Technologie pro obnovitelné zdroje energie

Podíl obnovitelných zdrojů na výrobě elektrické energie rychlým tempem stoupá po celém světě. Podle analytické společnosti Ember vyrobily obnovitelné zdroje až třicet dva procent elektrické energie v roce 2024. Větrné, vodní a solární elektrárny sice nepotřebují k výrobě energie pro klima destruktivní spalování fosilních paliv nebo štěpení jaderného paliva, zato jsou v případě větrných, vodních a solárních elektráren více či méně závislé na počasí.

Větrné, vodní a solární zdroje jsou zdroji svého druhu. Vyrábějí energii tím, že se napojí na již existující energetický tok: kinetickou energii větru či tekoucí vody nebo proud slunečního záření a mění je na elektrickou energii. Jejich nevýhodou však je, že vyrábějí nikoliv tehdy, kdy stoupá spotřeba po energii, nýbrž jen tehdy, když vane vítr, svítí slunce a v přehradách je dostatek vody. Pro budování čistých energetických systémů je tak klíčové ukládání energie z období, kdy panuje počasí příhodné pro výrobu obnovitelné energie.

Ukládání energie

Technické možnosti ukládání energie lze snadno rozdělit podle doby, po kterou jsou schopny uchovat získanou energii. Od kondenzátorů schopných uložit a vybít energii jen v řádu několik milisekund, po velkokapacitní úložiště pro sezónní ukládání energie z léta na studenou zimu. Každý energetický systém však má své vlastní specifické potřeby dané regionálním klimatem i tím, s jakými zdroji pracuje.

V zemích s tropickým klimatem možná nevanou tak silné větry, ale zpravidla je v nich dostatek vody v mohutných řekách a slunečního záření přes den, což umožňuje stavět přehrady s výkonnými generátory. Takovou zemí je například Brazílie, kde vyrábějí energii především z vodních zdrojů a sezónní ukládání energie není příliš potřeba. Jednak je třeba ukládat denní přebytky. Například v jarních a letních obdobích obrovské množství energie ze slunce vyrobené přes den a uložit je pro spotřebu v noci.

Přečerpávací vodní elektrárny

V České republice je nejznámějším příkladem již existujícího zařízení pro ukládání energie elektrárna Dlouhé Stráně v Jeseníkách postavená společností ČEZ za účelem stabilizace sítě a uchování přebytků výroby především z jaderných reaktorů v Dukovanech. Dlouhé Stráně fungují na jednoduchém principu. Zpravidla v noci, kdy jaderné reaktory dodávají více energie, než je potřeba, začnou mohutná čerpadla v údolí centrální části Hrubého Jeseníku pumpovat vodu z dolní do horní nádrže, položené o více než pět set metrů výše. S rostoucím výkonem obnovitelných zdrojů přechází elektrárna do nabíjecí fáze častěji i přes den, kdy je třeba uchovat energii ze slunce, popřípadě ve větrném počasí energii z větrných turbín.

Čtěte také: Ochrana ovzduší a čištění plynů

Dlouhé Stráně jsou jedním z klíčových prvků české energetické sítě a spolu s dalšími třemi přečerpávacími elektrárnami Dalešice, Štěchovice II a Černé jezero vyrovnávají výrobu a spotřebu energie. Ministerstvo životního prostředí vybralo v minulém roce šest nových lokalit pro výstavbu přečerpávacích vodních elektráren. Energetický analytik Oldřich Sklenář z Asociace pro mezinárodní otázky však upozorňuje, že jde o finančně nákladná zařízení, jejichž stavba trvá mnoho let. V případě Dlouhých Strání šlo o takřka dvě desetiletí.

„Nyní je vhodnější investovat prostředky do jiných typů úložišť. V porovnání s přečerpávací vodní elektrárnou lze velmi snadno budovat velkokapacitní bateriová úložiště. Kapacity ukládání potřebujeme co nejdříve. Nemůžeme si dovolit čekat pouze na výstavbu přečerpávacích vodních elektráren. Globální trend tomu dává za pravdu. Na celém světě v současnosti fungují přečerpávací elektrárny s výkonem přibližně 140 gigawattů. Během jedné dekády však přečerpávací technologii ve výkonu předběhly bateriová úložiště o celkovém výkonu přibližně 150 gigawattů.

Baterie

Baterie jsou chemickým úložištěm energie. Trhu dosud dominují lithiové články a jejich největší výhodou je, že mohou v řádech milisekund dodat do sítě potřebný výkon. Především u solárních zdrojů dokáží baterie zásadním způsobem proměnit to, jak dosud fotovoltaické systémy fungovaly. Kombinovaná výroba solárních panelů s bateriovým úložištěm totiž dokáže zajistit vysokou výrobu energie přes den, avšak do sítě může takový kombinovaný systém poslat energii až v čase vysoké poptávky. Velkou výhodou je, že bateriové technologie lze snadno škálovat. Dle výpočtu Fraunhoferova institutu přitom náklady na vyrobenou energii jsou u solárních zdrojů v kombinaci s bateriemi významně nižší než u jakýchkoliv konvenčních elektráren.

Ceny lithia a tedy i bateriových článků globálně klesají. Podle dat společnosti Bloomberg ceny baterií v Číně klesly tak výrazně, že jsou nyní osobní auta s elektrickým pohonem levnější než auta se spalovacím motorem. Řada úspěšných bateriových projektů již v České republice funguje. Podle mluvčího ČEZ Martina Schreiera je cílem největší energetické společnosti v České republice spustit do roku 2030 úložiště v celkové kapacitě tři sta megawattů.

Odvrácenou stranou boomu lithiových baterií je ale rostoucí těžba vzácných surovin spojená s devastujícími dopady na životní prostředí a lidská práva. Lithium se těží například na solných pláních v Chile nebo dobýváním lithiové horniny v Austrálii, plány na těžbu lithia existují v Srbsku, Portugalsku i v České republice v okolí obce Cínovec v Krušných horách. Na suroviny nutné k přechodu na čisté zdroje se dlouhodobě zaměřuje rovněž Čína. S lithiem a dalšími vzácnými prvky jsou tak spojená i stále vážnější geopolitická rizika.

Čtěte také: Technologie IoT pro ovzduší

Devastaci lidských životů i životního prostředí v problematických lithiových dolech však může podle organizace Ember vyřešit přechod na sodíkové články. Ty nejsou v komerčních variantách tak efektivní jako lithiové baterie, jelikož mají nižší energetickou hustotu, avšak Mezinárodní energetická agentura očekává, že jejich konkurenceschopnost vzroste a k roku 2030 již deset procent instalovaných baterií bude používat technologii sodíkového článku. Na rozdíl od lithia je sodík běžným prvkem - je základním kamenem mořské i jedlé soli.

Ukládání tepla a zelené plyny

Pro energetické systémy v zemích s kontinentálním klimatem je zásadní zajistit dostatek energie v zimních obdobích. K dispozici je celá řada zařízení od nejrůznějších typů statických bateriových systémů, ukládání do stlačeného vzduchu nebo tepelných úložišť. Nejde přitom o závratně složité technologie. Podle Oldřicha Sklenáře lze přebytky z obnovitelných zdrojů uchovávat ve formě tepla: „zdaleka nejlevnějším způsobem ukládání energie je ohřev vody a její uchovávání v tepelně izolovaných nádržích. Takový postup lze využít především v teplárenství. Zatímco nyní získávají teplárny teplo spalováním uhlí a zemního plynu, v budoucnu mohou jejich provozovatelé využívat zmíněných přebytků z výroby obnovitelných zdrojů v kombinaci s průmyslovými tepelnými čerpadly.

Nevýhodou ukládání tepla do vody je limitní teplota 98 stupňů Celsia, na kterou lze vodu ohřát tak, aby ji bylo možné lehce skladovat. Proto jsou nyní na trh uváděny systémy, které pracují s ohřevem písku nebo solí. Podle analytika Oldřicha Sklenáře však v současnosti nejnadějnějším technickým řešením k zajištění energie v zimě jsou takzvané zelené plyny. Jde především o bioplyn a z něj odvozený biometan. Bioplyn lze vyrobit v bioplynových stanicích z rozkládající se organické hmoty, často odpadků. Zdrojem bioplynu jsou i čističky odpadních vod. Podle analýzy sdružení pro biomasu BIOM z roku 2022 lze pokrýt až čtvrtinu české spotřeby zemního plynu právě domácí výrobou bioplynu. Více než polovina již existujících bioplynových stanic se navíc nachází v těsné blízkosti plynovodů, a jak upozorňuje Akční plán podpory rozvoje využívání biometanu vypracovaný Ministerstvem životního prostředí, jde snadno bioplynové stanice připojit k plynárenské síti a očištěný bioplyn - biometan - skladovat ve stávajících velkokapacitních plynových zásobnících a následně spalovat v již existujících plynových elektrárnách v době zvýšené poptávky.

Bioplyn je ale skleníkovým plynem, jeho hlavní složkou je metan, který je mnohem agresivnějším skleníkovým plynem než oxid uhličitý, byť se v atmosféře rozpadá dříve. Uvolňuje se však i rozkladem organické hmoty na skládkách či vyvětráváním z odpadních vod. Dalším zeleným plynem může být i vodík. Musí být ale vyroben elektrolýzou za použití energie z obnovitelných zdrojů. Vodík hraje především v plánech Evropské komise a německé vlády významnou roli. Přebytky obnovitelné energie lze přeměnit na vodík a ten skladovat či přepravovat pomocí upravených plynovodů. Molekula vodíku je ale velmi malá, a proto snadno unikne z přepravníku nebo úložiště. Vodík se musí navíc skladovat za velmi nízkých teplot, což je energeticky vysoce náročné. Podle analýzy Bloombergu cena za výrobu a využití vodíku nebude po následující dekády klesat.

Trendy v odvětví obnovitelných zdrojů energie

Využívání obnovitelných zdrojů energie dosahuje rekordní úrovně. Podle Mezinárodní agentury pro energii (International Energy Agency, IEA), energetického fóra složeného z 29 zemí, které propagují „zdravé“ energetické zásady, se kapacita obnovitelných zdrojů energie do roku 2024 celosvětově zvýší o 50 %. Z hlediska růstu vede solární energie, ale větrná, geotermální a hydroelektrická energie nejsou daleko za ní.

Čtěte také: Ochrana Přírody: Technologie a Metody

Příklon k solární energii

IEA rovněž předpovídá, že solární energie bude do roku 2025 představovat 60 % růstu celosvětového odvětví obnovitelných zdrojů energie. Předpokládá se, že Čína, Belgie, Nizozemsko, Rakousko, Austrálie a Spojené státy budou mít vedoucí postavení a že v každé z těchto zemí přibudou miliony solárních instalací. Proč je využívání solární energie na vzestupu? Za prvé, náklady na instalaci solárních panelů už několik let klesají a očekává se, že budou klesat i nadále. Solární energie je také dostupnější a nabízí větší volnost než zdroje energie, které vyžadují specifické umístění, jako je větrná a vodní energie. Sluneční světlo dopadá na každé místo na Zemi bez ohledu na podnebí. S rostoucím využíváním se solární průmysl zaměřuje na rozšiřování možností skladování a zdokonalování distribuce, aby domácnosti a firmy mohly fungovat bez ohledu na počasí. Toto zvýšení konzistence podnítí další firmy, vlády a obyvatele, aby se plně zapojili do využívání solární energie.

Větrná energie: na pevnině a na moři

S tím, jak celosvětově narůstá kapacita větrné energie, roste i její využívání. V současné době vede Čína, nicméně Spojené státy a Japonsko ji díky slibným změnám v legislativě dohánějí. Ve Spojených státech se vláda pod vedením Bidena a Harrisové zavázala, že do roku 2030 vybuduje 30 gigawattů zdrojů větrné energie na moři. Japonští zákonodárci vytvořili předpisy, které mají podpořit výstavbu turbín v přístavech a přístavištích a motivovat developery k výstavbě pobřežních mořských farem. Tato země by dokonce mohla nahradit své jaderné reaktory turbínami na moři.

Vláda vodní energie a nástup geotermální energie

Podle IEA bude sice vodní energie v dohledné budoucnosti i nadále hlavním světovým zdrojem obnovitelné energie, ale nebude zaznamenávat takový růst jako solární nebo větrná energie. Vhodných a nákladově efektivních lokalit je už nyní nedostatek, což zvyšuje náklady. Geotermální energie, která je už rozšířená na Islandu a v zemích u tichomořského zlomu, by měla do roku 2024 vzrůst o 28 %. Asijské země, zejména Indonésie a Filipíny, už své kapacity zvyšují a nevykazují žádné známky zpomalení.

Opuštění „špinavé“ energie

Co znamená budoucnost obnovitelných zdrojů pro naše tradiční zdroje energie? Nižší náklady a zvýšená poptávka v sektoru čisté energie přimějí velké ropné a plynárenské společnosti k rozšíření investic do obnovitelných zdrojů. IEA předpovídá, že „obnovitelné zdroje předstihnou uhlí a v roce 2025 se stanou největším zdrojem výroby elektřiny na světě“. Státy Blízkého východu, jako je Saúdská Arábie, by postupně mohly zcela přestat využívat ropu, protože mají k dispozici bohatý a mnohem obnovitelnější zdroj energie - sluneční svit. Podle odborníků by tato země mohla do roku 2040 reálně přejít na stoprocentní systém obnovitelných zdrojů energie, pokud se technologie skladování energie bude dále rozvíjet a regulační orgány přijmou správnou legislativu.

Severoamerická supersíť

Ačkoli se zdá, že svět je připraven si plně osvojit obnovitelné zdroje energie, současná energetická infrastruktura není vybudována tak, aby tento přechod účinně podporovala. Například ve Spojených státech se tak jedna z největších otázek v současnosti týká toho, jak efektivně přenášet energii po celé zemi. Vstupte do severoamerické supersítě. Tato nová energetická síť, kterou navrhla organizace Climate Institute - nezisková organizace se sídlem ve Washingtonu, D.C. - by umožnila mnohem větší dostupnost obnovitelné energie. Po jejím zavedení by Spojené státy mohly přenášet solární energii z farem na jihozápadě do velkých měst na severovýchodě. Teoreticky by se nad stávajícími regionálními distribučními systémy nainstalovala uzlová vysokonapěťová stejnosměrná síť (HVDC), což by umožnilo všem přístup k obnovitelné energii, aniž by se změnil způsob, jakým se elektřina v současnosti využívá v domácnostech a ve firmách. Pokud bude tato supersíť realizována, mohla by zvýšit konkurenceschopnost čisté energie na trhu, kde jinak dominují fosilní paliva.

Co je to obnovitelná energie?

Pojem „obnovitelná energie“ jste už pravděpodobně někdy slyšeli ve spojení s globálním oteplováním a klimatickými změnami. Ale co přesně obnovitelná energie je? A proč je to tak důležité? Obnovitelná energie označuje přírodní zdroje energie nebo výrobní procesy, které lze neustále obnovovat nebo opakovat. Například vítr a sluneční svit nám nikdy nedojdou. Větrné turbíny a solární panely patří ve skutečnosti k nejvýznamnějším zdrojům obnovitelné energie. Kromě toho, že jsou obnovitelné zdroje neomezeně dostupné, obecně produkují méně znečištění než jejich neobnovitelné protějšky. Jsou proto zdravější volbou pro lidi, zvířata i planetu. Není tedy divu, že světoví lídři a ochránci životního prostředí prosazují obnovitelné zdroje energie jako klíč k budování ekologicky udržitelnější budoucnosti.

Naopak neobnovitelných zdrojů energie, jako je ropa, plyn a uhlí, je omezené množství, nelze je rychle obnovit a nejsou dostupné ve všech částech světa. Vezměme si třeba ropu: Ačkoli ji produkuje mnoho zemí, Úřad pro energetické informace USA uvádí, že více než polovina světových dodávek ropy pochází z pouhých pěti zemí. Nejdůležitější však je, že neobnovitelné zdroje energie, jako jsou tato fosilní paliva na bázi uhlíku, jsou považovány za jedny z největších přispěvatelů ke klimatickým změnám.

Snaha o dosažení čisté nuly

Protože si vlády, firmy i jednotlivci uvědomují, že globální oteplování je jednou z největších hrozeb současnosti, oblíbenost a rozšíření obnovitelných zdrojů energie exponenciálně roste. Díky moderním technologiím se dnešní alternativní zdroje energie stávají nejen spolehlivějšími, ale také cenově výhodnějšími - dokonce výhodnějšími než fosilní paliva. Země z celého světa si uvědomily, že k omezení globálního oteplování a nevratných klimatických změn nestačí jen individuální úsilí, a proto v roce 2016 podepsaly Pařížskou dohodu. Tato mezinárodní dohoda stanoví, že vlády na celém světě budou usilovat o dosažení „nulové bilance emisí“ - to znamená odstranění takového množství oxidu uhličitého ze zemské atmosféry, kolik do ní vypustíme - do roku 2050. Pokračující globální přecházení na zdroje energie, které do atmosféry vypouštějí nejméně skleníkových plynů, je způsob, jak se nám může podařit zastavit katastrofické změny životního prostředí, ke kterým už dochází. Obnovitelné zdroje energie - které jsou často „čistší a ekologičtější“ než neobnovitelné zdroje energie - stojí v čele tohoto úsilí.

tags: #technologie #pro #obnovitelne #zdroje #energie

Oblíbené příspěvky:

• Historie Kryštofova Údolí
• Popis Odpadu 200103
• Pojetí školního klimatu
• Témata seminárních prací – příroda a ekologie
• Podrobný průvodce komunálním odpadem