Gdzie się podziała energia…

Na łamach „Buduj z Głową” omówiliśmy już praktycznie wszystkie najważniejsze sposoby pozyskiwania i przetwarzania energii z odnawialnych źródeł.

W dzisiejszym artykule przedstawię największe projekty dotyczące wykorzystania energii odnawialnej na świecie, jakie moce jesteśmy w stanie uzyskać z instalacji i gdzie się one znajdują.

WODA

Zacznijmy od wykorzystania ruchu wody jako źródła dostarczania energii. Mamy w tym miejscu cztery sposoby przekształcenia „mocy” wody. Źródłem energii elektrycznej w elektrowniach wodnych jest energia potencjalna wody. Ilość tej energii jest proporcjonalna do wysokości, jaką traci woda w obrębie elektrowni. Energię tę można zmaksymalizować poprzez spiętrzenie wody. W tym celu buduje się zapory. Największą na świecie jest zbudowana w Chinach Zapora Trzech Przełomów (rzeka Jangcy). Jej maksymalna chwilowa moc wytwórcza wynosi 22.500 MW. Drugą co do wielkości jest elektrownia wodna Itaipu (na rzece Parana) – znajduje się na granicy Paragwaju i Brazylii i posiada moc wytwórczą 14.000 MW. Co ciekawe, pomimo dużych różnic mocy generatorów zainstalowanych w tych dwóch elektrowniach, w ciągu całego roku wytwarzają one niemal równe ilości energii elektrycznej (około 98 TWh). Wynika to ze zmienności sezonowej w przepływie wody na rzece Jangcy. W latach o największym przepływie wody można otrzymywać moc do 125 TWh rocznie. Trzecia i czwarta elektrownia wodna dostarczające najwięcej rocznej energii elektrycznej znajdują się w Wenezueli (ok. 52 TWh – rzeka Caroni) i w Brazylii (ok. 41 TWh – rzeka Tocantins). Dla porównania, w Polsce we wszystkich hydroelektrowniach produkuje się rocznie około 2 TWh energii elektrycznej. Jak widzimy, moce, jakie można uzyskać z hydroelektrowni, są bardzo duże; stąd wśród nowych projektów, które mają być dopiero wdrożone w życie, jest m.in. zapora Wielka Inga na rzece Kongo – ma osiągnąć moc 39.000 MW.

Wśród elektrowni wodnych są i takie, które wykorzystują energię fal wody. Pierwsza na świecie komercyjna elektrownia znajdowała się u wybrzeży Portugalii. Została niestety zamknięta i złomowana ze względu na problemy techniczne i kłopoty finansowe operatora – jej moc szczytowa wynosiła łącznie około 2,25 MW. Obecnie największą funkcjonującą elektrownią falową jest obiekt skonstruowany przy północnym wybrzeżu Kornwalii, w Anglii. Moc generowanej energii wynosi 20 MW, z potencjalną możliwością rozbudowy do 40 MW. Elektrownia ta może wygenerować 13.800 MWh energii elektrycznej rocznie, co powinno wystarczyć na pokrycie zapotrzebowania dla 7,5 tys. mieszkań. Szacuje się, że „zasób” energii fal na całym świecie może być większy niż 2 TWh.

A jaką moc jesteśmy w stanie „wyciągnąć” z energii przekształcanej przez podwodne turbiny wykorzystujące ruch masy wody – energii pływów? Zasada działania takiej turbiny podobna jest do tych, które wykorzystują na ziemi ruch powietrza. Jednakże możliwość wytwarzania energii elektrycznej przez turbinę pływów może być większa niż w przypadku turbiny wiatrowej. Wynika to z większej gęstości wody w stosunku do powietrza. Do poprawnej pracy turbiny fala musi poruszać się z prędkością co najmniej 1 m/s. Pierwsza, komercyjna elektrownia regularnie działająca przy pełnej mocy została zainstalowana u wybrzeży Irlandii Północnej. Jest ona w stanie dostarczyć do 20 MWh energii na dobę, przy pracy od 18 do 20 godzin na dobę (generator o mocy 1,2 MW). W fazie projektowej są farmy turbin wykorzystujące moc pływów u wybrzeży Szkocji. Po zakończeniu prac w pełni sprawny system dostarczy około 86 MWh energii, co jak się szacuje powinno wystarczyć do zasilania 42 tys. domów. Docelowo przewiduje się, że przy wykorzystaniu 400 turbin można będzie osiągnąć moc 398 MWh. Jeszcze większy projekt, którego zakończenie przewiduje się na 2015 rok, ma miejsce u południowych wybrzeży Korei Południowej – farma turbin będzie dostarczać około 300 MW energii odnawialnej.

Drugim typem elektrowni pływowych są te, które wykorzystują zapory. Do niedawna największą z nich była wybudowana we Francji, a działająca od 1967 roku, elektrownia Rance, która generuje moc 240 MW (rocznie około 540 GWh energii). Obecnie największą instalacją na świecie wykorzystującą moc pływów jest elektrownia na zbiorniku wodnym jeziora Sihwa w Korei Południowej. Jej łączna moc to 254 MW.

W roku 2012 krajem o największej produkcji rocznej energii z energii wodnej były Chiny (ok. 861 TWh) i kolejno: Brazylia (ok. 418 TWh), Kanada (ok. 380 TWh) i Stany Zjednoczone (ok. 280 TWh). Co stanowiło w krajowej produkcji odpowiednio dla Chin – 17,4%, Brazylii – 75,4%, Kanady – 62,3% i USA – 6,6%. Z europejskich państw najwięcej produkują: Rosja, Norwegia oraz Szwecja. Najwyższy udział energii wodnej w krajowej produkcji energii ma miejsce w Norwegii – 96,7%, w Szwecji – 45,4%, a w Rosji – 15,6%.

WIATR

Wykorzystanie wiatru do produkcji energii.

Ze względu na umiejscowienie farm wiatrowych mamy ich dwa rodzaje – lądowe oraz morskie. Największą lądową (w trakcie budowy) jest grupa farm wiatrowych w zachodniej prowincji Gansu w Chinach. Moc zainstalowana 5.160 MW, a planowana wyprodukowana moc ma wynieść 12.710 MW w 2015 r. i 20.000 MW w 2020 r. Druga co do wielkości działająca farma wiatrowa zlokalizowana jest w USA w Kalifornii (Kern County). Posiada łączną zainstalowaną moc równą 1.320 MW. Kolejne miejsce zajęła farma indyjska – w Radżasthanie – moc zainstalowana to 1.064 MW. I znowu farma amerykańska w Oregonie, o mocy 845 MW. W Europie mamy do dyspozycji nieco mniejsze farmy. Fântânele-Cogealac Wind Farm jest największą na lądzie farmą wiatrową i znajduje się w Rumunii – 600 MW. Z kolei w Wielkiej Brytanii znajduje się farma o łącznej mocy 539 MW (Whitelee Wind Farm). Największa projektowana w Europie farma zostanie zlokalizowana w północnej Szwecji (Markbygden). Będzie się składać z ponad 1.100 turbin o łącznej mocy 4 GW i pokryje powierzchnię około 450 kilometrów kwadratowych. Roczna produkcja energii elektrycznej ma wynieść 12 TWh. Mają tam być m.in. zastosowane największe obecnie na świecie turbiny o średnicy wirnika 127 m (!) i mocy znamionowej 7.580 kW, o łącznej wysokości 198 m (!).

Największa na świecie farma wiatrowa na morzu zlokalizowana jest ponad 20 km od wybrzeży Kent i Essex w ujściu Tamizy - Array Londyn o mocy 630 MW; następna – 23 km od wybrzeża Suffolk - Wielki Gabbard o mocy 504 MW; w budowie znajduje się Gwynt y Mor o mocy 576 MW (wszystkie Wielka Brytania). Kolejne to elektrownie o mocy 400 MW zlokalizowane w Danii (Anholt Offshore Wind Farm – cieśnina Kattegat) oraz w Niemczech na morzu Północnym (100 km na północ od wyspy Borkum).

ZIEMIA

Energia geotermalna znalazła zastosowanie przy produkcji energii elektrycznej np. … w Kenii. Moc zainstalowana w tym afrykańskim kraju wynosi 167 MW, co stanowi 11,2% krajowej produkcji energii. Większe pola geotermalne znajdują się w Salwadorze. Moc tamtejszych elektrowni to 204 MW. Z kolei w Japonii możemy mówić o mocy rzędu 536 MW. I państwo europejskie znalazło się na tej liście – tak, to Islandia - 575 MW. Pięć dużych elektrowni geotermalnych Islandii generuje nie tylko energię elektryczną dla prawie jednej trzeciej kraju, ale również prawie 90% potrzebnej do ogrzewania wody i budynków. Potencjał energii geotermalnej na Islandii jest tak wielki, że w okresie zimowym podgrzewa ulice miast w pobliżu pól geotermalnych. Nowa Zelandia - moc zainstalowana 700 MW, co stanowi 10% krajowej produkcji energii.

I znowu Europa – tym razem Włochy i moc 843 MW.

Meksyk jest miejscem dla drugiej co do wielkości elektrowni geotermalnej na świecie. Elektrownia Cerro Prieto ma 820 MW mocy zainstalowanej (Meksyk całościowo – 958 MW).

Kolejne państwo to Indonezja, która posiada 40 procent światowego potencjału geotermalnego. Obecna zainstalowana moc to 1.200 MW, w 2014 roku zdolność zostanie podniesiona do 4.000 MW, a w 2025 roku do 9.000 MW. Drugie miejsce na listach światowych w wykorzystaniu energii geotermalnej zajmują Filipiny – 1.904 MW zainstalowanej mocy, co stanowi ok. 27% krajowej produkcji energii.

Na czele świata w produkcji energii geotermalnej, z 3.100 MW zainstalowanej mocy stoją Stany Zjednoczone (ale to tylko 0,3% krajowej produkcji energii). 77 elektrowni geotermalnych jest w stanie wygenerować około 15 mld kilowatogodzin energii elektrycznej rocznie. Największa elektrownia geotermalna na świecie znajduje się w Kalifornii na północ od San Francisco i ma ponad 1.500 MW zainstalowanej mocy.

SŁOŃCE

Czas na nasze kochane słoneczko – najpierw fotowoltaika.

Listę otwiera Topaz Solar Farm z mocą 550 MW. Obiekt znajduje się w San Luis Obispo County, w Kalifornii. Golmud Solar Park o mocy 200 MW jest elektrownią fotowoltaiczną znajdującą się w mieście Golmund w Chinach. W obszarze pustyni Golmund znajduje się więcej elektrowni, łączna ich moc to blisko 570 MW. Jeszcze większa farma solarna znajduje się w Indiach. Gujarat Solar Park (to nazwa używana dla całej grupy parków solarnych) jest największym parkiem solarnym w Azji, o mocy zainstalowanej 857 MW. Z kolei w Arizonie budowana jest obecnie elektrownia, która docelowo ma mieć maksymalną moc na poziomie 700 MW. Planuje się też wybudowanie farmy fotowoltaicznej w Nowym Meksyku (Rancho Cielo Solar Farm w Belen), która ma produkować 600 MW energii. Największą europejską farmą fotowoltaiczną jest Extremadura Solar Complex w mieście Logrosán (prowincja Cáceres w Hiszpanii) – kompleks instalacji fotowoltaicznych ma obecnie 183 MW.

Wśród Europejskich farm fotowoltaicznych mamy też Neuhardenberg Solar Park (145 MW) i Templin Solar Park (128 MW) elektrownie słoneczne zlokalizowane w Niemczech na terenie byłych lotnisk wojskowych. Toul-Rosières Solar Park to 115 MW farm słonecznych znajdujących się w bazie lotniczej o tej samej nazwie we Francji. Z kolei na Krymie znajduje się Perovo Solar Park o mocy 100 MW.

Słońce, jako źródło energii, wykorzystywane jest również w instalacjach solarnych. Do największych z nich należy Ivanpah Solar Power zlokalizowany w San Bernardino w Kalifornii. Jego moc to 392 MW. Na pustyni Mohave zlokalizowano słoneczny system wytwarzania energii o łącznej mocy z trzech różnych miejsc równej 354 MW. Użyte w systemie turbiny mogą w nocy wykorzystywać do spalania gaz ziemny.

W Arizonie (Maricopa County) ulokowano z kolei elektrownię o mocy 280 MW. Obiekt jest tak zaprojektowany, aby zapewnić sześć godzin magazynowania energii.

Andasol to z kolei elektrownia słoneczna o mocy 150 MW, która znajduje się w Andaluzji, na południu Hiszpanii. Wykorzystuje zbiorniki stopionej soli do przechowywania energii słonecznej, tak aby można było kontynuować wytwarzanie energii elektrycznej nawet gdy słońce nie świeci. Roczna produkcja energii to około 495 GWh. W Hiszpanii znajdują się jeszcze dwie elektrownie o mocy 150 MW (Solnova, Extresol) oraz trzy o mocy 100 MW.

BIOMASA

Największa elektrownia na biomasę znajduje się w Finlandii, w Alholmen. Generuje maksymalną moc 240 MW energii elektrycznej oraz dostarcza 160 MW ciepła do pobliskich zakładów i miasta. Elektrownia jako głównego paliwa wykorzystuje biopaliwo na bazie drewna (kora, gałęzie). Stosowany jest również torf oraz węgiel jako rezerwy paliwa.

Niestety, większość elektrowni na biomasę wykorzystuje węgiel jako produkt spalania, dlatego trudno mówić o odnawialnym źródle energii.

BIOGAZ

Na koniec biogazownie wykorzystujące gaz ze składowisk odpadów komunalnych. Największy na świecie zakład przetwórstwa gazu wysypiskowego znajduje się w Puente Hills w USA. Przyjmuje on dziennie ok. 10 t śmieci z Los Angeles. Ma moc 50 MW. Zajmuje obszar 252 ha. Druga, też o mocy 50 MW, „przetwórnia” znajduje się w Incheon, w Korei Południowej i przyjmuje śmieci z aglomeracji Seulu (dziennie 18-20 t). Zajmuje obszar 228 ha.

Lista nowych, coraz to większych i sprawniejszych elektrowni wykorzystujących odnawialne źródła energii stale się poszerza. Największym problemem jednak są wciąż bardzo wysokie koszty takich inwestycji.