Energia odnawialna wyjaśniona: jak działają energia słoneczna, wiatrowa, wodna, geotermalna i biomasa

Pięć głównych źródeł energii odnawialnej

Amerykański Urząd Informacji o Energii (EIA) wyróżnia pięć głównych źródeł energii odnawialnej wykorzystywanych do wytwarzania energii elektrycznej i ciepła: biomasę, energię geotermalną, energię wodną, energię słoneczną i wiatrową. Każda z nich zamienia inny zasób naturalny — światło słoneczne, ruch powietrza, przepływającą wodę, ciepło podziemne lub materię organiczną — w energię użytkową.

Energia słoneczna

EIA opisuje trzy technologie słoneczne: ogniwa fotowoltaiczne (PV), które zamieniają światło słoneczne bezpośrednio na energię elektryczną, systemy słoneczne termiczne, które ogrzewają wodę lub powietrze dla budynków, oraz skoncentrowane kolektory słoneczne, które ogrzewają płyn używany do produkcji energii elektrycznej.

Energia wiatrowa

Turbiny wiatrowe zamieniają ruch powietrza na energię elektryczną i zwykle są grupowane w farmy wiatrowe. Zgodnie z EIA, większość farm wiatrowych w USA obecnie działa w centralnym regionie kraju, z planowanym rozszerzeniem energetyki wiatrowej na morzu.

Energia wodna

Energia wodna generuje elektryczność z przepływającej wody. EIA rozróżnia konwencjonalną energetykę wodną, która wykorzystuje tamy lub przepływ rzeki do obrócenia turbin, od energetyki wodnej z magazynowaniem pompowanym, która przenosi wodę między dwoma zbiornikami na różnych wysokościach w celu magazynowania i uwalniania energii.

Energia geotermalna

Energia geotermalna to ciepło z wnętrza Ziemi. Wyjaśnienie EIA dotyczące energii geotermalnej wymienia trzy zastosowania: kąpiel w gorących źródłach, ogrzewanie budynków i wytwarzanie energii elektrycznej.

Energia biomasy

Energia biomasy pochodzi z niezmineralizowanego materiału roślinnego. EIA dzieli ją na trzy kategorie: biopaliwa takie jak etanol i biodiesel do transportu, komunalne odpady stałe i biogaz spalane w celu wytworzenia energii elektrycznej oraz drewno — resztki z leśnictwa i peletki drewniane używane do ogrzewania i gotowania. EIA zauważa, że drewno jest drugim co do wielkości źródłem energii odnawialnej w Stanach Zjednoczonych.

Pojemność globalna a miks energii elektrycznej w USA

Dwa poniższe wskaźniki nie są bezpośrednio porównywalne: dane globalne mierzą moc zainstalowaną (maksymalny wynik, jaki mogłaby wytworzyć technologia), podczas gdy dane USA mierzą rzeczywisty udział wytworzonej energii elektrycznej w 2023 roku. Dane dotyczące pojemności globalnej na koniec 2024 roku pochodzą z Międzynarodowej Agencji Energii Odnawialnej (IRENA), jak donosi Balkan Green Energy News; dane dotyczące udziału produkcji w USA pochodzą z EIA.

Globalnie, całkowita pojemność energii odnawialnej osiągnęła 4,49 TW do końca 2024 roku, wzrosła o 585 GW (+15,1%) w stosunku do 2023 roku — największy roczny wzrost w historii, zgodnie z danymi IRENA cytowanymi przez Balkan Green Energy News. Energia słoneczna i wiatrowa razem stanowiły znaczną większość tego wzrostu, podczas gdy energia wodna, bioenergia i geotermalna rozwijały się wolniej. W Stanach Zjednoczonych energia odnawialną w całości dostarczyła 21,4% produkcji energii elektrycznej w skali użyteczności w 2023 roku, poniżej paliw kopalnych (60,0%) i powyżej jądrowej (18,6%), zgodnie z EIA; energia wiatrowa była największym źródłem energii odnawialnej.

To samo doniesienie odnotowało, że Chiny stanowiły 63,8% całkowitej pojemności energii odnawialnej dodanej na całym świecie w 2024 roku, w tym 70,5% nowej energii wiatrowej i 61,5% nowej pojemności fotowoltaiki słonecznej, oraz że kraj posiadał ponad połowę globalnej pojemności słonecznej w wysokości 888 GW.

Jak sprawdzić, które źródło energii odnawialnej pasuje do lokalizacji

Na podstawie tego, jak każda technologia funkcjonuje zgodnie z EIA, oto podstawowe sprawdzenia używane do oceny, czy źródło energii odnawialnej jest odpowiednie dla danego miejsca:

1. Sprawdź ekspozycję słońca: ogniwa PV energii słonecznej i systemy termiczne energii słonecznej opierają się na bezpośredniej konwersji światła słonecznego na energię elektryczną lub ciepło, dlatego stała ekspozycja słoneczna jest kluczowym wymogiem.
2. Oceń lokalne warunki wiatrowe: turbiny wiatrowe wymagają wystarczającego, stałego wiatru; w USA większość istniejących farm wiatrowych jest skoncentrowana w centralnym regionie, przy czym lokalizacje na morzu są rozwijane osobno.
3. Szukaj przepływającej wody: konwencjonalna energia wodna wymaga tamy lub przepływu rzeki wystarczająco silnego do obrócenia turbiny, podczas gdy energia wodna z magazynowaniem pompowanym wymaga dwóch zbiorników na różnych wysokościach.
4. Określ ciepło geotermalne: EIA wymienia gorące źródła, ogrzewanie budynków i wytwarzanie energii elektrycznej jako główne zastosowania ciepła geotermalnego, dlatego lokalne gorące źródła lub podziemne zasoby ciepła wskazują na potencjał do tych zastosowań.
5. Zapewnij zasilanie biomasą: dostępność pozostałości drewna, komunalnych odpadów stałych, źródeł biogazu lub upraw do biopaliw determinuje, czy produkcja energii z biomasy jest praktyczna, ponieważ każdy wymaga stałego dopływu materiału organicznego.

Dlaczego miks ma znaczenie

Żadne pojedyncze źródło energii odnawialnej nie dominuje w obu miarach. Energia słoneczna prowadzi w globalnej pojemności zainstalowanej, energia wodna jest największym źródłem energii odnawialnej pod względem pojemności po energii słonecznej, a energia wiatrowa dostarcza największy udział faktycznej produkcji energii elektrycznej z energii odnawialnej w USA. Różnice odzwierciedlają to, jak pojemność (co zaczyna teoretycznie mogła wytworzyć) różni się od produkcji (co faktycznie jest wytwarzane).