Rozdział
związane z paliwami kopalnymi
źródła energii jako alternatywa dla paliw kopalnych.
lądowy lub morski niezbędny dla
3. Biomasa, energia słoneczna i
na środowisko i zaawansowane
słoneczne do wytwarzania energii
Perspektywy dotyczące ciepła słonecznego
energetyki wodnej na środowisko i społeczeństwo
Rozdział 5. Fotowoltaika
Produkcja krzemowych ogniw słonecznych.
Działanie krzemowych ogniw słonecznych
Rozwój technologii ogniw słonecznych
Oddziaływanie na środowisko
Ekonomika krzemowych ogniw słonecznych
Globalny potencjał fotowoltaiki
Rozwój fotowoltaiki
Perspektywy dla fotowoltaiki
Rozdział 6. Inne technologie niskoemisyjne
energii pływowej
Energia fal.
dla energii geotermalnej
(sekwestracja) dwutlenku węgla
Przyszłość sekwestracji dwutlenku węgla
Rozdział 7. Energia elektryczna ze źródeł odnawialnych i magazyny energii
Sieci elektryczne.
Energia elektryczna przede wszystkim ze źródeł odnawialnych.
Magazynowanie energii elektrycznej
Technologia vehicle-to-grid
Akumulatory przepływowe.
Technologia power-to-gas i inne metody magazynowania
Rozdział 8. Dekarbonizacja przemysłu grzewczego i transportu
Pompy ciepła.
Czyste paliwa – bioenergia i wodór.
Ciepłownictwo przemysłowe.
Dekarbonizacja transportu: pojazdy elektryczne
Koszt i perspektywy pojazdów elektrycznych
Ogniwa paliwowe
Globalna emisja dwutlenku węgla
Cele dla energii odnawialnej.
Redukcja paliw kopalnych.
Zwiększanie energii odnawialnej
Działania, które należy podjąć
Literatura uzupełniająca
O ile niektóre z obserwowanych zmian temperatury są spowodowane zmianami natężenia promieniowania słonecznego i zjawiskami naturalnymi, takimi jak aktywność wulkaniczna, o tyle wzrost w latach 1970–2000 (i do 2018 r.) można wytłumaczyć tylko wywołaną przez człowieka zmianą stężenia atmosferycznego gazów cieplarnianych, w szczególności CO2, wynikającą ze spalania paliw kopalnych. W okresie 1970–2000 (i do 2018 r.) temperatura na Ziemi pozostałaby mniej więcej taka sama jak w latach 70., gdyby uwzględnić tylko przyczyny naturalne.
Temperatury w latach 2003–2013 były w przybliżeniu stałe, co zostało wykorzystane przez niektórych ludzi, żeby podawać w wątpliwość fakt, że globalne ocieplenie rzeczywiście ma miejsce.
1890 1920 19501980 2010 wzrost temperatury (°C) zmierzona naturalna przewidywana
Rys. 6. Krzywe temperatur globalnych w latach 1890–2018: zmierzone, przewidywane (zmiany naturalne i wywołane ingerencją człowieka), szacowane zmiany naturalne
ROZDZIAŁ 2. Dlaczego potrzebujemy źródeł odnawialnych?
Morskie farmy wiatrowe
W krajach o dużej gęstości zaludnienia na farmy wiatrowe znacznie chętniej wykorzystuje się miejsca na morzu niż na lądzie, ponieważ turbiny nie są wtedy tak widoczne. Ponadto na morzu turbiny mogą być znacznie większe, dlatego że łopaty można produkować blisko portu, dzięki czemu ich wymiary nie są ograniczone szerokością dróg, którymi transportuje się elementy turbiny na lądzie (rys. 15). Planuje się, że moce morskich turbin wiatrowych będą wynosiły do 15 MW jeszcze w latach 20. XXI w.
Najlepszymi obszarami dla morskich farm wiatrowych są wody przybrzeżne, ponieważ woda jest tam płytsza, konstrukcja wież turbin – tańsza, a dostęp do sieci elektrycznej łatwiejszy.
Rys. 15. Transport śmigła o długości 88,4 m do turbiny morskiej o mocy 8 MW
W ostatnich latach dokonano imponujących postępów w zakresie budowy fundamentów pod turbiny morskie. Monopale podtrzymujące turbiny, czyli stalowe rury wbijane w dno morskie na
Rys. 28. Elektrownia geotermalna Krafla, Islandia
Perspektywy dla energii geotermalnej
Elektrownie geotermalne dostarczają niewielką ilość energii, ok. 0,25% światowego zapotrzebowania na energię końcową, po ekonomicznie konkurencyjnej cenie i będą prawdopodobnie wytwarzać 3% (3000 TWh rocznie) do 2050 r. Jednak znacznie więcej energii cieplnej można „wydobyć” spod powierzchni w regionach, gdzie skały o temperaturze 250oC znajdują się na głębokości ok. 5 km, a do których można uzyskać dostęp przez odwierty. W przypadku gorących skał głębokość musi wynosić poniżej 10 km, w przeciwnym razie łatanie dziur i uszczelnianie pęknięć powstających pod wpływem wysokich ciśnień i temperatur jest bardzo trudne. Potencjał zasobów geotermalnych w Stanach Zjednoczonych oszacowano na ponad 300 000 MW, co stanowi ok. jedną czwartą całkowitej obecnej mocy wytwórczej. ROZDZIAŁ 6. Inne technologie niskoemisyjne
Płatności za te systemy są ułatwione dla osób z niewielkim kapitałem dzięki systemom pay-as-you-go (PAYG) połączonym z bankowością mobilną. Jednak zapewnienie finansowania takich inicjatyw nie jest proste, a energia elektryczna nie jest jeszcze dostępna dla najbiedniejszych. Tam, gdzie ma miejsce zarówno ekspansja poza siecią, jak i rozrost samej sieci, te systemy muszą być komplementarne, a zaangażowanie rządu odgrywa pierwszorzędną rolę, np. w Nigerii. Chociaż miasta i większość wiosek w Indiach są połączone z siecią, która zapewnia elektryczność w szkołach i instytucjach publicznych, często w wioskach znajduje się wiele gospodarstw domowych, których nie stać lub które nie chcą mieć podłączenia do sieci, ponieważ dostawy prądu są często zawodne.
Domy zasilane energią słoneczną i z minisieci w tej sytuacji to skuteczniejsze rozwiązanie. W Bangladeszu kilka milionów gospodarstw domowych ma domowe systemy solarne, wiele z nich jest połączonych w minisieci, które umożliwiają handel energią elektryczną i wykorzystują łańcuchy blokowe (ang. blockchains)30 do bezpiecznej wymiany informacji, co pomaga zrównoważyć podaż i popyt.
Perspektywy dla fotowoltaiki
Ponieważ w kilku regionach świata koszt produkcji energii elektrycznej z elektrowni słonecznych na skalę przemysłową jest obecnie mniejszy niż z elektrowni na paliwa kopalne, nowe generatory są coraz częściej generatorami fotowoltaicznymi. W 2018 r. ich łączna moc osiągnęła 100 GW, czyli mniej więcej tyle samo, ile moc dodana przez wszystkie nieodnawialne generatory. Dominują Chiny, które dysponują ok. jedną trzecią światowych mocy produkcyjnych, a zarówno to państwo, jak i Indie mają ambitne plany rozwo-
30 Blockchain (łańcuch blokowy) – architektura przechowywania informacji w sposób gwarantujący niezmienność danych historycznych.
ROZDZIAŁ 5. Fotowoltaika
ju produkcji fotowoltaicznej. Jednak oba kraje muszą zmodernizować sieci, aby dostosować je do rosnącej produkcji energii ze źródeł odnawialnych. Gwałtowny spadek kosztów wytwarzania energii słonecznej już pomaga zastąpić wytwarzanie energii z węgla i wycofano niektóre projekty elektrowni, ale zarówno Chiny, jak i Indie nadal budują elektrownie węglowe, które łatwiej uruchomić niż farmę słoneczną w celu zaspokojenia lokalnego zwiększonego popytu (o ile dana elektrownia słoneczna nie ma magazynu energii lub innych udogodnień). W innych krajach również następuje ekspansja fotowoltaiki (rys. 24), a jako że koszt magazynów energii spada, inwestycje w panele słoneczne w połączeniu z magazynowaniem szybko rosną.
globalna zaistalowana moc fotowoltaiki (GWp)
fotowoltaika słoneczna
Azja i Oceania
Ameryka Północna i Południowa
Bliski Wschód i AfrykaEuropa
Rys. 24. Globalna zainstalowana moc fotowoltaiki. W 2018 r. Chiny miały 64%, Japonia 20%, a Indie 10% rynku Azji i Oceanii, a USA 79% rynku obu Ameryk
Perspektywy dla fotowoltaiki