Europa realizuje cele energetyczne

Według danych Europejskiej Agencji Środowiska (ang. European Environment Agency – EEA) w krajach europejskich udział zielonej energii w całkowitej konsumpcji energii brutto (energii elektrycznej, cieplnej i paliw) podwoił się w latach 2005–2018, osiągając średnią w wysokości około 18% (dla państw UE jeszcze z Wielką Brytanią). Jednak tempo tego wzrostu w ostatnich latach spadło. Rosnące zapotrzebowanie na energię i stagnacja w tej dziedzinie w sektorze transportu mogą, zdaniem EEA, zagrozić osiągnięciu zakładanego na 2020 r. celu 20%.

Z drugiej strony, według EEA, już 24 państwa członkowskie osiągnęły lub przekroczyły w 2018 r. orientacyjne cele określone w dyrektywie ws. odnawialnych źródeł energii. Niechlubne wyjątki to Francja, Irlandia, Holandia i Polska. Nieco inaczej wyglądają wyniki prezentowane przez Eurostat. W zestawieniu udziału czystej energii w całkowitej konsumpcji, cele krajowe na 2020 r. w 2018 r. (to najświeższe dostępne dane) zrealizowało 11 państw (Szwecja, Finlandia, Łotwa, Litwa, Estonia, Dania, Chorwacja, Litwa, Bułgaria, Włochy i Cypr). W przypadku Węgier i Rumunii jeszcze w 2017 r. wskaźniki były osiągnięte, ale rok później znów znalazły się pod progiem. Na Litwie i we Włoszech wyniki za 2018 r. były gorsze niż rok wcześniej, ale wciąż powyżej zakładanych.

W 2018 r. z odnawialnych źródeł energii w Unii Europejskiej (UE) pochodziło 30,7% końcowego zużycia energii elektrycznej brutto, 19,5% energii na ogrzewanie i chłodzenie oraz 7,6% zużycia paliwa w sektorze transportowym. 49% instalacji OZE służyło do ogrzewania, a 43% do wytwarzania elektryczności. W przypadku instalacji grzewczych 80% energii pochodziło ze spalania biomasy stałej. Jednak tempa nabiera rozwój pomp ciepła, kolektorów słonecznych i biogazowni. Z kolei na zwiększenie produkcji energii elektrycznej z OZE wpływa wzrost lądowej i morskiej energetyki wiatrowej oraz fotowoltaiki (PV).

Tegoroczna pandemia koronawirusa spowodowała istotny spadek zapotrzebowana na energię, który dotknął zarówno źródła konwencjonalne, stosujące paliwa kopalne, jak i OZE. Jest za wcześnie by przewidywać, czy udział zielonej energii w całkowitym zużyciu zmieni się z tego powodu. Ale nie będzie to efekt długotrwały – po powrocie gospodarki na ścieżkę wzrostową popyt może szybko rosnąć.

Krajowy plan działań w zakresie energii odnawialnej (ang. National Renewable Energy Action Plan; NREAP)

Źródło: EEA

*) Na 2020 r. cel UE to 20%, a NREAP 20,6%

Problemów nie brakuje

Wzrost zużycia energii końcowej obserwowany od 2015 r. spowodował zmniejszenie udziału OZE w energetycznym „torcie”. Najważniejszym problemem pozostaje transport, który, co prawda, zwiększył stosowanie zielonych paliw z 2,9% w 2005 r. do około 8% w 2017 r. (ale rok później wynik wynosił 7,6%), jednak zgodnie z celami unijnymi powinien dojść do poziomu 10% w 2020 r. Co więcej, do poziomy konsumpcji w tym sektorze wlicza się tylko certyfikowane biopaliwa, zgodne z dyrektywą o zrównoważonym rozwoju, które nie wpływają negatywnie na klimat. Nie mogą to być produkty, których wytwarzanie ogranicza obszary rolne i leśne. Każdy kraj musi wykazać zgodność z unijnym rozporządzeniem; biopaliwa bez certyfikatów nie są uwzględniane jako pochodzące ze źródeł odnawialnych.

OZE: duże różnice w państwach europejskich

Wśród państw z Europejskiego Obszaru Gospodarczego (EOG), a więc nie tylko członków UE, występują znaczne różnice w udziale odnawialnych źródeł energii w całkowitej konsumpcji. Wysoki wynik Norwegii (ponad 72,75% w 2018 r.) wynika z bardzo wysokiego stopnia wykorzystania energetyki wodnej. Podobnie w Islandii (72,21%), gdzie hydroenergetyce towarzyszy wykorzystanie źródeł geotermalnych. Dania, o ponad 30-procentowym udziale OZE, ten poziom osiągnęła dzięki energetyce wiatrowej, głównie morskiej. Z kolei Portugalia zbliża się do wyznaczonego celu za pomocą elektrowni słonecznych. Najsłabsze rezultaty wśród krajów UE osiągnęły Polska (11,28% przy celu krajowym 15%), Irlandia (11,06% – cel 16%), Wielka Brytania (11,02% i 15%), Belgia (9,42% i 13%), Luksemburg (9,06% i 11%), Malta (7,98% i 10%) oraz Holandia (7,39% i 14%).

Największy postęp od 2005 r. do 2018 r. odnotowano w Danii (o prawie 21 punktów procentowych), Szwecji (ponad 14 p.p.), Finlandii (około 12,4 p.p.), Estonii (12,6 p.p.) oraz we Włoszech (10,1 p.p.).

Wszystkie państwa w Europie opracowały polityki w zakresie energii odnawialnej i systemy wsparcia, takie jak dofinansowanie instalacji, gwarantowane taryfy lub premie, obowiązki kwotowe czy systemy aukcyjne i przetargowe. W EOG można także dokonywać transgranicznych transferów statystycznych, by pomóc krajom, które mają problemy z osiągnięciem swoich celów. To rzadko stosowane rozwiązanie – na razie takie działania podjęły tylko: Estonia, Litwa, Luksemburg, Szwecja i Norwegia. Przykładowo, pierwsze trzy państwa podpisały umowę o statystycznym przekazaniu energii odnawialnej z Estonii i Litwy do Luksemburga. Być może taki mechanizm warto zastosować na większą skalę: ponad połowa państw UE zakłada produkcję z OZE wyższą niż planowana, zatem mogłyby przekazać nadwyżki krajom z deficytem.

Energia odnawialna jest podstawowym mechanizmem prowadzącym do utworzenie gospodarki niskoemisyjnej i oszczędzającej zasoby. Już dzięki przyrostowi wytwarzania zielonej energii i ograniczenia zużycia surowców kopalnych. Bez tych zmian emisje gazów cieplarnianych w 2018 r. byłyby wyższe o 11%.

Na świecie jest coraz więcej zielonej energii

Na świecie w 2018 r. około 25% energii elektrycznej pochodziło z OZE. Według Międzynarodowej Agencji Energii (ang. International Energy Agency – IEA) silny wzrost zaobserwowano w ostatniej dekadzie, choć wykorzystanie odnawialnych źródeł energii rosło wolniej w przemyśle i nieruchomościach.

W 2018 r. produkcja wzrosła o 450 TWh i była o 7% wyższa niż w 2017 r. Największy, 90-procentowy wkład w zwiększenie wytwarzania miały elektrownie słoneczne, wiatrowe i wodne. Zainstalowano koło 180 GW nowych mocy OZE (podobnie jak w 2017 r.), a z oszacowań IEA wynika, że 2019 r. przyrost mocy był wyższy.

Warianty dalszego wzrostu OZE

Agencja w scenariuszu rozwoju energetyki zgodnym z aktualną polityką przewiduje, że za ponad połowę wzrostu produkcji energii elektrycznej do 2040 r. będą odpowiadać źródła słoneczne i wiatrowe. W tym czasie udział w końcowej konsumpcji energii (nie tylko elektrycznej) z OZE zwiększy się z 990 Mtoe w 2018 r. do niemal 2260 Mtoe. W przypadku ogrzewania IEA zakłada, że w 2040 r. 60% ciepła będzie generowane z odnawialnych źródeł energii dzięki takim rozwiązaniom jak pelety w kotłach i piecach, biogaz, biometan i biopaliwa. W transporcie wkład OZE zwiększy się do około 300 Mtoe (z tego 75% będą stanowić właśnie biopaliwa).

Natomiast w scenariuszu zrównoważonego rozwoju, dzięki zachętom inwestycyjnym, OZE zapewnią w 2040 r. nawet 66% energii elektrycznej z wkładem w końcowe zużycie energii na poziomie 37%. Jednocześnie łączna produkcja elektryczności z wiatru i fotowoltaiki (15500 TWh) będzie wyższa niż ta z elektrowni wodnych (6950 TWh). W segmencie ogrzewania udział OZE wyniesie 30% (1200 Mtoe), a w sektorze transportowym wzrośnie do 600 Mtoe (60% przypadnie na biopaliwa, reszta na zieloną energię elektryczną zużywaną przez elektryczne samochody i kolej).

W pierwszym ze scenariuszy do 2040 r. przybędzie 20 500 GW nowych mocy, przy czym dwie trzecie będzie pochodzić z OZE. Największy wkład w ten rozwój będą miały Chiny i UE (80%), znacznie mniejszy przyrost wystąpi w Azji Południowo-Wschodniej i na Bliskim Wschodzie. Najszybciej będzie rozwijać się fotowoltaika.

W scenariuszu zrównoważonego rozwoju 80% nowych mocy będzie pochodzić z OZE we wszystkich regionach. Wzrost będzie uzupełniony przez energetykę atomową i technologie wychwytywania CO2 w instalacjach wykorzystujących paliwa kopalne. Dodatkowym czynnikiem rozwoju odnawialnych źródeł energii może stać się biogaz. Z analiz IEA wynika, że roczna produkcja (prowadzona w sposób zrównoważony) może przekroczyć 570 Mtoe, czyli 20% światowego zapotrzebowania na gaz ziemny. Jednak rozwój tego segmentu wymaga opracowania odpowiednich metod wsparcia.

Morskie farmy najlepsze

IEA podkreśla, że największy potencjał do zaspokojenia popytu na energię elektryczną mają morskie farmy wiatrowe, znacznie bardziej efektywne od farm lądowych i fotowoltaicznych. Coraz większe turbiny korzystają z lepszych warunków wietrznych z dala od brzegów, dzięki czemu osiągają wysoką wydajność. Obiecującym nowym rozwiązaniem są pływające turbiny, które jeszcze lepiej spożytkują zasoby wiatru. Elektrownie wiatrowe mogą też posłużyć do produkcji bezemisyjnego wodoru w okresach, kiedy wytwarzanie przewyższa zapotrzebowanie.

Według Agencji właśnie energetyka wiatrowa, lądowa i morska otwiera drogę do pełnej dekarbonizacji w krajach UE.

Wytwarzanie elektrycznej energii odnawialnej na świecie (TWh):

Źródło: IEA

Rekordowy rok 2019

Według danych Międzynarodowej Agencji Energii Odnawialnej (ang. International Renewable Energy Agency – IRENA) w 2019 r. 75% nowych mocy wytwórczych w elektroenergetyce stanowiły odnawialne źródła energii, a udział OZE w światowej produkcji energii elektrycznej przekroczył 33%. To rekordowe wyniki. W Europie i Stanach Zjednoczonych liczba zamkniętych w ubiegłym roku elektrowni na paliwa kopalne przewyższyła liczbę nowych obiektów. Jednak w Azji i na Bliskim Wschodzie trend był przeciwny – uruchomiono więcej elektrowni węglowych i gazowych. W tym drugim regionie nowe instalacje OZE stanowiły tylko 26% nowych mocy. W ostatniej dekadzie w zielone źródła zainwestowano około 3 mld USD, jednak zdaniem Agencji, wydatki należy podwoić do 2030 r., by sprostać kryzysowi klimatycznemu.

W ubiegłym roku zainstalowano 179 GW nowych mocy z OZE, nieco mniej niż w 2018 r. (176 GW), ale spadek odnotowano także w inwestycjach w źródła tradycyjne. Elektrownie słoneczne miały udział na poziomie 55% – większość z nich postawiono w Azji (Chiny, Indie, Japonia, Korea Południowa, Wietnam), ale znaczące wzrosty odnotowano też w USA, Australii, Hiszpanii, Niemczech i na Ukrainie. Energetyka wiatrowa dołożyła 34% nowych mocy – prawie połowa farm powstała w Chinach, a kolejne miejsce na liście zajęły Stany Zjednoczone. 95% z tych farm to elektrownie lądowe.

W przypadki innych zielonych technologii – energia wodna, bioenergia, energia geotermalna i energia morska – odnotowano nieznaczne wzrosty rok do roku. W Turcji, Indonezji i Kenii rozwija się energetyka geotermalna wykorzystująca ciepło głęboko położonych skał. Ale to wciąż niewielka nisza w porównaniu do innych OZE.

Energetyka odnawialna w Polsce

W polskiej elektroenergetyce wciąż dominuje węgiel. Według Polskich Sieci Elektroenergetycznych (PSE) elektrownie zawodowe miały udział w wytwarzaniu energii elektrycznej w 2019 r. na poziomie 75,39%. Odnawialne źródła energii to jedynie 9,03%, a wkład zawodowych elektrowni wodnych wyniósł 1,55%.

Struktura wytwarzania energii elektrycznej w Polsce w 2019 r.

Źródło: PSE

Zgodnie z danymi Urzędu Regulacji Energetyki (URE) pod koniec ubiegłego roku łączna moc OZE osiągnęła poziom około 9,11 GW. Największy wkład miały farmy wiatrowe (prawie 5,92 GW) i instalacje biomasowe (1,49 GW). 973 MW wyniosła moc hydroelektrowni (niewielki spadek w porównaniu z 2018 r.), a około 245 MW – biogazowni. Energetyka słoneczna osiągnęła poziom niemal 478 MW po silnym wzroście: w 2018 r. takie instalacje oferowały tylko 147 MW. W 2020 r. trwa intensywny rozwój tego sektora, zarówno w większych farmach komercyjnych, jak i mikroinstalacjach domowych, które przeżywają rynkowy boom ze względu na możliwość uzyskania dopłat do i tak już stosunkowo tanich paneli PV.

Energia prosto z wody

Elektrownie wodne generują elektryczność podczas przepływu wody napędzającej turbiny. Dwa podstawowe ich rodzaje to siłownie przepływowe i zbiornikowe. Pierwsze umieszcza się w obiektach na jazach przegradzających rzeki. Mogą pracować w trybie ciągłym, ale produkcja jest uzależniona od ilości przepływającej wody. Przy coraz częstszych suszach ich możliwości będą zagrożone.

Elektrownie zbiornikowe dzięki spiętrzeniu wód i gromadzeniu ich w zbiornikach osiągają wysokie moce (chińska Zapora Trzech Przełomów osiąga 22,5 tys. MW, największa w Polsce Elektrownia Żarnów – 716 MW). Mogą regulować produkcję w zależności od zapotrzebowania, są bardziej odporne na wahania ilości wody płynącej w rzekach. Ich budowa wiąże się z degradacją środowiska, duże obiekty wciąż są budowane w Azji, Ameryce Południowej i Afryce.

Inne OZE wykorzystujące energię wód to elektrownie pływowe, falowo-wodne (maremotoryczne) i maretermiczne (oceanotermiczne). Pierwsze wykorzystują przypływy i odpływy: buduje się je w ujściach rzek, gdzie turbiny umieszczone na zaporach pracują dzięki wodzie wpływającej podczas przypływów i wypływającej w trakcie odpływów. Mogą jednak działać tylko tam, gdzie występuje wysoka amplituda pływów. Największa znajduje się we Francji (amplituda od 5 m do 13,5 m) nad kanałem La Manche i ma moc 240 MW.

Elektrownie falowo-wodne generują elektryczność dzięki energii fal i prądów morskich oraz oceanicznych. Wykorzystuje się w nich turbiny napędzane wodą wpływającą do zbiornika i przepływającą przez urządzenie, a także turbiny powietrzne, które poruszają się dzięki powietrzu sprężonemu przez wodę wpływającą na dno zbiornika. Instalacje (różnych typów) są zlokalizowane m.in. we Francji, Rosji, USA, Norwegii i Szkocji.

Siłownie maretermiczne wykorzystują różnice temperatur między głębinami mórz a ich warstwami powierzchniowymi. Najlepiej sprawdzają się w strefie równikowej (stabilne warunki pracy). Jako czynnik roboczy wykorzystuje się w nich gazy, które parują przy około 30 st. C (woda powierzchniowa) i skraplają w około 7 st. C (woda pozyskiwana z głębin 300–500 m). Istnieje kilka takich instalacji – do największych należy elektrownia o mocy 40 MW na Hawajach.

Elektrownie słoneczne

Najczęściej są to obiekty złożone z zestawów paneli fotowoltaicznych (PV) przekształcających światło słoneczne w energię elektryczną przy użyciu materiałów półprzewodnikowych dzięki tzw. efektowi fotowoltaicznymi. Aktualnie niskie ceny paneli powodują, że stały się one powszechne. Można je wykorzystywać w domowych mikroinstalacjach, a także w farmach o dużej mocy. Największy taki park solarny (Pavagada) uruchomiono w Indiach. Panele PV zajmują 53 km², a ich moc zainstalowana wynosi 2050 MW.

Drugi rodzaj to elektrownie termalne (solarno-termalne) wykorzystujące słoneczną energię cieplną. System luster śledzących położenie Słońca koncentruje promieniowanie na instalacjach z czynnikiem grzewczym (np. stopione sole), który podgrzewa się do około 400 st. C, a następnie, poprzez wymienniki ciepła, zamienia wodę w sprężoną parę napędzającą turbinę. Współczesne instalacje mogą magazynować energię cieplną i wytwarzać elektryczność nawet do kilku godzin po zmierzchu. Przykładem jest izraelska elektrownia Ashalim o mocy 121 MW zlokalizowana na pustyni Negew.

Elektrownie wiatrowe

Wykorzystują energię wiatru do napędzania turbin. Buduje się je na lądzie i na morzach. Morskie, dzięki bardziej stabilnym warunkom wietrznym, mają większą wydajność. W 2018 r. pokryły prawie 5% światowego zapotrzebowania na energię elektryczną. Pierwsza taka farma powstała w 1980 r. w USA. Jej moc zainstalowana wynosiła 600 kW. Do największych farm morskich należy holenderska instalacja w pobliżu Rotterdamu. Ma moc 750 MW, łopaty turbin o średnicy 220 m, a całkowita wysokość wież wynosi 260 m. Nowością mają być pływające morskie farmy wiatrowe, natomiast niewielkie, przydomowe wiatraki to rozwiązanie niszowe, wypierane przez mikroinstalacje PV.

Pozostałe OZE

Geotermia wykorzystuje ciepło podziemnych wód lub skał. Częściej służy ogrzewaniu, ale w odpowiednich warunkach nadaje się do wytwarzania energii elektrycznej. Warunki geotermiczne w Polsce pozwalają na to pierwsze zastosowanie, ale na produkcję elektryczności nie ma szans. Utrudnieniem w inwestycjach jest wysokie zasolenie krajowych wód podziemnych. Do największych elektrowni geotermalnych należy The Geysers Fields w USA o mocy 908 MW.

Biomasa zwykle służy zarówno jako paliwo do kotłów grzewczych, jak i do wytwarzania energii elektrycznej. W Polsce łączna moc elektrowni biomasowych wynosi około 1,49 GW. Stanowią źródła odnawialne, ale generują zanieczyszczenia powietrza (pyły zawieszone). Największy w kraju kocioł biomasowy znajduje się w Elektrowni Połaniec.

Z biomasy po fermentacji uzyskuje się biogaz. Wytwarza się z niej też m.in. etanol i metanol służące jako biopaliwa. W wyniku estryfikacji uzyskuje się biodiesel. W Polsce działa około 120 biogazowni rolniczych. Moc krajowych instalacji biogazowych wynosi około 245 MW.

Udział energii odnawialnej w całkowitej konsumpcji energii i zakładane cele (%)

Źródło: Eurostat

Udział energii odnawialnej w całkowitej konsumpcji energii elektrycznej (%)

Źródło: Eurostat

*) nadwyżka

Najnowsze dane Banku Światowego o udziale OZE w produkcji elektryczności i poziomie wytwarzania pochodzą z 2015 r., ale dają pogląd na sytuację na naszym globie.

Udział odnawialnych źródeł energii w całkowitej produkcji energii elektrycznej w wybranych krajach w 2015 r. (%)

Źródło: Bank Światowy

Produkcja energii elektrycznej z odnawialnych źródeł energii w wybranych krajach w 2015 r. (GWh)

Źródło: Bank Światowy

Przeczytaj także: W szwajcarskich Alpach pływa elektrownia słoneczna