Top 5 CommercialRenewable Energy Sources

Renewable Energy is Good for Business

2020 był niewątpliwie rokiem pierwszych sukcesów. Ale czy wiedzieli Państwo, że był to również rok bezprecedensowych sukcesów w branży czystej energii?
Po raz pierwszy produkcja energii odnawialnej nie tylko wyprzedziła produkcję energii z węgla, ale również umocniła się na pozycji najtańszej, sprawdzonej opcji energetycznej dostępnej na skalę przemysłową.
Dużą część tego wzrostu spowodowały fundusze inwestycyjne z zakresu ochrony środowiska, spraw społecznych i ładu korporacyjnego (ESG). Dowodząc, że energia odnawialna jest dobra dla biznesu, korporacyjne umowy zakupu energii (PPA) gwałtownie wzrosły, podczas gdy publiczne zobowiązania korporacyjne, takie jak RE100, do przejścia na 100% odnawialnych źródeł energii, również wyprzedziły rynek.
Co sprawia, że źródło energii jest odnawialne i dlaczego jest tak popularne?

Co to jest energia odnawialna?

Istnieją dwa kluczowe czynniki, które sprawiają, że energia jest odnawialna. Po pierwsze, jest ona wytwarzana z zasobów naturalnych, które łatwo się odnawiają. Po drugie, energia odnawialna tworzy również niewiele lub żadnych emisji gazów cieplarnianych (GHGs).
Wielu ludzi myśli o energii odnawialnej jako o czymś nowym. W rzeczywistości, moc dostępna dzięki zasobom naturalnym jest czymś, na czym ludzkość polegała od czasu, gdy nauczyła się gotować na ogniu z drewna, żeglować do nowych miejsc dzięki sile wiatru lub napędzać pierwsze fabryki kołami wodnymi.

Energia odnawialna jest najtańszą opcją energetyczną

Pieniądze mówią. Międzynarodowa Agencja Energii Odnawialnej (IRENA) opublikowała w maju 2020 r. raport, z którego wynika, że koszty fotowoltaiki słonecznej na skalę przemysłową – najbardziej rozpowszechnionej, wszechstronnej i opłacalnej technologii paneli słonecznych na rynku – lub energii fotowoltaicznej spadły od 2010 r. o 82%. W tym samym okresie koszty lądowej i morskiej energii wiatrowej spadły odpowiednio o 39% i 29%.
Więc dekarbonizacja sektora energetycznego jest nie tylko wykonalna, ale i przystępna cenowo – co wyjaśnia, dlaczego energia odnawialna zastępuje paliwa kopalne. Według U.S. Energy Administration, odnawialne źródła energii stanowiły ponad 17% miksu energetycznego Stanów Zjednoczonych w 2019 roku – prawie dwukrotnie więcej niż 9% w 2000 roku. Konserwatywne prognozy mówią, że możemy przekroczyć 30% w ciągu najbliższych 10 lat, do 2030 roku.
Głównych 5 komercyjnych źródeł energii odnawialnej, uszeregowanych według udziału w rynku i wzrostu, to:

1. Wind
2. Hydropower
3. Solar
4. Geothermal
5. Emerging & Emissions Boosters

#1: Energia wiatru

„Jak dotąd wiatr jest nieokiełznaną i nieujarzmioną siłą; i całkiem możliwe, że jednym z największych odkryć, jakie zostaną dokonane w przyszłości, będzie ujarzmienie i okiełznanie go.”
– Abraham Lincoln
W swoim raporcie 2019 Wind Powers America Report, Amerykańskie Stowarzyszenie Energetyki Wiatrowej określa wiatr jako najlepsze odnawialne, bezemisyjne źródło energii w Ameryce.
Energia wiatrowa dostarcza 7% całej energii elektrycznej w Stanach Zjednoczonych z prawie 60 000 wielkoskalowych turbin wiatrowych działających w 41 stanach i dwóch terytoriach – sprawdź mapę wiatrową USA, aby zobaczyć, gdzie energia elektryczna jest generowana w pobliżu. Energia wiatrowa obejmuje energię wytwarzaną z elektrowni lądowych (takich jak 350-MW Frontier II w Oklahomie i 182-MW Maryneal w Teksasie), potężnych wież morskich oraz mniejszych turbin zlokalizowanych na i pomiędzy nieruchomościami komercyjnymi. Energy Information Administration przewiduje, że w 2020 roku wiatr stanie się źródłem energii nr 1, obejmującym 44% wszystkich nowych mocy wytwórczych.
Nie dziwi fakt, że energetyka wiatrowa zajmuje pierwsze miejsce, biorąc pod uwagę, że wykorzystanie wiatru przez ludzkość sięga czasów pierwszych żaglowców, czyli okresu pomiędzy 3000 a 1500 rokiem p.n.e. Działające od ponad 1000 lat wiatraki w Nashtifan w Iranie należą do najstarszych na świecie i wytrzymują wiatry o prędkości do 74 mil na godzinę. Energia wiatru jest czysta, obfita i dostępna na całym świecie, niezależnie od tego, czy jest wykorzystywana jako siła napędowa w transporcie, czy przekształcana w energię mechaniczną do pompowania wody, mielenia ziarna lub napędzania silników parowych.
Co dalej z energią wiatru? Dzięki znacznemu postępowi w zakresie wydajności na lądzie i tworzeniu masywnych morskich wież wiatrowych, największa turbina ma obecnie wysokość ponad 722 stóp i indywidualnie generuje 9,5 MW energii elektrycznej. Przyszłe turbiny mogą być jeszcze wyższe, unoszone w powietrzu i obejmować latawce klasy wojskowej, mikrogeneratory pracujące w środowiskach o słabym wietrze, a nawet turbiny bezłopatkowe.

#2: Energia wodna

„Woda jest dla mnie, wyznaję, zjawiskiem, które nieustannie budzi nowe uczucia zdumienia tak często, jak ją oglądam.”
– Michael Faraday, 1853 Wynalazca pierwszego generatora elektrycznego.
Numer 2 (poprzednio numer 1, dopóki wiatr nie prześcignął go w 2020 roku) to dawca życia: woda i jej alternatywa do wytwarzania energii, hydroenergia. Według National Hydropower Association, energia wytwarzana przez poruszające się wody – rzeki, strumienie i pływy oceaniczne – stanowiła 7% całkowitej produkcji energii elektrycznej.

Energia wodna jest jednym z najstarszych źródeł energii na naszej planecie. Rolnicy w starożytnej Grecji wykorzystywali poruszającą się wodę do napędzania turbin i wykonywania zadań takich jak mielenie ziarna. Podczas rewolucji przemysłowej w Stanach Zjednoczonych, energia wodna dostarczała energii mechanicznej niezbędnej do produkcji tekstyliów i innych urządzeń. W 1882 roku w Appleton w stanie Wisconsin powstała pierwsza amerykańska elektrownia wodna, która zasilała oświetlenie papierni i wielu domów. Jeden z największych komercyjnych holdingów energetycznych w kraju, Duke Energy (spółka macierzysta Duke Energy Renewables), rozpoczął swoją działalność jako firma hydroelektryczna w 1900 roku. Firma nadal jest właścicielem i operatorem 31 elektrowni wodnych i dwóch elektrowni szczytowo-pompowych.
Dzisiaj 2500 zapór w 41 stanach i dwóch terytoriach dostarcza 78 gigawatów (GW) energii konwencjonalnej i 22 GW energii wodnej z elektrowni szczytowo-pompowych. Dla porównania, w całym kraju istnieje ponad 80.000 zapór, które nie produkują energii elektrycznej. Chociaż nie wszystkie z tych zapór nadają się do produkcji energii elektrycznej, studium Departamentu Energii USA sugeruje, że dodanie mocy wytwórczej do zaledwie 100 z tych zapór mogłoby potencjalnie dodać do 8 GW nowej mocy odnawialnej – wystarczającej do zasilenia około 3,2 miliona domów i zwiększenia wielkości istniejącej floty konwencjonalnych elektrowni wodnych o 10%.
Jak każde źródło energii stworzone przez człowieka, energetyka wodna ma dobre i złe strony. Dobrze znany negatywny wpływ na ryby i naturalne ekosystemy powoduje, że wiele starszych zapór wodnych jest burzonych. Jednym z postępów jest potencjał łączenia hydroenergii jako magazynu energii do pracy w połączeniu z energią słoneczną, gdy słońce nie świeci i/lub wiatrem, gdy powietrze jest spokojne. Hybrydowe wytwarzanie energii odnawialnej jest omówione bardziej szczegółowo w numerze 5 naszej listy.

#3: Energia słoneczna

„Postawiłbym moje pieniądze na słońce i energię słoneczną. Cóż to za źródło energii! Mam nadzieję, że nie będziemy musieli czekać, aż skończy się ropa i węgiel, zanim się tym zajmiemy. Chciałbym, aby zostało mi więcej lat!”
– Thomas Edison
Słońce jest kolejnym naturalnym źródłem energii, emitującym w każdej sekundzie tyle energii, aby zaspokoić globalne zapotrzebowanie na energię przez ponad dwie godziny. Nie jest więc zaskoczeniem, że wytwarzanie energii słonecznej, takie jak fotowoltaika, jest jednym z najszybciej rozwijających się komercyjnych źródeł energii odnawialnej.

Wytwarzanie energii słonecznej działa wszędzie tam, gdzie świeci słońce, a osiem stanów USA wytwarza już ponad 5% swojej energii elektrycznej z energii słonecznej. Kalifornia przoduje w tej dziedzinie z udziałem około 19%, a w Karolinie Północnej, gdzie mieści się siedziba Duke Energy Renewables, 6% energii pochodzi z energii słonecznej. Oczekuje się, że rynek energii słonecznej w USA osiągnie 3 miliony instalacji w 2021 roku i 4 miliony instalacji w 2023 roku.
Wykorzystywanie słońca do produkcji energii ma starożytną historię, sięgającą aż 7 lat p.n.e., kiedy to ludzie po raz pierwszy użyli go do rozpalania ognia. Pierwsze krzemowe ogniwa fotowoltaiczne i słoneczne zdolne do przekształcania energii słonecznej w moc wystarczającą do zasilania codziennych urządzeń elektrycznych zostały opracowane w 1954 r. przez Daryla Chapina, Calvina Fullera i Geralda Pearsona w Bell Labs. Najdłużej działająca elektrownia słoneczna na świecie, Solar Energy Generating Systems (SEGS), rozpoczęła wytwarzanie energii słonecznej na skalę komercyjną w latach 80. na pustyni Mojave.
Dzisiaj wytwarzanie energii słonecznej obejmuje zarówno ultralekkie i przenośne ładowarki słoneczne nadające się do wędrówek z plecakiem, jak i operacje słoneczne na dużą skalę, takie jak największy dach słoneczny Amazona w Kolorado, a także elektrownie słoneczne na uniwersytetach i w szkołach oraz projekty na skalę przemysłową, takie jak projekt Holstein Solar o mocy 200 MW w Teksasie. Naukowcy szacują, że dzięki wszystkim postępom w technologiach solarnych, możemy osiągnąć 700% poprawę produkcji energii do 2050 roku (lub wcześniej).

#4 Geotermia

„W starej gospodarce energia była produkowana poprzez spalanie czegoś …. Nowa gospodarka energetyczna wykorzystuje energię wiatru, energię pochodzącą ze słońca oraz ciepło z wnętrza samej ziemi.”
– Lester R. Brown
Energia geotermalna (ciepło z ziemi) jest numerem 4 na naszej liście najlepszych komercyjnych odnawialnych źródeł energii. Gorąca woda istnieje naturalnie w różnych temperaturach i na różnych głębokościach pod powierzchnią Ziemi. Bardzo głębokie studnie o głębokości mili lub więcej mogą być wiercone w tych podziemnych zbiornikach, aby wydobyć parę wodną na powierzchnię i wykorzystać ją do różnych zastosowań, w tym do produkcji energii elektrycznej, ogrzewania i chłodzenia oraz innych bezpośrednich zastosowań. W USA, większość zbiorników geotermalnych znajduje się w zachodnich stanach. Największa grupa elektrowni geotermalnych na świecie znajduje się w The Geysers, polu geotermalnym w północnej Kalifornii, które wykorzystuje również zregenerowane ścieki jako dodatkowe źródło wody.

Pierwsza elektrownia geotermalna zlokalizowana w Toskanii, we Włoszech, rozpoczęła działalność w 1904 roku. Wygenerowała ona zaledwie 10 kilowatów energii elektrycznej, co wystarcza do zasilania pięciu żarówek. Główną zaletą energii geotermalnej jest to, że nie wymaga ona paliwa, co czyni ją odporną na wahania kosztów paliwa. Jednak koszty kapitałowe – przede wszystkim koszty wiercenia – są zazwyczaj wysokie. Istnieje również wysokie ryzyko finansowe związane z lokalizacją opłacalnych zasobów geotermalnych.
Przyszłość geotermii może leżeć w jej produktach ubocznych – w szczególności w cennym minerale litu. Lit jest krytycznym składnikiem technologii bateryjnych stosowanych na dużą skalę w systemach magazynowania energii oraz w pojazdach elektrycznych. Aby stworzyć nowe źródła dla tego poszukiwanego minerału, stan Kalifornia finansuje projekt wydobycia litu, aby stworzyć dochodowy, bezemisyjny produkt uboczny z istniejącej produkcji energii geotermalnej.

#5 Wschodzące źródła odnawialne &reduktory emisji

„Jeśli chcesz poznać tajemnice wszechświata, myśl w kategoriach energii, częstotliwości i wibracji.”
– Nikola Tesla
Numer 5 na naszej liście obejmuje wschodzące technologie energii odnawialnej, jak również innowacje, które same w sobie nie generują energii. Zamiast tego, wspomagają one inne źródła energii odnawialnej. Te „dopalacze”, jak będziemy je nazywać, mają na celu przezwyciężenie nieciągłości odnawialnych źródeł energii, takich jak wiatr i słońce, oraz obniżenie kosztów, jak również emisji.

Dopalacze energii odnawialnej obejmują:

• Magazynowanie energii – Poprzez przechwytywanie energii wyprodukowanej w jednym czasie i przechowywanie jej do wykorzystania w innym, magazynowanie energii jest postrzegane jako krytyczny środek zapewniający, że nowe źródła energii nie zostaną zmarnowane (np, ograniczanie energii wiatrowej i słonecznej, gdy w sieci jest zbyt dużo energii) i są dostępne, gdy źródła nie wytwarzają energii (np. w nocy, gdy panele słoneczne nie przechwytują energii słonecznej). Akumulatorowe systemy magazynowania energii (BESS) to zdecydowanie najszybciej rozwijające się i najczęściej stosowane systemy magazynowania energii, które w połączeniu z projektami słonecznymi i wiatrowymi zwiększają odporność energetyczną i zapewniają znaczne oszczędności kosztów. Przykład: 36-MW Notrees Battery Storage Project, największy w Ameryce projekt magazynowania energii z akumulatorów na farmie wiatrowej. Inne systemy magazynowania energii to elektrownie wodne szczytowo-pompowe (PSH) oraz magazynowanie energii grawitacyjnej, które jest szybko rozwijającym się systemem mechanicznym, którego w przyszłości będzie znacznie więcej.
• Ogniwa paliwowe i ekologiczny wodór – Ogniwa paliwowe działają jak akumulatory, ale nie wyczerpują się i nie wymagają ładowania. Wytwarzają energię elektryczną i ciepło tak długo, jak długo dostarczane jest paliwo. Obecnie, tym paliwem jest zazwyczaj wodór wytwarzany w procesie elektrolizy wody przy użyciu paliw kopalnych. Aby osiągnąć zeroemisyjność, wariantowe źródło paliwa zwany „zielonym wodorem” jest tworzony w tym samym procesie elektrolizy, ale jest on zasilany bezemisyjnym wiatrem i/lub energią słoneczną. Ogniwa paliwowe są używane do dostarczania energii na miejscu, obciążenia podstawowego.
• Wydajność energetyczna – W miarę jak budynki, pojazdy i urządzenia stają się bardziej wydajne, mniej energii jest zużywane lub potrzebne do produkcji. Im mniej zużywanej energii, tym mniej potrzebne jest jej wytwarzanie. Zapewnienie wysokiego poziomu efektywności energetycznej obniży zapotrzebowanie na każde źródło wytwarzania energii.
• Elektryfikacja – Jest to konwersja maszyny lub systemu na energię elektryczną. Od ogrzewania i chłodzenia budynków do samochodów, autobusów, ciężarówek, statków i samolotów, elektryfikacja przenosi potrzeby energetyczne na czystsze źródła energii i pomaga szybciej osiągnąć zerową emisję netto. Wiele osób uważa, że przyszłość energetyki to dekarbonizacja i elektryfikacja pojazdów. Oznacza to wszystko, od e-rowerów po ogromne, 45-tonowe wywrotki i ciężarówki górnicze, które są tak duże, jak trzypiętrowy biurowiec.

Powstające technologie energii odnawialnej, które należy obserwować, obejmują:

• Energia pływów – Odnawialne źródło energii czerpanej z przypływów i odpływów oceanów. W najprostszej formie turbiny znajdujące się pod powierzchnią oceanu obracają się wraz ze wzrostem i spadkiem pływów, wytwarzając energię elektryczną, która jest następnie dostarczana do linii brzegowej za pomocą podwodnych kabli. Energia pływów jest również wytwarzana przez duże konstrukcje zbudowane w poprzek rzeki, zwykle w pobliżu jej ujścia do oceanu, zwane zaporami. Ponieważ nie udało się jeszcze ustalić, jak ograniczyć negatywny wpływ na wrażliwe ekosystemy oceanów i plaż, a koszty pozostają wysokie, w USA nie ma żadnych elektrowni pływowych na skalę przemysłową. Ale sukces w Azji i zainteresowanie połączeniem z zakładami odsalania wody w celu uzyskania pitnej wody słodkiej z wody morskiej może to zmienić w niezbyt odległej przyszłości.
• Biogaz – Biogaz jest wytwarzany przez beztlenową degradację bakteryjną odpadów zwierzęcych i roślinnych. Różni się to od biomasy/biopaliw, które niektórzy nazywają odnawialnymi, ponieważ paliwa takie jak drewno czy trzcina cukrowa regenerują się, ale zostały pominięte na tej liście, ponieważ obecnie są uważane za źródła paliw o „wysokiej emisji”. Bakterie nie są wybrednymi zjadaczami. Te mikroorganizmy pożerają odpady rolnicze, obornik, odpady komunalne, ścieki, odpady zielone lub odpady spożywcze. Powstały w ten sposób biogaz to metan, zwany również gazem ziemnym, który jest następnie spalany w celu wytworzenia energii elektrycznej. Przykładem jest Duke Energy, która współpracuje z mleczarniami na swoim terenie w celu przesyłania metanu z obornika przez rurociągi gazu ziemnego do zakładów produkcyjnych. Stany Zjednoczone, takie jak Connecticut, również poświęcają dużo czasu i inwestują w łączenie energii słonecznej, wiatrowej i biogazu na wysypiskach śmieci i innych terenach poprzemysłowych, aby zapewnić stałe źródło wytwarzania energii.
• Energia Promienista – Jako energia przekazywana w ruchu falowym, zwłaszcza w ruchu fal elektromagnetycznych (np. magnesy plus ruch), ta naturalna forma energii może być zbierana bezpośrednio ze środowiska lub wydobywana ze zwykłej energii elektrycznej metodą zwaną frakcjonowaniem. Jeden z najwcześniejszych telefonów bezprzewodowych opartych na energii promienistej został wynaleziony przez Nikola Teslę w 1916 roku. Obecnie 99% kosztów zwykłej energii elektrycznej można zaoszczędzić dzięki wykorzystaniu energii promienistej. Istnieje wiele pilotów samobieżnych urządzeń wykorzystujących energię promienistą. Nie jest wymagana żadna elektrownia. Najlepszą energią odnawialną jest ta, która dzieje się w samym urządzeniu. Stay tuned!
• Przyszłe odnawialne źródła energii – W laboratoriach na całym świecie, istnieje wiele innowacji, które są badane. Niektóre z nich, jak paliwo z powietrza czy wykładniczy wzrost wydajności ogniw słonecznych, wyglądają niezwykle obiecująco. Dopiero się okaże, które przyszłe źródła energii odnawialnej osiągną skalę, bezpieczeństwo i niezawodność potrzebną do zasilania świata potrzebującego energii elektrycznej.

Które źródło energii odnawialnej jest dla Ciebie najlepsze?

Nawet w niepewnych czasach zapotrzebowanie na czystą energię wciąż rośnie. Prawdziwie wspaniałą wiadomością jest to, że w ciągu ostatniej dekady, innowacje w dziedzinie energii odnawialnej wyszły z kategorii „energii alternatywnej” i weszły do głównego nurtu, będąc bardzo przystępne cenowo, coraz bardziej niezawodne i ogólnie dostępne dla szerokiej publiczności. Zabawnie będzie porównać listy w 2030 roku z tym, jakie są najlepsze źródła energii odnawialnej w 2020 roku. Z niecierpliwością czekamy na aktualizację dla Państwa!

About Duke Energy Renewables

Poznanie podstaw energii odnawialnej, w tym głównych typów energii odnawialnej, jest krokiem pierwszym w opracowywaniu zrównoważonych rozwiązań energetycznych dla Państwa firmy. Równie ważne jest uzyskanie tych informacji z zaufanego źródła, które ma doświadczenie w dostarczaniu usług i rozwiązań z zakresu energii odnawialnej.
Nazywamy się Duke Energy Renewables i współpracujemy z profesjonalistami w dziedzinie zrównoważonego rozwoju w największych korporacjach, takich jak The Home Depot, Sprint i Ball Corporation, aby zintegrować zrównoważone rozwiązania z ich działalnością w celu uzyskania oszczędności energii i osiągnięcia celów związanych z redukcją emisji dwutlenku węgla. Jesteśmy ekspertami w prowadzeniu Państwa w kierunku oszczędności energii, niezależności energetycznej i służymy pomocą.