Obnovljivi izvori energije
Svetska (civilna) proizvodnja energije 2016. po izvoru [IEA, 2018] (procenti od 24.973 TWh)[1]
Obnovljivi izvori energije (skraćenica engl. RES od engl. renewable energy sources) (pogrešan naziv Obnovljiva energija) energija je stvorena iz prirodnih izvora, poput sunčeve svetlosti, vetra, kiše, valova i geotermalne toplote koji su obnovljivi (prirodno iznova punjivi). Tehnologije obnovljivih izvora energije uključuju sunčevu energiju, snagu vetra, hidroenergiju, energiju biomase i biogoriva. Gotovo sva obnovljiva energija dolazi od Sunca. Sunce prema Zemlji zrači oko 5,25 kWh/m² na dan (Sunčeva konstanta je 1,366 kW/m²). Nakon vekova korištenja energije fosilnih goriva, danas se globalna slika menja, a obnovljiva energija se sve više smatra jednim od ključnih činioca budućeg razvoja Zemlje.
U 2006. godini oko 18% ukupno potrošene energije proizašlo je iz obnovljivih izvora energije, pri čemu 13% otpada na tradicionalnu biomasu (spaljeno drvo). Snaga vode je sledeći najveći obnovljivi izvor s 3%, a topla voda (grejanje) sledi s 1,3%. Iz novih tehnologija poput geotermalne energije, energije vetra, Sunca i okeana zajednički je iskorišteno 0,8% od ukupno potrošene energije. Tehničke mogućnosti za njihovu upotrebu su velike, premašujući sve ostale već dostupne izvore, te su bili preporučeni kao prvenstveni izvori.
Tehnologije obnovljivih izvora energije su katkad kritikovane zbog toga što su isprekidane (nekontinuirane) ili neugledne, a uprkos tome tržište još uvek raste za mnogo oblika obnovljivih izvora energije. Snaga vetra se povećava 30% godišnje uz globalno instalirane kapacitete od 100 GW i široko je upotrebljavana u nekoliko država Evropske unije i Sjedinjenim Američkim Državama. Proizvodni izlaz fotonaponske industrije dostignuo je više od 2000 MW i fotonaponske elektrane su posebno popularne u SAD, Nemačkoj, Španiji, a u zadnje vreme i Kini. Sunčeve termoelektrane se koriste u Sjedinjenim Američkim Državama i Španiji, pri čemu najveća od njih proizvodi 354 MW i nalazi se u pustinji Mohave. Najveća svetska geotermalna elektrana je Gejsers u Kaliforniji sa kapacitetom od 1517 MW. Brazil ima jedan od najvećih svetskih programa upotrebe energije obnovljivih izvora koji uključuje proizvodnju bioetanola iz šećerne trske i trenutno etanolno gorivo čini 18% brazilskog automobilskog goriva. Ono je takođe dostupno i u Sjedinjenim Američkim Državama.
Bez obzira što na veliko postoje mnogi projekti i proizvodnja energije iz obnovljivih izvora, tehnologija istih se usmerila i ka malim, neumreženim primenama, katkad u ruralnim sredinama, gde je energija presudna u ljudskom razvitku. Kenija ima najveći svetski udeo malih (20 - 100 W) kućnih sunčevih sistema s preko 30 000 prodanih godišnje.
Klimatske promene popraćene visokim cenama fosilnih goriva, vršne vrednosti nafte (eng. peak oil) i povećanjem potpore vlada usmerene su ka povećanju zakona i propisa, podsticanju i komercijalizaciji obnovljivih izvora energije. Sporazum koji je potpisan u martu 2007. od strane predsedavajućeg Evropske unije, uslovljava da bi 20% nacionalno proizvedene energije trebalo da bude iz obnovljivih izvora do 2020. uz odgovarajuće smanjenje emisija ugljen-dioksida CO2, koji je uzročnik globalnog zagrevanja. Ulaganja u obnovljive izvore su se s 80 milijardi američkih dolara u 2005. popela na rekordnih 100 milijardi u 2006. Energija vetra je prva proizvodila 1% električne energije, a sunčeva energija nije daleko od toga. Neka velika preduzeća poput BP, General Electric, Sharp i Royal Dutch Shell ulažu u obnovljive izvore energije.
Vrste obnovljivih izvora energije[uredi | uredi izvor]
Sva energija na Zemlji potiče primarno iz tri izvora:
- Sunčeva energija potiče od zračenja Sunca. Ono nastaje kao posledica termonuklearne reakcije unutar Sunca koje se ka Zemlji prenosi kao čitav spektar elektromagnetnog zračenja;
- Raspad izotopa teških elemenata, nuklearna fisija;
- Kretanje planeta - gravitaciona energija, koja se na Zemlji manifestuje kroz energiju plime i oseke.
Solarna energija u širem smislu, se na planeti zemlji manifestuje direktno, kao:
- solarna energija, neposredan i najveći izvor energije na Zemlji. Ona stalno obnavlja energiju vodnih snaga, vetra, talasa, toplotnog gradijenta u okeanima i bioenergije kroz fotosintezu.
Sunčeva energija je prisutna i indirektno, kroz više vidova energija:
- hidroenergija, pod kojom se obično podrazumeva samo energija vodotokova (tj. energija reka) pošto su energija glečera i energija morskih struja u ovom trenutku neisplative i tehnički zahtevne za korišćenje. Energija plime i oseke ne spada u ovaj oblik.
- eolska energija ili energija vetra potiče od kinetičke energije vazdušnih masa;
- energija talasa, obično se navodi zasebno, jer originalno potiče od energije vetra;
- toplotna energija hidrosfere, tj. toplota mora potiče od termalnog gradijenta u morima i okeanima;
- energija biosfere ili biološka energija, energija nastala fotosintezom, tj. energija biomase, biogasa i uopšte biogoriva).
Energija Sunca je takođe akumulirana u fosilnim gorivima u obliku hemijske energije u ostacima biomase, u ugljevima, tresetu, nafti, prirodnom gasu, škriljcima itd. To je neobnovljiv izvor energije.
Raspad izotopa (nuklearna fisija), može biti:
- u unutrašnjosti Zemlje - manifestuje se kao geotermalna energija
- veštački izazvan - nuklearna energija u užem smislu. Ova energije je suštinski neobnovljiv izvor energije, ali se prema nekim gledištima i on može svrstati u obnovljive.
Trenutno u svetu oko 13% potrošnje primarne energije potiče od obnovljivih izvora[2] mada su tehnološki kapaciteti značajno veći[3].
Nasuprot obnovljivim izvorima su neobnovljivi izvori energije. Oni bi se mogli definisati kao izvori za čije rezerve se očekuje da će biti iscrpljene za maksimalno nekoliko stotina godina, a čije bi obnavljanje trajalo višestruko duže.
Jedan vid transformisane solarne energije je i hemijska energija fosilnih goriva, koja su, suštinski, samo transformisana biomasa. Međutim, ovakav izvor energije, koji je nastao dejstvom sunčeve energije pre dužeg vremenskog perioda, ne spadaju obnovljive, već spada u neobnovljive izvore energije, dok nuklearnu energiju neki ubrajaju u obnovljive, a neki u neobnovljive energetske izvore.[4]
Hidroenergija[uredi | uredi izvor]
Hidroenergija, hidraulička energija ili energija vode je snaga dobijena iz sile ili energije tekuće vodene mase, koja se može upotrebiti u čoveku korisne svrhe. Pre nego što je komercijalna električna energija postala široko dostupna, energija vode se koristila za navodnjavanje i pogon raznih mašina, poput vodenica, mašina u tekstilnoj industriji, pilana, lučkih dizalica ili liftova.
Hidroelektrane[uredi | uredi izvor]
Hidroelektrana ili hidroelektrična centrala je postrojenje u kojem se potencijalna energija vode najpre pretvara u kinetičku energiju njenog strujanja, a potom u mehaničku energiju vrtnje vratila vodne turbine te, konačno u električnu energiju u električnom generatoru. Hidroelektranu u širem smislu čine i sve građevine i postrojenja, koje služe za prikupljanje (akumuliranje), dovođenje i odvođenje vode (brana, zahvati, dovodni i odvodni kanali, cevovodi itd.), pretvaranje energije (vodne turbine, generatori), transformaciju i razvod električne energije (rasklopna postrojenja, dalekovodi) te za smeštaj i upravljanje celim sistemom.
Iskorištavanje energije vodnog potencijala ekonomski je konkurentno proizvodnji električne energije iz fosilnih i nuklearnog goriva, zato je hidroenergija najznačajniji obnovljivi izvor energije. U zadnjih trideset godina proizvodnja u hidroelektranama je utrostručena, a njen udeo povećan je za 50%, za to je vreme proizvodnja u nuklearnim elektranama povećana za 100 puta, a udeo oko 80 puta. Ti podaci pokazuju da se proizvodnja u hidroelektranama brzo povećava, ali značajno zaostaje za proizvodnjom u nuklearnim elektranama (ali i termoelektranama). Razlog takvom stanju leži u činjenici da iskorištavanje hidroenergije ima bitna tehnička i prirodna ograničenja. Glavno ograničenje je zahtev za postojanjem obilnog izvora vode tokom cele godinu, jer je skladištenje električne energije skupo i vrlo štetno za okolinu, osim toga na određenim lokacijama je za poništavanje uticaja oscilacija vodostaja potrebno izgraditi brane i akumulacije. Njihovom izgradnjom značajno se povećava investicija, uticaji na okolinu, potrebna je zaštita od potresa, a u zadnje vreme postoje i značajne terorističke pretnje.
Jednom kada je hidroelektrana završena, nije potreban novac za sve skuplje gorivo, ne stvara se opasan otpad (kao kod nuklearnih elektrana) i stvara se gotovo zanemarljiva količina gasova staklene bašte (za razliku od termoelektrana). U svetu su instalirane hidroelektrane sa snagom od 777 GW, koje daju 2998 TWh električne energije, u 2006. To je otprilike 20% svetske proizvodnje električne energije svih vrsta, ili 88% od svih obnovljivih izvora energije.[5]
Male hidroelektrane[uredi | uredi izvor]
Male hidroelektrane su postrojenja u kojima se potencijalna energija vode (transformisana energija sunčevog zračenja) najpre pretvara u kinetičku energiju njenog strujanja (u statoru vodene turbine), a potom u mehaničku energiju (u rotoru turbine) vrtnje vratila turbine te, konačno, u električnu energiju u generatoru. Svetski energetski trend poslednjih godina je sve veći iskorak ka obnovljivim izvorima energije. Za male hidroelektrane se smatra da nemaju nikakav štetan uticaj na okolinu, za razliku od velikih čija se štetnost opisuje kroz velike promene ekosistema (gradnja velikih brana), uticaji na tlo, poplavljivanje, uticaji na slatkovodni živi svet, povećana emisija metana i postojanje štetnih emisija u čitavom životnom ciklusu hidroelektrane koje su uglavnom vezane za period izgradnje elektrane, proizvodnje materijala i prevoz. Velike količine vode u cevovodima pitke vode same se nameću kao potencijalni izvor energije. S obzirom da je protok kroz cevovod postoji kod vodene bušotine, posebno na delu cevovoda oko izvora, vodosprema i crpilišta, gde se tok vode kroz cevi uglavnom postiže samom gravitacijskom silom, postavljanje turbine i pripadnih električnih generatora su zahvati koji ne ugrožavaju opskrbu pitkom vodom, a istovremeno proizvode električnu energiju. Danas se za tehnologiju vezanu za hidroenergiju, koja se smatra obnovljivim izvorom energije, može reći da je tehnički najpoznatija i najrazvijenija na svetskom nivou, s izuzetno visokim stupnjem delotvornost. 22% svetske proizvodnje električne energije dolazi iz malih i velikih hidroelektrana.
Energija vetra[uredi | uredi izvor]
Energija vetra se pretvara je u korisni oblik energije, električnu energiju, pomoću vetroelektrana. U klasičnim vetrenjačama energiju vetra pretvaramo u mehaničku, te je kao takvu direktno koristi za mlevenje žitarica ili pumpanje vode. Krajem 2007. instalirana snaga vetroelektrana u svetu bila je 94,1 GW. Trenutno vetroelektrane pokrivaju tek 1% svetskih potreba za električnom energijom, dok u Danskoj taj broj iznosi 19%, Španiji i Portugalu 9%, Nemačkoj i Irskoj 6% (podaci za 2007). Električnom energijom iz vetra vetroelektrane snabdevaju elektro energetsku mrežu kao što i pojedinačni vetroagregati napajaju izolovana mesta. Vetar je bogat, obnovljiv, lako dostupan i čist izvor energije. Nedostatak vetra retko uzrokuje nesavladive probleme kada u malom udelu sudeluje u opskrbi električnom energijom, ali pri većem oslanjanju na vetar dovodi do većih gubitaka.
Vetroelektrane[uredi | uredi izvor]
Vetroelektrana je niz blisko smeštenih vetroagregata, najčešće istog tipa, izloženih istom vetru i priključenih posredstvom zajedničkog rasklopnog uređaja na elektroenergetski sistem. Vetroagregat je rotirajuća mašina koja pretvara kinetičku energiju vetra prvo u mehaničku, a zatim preko električnih generatora u električnu energiju. Pri tome se rotor vetroturbine i rotor električnog generatora nalaze na istom vratilu. Vetroelektrana je obnovljivi izvor električne energije pokretan kinetičkom energijom vetra.
Energija vetra je u stvari oblik sunčeve energije. Sunce neravnomjerno zagrijava različite delove Zemlje i to rezultira različitim pritiscima vazduha, a vetar nastaje zbog težnje za izjednačavanjem pritisaka vazduha. Postoje delovi Zemlje na kojima duvaju tzv. stalni (planetarni) vetrovi i na tim područjima je iskorištavanje energije vetra najisplativije. Dobri položaji su obale mora i okeana (priobalna vetroelektrana), te pučina mora (plutajuća vetroelektrana). Pučina se ističe kao najbolji položaj zbog stalnosti vetrova, ali cene ugradnje i prevoza energije usporavaju takva ulaganja.[6]
Mali vetroagregati[uredi | uredi izvor]
Mali vetroagregat je po načinu rada uglavnom jednak velikim vetroagregatima i s razvojem industrije primenjuju se novi materijali, čime se bitno poboljšala pouzdanost i raspoloživost uređaja. Paralelno s razvojem velikih vetroagregata počeli su se razvijati i mali vetroagregati kao zasebno tržište. Iako ovakav sastav zahteva prilična početna ulaganja, cenom je postao konkurentan tradicionalnim izvorima energije, ako se uzme u obzir celi životni vek postrojenja i izuzeće troškova priključka na električnu mrežu. Malim vetroagregatima se smatraju jedinice do 10 kW, koje su namenjene zadovoljenu energetskih potreba na nivou domaćinstva.
Sunčeva energija[uredi | uredi izvor]
Sunčeva energija ili solarna energija je energija Sunca, njegova svetlost i toplota koju ljudi koriste od davnina uz pomoć raznih tehnologija. Sunčeva svetlost uz druge obnovljive izvore kao što su vetar, energija talasa i biomasa, se računaju u najčešće dostupne obnovljive izvore energije na Zemlji. Upotrebljava se samo mali deo sunčeve energije od one koja je na raspolaganju. Sunčeva energija pruža električnu energiju pomoću toplotnih mašina ili fotonaponskih sistema. Jednom pretvorena, njena upotreba je ograničena samo ljudskom genijalnošću. Delimični popis sunčevih sistema uključuje prostor za grejanje i hlađenje kroz pasivnu solarnu arhitekturu, pitku vodu kroz destilaciju i dezinfekciju, toplotnu energiju za kuvanje i visoku temperaturu procesa toplote za industrijske svrhe.
Sunčeve tehnologije su široko karakterisane ili kao pasivne ili aktivne, zavisno od načina sakupljanja, pretvaranja i raspodele sunčevog svetla. Aktivne tehnike uključuju upotrebu fotonaponskih ćelija i sunčevih toplovodnih kolektora (s električnom ili mehaničkom opremom) kako bi pretvorili sunčevu svetlost u korisne izlazne jedinice. Pasivne tehnike uključuju orijentaciju zgrade prema Suncu, odabir materijala s povoljnim termalnim svojstvima ili svojstvima raspršivanja svetlosti, te projektovanje prostora kod kojih prirodno cirkuliše vazduh.
Sunčeve termoelektrane[uredi | uredi izvor]
Solarne termalne elektrane ili sunčeve termoelektrane su izvori električne struje dobijene pretvaranjem Sunčeve energije u toplotnu (za razliku od fotovoltalika kod kojih se električna energija dobiva direktno). S obzirom da nemaju štetnih produkata prilikom proizvodnje električne energije, a imaju relativno dobru efikasnost (20 - 40%), proriče im se svetla budućnost. Kako je količina energija koja pada na površinu izuzetno velika, izgradnjom takvih elektrana na sunčanim područjima (npr. Sahara) moglo bi se energijom snabdevati veliki deo potrošača. Ipak, čak i na manjoj skali mogu postati vrlo bitan faktor (npr. na ostrvima).
Zbog potrebe za visokim temperaturama, gotovo svi oblici solarnih termalnih elektrana moraju koristiti nekakav oblik koncentriranja Sunčevih zraka s velikog prostora na malu površinu. Kako se tokom dana položaj Sunca na nebu menja, tako se stalno menja i najpovoljniji ugao pod kojim padaju Sunčevi zraci na ogledala, stoga je potrebno ugraditi sisteme koji će stalno prilagođavati njihov položaj. Ti sistemi su neophodni kako bi se dobila što veća efikasnost, ali ujedno i najveći faktor u vrlo visokim cenama sunčevih termoelektrana.
Smanjenja u ceni su moguća skladištenjem toplote, a ne struje, budući da je takva tehnologija danas jeftinija, a proizvodnja toplote je ionako neophodna za rad ovakvog tipa elektrana. Time je moguće takođe dobivati električnu energiju i onda kada to inače ne bi bilo moguće (za vreme smanjene osunčanosti - mera energije sunčeve radijacije primljene ili predane od strane određene površine u određenom vremenu).
Sunčeve fotonaponske elektrane[uredi | uredi izvor]
Fotonaponska elektrana ili sunčeva fotonaponska elektrana je fotonaponski sistem koji ima mrežni sistem, a to znači da proizvedenu električnu energiju predaje u elektroenergetski sistem, za razliku od samostalnog ili ostrvskog sistema u kojima se proizvedena električna energija najčešće skladišti u baterije ili akumulatore. Fotonaponske elektrane omogućuju direktno pretvaranje sunčeve energije u električnu i predstavljaju jedan od najelegantnijih načina korištenja energije Sunca. Način rada fotonaponskog (FN) sistema zasniva se na fotonaponskom efektu. Osnovni elektronski elementi u kojima se događa fotonaponsko pretvaranje nazivaju se sunčane ćelije. U praktičnim su primenama sunčane ćelije međusobno povezane u veće celine koje se zovu fotonaponske ploče ili fotonaponski moduli. Fotonaponske ploče osiguravaju mehaničku čvrstoću, te štite sunčane ćelije i kontakte od korozije i spoljnih uticaja. Osim fotonaponskih ploča, FN sistem se sastoji od pretvarača (inverter), baterija za čuvanje električne energije, regulatora punjenja baterija i dovoda energije potrošačima, zaštitnih uređaja, nosača modula i potrebnih električnih instalacija.
Sunčev toplovodni sistem[uredi | uredi izvor]
Sunčev toplovodni sistem koristi sunčevu energiju, kao obnovljivi izvor energije, za zagrevavanje potrošne tople vode, toplovodno i toplovazdušno grijanje prostora, hlađenje prostora, zagrevanje plivačkih bazena, zagrevanje vodene pare radi proizvodnje električne energije i drugo. Sunčev toplovodni sistem s prisilnim kruženjem vode se sastoji uglavnom od sunčevih toplovodnih kolektora, sunčevog spremnika toplote, pomoćnog grejača, toplovodnih cevi, te pumpe i regulacijskog sklopa koji njome upravlja. Postoje i takve konstrukcije toplovodnih sistema, koje omogućuju rad sistema bez pumpe i regulacijskog sklopa, a naziva se termosifon[7] ili sunčev toplovodni sistem s prirodnim kruženjem vode.[8]
U sunčevim toplovodnim sistemima najčešće se koriste pločasti sunčevi kolektori, a u novije vreme sve više i vakuumski sunčevi kolektori. Temperature radnog medija koji struji kroz kolektore (mešavina voda/glikol) obično se kreću 35 - 65 °C, zavisno od godišnjeg doba, veličine sistema i namene. Pločastim sunčevim kolektorima moguće je u radu postići temperature do 85 °C, a vakuumskim do 100 °C, ali u većini slučajeva tako visoke temperature nisu potrebne, šta više one izazivaju veliki pad toplotnog iskorištenja kolektora.[9]
Konverzija termalne energije okeana[uredi | uredi izvor]
Konverzija termalne energije okeana (eng.: Ocean thermal energy conversion, OTEC) je postupak stvaranja električne energije uz pomoć temperaturne razlike između dubokih i plitkih slojeva okeana za pokretanje toplotnog stroja. Efikasnost i snaga su bolje time što je razlika temperature veća. Generalno gledajući, temperaturna razlika se povećava s opadajućom geografskom širinom, to jest blizu ekvatora i tropskog pojasa. Najčešća temperatura površine okeana iznosi 27 °C, a u dubokim vodama temperatura retko pada ispod 5 °C. Osnovni tehnički izazov OTEC-a je da se proizvede značajan deo energije iz jako malih temperaturnih razlika. Maksimalna teoretska delotvornost ovog sistema postiže se povećanjem delotvornosti toplotne razmene u novijim konstrukcijama.
Geotermalna energija[uredi | uredi izvor]
Geotermalna energija postoji otkad je stvorena Zemlja. Nastaje polaganim prirodnim raspadanjem radioaktivnih elemenata koji se nalaze u zemljinoj unutrašnjosti. Duboko ispod površine voda ponekad dospe do vruće stene i pretvori se u kipuću vodu ili paru. Kipuća voda može dosegnuti temperaturu od preko 150 °C, a da se ne pretvori u paru jer je pod visokim pritiskom. Kad ta vruća voda dospe do površine kroz pukotinu u zemljinoj kori, zovemo je vrući izvor. Ako izlazi pod pritiskom, u obliku eksplozije, zove se gejzir. Vrući izvori se širom sveta koriste kao toplice, u zdravstvene i rekreacijske svrhe. Vrućom vodom iz dubine Zemlje mogu se grejati staklenici i zgrade. Na Islandu, koji je poznat po gejzirima i aktivnim vulkanima, mnoge zgrade i bazeni greju se geotermalnom vrućom vodom. Vruća voda i para iz dubine Zemlje mogu se koristiti i za proizvodnju električne energije. Buše se rupe u zemlji i cevi se spuštaju u vruću vodu. Vruća voda ili para (pod nižim pritiskom vruća voda se pretvara u paru) uspinje se tim cevima na površinu. Geotermalna elektrana je kao svaka druga elektrana, osim što se para ne proizvodi izgaranjem goriva već se crpi iz zemlje. Dalji je postupak s parom isti kao kod konvencionalne elektrane: para se dovodi do parne turbine koja pokreće rotor električnog generatora. Nakon turbine para odlazi u kondenzator, kondenzuje se, da bi se tako dobijena voda vratila nazad u geotermalni izvor.
Geotermalna elektrana[uredi | uredi izvor]
Geotermalna elektrana je kao svaka druga elektrana, osim što se para ne proizvodi izgaranjem fosilnih ili drugih goriva, već se crpi iz zemlje. Dalji je postupak s parom isti kao kod konvencionalne elektrane: para se dovodi do parne turbine, koja pokreće rotor električnog generatora. Nakon turbine para odlazi u kondenzator, kondenzuje se, da bi se tako dobivena voda vratila natrag u geotermalni izvor. Reč geotermalna dolazi od grčkih reči geo (zemlja) i therme (toplota). Pod pojmom geotermalna energija smatramo onu energiju koja se može pridobiti iz Zemljine unutrašnjosti i koristiti u energetske ili neke druge svrhe.
Energija biomase[uredi | uredi izvor]
Pod energijom biomase podrazumeva se energija koja se u pravilu oslobađa oksidacijom (gorenje) raznih organskih materijala. Najuobičajeniji i najtradicionalniji način korištenja ove energije je klasična vatra. Smatra se da je otkriće vatre, zapravo njeno kontrolisano korištenje, pokrenulo razvoj i „napredak“ ljudske vrste, odnosno civilizacije. Izgleda da je civilizacija sada zatvorila pun krug - nakon što je moderno društvo gotovo zaboravilo drvo i slične materijale kao gorivo, a uljuljano u blagodati moderne, pomodne i jeftine nafte, sada se pojavljuju razne direktive koje traže da se toliko i toliko fosilnih goriva zameni gorivima iz obnovljivih organskih izvora.
Bioelektrane[uredi | uredi izvor]
Bioelektrana je elektrana koja koristi energiju biomase za dobivanje električne energije, a često i toplotne energije za grejanje (kogeneracija). Proizvodnja električne energije iz biomase je slična kao i za fosilna goriva - u termoelektranama; najpre se pretvara u toplotnu energiju nosilaca (vodena para kod parnih turbina, prirodni gas kod gasnih turbina), pretvaranje u mehaničku, a potom u električnu energiju. Radi povećanja stepena delovanja koristi se kogeneracija – istovremena proizvodnja toplotne i električne energije, pri čemu je potreban potrošač toplote.[10]
Male kogeneracijske elektrane su višenamenski objekti, koji iz fosilnih goriva i biomase postupkom kogeneracije proizvode električnu i toplotnu energiju, a u određenim slučajevima proizvodi se i hladna voda za potrebe hlađenja. Goriva za pogon malih kogeneracijskih elektrana su gasovita, tečna i čvrsta. Odgovarajuće toplotne snage zavise od vrste energetskog agregata i kreću se u rasponu od 20 do 20 000 kW.
Gasifikovanje[uredi | uredi izvor]
Gasifikovanje ili uplinjavanje je jedan oblik nepotpunog sagorevanja čvrstog goriva (ugalj, biomasa, drveni ugalj, gradski otpad ili slično) koje nastaje sintetički gas. Usled zagrevanja na visokoj temperaturi, čvrsto gorivo počinje da ispušta zapaljive gasove, koji ne sagorevaju zbog nedostatka kiseonika. Dakle, pomoću ovog postupka moguće je od drveta ili nekog drugog oblika biomase, proizvesti drvni gas, koji se može koristiti kao pogonsko gorivo za motore s unutrašnjim sagorevanjem, najčešće za pogon vozila ili za proizvodnju električne energije pomoću agregata. Gasifikovanjem drveta nastaje mešavina sledećih zapaljivih gasova: vodonik (20%), ugljen-monoksid (20%) i metan (3%). Osim ova tri gasa nastaju i azot i ugljen-dioksid koji nisu zapaljivi.
Fišer-Tropšovov postupak[uredi | uredi izvor]
Fišer-Tropšovov postupak je industrijska metoda dobivanja ugljovodonika iz ugljen-monoksida i vodonika (sintetički gas). Postupak, razvijen 1933. su Nemci primenili za dobivanje motornih goriva u Drugom svetskom ratu. Vodonik i ugljen-monoksid mešaju se u odnosu 2:1 i prevode pri temperaturi od 200 °C preko nikla ili kobalta kao katalizatora. Dobijena smeša ugljovodonika može se razdeliti u dizelsku i benzinsku frakciju. Usavršenim Fišer-Tropšovim postupkom proizvodi se sintetički benzin u Južnoafričkoj Republici, dvama postupcima, tzv. „Sasol“ i „Sintol postupcima“, a sintetički plin se dobiva od uglja ili prirodnog gasa.[11]
Fišer-Tropšovov postupak je dobio naziv po nemačkom hemičaru Franzu Fišeru (1852—1932.) i češkom hemičaru Hansu Tropši (1839—1935.), koji su otkrili taj postupak oko 1920. Nakon toga su napravljene mnoge izmjene i slični postupci, kao npr. Fišer-Tropšova sinteza i drugi. Počeo se primenjivati u Nemačkoj od 1936, tako da je u Drugom svetskom ratu bilo oko 9% zamenskog goriva za naftu u njihovoj vojnoj industriji. Stupanj iskorištenja tog postupka se kreće od 25% do 50%.[12]
Dobivanje energije iz komunalnog otpada[uredi | uredi izvor]
Iskorištavanje komunalnog otpada u svrhu dobijanja energije, ali i adekvatno zbrinjavanje otpada, postalo je nužnost savremenog razvijenog sveta. Porastom životnog standarda raste i proizvodnja komunalnog otpada, za čije zbrinjavanje već odavno nisu adekvatna odlagališta na kojima se otpad prethodno ne sortira, mehanički obrađuje, a potom i delimično reciklira. Velika količina otpada koji se odlaže u blizini većih gradskih naselja ili gradova negativno utiče na zdravlje ljudi, ali i kvalitet života uopšte. Izgaranjem otpada u postrojenju za termičku obradu otpada značajno se smanjuje zapremina (do 90%) i masa odloženog ostatka izgaranja do 75%).
Biogoriva[uredi | uredi izvor]
Biogoriva su goriva koja se dobijaju preradom biomase. Njihova energija je dobijena fiksacijom ugljenika, tj. redukcijom ugljenika iz vazduha u organska jedinjenja. Za razliku od ugljenika koji oslobađaju fosilna goriva menjajući klimatske uslove na Zemlji, ugljenik u biogorivima dolazi iz atmosfere, odakle ga biljke uzimaju tokom rasta. Iako su fosilna goriva dobijena fiksacijom ugljenika, ne smatraju se biogorivima jer sadrže ugljenik koji se ne izmenjuje u prirodi već dugo vremena. Biogoriva postaju popularna zbog rasta cena nafte, potrebe za sigurnijom snabdevanjem energije, zabrinutosti zbog štetnih emisija gasova staklene bašte. Godine 2010. svetska proizvodnja biogoriva dosegla je 105 milijardi litara, s porastom od 17% u odnosu na 2009. U prometu ona zauzimaju 2,7%, s najvećim udelom bioetanola i biodizela. Svetska proizvodnja bioetanola je dosegla 86 milijardi litara, a najveći proizvođači su Sjedinjene Američke Države i Brazil (zauzimaju 90% svetske proizvodnje). Najveći proizvođači biodizela su zemlje Europske unije s udelom od 53% u svetskoj proizvodnji. Prema podacima Internacionalne energetske agencije (engl. International Energy Agency), do 2050. biogoriva mogu zadovoljiti četvrtinu svetske potrebe za gorivima u prometu. Globalno, biogoriva se najčešće koriste za prevoz i u domaćinstvu. Većina goriva za prevozna sredstva su tečna jer vozila zahtevaju veliku gustinu energije, kao što je ona koja je sadržana u tečnostima i čvrstim materijama. Veliku gustinu energije najlakše i najefikasnije je dobiti motorom s unutrašnjim sagorevanjem, a on zahteva da gorivo bude čisto. Goriva koja najlakše izgaraju su tečna i gasovita (mogu se utečnjavati), praktična su za prenos i izgaraju čisto (bez čvrstih produkata).
Bioetanol[uredi | uredi izvor]
Bioetanol je etanol koji se proizvodi od biomase i/ili biorazgradivoga (celuloznog) dela otpada, da bi se koristio kao biogorivo. Etanol se može koristiti u motorima s unutrašnjim sagorevanjem uz dodavanje benzinu ili kao njegova potpuna zamena. Za dodavanje do 20% etanola u benzin nisu potrebne nikakve preinake ni zahvati na motoru, dok za dodavanje većeg udela ili za pogon samo na etanol treba delomično modifikovati motor, što poskupljuje cenu takvih vozila za oko 5 do 10%. Vozilo s bioetanolom može dostići oko 2/3 dometa benzinskog vozila iste veličine spremnika, što se poboljšava korištenjem etanola pomešanog s benzinom. Etanol koji se koristi u vozilima kao gorivo je denaturiran, što znači da su mu dodata sredstva koja sprečavaju konzumaciju (npr. mala količina, 2-5% benzina).[13]
Biodizel[uredi | uredi izvor]
Biodizel je generalno naziv za gorivo dobiveno iz bioloških izvora koje se može koristiti u nemodifikovanim dizelskim motorima umesto uobičajenog gasovitog ulja. Biodizel je u stvari komercijalni naziv za metil-ester, koji se nalazi na tržištu tečnih goriva i prodaje krajnjim korisnicima. To je standardizovano tekuće nemineralno gorivo, neotrovno, biorazgradivo i zamena za fosilno gorivo (dizel). Metil-ester (ME) je hemijsko jedinjenje dobijeno reakcijom (transesterifikacija) biljnog ulja (uljana repica, suncokret, soja, palma, ricinus itd.) ili životinjske masti, s metanolom, u prisutnosti katalizatora.
Biodizel se najčešće dobija iz biljnih ulja transesterifikacijom triglicerida. Pri tome zamenom glicerola s metanolom od jednog molekula triglicerida nastaju tri molekula monoalkilnih estara pa su zbog smanjenja molekulske mase fizička svojstva biodizela pogodna za korištenje u nemodifikovanim motorima. Može se proizvoditi iz biljnih ulja, recikliranog otpadnog jestivog ulja ili životinjske masti, procesom transesterifikacije, pri čemu kao sporedni proizvod nastaje glicerol. Izbor osnovne sirovine za dobijanje biodizela zavisi od odgovarajućih uslova i prilika, pa se u Evropi za proizvodnju biodizela najviše koristi ulje uljane repice (82,8%) i ulje suncokreta (12,5%), dok se u Americi najviše koristi ulje soje, a u azijskim zemljama se koristi i palmino ulje. Treba napomenuti da biodizel nije isto što i biljna ulja, koja se koriste u nekim dizel vozilima (sama ili pomešana s fosilnim dizel gorivima).
Biogas[uredi | uredi izvor]
Biogas je gasovito gorivo koji se dobija anaerobnom razgradnjom ili fermentacijom organskih materija, uključujući đubrivo, kanalizacijski mulj, komunalni otpad ili bilo koji drugi biorazgradivi otpad. Sastoji se uglavnom od metana i ugljen-dioksida. U budućnosti bi mogao biti važan izvor energije (energetika). Biogas tj. smeša gasova u kojoj je većina metan može se dobiti od svake biomase. Biomasa je sva organska materija nastala rastom bilja i životinja. Od svih obnovljivih izvora energije, najveći se doprinos u bližoj budućnosti očekuje od biomase. Svake godine na zemlji nastaje oko 2.000 milijardi tona suve biomase. Za hranu se od toga koristi oko 1,2%, za papir 1%, i za gorivo 1%. Ostatak, oko 96% trune ili povećava zalihe obnovljivih izvora energije. Od biomase se mogu proizvoditi obnovljivi izvori energije kao što su biogas, biodizel, biobenzin, bioetanol, a suva masa se može mleti u sitne komadiće pelete, koji se mogu spaljivati u automatizovanim pećima za proizvodnju toplote i električne energije.
Biogoriva druge generacije[uredi | uredi izvor]
Biogoriva druge generacije dobivaju se preradom poljoprivrednog i šumskog otpada. Za razliku od prve generacije, biogoriva ove generacije znatno bi mogla smanjiti emisiju ugljen-dioksida CO2, a uz to ne koriste izvore hrane kao temelj proizvodnje i neke vrste osiguravaju bolji rad motora.[14]
Energija plime i oseke[uredi | uredi izvor]
Energija plime i oseke spada u oblik hidroenergije koja kretanje mora uzrokovano mesečevim menama ili padom i porastom nivoa mora koristi za pretvaranje u električnu energiju i druge oblike energije. Za sad još nema većih komercijalnih dosega na eksploataciji te energije, ali potencijal nije mali. Energija plime i oseke ima potencijal za stvaranje električne energije u određenim delovima sveta, odnosno tamo gde su morske mene izrazito naglašene. Morske mene su predvidljivije od energije vetra i sunčeve energije. Taj način proizvodnje električne energije ne može pokriti svetske potrebe, ali može dati veliki doprinos u obnovljivim izvorima. Razlika u visini plime i oseke varira između (4,5-12,5 m) zavisno od geografske lokacije. Npr. amplitude plime i oseke u Jadranskom moru su 1 m, a na Atlantskom, Tihom i Indijskom okeanu prosečno od 6 do 8 m. Na pojedinim mestima obale u zapadnoj Francuskoj i u jugozapadnom delu Velike Britanije amplituda dostiže i više od 12 m. Na zapadnoeuropskoj atlantskoj obali vremenski razmak između dve plime iznosi 12 sati i 25 minuta, a na obalama Indokine nastaje samo jedna plima u 24 sata. Za ekonomičnu proizvodnju je potrebna minimalna visina od 7 m. Procenjuje se da na svetu postoji oko 40 lokacija pogodnih za instalaciju plimnih elektrana.
Energija talasa[uredi | uredi izvor]
Elektrane na talase su elektrane koje koriste energiju talasa za proizvodnju električne energije. Energija talasa je obnovljivi izvor energije. To je energija uzrokovana najvećim delom delovanjem vetra o površinu okeana. Snaga talasa se razlikuje od dnevnih mena plime/oseke i stalnih cirkularnih okeanskih struja. Za korištenje energije talasa moramo odabrati lokaciju na kojoj su talasi dovoljno česti i dovoljne snage. Energija talasa naglo opada s dubinom talasa, te tako u dubini od 50 m iznosi svega 2% od energije neposredno ispod površine. Snaga talasa procenjuje se na 2 x 109 kW, čemu odgovara snaga od 10 kW na 1 metar talasne linije. Ta snaga varira zavisno od geografskog položaja, od 3 kW/m na Mediteranu do 90 kW/m na Severnom Antlatiku. Energija talasa tokom vremena varira (više i većih talasa ima u zimskom periodu ) i ima slučajni karakter. Stvaranje snage iz talasa trenutno nije široko primenjena komercijalna tehnologija, iako su postojali pokušaji njenog korištenja još od 1890. U 2008. pokušano je da se napravi zglobni plutajući prigušnik Pelamis u Portugalu, u hidroelektrani na talase Agusadora. Koristila je 3 zglobna plutajuća prigušnika Pelamis P-750 i imala ukupno instaliranu snagu 2,25 MW. U novembru iste godine električni generatori su izvađeni iz mora, a u martu 2009. projekt je zaustavljen na neodređeno vreme. Druga faza projekta u kojoj je trebalo biti ugrađeno dodatnih 25 Pelamis P-750 mašina i koja je trebalo da poveća snagu na 21 MW, je u pitanju zbog povlačenja nekih partnera s projekta.[15]
Dobijanje energije osmozom[uredi | uredi izvor]
Dobivanje energije osmozom je proces dobivanja električne energije temeljen na procesu osmoze. Elektrane koje rade na principu osmoze poseduju dva vodena spremnika ispunjena vodom različitog stepena saliniteta. Usled razlike koncentracije natrijumovog hlorida između dva spremnika ispunjenih tečnošću dolazi do pojave osmoze. Koncentracija natrijumovog hlorida u odvojenim spremnicima teži izjednačavanju te stoga slatka voda počinje, kroz polupropusnu membranu koja osigurava jednosmjeran tok vode, proticati u spremnik sa slanom vodom. Pritisak koji se javlja u spremniku slane vode, jednak je tlaku na dubini od 120 m pod morem, te ga je moguće iskoristiti za pogon turbine u generatoru. Tehnologija dobivanja energije osmozom u potpunosti se temelji na obnovljivim izvorima.[16]
Vodonikova ekonomija[uredi | uredi izvor]
Vodonikova ekonomija ili ekonomija vodonika je ideja promene svetske ekonomije energije zavisne na nafti u onu temeljenu na vodoniku. Kada se govori o vodonikovoj ekonomiji, u prvom redu se misli na ekološki prihvatljivu proizvodnju vodonika u velikim količinama i primenu u dva velika područja: prevozu i energetici. Glavni razlog je zagađenje koje izazivaju automobili s pogonom na fosilna goriva (ugljovodonike). Samo u SAD 2001, emisija iz motornih vozila bila je veća od 500 milijuna tona ekvivalentnog ugljenika. Pre skoro 50 godina u naučnoj i tehničkoj literaturi najavljena je uporaba vodonika kao primarnog energetskog izvora u prevozu i elektroenergetici. Kasnih 1960-ih godina, u NASA Apolo programu upotrebljena je gorivna ćelija na vodonik kao energetski izvor. U 2003. predsjednik SAD Buš i predsednik EU Prodi potvrdili su viziju vodonikove ekonomije. Američko ministarstvo za energiju iniciralo je upotrebu vodonikovog goriva, prema kojoj bi vodonikova era započela 2024.[17]
Ideja o vodonikovoj ekonomiji nije tako nova. Još 1875. francuski pisac Žil Vern prorekao je da komponente vode, vodonik i kiseonik, mogu osigurati neograničene količine električne energije i toplote. Ali sve do danas, to je nije ostvareno. Korištenje pretežno fosilnih goriva za dobivanje energije dovelo je već do velikih globalnih problema (globalno zagrevanje, povećanje nivoa gasova staklene bašte, porast nivoa mora), rešenje kojih već sada traži visoku cenu.
Goriva ćelija[uredi | uredi izvor]
Gorivna ćelija je elektrohemijski uređaj koji služi za neposrednu konverziju hemijske energije, sadržane u nekom hemijskom elementu ili spoju, u istosmernu električnu struju. Goriva se ćelija, isto tako kao i baterija, sastoji iz dve elektrode uronjene u isti elektrolit. Na anodi gorive ćelije oksidira se gorivo, tj. neki hemijski element ili jedinjenje visokog sadržaja unutrašnje energije. Elektroni, proizvedeni oksidacijom goriva, odvode se od anode spoljašnjim krugom provodnika i preko potrošača (otpornik, električni motor istosmerne struje, sijalica i sl.) do katode. Na katodi neki se drugi element ili jedinjenje (oksidans) redukuje zahvatom elektrona proizvedenih na anodi. Produkti reakcije, negativni i pozitivni joni, spajaju se u elektrolitu, a nastali produkt odvodi se iz gorive ćelije. Često je konačni produkt reakcije isti kao da je gorivo izgorelo u oksidansu uz direktnu pretvaranje hemijske u unutrašnju termičku energiju. Odatle i potiče naziv goriva ćelija. Gorive ćelije su visoko delotvorni pretvarači energije. Bez pokretnih su delova i rade bez buke. Primena gorivih ćelija ograničena je za sada na svemirske letilice i u neke vojne svrhe, dakle tamo gde visoka nabavna cena nije primarni faktor.
Reference[uredi | uredi izvor]
- ^ „Key World Energy Statistics (2018)” (PDF). International Energy Agency. 2018. str. 14. Arhivirano iz originala (PDF) 02. 10. 2017. g. Pristupljeno 14. 05. 2019.
- ^ International Energy Agency (2007).
- Obnovljivi izvori u svetskom snabdevanju energijom: Podaci međunarodne agencije za energiju, OECD. str. 3. Arhivirano na sajtu Wayback Machine (12. oktobar 2009), Pristupljeno 17. 4. 2013.
- ^ World Energy Assessment (2001). Tehnologije obnovljivih izvora, odeljak 7. Arhivirano na sajtu Wayback Machine (9. jun 2007)
- ^ Obnovljivi izvori energije Arhivirano na sajtu Wayback Machine (6. avgust 2019) www.oie-cg.me, 2019.
- ^ [1] Arhivirano na sajtu Wayback Machine (18. jul 2011) "Renewables Global Status Report 2006 Update", REN21, 2007.
- ^ [2] "Moderni vetroagregati i pretvaranje energije", www.vjetroelektrane.com, 2012.
- ^ Termosifon ili pasivni solarni termalni sistem Arhivirano na sajtu Wayback Machine (6. avgust 2019) tedeko.info, 2019.
- ^ [3] Arhivirano na sajtu Wayback Machine (8. новембар 2011) "Energija Sunca", Prof.dr.sc. Zdenko Šimić, FER , oie.mingorp.hr, 2010.
- ^ [4] Архивирано на сајту Wayback Machine (28. фебруар 2014) "Energija sunčevog zračenja za grejanje", Doc.dr.sc. Damir Dović dipl.ing. stroj., poslovni-park.hr, 2010.
- ^ [5] Архивирано на сајту Wayback Machine (27. februar 2012) "Zelena energija", Bruno Motik, ekosela.org, 2005.
- ^ [6] "Fišer-Tropšovov postupak", hemijski rečnik & glosar, glossary.periodni.com, 2012.
- ^ [7] "Biogoriva (biofuels)", www.izvorienergije.com, 2012.
- ^ [8] Arhivirano na sajtu Wayback Machine (22. новембар 2010) "Obnovljivi izvori energije - Energija biomase", Doc.dr.sc. Damir Šljvac, www.tfb.edu.mk, 2008.
- ^ [9] "Poljoprivreda i šumarstvo kao proizvođači obnovljivih izvora energije", Zbornik radova naučnog skupa, www.sumari.hr, 2007.
- ^ [10] Архивирано на сајту Wayback Machine (18. februar 2021) "Energija valova", www.svijetokonas.net, 2011.
- ^ „statkraft.com”. Arhivirano iz originala 10. 11. 2013. g. Pristupljeno 3. 5. 2017.
- ^ "UTMS u Europi - Ekonomija vodika", hrcak.srce.hr, 2003.
Literatura[uredi | uredi izvor]
- Nenad Đajić, Energija za održivi svet. . Београд. 2002. ISBN 978-86-7352-081-0.
- Aitken, Donald W. (2010). Transitioning to a Renewable Energy Future, International Solar Energy Society, January, 54 pages.
- Nicola Armaroli, Vincenzo Balzani: Energy for a Sustainable World – From the Oil Age to a Sun-Powered Future, Wiley-VCH. 2011. ISBN 978-3-527-32540-5.
- Armstrong, Robert C., Catherine Wolfram, Robert Gross, Nathan S. Lewis, and M.V. Ramana et al. The Frontiers of Energy, Nature Energy, Vol 1, 11 January 2016.
- ESMAP (2016). Assessing and Mapping Renewable Energy Resources, The World Bank: Washington, DC.
- HM Treasury (2006). Stern Review on the Economics of Climate Change, 575 pages.
- International Council for Science (c2006). Discussion Paper by the Scientific and Technological Community for the 14th session of the United Nations Commission on Sustainable Development, 17 pages.
- International Energy Agency (2006). World Energy Outlook 2006: Summary and Conclusions, OECD, 11 pages.
- International Energy Agency (2007). Renewables in global energy supply: An IEA facts sheet, OECD, 34 pages.
- International Energy Agency (2008). Deploying Renewables: Principles for Effective Policies, OECD, 8 pages.
- International Energy Agency (2011). Deploying Renewables 2011: Best and Future Policy Practice, OECD.
- International Energy Agency (2011). Solar Energy Perspectives, OECD.
- Martin Kaltschmitt, Wolfgang Streicher, Andreas Wiese (ed): Renewable energy. Technology, economics and environment, Springer, Berlin/Heidelberg. 2007. ISBN 978-3-540-70947-3.
- Lovins, Amory (2011). Reinventing Fire: Bold Business Solutions for the New Energy Era, Chelsea Green Publishing, 334 pages.
- Makower, Joel, and Ron Pernick and Clint Wilder (2009). Clean Energy Trends 2009, Clean Edge.
- National Renewable Energy Laboratory (2006). Non-technical Barriers to Solar Energy Use: Review of Recent Literature, Technical Report, NREL/TP-520-40116, September, 30 pages.
- Volker Quaschning: Understanding Renewable Energy Systems. Earthscan, London. (2nd изд.). 2016. ISBN 978-113878-196-2.
- REN21 (2008). Renewables 2007 Global Status Report, Paris: REN21 Secretariat, 51 pages.
- REN21 (2009). Renewables Global Status Report: 2009 Update, Paris: REN21 Secretariat.
- REN21 (2010). Renewables 2010 Global Status Report, Paris: REN21 Secretariat, 78 pages.
- REN21 (2011). Renewables 2011: Global Status Report, Paris: REN21 Secretariat.
- REN21 (2012). Renewables 2012: Global Status Report, Paris: REN21 Secretariat.
- Renewable Power Generation Costs in 2014 (February 2015), International Renewable Energy Agency. Executive summary Архивирано на сајту Wayback Machine (21. фебруар 2017) (8 pages). More concise summary (3 pages).
- REN21 (2016). Renewables 2016 Global Status Report: key findings, Renewable Energy Policy Network for the 21st century.
