Przechodzenie na czystą energię ze źródeł odnawialnych

Energia w postaci, w której jest pozyskiwana, prawie zawsze musi zostać przekształcona w paliwo odpowiednie do planowanego sposobu jego wykorzystania. Na przykład zanim będzie można wykorzystać energię wiatrową lub energię słoneczną, należy przekształcić ją w energię elektryczną. Podobnie ropę naftową wydobywaną z ziemi należy przekształcić w benzynę i olej napędowy, naftę, paliwo do silników odrzutowych, gaz płynny (LPG), energię elektryczną itp. zanim będzie można użyć jej w samolotach, samochodach i domach.

W procesie transformacji traci się część tej początkowej potencjalnej energii. Nawet w przypadku ropy naftowej, która cechuje się wyższą gęstością energii [1] niż większość konwencjonalnych paliw, w energię elektryczną można przekształcić zaledwie około 20% tej potencjalnej energii.

Efektywność energetyczna: sposoby na straty energii mają kluczowe znaczenie

Elektrownie często wytwarzają energię elektryczną, wykorzystując energię cieplną uzyskiwaną w trakcie spalania paliwa pierwotnego takiego jak węgiel kamienny. Podstawowe założenia tego procesu są bardzo podobne do zasad działania prostych silników parowych. Doprowadzona do wrzenia woda wytwarza parę i zwiększa swoją objętość w miarę przekształcania się w gaz, który z kolei wprowadza turbiny w ruch obrotowy. Energię pochodzącą z ruchu mechanicznego (energię mechaniczną) pobiera się następnie jako energię elektryczną. Istotna część paliwa wsadowego jest jednak tracona w procesie przekształcania jako ciepło odpadowe. Podobnie jak laptopy, samochody lub wiele innych urządzeń elektronicznych elektrownie generują energię cieplną w trakcie pracy i są wyposażone w systemy chłodzenia, których celem jest wyeliminowanie ryzyka przegrzania.

Elektrownie lub rafinerie ropy naftowej potrzebują energii do przekształcania energii, a także do swojej codziennej działalności operacyjnej. Oczywiście systemy chłodzenia (np. wiatraki w komputerach) również potrzebują energii do działania. Systemy chłodzenia w elektrowniach mogą również uwalniać energię cieplną – najczęściej w postaci ogrzanej wody i powietrza – z powrotem do środowiska.

Do tego rodzaju braku efektywności – utraty energii lub marnotrawstwa ciepła – dochodzi nie tylko przy przekształcaniu jednego rodzaju energii w inny. Każdego dnia gdy ogrzewamy nasze domy, jeździmy samochodami lub gotujemy posiłki – zasadniczo prawie za każdym razem, gdy korzystamy z energii – marnujemy część tej energii. Na przykład samochód zasilany paliwem kopalnym zużywa zaledwie około 20% paliwa do przemieszczania się, przy czym około 60% paliwa jest tracone jako energia cieplna generowana przez silnik. Budynki odpowiadają za 40% łącznego zużycia energii w UE, przy czym około 75% z nich jest nieefektywne energetycznie [2]. Nieefektywność energetyczna to sytuacja, w której dochodzi do marnotrawienia istotnej części zasobów, uwzględniając środki pieniężne, przy jednoczesnym zanieczyszczaniu środowiska w stopniu większym niż jest to konieczne. Jak można uniknąć tego rodzaju strat? W jaki sposób można zwiększyć efektywność energetyczną? Czy możemy lepiej wykorzystać tę samą ilość energii?

Część strat energii można ograniczyć do minimum, stosując odpowiednie rozwiązania technologiczne i odpowiednie instrumenty polityczne. Na przykład energooszczędna żarówka zużywa o około 25–80% mniej energii niż tradycyjna lampa bańkowa i może być potencjalnie eksploatowana od 3 do 25 razy dłużej. Niektóre elektrownie (w procesie określanym mianem kogeneracji) wychwytują energię cieplną, która w przeciwnym wypadku zostałaby zmarnotrawiona, i wykorzystują ją do zaopatrywania sieci komunalnych w energię cieplną i chłodniczą. Podobnie montowanie nowoczesnych instalacji izolacyjnych w starych budynkach może przyczynić się do ograniczenia zużycia energii i obniżenia rachunków za energię.

Magazynowanie i transport energii

W niektórych przypadkach energia cieplna, która w przeciwnym wypadku zostałaby zmarnowana, może zostać wykorzystana do innych celów. Energia cieplna wytwarzana przez ciało człowieka może nie wydawać się najbardziej oczywistym źródłem energii, ale nawet taką energię można gromadzić i przekształcać w energię nadającą się do wykorzystania. Każdego dnia przez centralny dworzec kolejowy w Sztokholmie przewija się około 250 000 osób dojeżdżających do pracy. Zamiast odprowadzać nadmiar energii cieplnej kanałami wentylacyjnymi gromadzi się go i wykorzystuje do podgrzania wody, która ogrzewa biurowiec po drugiej stronie ulicy, co pozwala obniżyć rachunki za energię podczas mroźnych szwedzkich zim.

Tego rodzaju innowacyjne podejścia będą miały również kluczowe znaczenie dla zapewnienia możliwości magazynowania i przesyłania czystej energii na odpowiednią skalę. Paliwa kopalne są stosunkowo łatwe do składowania i transportowania. Ropę naftową można wykorzystać w dowolnym momencie po jej wydobyciu. Można transportować ją w ramach istniejących sieci za pośrednictwem rozbudowanej infrastruktury funkcjonującej od wielu lat. W przypadku energii ze źródeł odnawialnych sytuacja może wyglądać inaczej, ale dzięki stosowaniu innowacyjnych rozwiązań można sprawić, by posługiwanie się taką energią było równie łatwe jak korzystanie z ropy naftowej. Gromadzenie energii słonecznej w miesiącach letnich i przechowywanie jej w postaci ciepłej wody w podziemnych zbiornikach w celu jej wykorzystania w miesiącach zimowych może zapewnić ilość energii cieplnej wystarczającą do tego, by pokryć zapotrzebowanie energetyczne całych społeczności. Ponadto wraz ze wzrostem wydajności akumulatorów, które mogą gromadzić coraz większą ilość energii, oraz w miarę rozbudowy infrastruktury stacji ładowania można teoretycznie wyobrazić sobie sytuację, w której długodystansowy transport drogowy odbywałby się w całości przy wykorzystaniu pojazdów zasilanych energią elektryczną.

Niektóre rozwiązania w obszarze transportu zasilanego energią elektryczną mogą również wykraczać poza korzystanie z akumulatorów o dużej pojemności. Na niektórych trasach w Grazu (Austria) i w Sofii (Bułgaria), na których świadczy się usługi transportu publicznego, podejmuje się już próby wykorzystywania autobusów zasilanych energią elektryczną wyposażonych w lżejsze akumulatory, które ładują się szybciej. Po ładowaniu akumulatora przez 30 sekund w czasie, gdy pasażerowie wysiadają z pojazdu i wsiadają do niego na przystankach, tego rodzaju autobusy są w stanie przejechać dodatkowe 5 kilometrów do kolejnego przystanku wyposażonego w stację ładowania.

Warunki dla innowacyjnych rozwiązań

Choć potrzebujemy znacznej ilości energii, aby zasilić maszyny, z których korzystamy, i ogrzać nasze domy, energia ta wcale nie musi pochodzić z paliw kopalnych. Czy można byłoby zwiększyć ilość gromadzonej energii słonecznej? Panele fotowoltaiczne zawierają ogniwa fotowoltaiczne, które przekształcają część promieniowania słonecznego w energię elektryczną. Dzięki zmianom technologicznym, do których doszło w ostatnich latach, ogniwa fotowoltaiczne mogą wychwytywać coraz większą ilość nieprzetworzonej energii słonecznej po niższych kosztach. Im większa powierzchnia panelu, tym więcej energii elektrycznej jest on w stanie wygenerować. Duża liczba razu paneli fotowoltaicznych w krajobrazie może wzbudzać obawy związane z obniżeniem jego walorów estetycznych wśród przedstawicieli lokalnych społeczności lub uniemożliwiać wykorzystanie gruntów w innych celach. A gdyby tego rodzaju panele stały się niewidoczną częścią naszego codziennego życia?

Projekt badawczy finansowany ze środków udostępnianych w ramach programów badawczych UE koncentruje się właśnie na tym zagadnieniu. Celem projektu Fluidglass jest przekształcenie okien w niewidoczne kolektory energii słonecznej. Projekt zakłada wprowadzenie cienkiej warstwy wody wzbogaconej nanocząstkami pomiędzy dwie tafle szkła. Nanocząstki wychwytywałyby energię słoneczną i przekształcały ją w energię elektryczną, która mogłaby być wykorzystana w danym budynku. Nanocząstki pozwalałyby również filtrować światło słoneczne, co pozwoliłoby utrzymać temperaturę pomieszczenia na odpowiednim poziomie przy upalnej pogodzie. W opinii członków zespołu projektowego wprowadzenie omawianego rozwiązania w już istniejących budynkach pozwoliłoby uzyskać oszczędności energii na poziomie 50–70%, natomiast w przypadku jego zastosowania w nowych budynkach zaprojektowanych z myślą o zużywaniu mniejszej ilości energii można byłoby uzyskać dodatkową oszczędność energii na poziomie 30%.

Opisany projekt badawczy jest zaledwie jedną spośród wielu inicjatyw realizowanych w całej Europie, których celem jest wypracowanie rozwiązań i usprawnień związanych z problematyką energii ze źródeł odnawialnych, efektywności energetycznej i oszczędności energii. Ogólnie rzecz biorąc, opisane innowacje mają olbrzymi potencjał, jeżeli chodzi o wzrost gospodarczy i zdolność generowania nieograniczonej ilości czystej energii. Kolejnym krokiem powinno być stworzenie warunków sprzyjających ich przyjmowaniu. Organy publiczne, inwestorzy, konsumenci i różne podmioty prowadzące działalność w kluczowych sektorach (np. w sektorze budowlanym) będą miały do odegrania istotną rolę w procesie zapewniania możliwie jak najpowszechniejszego przyjęcia tych rozwiązań.

Europejski Bank Inwestycyjny to jeden z podmiotów odpowiedzialnych za dostarczanie niezwykle potrzebnych środków finansowych na działania w tym zakresie. Wśród niewykorzystanych źródeł naturalnej i czystej energii należy wymienić energię fal. Zgodnie z niektórymi szacunkami energia fal mogłaby pokryć co najmniej 10% globalnego zapotrzebowania na energię. Fińskie przedsiębiorstwo pracuje nad stworzeniem podwodnych paneli zapewniających możliwość przekształcania energii generowanej przez fale oceaniczne w energię elektryczną. Panel zainstalowany u wybrzeży Portugalii może pokryć zapotrzebowanie 440 domów na energię elektryczną. Poza zapewnianiem wsparcia na rzecz wielu innych niszowych rozwiązań Europejski Bank Inwestycyjny udzielał kredytów na podejmowanie działań służących zapewnieniu szerszego wykorzystania tej technologii.

Od energii z węgla kamiennego do energii słonecznej: inwestycje w nowe umiejętności zawodowe

Nieprzychylne nastawienie społeczności lokalnej może stanowić pierwszą przeszkodę na drodze do czystej energii. Niektóre społeczności obawiają się, że wprowadzenie nowych rozwiązań doprowadzi do zeszpecenia krajobrazu i narażenia na hałas na danym obszarze. Panele fotowoltaiczne i turbiny wiatrowe rozsianie w okolicy mogą być postrzegane jako elementy obniżające walory estetyczne idyllicznego krajobrazu wiejskiego. Niektóre z tych obaw można rozwiać poprzez lepsze planowanie przestrzenne i zaangażowanie przedstawicieli lokalnych społeczności w proces podejmowania decyzji dotyczących lokalizacji farm wiatrowych. Bardziej fundamentalna zmiana jest jednak związana z miejscami pracy, zarobkami i jakością życia związanymi z możliwością uzyskiwania stałych dochodów. Zamknięcie jednego sektora, np. sektora wydobycia węgla kamiennego, bez stworzenia nowych możliwości gospodarczych może doprowadzić do wzrostu stopy bezrobocia w danej okolicy. Ludność miejscowości zależnych od wydobycia węgla kamiennego będzie z oczywistych względów bardziej sceptycznie nastawiona do perspektywy wprowadzenia fundamentalnych zmian w strukturze lokalnej gospodarki. Pomimo skali tego przedsięwzięcia dokonanie takiej transformacji jest jednak możliwe, a niektóre regiony dały dobry przykład tego, jak należy ją przeprowadzić.

Po odkryciu złóż węgla kamiennego w Zagłębiu Ruhry w Niemczech w 1840 r. Gelsenkirchen stało się jednym z najważniejszych miast w Europie, w którym prowadzono wydobycie węgla kamiennego. Przez ponad 100 lat gospodarka miasta opierała się na wydobyciu węgla kamiennego, a w późniejszym okresie – na przetwórstwie ropy naftowej. Dziś w Gelsenkirchen nie mieszka ani jeden górnik. Miasto to jest jednak nadal związane z sektorem energetycznym. Aby poradzić sobie z utrzymującym się od dziesięcioleci problemem wysokiego bezrobocia i aby wygasić wydobycie węgla kamiennego, miasto aktywnie zaangażowało się w proces przyjmowania innowacji w obszarze czystych technologii i udzielało wsparcia na rzecz tych technologii. Gelsenkirchen ma ambicje, by stać się niemieckim centrum technologii słonecznych dysponującym wysoko wykwalifikowaną siłą roboczą, dlatego też stara się przyciągnąć nie tylko podmioty z sektora czystej energii, ale również podmioty z sektora finansowego i sektora usług. Członkowie lokalnej społeczności – niegdyś zależni od paliw kopalnych – stali się obecnie gorącymi zwolennikami i użytkownikami czystej energii.

Przeniesienie siły roboczej z jednego sektora do innego nie jest łatwe. Wykonywanie każdej pracy wiąże się z koniecznością dysponowania określonymi umiejętnościami i posiadania określonej wiedzy. Nabycie nowych umiejętności wymaga czasu i praktycznie zawsze wiąże się z koniecznością poczynienia nakładów finansowych. Organizowanie szkoleń dla osób, na które wprowadzenie innowacyjnych rozwiązań wywarło wpływ, może zmniejszyć koszty społeczne związane z dokonaniem tego rodzaju społeczno-ekonomicznej transformacji. Podobnie ograniczanie uzależnienia ekonomicznego od jednego sektora poprzez wspieranie działań służących poszerzaniu zakresu prowadzonej działalności może przyczynić się do rozwoju lokalnej gospodarki. Aby te zmiany mogły przynieść pożądane skutki, należy rozpocząć ich wprowadzanie na wczesnym etapie i wdrażać je przez określony czas. Na przykład należy stopniowo obniżać liczbę zatrudnianych osób, aby uniknąć poważnych wstrząsów w społeczności zależnej od węgla kamiennego, dostosowując jednocześnie system kształcenia – a w szczególności system szkolenia zawodowego – w taki sposób, by zachęcał on osoby poszukujące pracy, które dopiero wkraczają na rynek, do podejmowania zatrudnienia w nowych sektorach i odchodzenia od sektora górnictwa.

Z bliska: polityka UE w dziedzinie czystej energii

Oszczędność energii i efektywność energetyczna to kluczowe elementy polityki klimatyczno-energetycznej Unii Europejskiej. Biorąc pod uwagę fakt, że spalanie paliw kopalnych jest ściśle powiązane ze zmianami klimatu, każdy przypadek zmniejszenia ogólnego poziomu zużycia paliw kopalnych doprowadzi do obniżenia poziomu emisji gazów cieplarnianych, przyczyniając się do realizacji celów UE w dziedzinie klimatu. W listopadzie 2016 r. Komisja Europejska przedstawiła wniosek dotyczący szeroko zakrojonego pakietu legislacyjnego na rzecz czystej energii. Celem pakietu jest nie tylko przyspieszenie procesu przechodzenia na czystą energię w UE, ale również tworzenie nowych miejsc pracy dzięki wspieraniu sektorów gospodarki o kluczowym znaczeniu dla transformacji unijnego sektora energetycznego.

Priorytetem pakietu legislacyjnego jest zapewnienie efektywności energetycznej – zaproponowano w nim przyjęcie wiążącego celu polegającego na zagwarantowaniu efektywności energetycznej na poziomie 30% na szczeblu UE do 2030 r. W pakiecie przedstawiono również cele związane z odnawialnymi źródłami energii i wzmacnianiem pozycji konsumentów. Ściślej rzecz biorąc, do 2030 r. połowa energii elektrycznej wytwarzanej w Europie powinna pochodzić z odnawialnych źródeł energii, natomiast do 2050 r. cała produkcja energii elektrycznej powinna mieć bezemisyjny charakter. Podobnie konsumenci powinni dysponować większą kontrolą nad swoimi wyborami energetycznymi oraz posiadać więcej informacji na temat zużycia energii i kosztów związanych z energią.

UE wspiera proces przechodzenia na czystą energię za pomocą różnego rodzaju narzędzi i środków polityki. Unia energetyczna to jeden z 10 aktualnych priorytetów politycznych Komisji Europejskiej, które są z kolei w równym stopniu wspierane przez inne nadrzędne cele polityki, uwzględniając cele dotyczące gospodarki o obiegu zamkniętym, programu na rzecz umiejętności i innowacji. To zobowiązanie polityczne jest realizowane przy wsparciu funduszy UE, uwzględniając środki udostępnione w ramach Europejskiego Funduszu na rzecz Inwestycji Strategicznych, Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego i Funduszu Spójności.

Instrumenty operacyjne w terenie

Przyjęto również zestaw instrumentów na rzecz realizacji celów polityki UE oraz wspierania badań i inwestycji oraz procesu przechodzenia na czystą energię. Niektóre spośród tych środków podejmowanych na szczeblu UE, np. unijna dyrektywa w sprawie charakterystyki energetycznej budynków lub unijna strategia na rzecz mobilności niskoemisyjnej, koncentrują się na kluczowych sektorach. UE przyjęła również środki odnoszące się do kluczowych celów, takich jak cele związane z efektywnością energetyczną, ułatwianiem dokonywania inwestycji i badaniami naukowymi – są to m.in. dyrektywa w sprawie efektywności energetycznej i inicjatywa dotycząca inteligentnego finansowania inteligentnych budynków.

Realizacja wspomnianych strategii i podejmowanie wysiłków w tym obszarze przynosi rezultaty. Na przykład szacuje się, że unijne ramy ekoprojektu i etykietowania energetycznego pozwolą osiągnąć oszczędności energii pierwotnej wynoszące 175 Mtoe rocznie do 2020 r. – wartość ta przekracza roczne zużycie energii pierwotnej we Włoszech. Innymi słowy przewiduje się, że tylko dzięki tym dwóm ramom UE Europejczycy będą w stanie obniżyć swoje rachunki za energię o prawie 500 EUR na gospodarstwo domowe każdego roku. Poza generowaniem dodatkowego dochodu i tworzeniem nowych miejsc pracy ramy przyczyniają się również do poprawy bezpieczeństwa energetycznego dzięki ograniczaniu ilości importowanej energii o równowartość 1300 mln baryłek ropy każdego roku. Pozwala to uniknąć 320 mln ton emisji dwutlenku węgla każdego roku, co stanowi istotny wkład w realizację unijnych celów w dziedzinie klimatu.

Czytelniejsze etykiety dotyczęce efektywności energetycznej dla urządzeń gospodarstwa domowego to tylko jedno z wielu rozwiązań w tym obszarze. Tego rodzaju ramy prawne stanowią część szerzej zakrojonych unijnych celów związanych z gospodarką o obiegu zamkniętym, których realizacja ma przyczynić się do zapewnienia efektywniejszego wykorzystania zasobów w całej gospodarce europejskiej. Sposób, w jaki projektujemy produkty, miasta i budynki powinien przyczynić się do obniżenia nakładów zasobów – uwzględniając energię – pozwalając jednocześnie uzyskać te same (lub lepsze) rezultaty lub korzyści. Ekoprojektowanie powinno również usprawnić proces demontażu produktów w celu ponownego wykorzystania ich poszczególnych składników. W tym kontekście Europa mogłaby zasadniczo oszczędzać energię rozumianą jako zasób wejściowy, w miarę jak jej gospodarka stawałaby się w coraz większym stopniu zasobooszczędna. Na przykład dzięki oszczędzaniu wody i korzystaniu z niej w bardziej efektywny sposób Europa mogłaby również zaoszczędzić energię wykorzystywaną do jej poboru, transportu, uzdatniania itp. Zgodnie z wynikami ekspertyzyprzeprowadzonej przez Komisję Europejską Europa mogłaby uzyskać oszczędności energii w wysokości od 2 do 5% jej łącznego zużycia energii pierwotnej wyłącznie dzięki bardziej efektywnemu wykorzystywaniu zasobów wodnych.