się pod powierzchnią wody. Energia geotermalna pozyskiwana jest najczęściej przy użyciu wierceń podobnych do wykonywanych podczas wydobywania ropy naftowej. Inną metodą jest wtłaczanie wody pod ziemię w miejsca gdzie znajdują się gorące skały. Energia ze źródeł geotermalnych może być wykorzystywana w zbiornikach gorących wód geotermalnych. W tym przypadku wykonuje się odwiert, którym pobiera się wodę, a następnie w pewnej odległości wykonuje się kolejny, którym woda po odebraniu od niej ciepła jest z powrotem wtłaczana pod ziemię. Wadą tej metody jest fakt, że wody podziemne często są wysoko zasolone i zmineralizowane co powoduje bardzo trudne warunki pracy wykorzystywanej aparatury, a w szczególności wymienników ciepła. Istnieje również możliwość zamiany energii geotermicznej na energię elektryczną, jednak wymagane są od tego źródła o bardzo wysokiej temperaturze. Takie występują np. na Islandii, Filipinach czy w Nowej Zelandii.

Podsumowanie

Odnawialne źródła energii (OZE) to źródła energii, które w przeciwieństwie do paliw kopalnych, są niewyczerpywalne i nie powodują emisji gazów cieplarnianych. Do OZE zaliczamy:

• energię słoneczną,
• energię wiatrową,
• energię wodną,
• energię biomasy,
• energię geotermalną.

W Polsce udział OZE w produkcji energii elektrycznej wynosił w 2018 roku 8,2%. Największy udział w tym ujęciu posiadały biopaliwa stałe (69,26%), a następnie energia wiatru (12,4%).

W ostatnich latach obserwuje się wzrost popularności OZE. Jest to spowodowane głównie następującymi czynnikami:

• spadkiem kosztów produkcji energii z OZE,
• wprowadzeniem mechanizmów wsparcia dla OZE,
• koniecznością realizacji pakietu energetyczno-klimatycznego UE.

W Polsce rząd planuje zwiększenie udziału OZE w produkcji energii elektrycznej do 23% do 2030 roku. W tym celu wprowadzane są kolejne mechanizmy wsparcia dla OZE, takie jak program „Mój Prąd” czy „Czyste Powietrze”.

Podsumowując, OZE to przyszłościowe źródła energii, które mają potencjał na znaczące ograniczenie emisji gazów cieplarnianych i poprawę jakości powietrza.

Oto kilka konkretnych przykładów wykorzystania OZE w Polsce:

• W 2023 roku w Polsce działało ponad 6,5 tysiąca elektrowni wiatrowych o łącznej mocy ponad 6,4 GW.
• W 2022 roku w Polsce zainstalowano ponad 1,1 mln mikroinstalacji fotowoltaicznych o łącznej mocy ponad 5,5 GW.
• W 2023 roku w Polsce działało ponad 1,7 tysiąca elektrowni wodnych o łącznej mocy ponad 1,3 GW.

OZE mają również duży potencjał do wykorzystania w sektorach ciepłownictwa i transportu.

• W 2023 roku w Polsce działało ponad 100 tysięcy pomp ciepła.
• W 2023 roku w Polsce zarejestrowano ponad 25 tysięcy samochodów elektrycznych.

Rozwój OZE to szansa na poprawę stanu środowiska naturalnego i stworzenie nowych miejsc pracy.