Alternatywne źródła energii

Alternatywne źródła energii – kompendium wiedzy

Zapotrzebowanie na energię współczesnego świata stale rośnie. Kraje rozwijające powoli doganiają te rozwinięte w wykorzystaniu technologii, której wykorzystanie nie jest możliwe bez odpowiedniego zasilania. Urządzenia elektryczne zaczynają dominować w wielu obszarach naszego codziennego życia, a postępująca automatyzacja zastępuje siłę roboczą wyspecjalizowaną technologią, która zużywa energię w znacznie większym stopniu. Nikt nie wyobraża sobie dzisiaj prowadzenia gospodarstwa domowego bez źródła zasilania. Nasze sprzęty RTV/AGD bez dostępu do energii są w zasadzie bezużyteczne. Tymczasem w skali światowej co roku przybywa osób, które mogą sobie pozwolić na korzystanie z gadżetów elektronicznych, samochodów, sprzętów użytku domowego i innych elementów, wymagających zasilania. 

Poszukiwanie sposobów pozyskiwania energii, które są nieinwazyjne dla środowiska, jak również niewyczerpalne i umożliwiające niezależne korzystanie na użytek prywatnego gospodarstwa domowego, jest więc konieczne. Nieodnawialne zasoby na Ziemi kurczą się, a ich zużycie wespół z innymi czynnikami napędza zmiany klimatyczne, postępujące w coraz szybszym tempie. Alternatywne źródła energii umożliwiają ich zatrzymanie poprzez redukcję śladu węglowego i zniwelowanie negatywnego wpływu na środowisko. Ponadto, są również ważnym elementem walki z wykluczeniem energetycznym na niedostępnych obszarach, często nieuwzględnianych w planach rozbudowy sieci. Mieszkańcy takich terenów mogą wziąć sprawy we własne ręce, wykorzystując w tym celu alternatywne źródła energii. Przykłady? Zastosowanie paneli fotowoltaicznych na trudno dostępnych, niepołączonych siecią drogową obszarach pustynnych czy równikowych, gdzie warunki do pozyskiwania energii ze słońca są znakomite. 

1. Alternatywne źródła energii – definicja
2. Alternatywne źródła energii – przykłady
2.1 Energia słoneczna
2.2 Energia wody
2.3 Energia wiatru
2.4 Biogaz, biomasa i biopłyny
3. Alternatywne źródła energii – zalety
4. Alternatywne źródła energii – wady
5. Tradycyjne i alternatywne źródła energii
6. Alternatywne źródła energii a samowystarczalność
7. Alternatywne źródła energii w Polsce

1.Alternatywne źródła energii – definicja

Pojęcia odnawialnych i alternatywnych źródeł energii często stosuje się w charakterze zamienników. W rzeczywistości jednak nieco różnią się od siebie znaczeniem, chociaż przenikają się, co powoduje, że użycie ich w charakterze synonimów nie powinno zostać uznane za błąd. Co to są alternatywne źródła energii? Definicja określa je zasobami, które pozyskuje się niezależnie od dużych dostawców, będących zazwyczaj przedstawicielami przemysłu węglowego czy naftowego. Pozyskiwanie energii w sposób alternatywny może przebiegać na przykład poprzez wykorzystanie przydomowej mikro instalacji fotowoltaicznej czy wodnego młyna. Ale alternatywne źródła energii to również pojęcie, które można postawić w opozycji do tradycyjnych źródeł energii, a więc węgla, ropy, gazu i uranu. Te pierwsze umożliwiają konwersję naturalnej, odnawialnej energii, drugie natomiast wymagają eksploatacji źródła nieodnawialnego.

Mówiąc w skrócie – alternatywne źródła energii są tymi, które nie wymagają wykorzystania nieodnawialnych surowców. Często jednak określa się tym mianem również kategorię źródeł, które umożliwiają samodzielne wykorzystanie na poczet zaspokojenia zapotrzebowania energetycznego gospodarstwa domowego. Ich zastosowanie pozwala na przykład na wprowadzenie w życie idei domu autonomicznego, która zakłada funkcjonowanie domowników bez żadnych dostaw energetycznych z zewnątrz. Alternatywne źródła energii w domu jednorodzinnym sprawdzają się znakomicie.

Alternatywne źródła energii mogą być wykorzystywane zarówno do zasilania gospodarstw domowych, jak i zakładów czy całych zespołów miejskich. Wiele energetycznych modeli miast zakłada również produkcję energii przez samych mieszkańców. Taki obieg jest najbardziej wydajny i umożliwia uniknięcie marnowania energii.

2. Alternatywne źródła energii – przykłady

Do alternatywnych źródeł energii zaliczamy między innymi energię rzek, wiatru, słońca, biogaz, biomasę, biopłyny oraz energię pływów i prądów oceanicznych czy geotermalną. Alternatywne źródła energii postrzegane są często jako ,,nowość”, alternatywa dla paliw kopalnych. W rzeczywistości jednak tradycja ich zastosowania jest przecież znacznie dłuższa niż w przypadku węgla, ropy naftowej czy gazu. Już od tysięcy lat konstruuje się maszyny i kompleksy, wykorzystujące energię wiatru czy wody. Wystarczy wspomnieć używane od wieków młyny wodne czy wiatraki, z których korzystają zarówno gospodarstwa domowe, jak i zakłady produkcyjne i przetwórcze. 

Ich zastosowanie umożliwia wykorzystanie naturalnych atrybutów terenu – jak spadek rzeki czy strumienia bądź dużą ilość wiatru będącą wynikiem określonego ukształtowania terenu lub bliskości morza. Wykorzystanie konwencjonalnych, tradycyjnych źródeł energii takich jak paliwa kopalne nie pozwala na wykorzystanie uwarunkowań środowiskowych. Zamiast tego, wykorzystuje się nieodnawialny surowiec, często sprowadzany z innych części globu, co dodatkowo napędza klimatyczne zmiany.

2.1 Energia słoneczna

Słońce dociera niemal do każdego zakątka ziemi, choć oczywiście istnieją obszary, na których dostęp do niego jest znacznie ograniczony. Wykorzystanie solarów jest jednak możliwe i gwarantuje wydajność w zasadzie wszędzie – od stref umiarkowanych po równikowe. Nic dziwnego, że farmy solarne mnożą się na całym globie, zwłaszcza na obszarach pustynnych, gdzie intensywność promieniowania słonecznego jest znacznie wyższa.

Panele fotowoltaiczne

Fotowoltaika to niewątpliwie przodujące alternatywne źródło energii. Zastosowanie paneli fotowoltaicznych umożliwia konwersję promieniowania słonecznego na energię elektryczną w sposób łatwy i opłacalny – z wykorzystaniem płytek krzemowych. Wbrew pozorom, technologia ta jest wydajna nawet w pochmurne dni. Korzystając z paneli, właściciel gospodarstwa domowego może zyskać niemal całkowitą niezależność od sieci energetycznej, produkując taką ilość energii, która zaspokoi zapotrzebowanie domowników. Ewentualną nadwyżkę może oddać do sieci, wykorzystując ją w ciągu następnego roku.

Kolektory słoneczne

Często mylone z panelami fotowoltaicznymi kolektory słoneczne umożliwiają produkcję ciepła do ogrzewania wody poprzez wykorzystanie promieni słonecznych. Bywa, że służą również do komplementarnego ogrzewania budynku. Są wydajne wyłącznie w słoneczne dni. Zamiast konwertować promieniowanie na energię elektryczną, pochłaniają ciepło, z którego wykorzystaniem ogrzewana jest woda.

2.2 Energia wody

Pojęcie energii wody jest zbiorcze – w jego ramach można wyróżnić energię rzek i pływów, prądów oraz falowania. Stosowanym od wieków rozwiązaniem, stanowiącym alternatywne źródło energii, jest na przykład koło wodne, które przekształca energię spadku wody lub jej przepływu w energię potencjalną, umożliwiającą wprawienie w ruch maszynerii. Koła wodne stanowiły integralny element młynów wodnych, które były wykorzystywane między innymi w tartakach czy kuźniach. Ten dość archaiczny sposób pozyskiwania energii ewoluował w koło hydrauliczne, stosowane do dziś. 

Do pozyskiwania energii prądów morskich, pływów i falowania niezbędne jest wykorzystanie zaawansowanej technologii, a niszcząca siła oceanu niestety prowadzi do częstych awarii i szybkiej eksploatacji sprzętu. Z tego względu rozwój tej gałęzi przemysłu energetycznego jest dość powolny. Należy jednak podkreślić, że oceany stanowią alternatywne źródło energii o ogromnym potencjale, co sprawia, że wiele krajów nadmorskich chce inwestować w tę technologię.

2.3 Energia wiatru

Popularność tego odnawialnego źródła energii stale wzrasta, zwłaszcza wśród krajów, dysponujących długą linią brzegową. Najefektywniejsze są elektrownie wiatrowe stawiane na równinnych terenach nadmorskich. Dlatego też w ten rodzaj energii intensywnie inwestuje na przykład Holandia czy Austria. Aby zamienić energię kinetyczną wiatru na pracę mechaniczną, niezbędna jest turbina – integralny element elektrowni wiatrowej. To właśnie w niej (a konkretniej w generatorze) zachodzi przemiana energii obrotów na energię elektryczną. Zanim zaczęto powszechnie wykorzystywać turbiny, przez wieki używano innego, podobnego mechanizmu przetwarzającego energię wiatru na energię kinetyczną w ruchu obrotowym. Mowa oczywiście o wiatrakach, wykorzystywanych przede wszystkim w młynach.

2.4 Biogaz, biomasa i biopłyny

Wykorzystanie biomasy to ekologiczna alternatywa dla użycia węgla czy ropy naftowej, w które może ona ewoluować w wyniku długotrwałych i skomplikowanych procesów. To alternatywne źródło energii obejmuje odpady i pozostałości organiczne z produkcji rolnej czy stanowiące frakcję odpadów przemysłowych i komunalnych. W niektórych krajach jako biomasę wykorzystuje się również drewno i ścinki. Często dokonuje się współspalania wraz z węglem, zamiast wykorzystania czystej biomasy. Aby pozyskać energię, biomasę można spalać, zgazowywać bądź przetwarzać na biodiesel. Biogaz również ma źródło w związkach organicznych, jednak pozyskiwany jest na drodze fermentacji metanowej i rozpadu gnilnego.

3. Alternatywne źródła energii – zalety

Unia Europejska i inne światowe wspólnoty wspólnie uznają, że przyszłość naszej planety to właśnie alternatywne źródła energii. Wady i zalety takiego pozyskiwania energii zdecydowanie nie są zbilansowane – zalet jest zdecydowanie więcej! Począwszy od neutralności środowiskowej po zerową emisję CO2 – alternatywne źródła energii mają przewagę nad konwencjonalnymi na wielu polach. Jakie są ich największe zalety? 

• Zerowy ślad węglowy – alternatywne źródła energii nie przyczyniają się do emisji dwutlenku węgla do atmosfery, który jest głównym winowajcą w kontekście postępujących zmian klimatu;
• Wykorzystanie odnawialnych i ogólnodostępnych zasobów – ten podpunkt odnosi się przede wszystkim do energii słońca, wiatru i wody, które są dostępnymi zasobami w większości zakątków globu;
• Możliwość tworzenia przydomowych instalacji – alternatywne źródła energii pozwalają na częściową lub całkowitą niezależność od dużych sieci, umożliwiając zaspokojenie potrzeb energetycznych gospodarstwa domowego z wykorzystaniem własnej instalacji;
• Darmowe zasoby – węgiel czy ropa naftowa kosztują – ich cena zależy od światowej koniunktury, kosztów wydobycia i transportu oraz zasobów dostępnych w danym kraju. Tymczasem słońce czy wiatr dostępne są bezpłatnie i w nieograniczonych ilościach, dla każdego. W przypadku pobierania energii z dużych sieci wykorzystujących odnawialne zasoby trzeba oczywiście zapłacić. Jednak inwestując we własne instalacje, wystarczy pokryć koszty konwerterów, by cieszyć się (prawie) darmową energią. 
• Neutralność środowiskowa – kolejny niezwykle ważny aspekt, pod którego kątem należy rozpatrywać alternatywne źródła energii. Ich wykorzystanie nie powoduje powstawania zanieczyszczeń, które w przypadku spalania i wydobycia ropy naftowej czy węgla są nieuniknione. Toksyczne hałdy, odwierty, wycieki ropy do oceanu, nieodwracalnie niszczące unikalne ekosystemy – wszystko to jest wynikiem wydobycia i eksploatacji kopalin. Alternatywne źródła energii gwarantują środowiskową neutralność.

Jak można zauważyć, dla środowiska nie ma lepszego rozwiązania niż alternatywne źródła energii. Zalety i wady takiego sposobu pozyskiwania energii przedstawiamy zbiorczo, starając się jednak dookreślić, z którym zasobem wiązać dany mankament czy korzyść. Poszczególne rozwiązania energetyczne różnią się bowiem od siebie w kontekście technologii, kosztów czy dostępności.

4. Alternatywne źródła energii – wady

Jak już wspomnieliśmy, jeśli chodzi o alternatywne źródła energii, zalety i wady nie układają się w równych proporcjach. Korzyści zdecydowanie przeważają, zwłaszcza w przypadku perspektywicznej analizy. Nie oznacza to jednak, że alternatywne źródła energii są bez wad. Istnieje parę mankamentów, które na szczęście mogą jednak zostać wyeliminowane w toku

rozwoju technologii. Jakie wady można wyszczególnić, jeśli chodzi o alternatywne źródła energii? Przykłady można znaleźć poniżej.

• wysoki koszt inwestycji – koszty różnią się w zależności od wybranego sposobu pozyskiwania energii. Dla przykładu energia słoneczna ma rosnącą stopę zwrotu i kosztuje stosunkowo niewiele – pieniądze zainwestowane w panele fotowoltaiczne szybko się zwracają. Inaczej jest w przypadku energii pływów, prądów i falowania. Technologia służąca do konwersji jest stale wystawiona na niszczące działanie potężnych sił oceanu, co generuje wysokie koszty w związku z częstymi naprawami i szybką eksploatacją. Dlatego, choć w oceanach i morzach drzemie ogromny potencjał energetyczny, jego wykorzystanie niekoniecznie jest opłacalne;
• Brak ciągłości – ten argument odnosi się do energii słonecznej, którą można pozyskiwać w danym miejscu tylko przez określoną cześć doby, kiedy słońce pozostaje na horyzoncie;
• Uzależnienie od czynników geograficznych – kopaliny można transportować z miejsca na miejsce bez większych problemów logistycznych (choć oczywiście niejednokrotnie wiąże się to z ryzykiem zanieczyszczenia środowiska na przykład poprzez wyciek ropy). Alternatywne źródła energii w większości wykluczają taką możliwość. Przykładem może być energia geotermalna, która w Europie pozyskiwana jest przede wszystkim na Islandii, we Włoszech, Turcji i Portugalii. Również w przypadku energii wodnej potrzebne są zasoby rzeczne lub linia brzegowa, którymi nie każde państwo dysponuje. Podobnie jest z energią słoneczną czy wiatru. Jedynym zasobem, który występuje w zasadzie wszędzie, niezależnie od klimatu i ukształtowania rzeźby terenu, są biopaliwa: biogazy, biomasa i biopłyny.

5.Tradycyjne i alternatywne źródła energii – różnice

Energetyczny głód świata przez wieki zaspokajano węglem i ropą naftową. Ten pierwszy od XIX wieku stanowi główny surowiec energetyczny, aż do końca ubiegłego wieku grając pierwsze skrzypce na arenie międzynarodowej. Wiele krajów, mimo kierunku, jaki obrał świat w pierwszej dekadzie XXI, łącząc siły we wspólnej walce o neutralność klimatyczną, wciąż opiera i planuje opierać swoją gospodarkę na wydobyciu węgla. W wielu państwach jego zużycie wciąż rośnie, mimo wzrastającej świadomości ekologicznej i popularności odnawialnych źródeł energii. Przykładem mogą być Chiny i Indie, gdzie zapotrzebowanie na węgiel kamienny rośnie z każdym rokiem, mimo iż kraje te mają znakomity potencjał, aby intensywnie korzystać z alternatywnych źródeł energii.

W 2012 roku Chiny były największym konsumentem węgla kamiennego na świecie, zużywając aż 3784,5 mln ton tego surowca rocznie. Tuż za nimi plasowały się Stany Zjednoczone i Indie. Polska znalazła się na dziesiątym miejscu w tym rankingu. Biorąc jednak pod uwagę rozmiar większości krajów, które ją wyprzedziły (oprócz Chin, USA i Indii znalazły się w nim min. Kazachstan, Rosja czy Ukraina), pozycja naszego kraju jest dość wymowna w kontekście podejścia do energetyki i ekologii.

Korzystanie z węgla oczywiście wiąże się ze wzrostem śladu węglowego, a także eksploatacją nieodnawialnych zasobów i zanieczyszczeniem. Należy zaznaczyć, że kraje zaspokajające zapotrzebowanie energetyczne głównie z wykorzystaniem węgla zazwyczaj borykają się z problemami środowiskowymi. Zużycie węgla zwiększa zanieczyszczenie powietrza, często prowadząc do powstawania szkodliwego dla zdrowia smogu. Z kolei działanie przemysłu wydobywczego przyczynia się do generowania toksycznych odpadów i hałd, które ingerują w środowisko naturalne. Ich składowanie jest problematyczne i często przyczynia się do powstania nieodwracalnych zmian w krajobrazie.

Ropa naftowa to kolejna kopalina, bez której trudno wyobrazić sobie funkcjonowanie współczesnego świata. Całkowite jej wykluczenie jest oczywiście możliwe, jednak wymaga mobilizacji wielu sektorów gospodarki w krajach całego świata. Jako podstawowy surowiec przemysłu petrochemicznego, ropa naftowa wykorzystywana jest do produkcji benzyny, olejów, parafiny i smarów. Choć popularność samochodów elektrycznych wzrasta, technologia jest wciąż na tyle droga, że wiele osób rezygnuje z zakupu pojazdów z alternatywnym zasilaniem na rzecz tych tradycyjnych, napędzanych benzyną czy dieslem. 

6.Alternatywne źródła energii a samowystarczalność

Nie można jednak zignorować faktu, że świat odchodzi od wykorzystania paliw kopalnych. Tendencja ta w kolejnych dekadach będzie wyłącznie wzrastać. Rewolucja energetyczna, która jest niezbędna, aby zatrzymać zmiany klimatu i postępujące zanieczyszczenie środowiska, bazuje na odnawialnych źródłach energii. Paliwa kopalne należą natomiast do tych nieodnawialnych. Ograniczone zasoby węgla i ropy naftowej w końcu muszą się wyczerpać. Nieuniknione jest więc poszukiwanie alternatyw. Wykorzystanie odnawialnych źródeł możliwe jest na dużą, jak i małą skalę, co daje właścicielom domów, mieszkań czy niewielkich obiektów komercyjnych możliwość stworzenia środowiska samowystarczalnego w sposób całkowity lub chociaż częściowy. Alternatywne źródła energii są więc oczywistym wyborem dla każdego konsumenta czy inwestora, który stara się wspierać ekologiczną transformację, ale również myśli perspektywicznie. W 2050 roku – kiedy to Europa planuje osiągnąć neutralność klimatyczną – korzystanie z paliw kopalnych będzie nie tylko przestarzałe, ale też prawdopodobnie niemożliwe z uwagi na postęp technologii i infrastruktury.

Możliwości, jakie dają alternatywne źródła energii, są znacznie większe w zestawieniu z tymi tradycyjnymi, bazującymi na paliwach kopalnianych. Ich ślad węglowy jest zerowy lub bardzo niewielki – korzystając z nich, można więc zatroszczyć się o środowisko.

7.Alternatywne źródła energii w Polsce

Polska jest krajem o długiej i silnej tradycji wydobywczej. Przez dekady przemysł węglowy stanowił ważny filar naszej gospodarki, zapewniając zatrudnienie i dochód dziesiątkom tysięcy osób. Przyglądając się strategii energetycznej, którą w pierwszych dwóch dekadach XXI wieku zaadaptowały kraje należące do Unii Europejskiej, można stwierdzić, że Polska podeszła do transformacji energetycznej dość sceptycznie. Niemniej, zainaugurowany w 2019 roku program UE ,,Zielony Ład” zobowiązuje kraje wspólnoty do podjęcia kroków ku neutralności klimatycznej – pozyskiwanie funduszy przez państwa UE nieodłącznie wiąże się z realizacją jego założeń. W drugiej dekadzie XXI wieku w Polsce udział alternatywnych źródeł energii w zaspokojeniu krajowego zapotrzebowania na prąd był dość niewielki. Należy jednak zaznaczyć, że w mikroskali można było zaobserwować duże zainteresowanie alternatywnymi źródłami energii – właściciele prywatnych posesji i zakładów inwestowali i inwestują szczególnie chętnie we własne mikroinstalacje fotowoltaiczne. W 2019 roku rozpoczęto w Polsce ich dofinansowywanie w ramach programu ,,Mój Prąd”.

Alternatywne źródła energii w Polsce z roku na rok zyskują coraz większą popularność. Panele fotowoltaiczne i kolektory słoneczne cieszą się największym zainteresowaniem wśród prywatnych inwestorów. Powstają również kooperatywy energetyczne, umożliwiające inwestycję o pełnej stopie zwrotu i całkowite wykorzystanie wyprodukowanej energii bez utraty nadwyżek. Przykładem może być Krakowska Elektrownia Społeczna funkcjonująca w oparciu o fotowoltaikę, czy funkcjonująca na Lubelszczyźnie Kooperatywa Nasza Energia, wykorzystująca powstające w okolicznych przedsiębiorstwach rolniczych biogazy. To znakomity pomysł na wykorzystanie potencjału, jaki dają alternatywne źródła energii bez konieczności inwestowania dużej ilości pieniędzy.

Alternatywne źródła energii w Polsce mają znakomite zaplecze w postaci zróżnicowanych zasobów. W kraju panują korzystne warunki do zakładania elektrowni wodnych czy słonecznych. W przypadku tych wiatrowych tylko niektóre obszary gwarantują dużą wydajność – należy do nich przede wszystkim pas wybrzeża i rejon suwalski. 

Alternatywne źródła energii w domu jednorodzinnym czy intensywnie funkcjonującym zakładzie sprawdzą się równie dobrze. Dobrym pomysłem może okazać się inwestycja w dom samowystarczalny, który wykorzystuje na małą skalę kombinację alternatywnych rozwiązań energetycznych. Panele fotowoltaiczne wraz z kolektorami słonecznymi i minielektrownią wodną lub wiatrową to najczęstszy wariant, umożliwiający stworzenie ,,zeroenergetycznego” lub ,,plusenergetycznego” gospodarstwa domowego.