Ez a blogbejegyzés könnyen érthető módon ismerteti a különféle megújuló energiaforrások, például a nap-, a szél- és a geotermikus energia alapelveit és lehetőségeit.
Mivel az utóbbi időben világszerte gyakran előfordulnak szélsőséges időjárási események, a környezetvédelmi kérdések iránti érdeklődés minden eddiginél nagyobb. Különösen a szén, amely kiváló hőhatással rendelkezik, de a magas szén-dioxid-kibocsátás miatt környezetszennyezést okoz, régóta fokozatosan kivezetéssel néz szembe. Következésképpen aktívan folyik a megújuló energia kutatása és fejlesztése, amely lényegesen kevesebb környezeti terhet ró a hagyományos erőforrásokra. Koreában számos intézmény, mint például a Korea Víz- és Atomerőmű, valamint a Korea Fotovoltaikus Ipari Szövetség, felgyorsítja a megújuló energiatechnológiák fejlesztését. A megszokott nap- és szélenergián túl vizsgáljuk meg, hogy milyen más erőforrások tartoznak a megújuló energia körébe, azok jellemzői és jövőbeli potenciálja alapján.
Bár a megújuló energia gyakran csak a napenergiára emlékeztet, a hatóköre sokkal szélesebb, mint gondolnánk. Először is, a napenergia közvetlenül hasznosítja a napfény által leadott hőt. Ez azt jelenti, hogy magát a hőt fűtésre, melegvíz-ellátásra, főzésre stb. használják fel anélkül, hogy külön elektromos átalakítási folyamaton esnének át. Ilyen például a napfény közvetlen hasznosítása az otthon ablakain keresztül természetes megvilágításra, vagy a napfény felhasználása vízmelegítésre vagy fűtésre. A nagy területű országokban, mint például az Egyesült Államokban, olyan módszereket is alkalmaznak, ahol a napenergia nagy területeken koncentrálódik, hogy áramot termeljen tornyokban. A napenergia esetében a legfontosabb figyelembe veendő tényező a „napsugárzás”. A napsugárzást befolyásolja egy régió szélességi foka, éghajlata és a napsütéses órák száma. A napkollektorok vagy fotovoltaikus modulok szögének beállításával a napsugárzási energia maximális mennyisége nyerhető ki. Általában hatékony, ha tavasszal és ősszel a dőlést a régió szélességi fokához igazítjuk, nyáron csökkentjük a szöget, télen pedig tovább növeljük.
A napenergia felhasználásának nagyon hosszú története van. Jól ismert példa erre az ókori Görögországban élő Arkhimédész története Kr. e. 212-ből, aki tükröket használt a napfény koncentrálására és római hajók felgyújtására. Később, az 1700-as évek végén a francia tudós, Lavoisier napenergiát használt 1700 Celsius-fokot meghaladó hőmérséklet előállítására, ami jelentősen növelte a gyakorlati alkalmazási lehetőségeit. A modern lakóépületek tervezése a természetes megvilágítást is maximalizálja az épületek tájolásának, az ablakok elhelyezésének és az üvegtípusoknak a figyelembevételével. A hatékony energiafelhasználást hőtároló egységek, melegvíztároló tartályok és csatlakoztatott üvegházak használata teszi lehetővé.
A fotovoltaikus napenergia a Napban héliummá alakuló hidrogén által termelt fényenergiát elektromos energiává alakítja át. Ezt elsősorban napelemek segítségével érik el, amelyeket együttesen fotovoltaikus (PV) energiának neveznek. Többféle napelem létezik, a szilícium alapú cellák a legelterjedtebbek. A szilícium bőségesen megtalálható a földkéregben, így könnyen hozzáférhető, bár 99.9999%-os vagy annál magasabb tisztaságot igényel. A nagy tisztaságú monokristályos szilíciumot a „Chokralski-módszerrel” állítják elő. Ez az eljárás magában foglalja a polikristályos szilícium megolvasztását, a szennyeződések eltávolítását, majd egy szilícium oltókristály lassú kihúzását, hogy monokristályos formába növesszék.
A monokristályos napelemek nagy hatásfokot kínálnak, de magas gyártási költségekkel járnak. Ezzel szemben a polikristályos szilícium cellák valamivel alacsonyabb hatásfokkal rendelkeznek, de alacsonyabb vágási veszteségekkel és nagyobb gazdasági előnyökkel járnak. Ezenkívül léteznek gallium-arzenid és indium-foszfid alapú napelemek, amelyek nagy hatásfokkal és magas hőmérséklettel és sugárzással szembeni ellenállással büszkélkedhetnek. A jelenlegi technológiával a monokristályos napelemek számára nehéz meghaladni a 25%-os hatásfokot a különböző veszteségi tényezők (felületi visszaverődés, soros ellenállás, felesleges fotonenergia stb.) miatt.
A napelemek alapvető egységekből, úgynevezett „cellákból” állnak. Egy „modul” 36 sorba kapcsolt cellából áll. Több modul sorba kapcsolásával növelhető a feszültség, ami egy „füzért” alkot. Egy „tömb” több füzér gyűjteménye. Napelemes rendszer telepítésekor számos tényezőt kell figyelembe venni, beleértve az árnyékolás, a téli havazás miatti csökkent energiatermelést, a hőelvezetési problémákat és az akkumulátor élettartamát. Bár a napelemes energiatermelés környezeti szempontból rendkívül előnyös, mivel a termelési folyamat során nem bocsát ki szennyező anyagokat, fontos megjegyezni, hogy a magas hőmérsékletű fűtéshez néha energiafogyasztásra van szükség.
A szélenergia a szél erejét hasznosítja, az olyan ősi technológiáktól, mint a holland szélmalmok, a modern szélturbinákig fejlődve. A szélenergia-termelés különösen érzékeny a helyszínre és az időre, mivel a teljesítmény jelentősen változik, így a helyszíni körülmények kritikus fontosságúak. A szélturbinákat aszerint osztályozzák, hogy a lapátjaik hogyan helyezkednek el a szélirányhoz képest: „széllel szemben” (első lapátok) és „széllel szemben” (hátsó lapátok). A széllel szemben ható turbinák nehezen igazodnak be, külön hajtásmechanizmusokat vagy faroklapátokat igényelnek. Ezzel szemben a széllel szemben ható turbinák természetes módon képesek irányt váltani, de a légáramlatokban tapasztalható instabilitásuk hátrányuk.
A szélturbinák üzemeltetési módszerei nagyjából két típusba sorolhatók: az állandó lapátsebesség-arány fenntartása a kimeneti hatékonyság növelése érdekében, és a lapátsebesség beállítása a fix frekvenciájú áramtermelés érdekében. A szélturbinák forgó meghajtóelemeik miatt eredendően bizonyos szintű zajt generálnak, de a technológiai kutatások, mint például a sebességváltó nélküli kialakítások, továbbra is foglalkoznak ezzel a problémával.
A geotermikus energia a Föld belsejéből származó hőt hasznosítja, a radioaktív izotópok bomlása vagy a köpenyből felszabaduló hő által termelt hőt hasznosítva. Az átlagos geotermikus gradiens kilométerenként körülbelül 25-30 Celsius-fok, de az aktív geotermikus fejlesztéssel rendelkező régiókban, mint például Dél-Koreában, Pohangban, elérheti a 100 Celsius-fokot kilométerenként. A geotermikus energiát nagyrészt nem befolyásolja az időjárás vagy az évszakos változások, így jelentős előnyt jelent a stabil, 24 órás energiaellátás. A leggyakoribb módszer a hideg víz föld alá juttatása fúrólyukakon keresztül, és a felmelegített víz kinyerése fűtési alkalmazásokhoz. A magas hőmérsékletű geotermikus rendszerek és a természetes talajhőmérsékletet hasznosító módszerek mellett kutatások folynak a továbbfejlesztett geotermikus rendszerek (EGS) fejlesztési módszerével kapcsolatban is. Ez a technológia azonban továbbra is költséges. Továbbá egy széles körben elterjedt módszer a csövek föld alatti telepítése az épületekben, hogy a geotermikus energiát nyáron hűtésre, télen pedig fűtésre hasznosítsák.
A geotermikus energia energiatermelésre való felhasználása során a rendszereket a felhasznált hőátadó közeg alapján kategorizálják, például száraz gőzzel, egyszeres, kétszeres vagy kettős ciklusú energiatermelő rendszerekkel. Ezek a rendszerek egyre nagyobb figyelmet kapnak, mivel képesek stabil energiaellátást biztosítani a hagyományos fosszilis tüzelőanyagok használata nélkül.
A bioenergia szerves anyagokból vagy növényekből és állatokból származó melléktermékekből származó energia, reprezentatív példákkal illusztrálva a biodízelt, a biometánt és a bioetanolt. Ide tartozik a hulladéklerakókból származó gáz összegyűjtése is, amelyet energiaforrásként használnak fel. A bioüzemanyagokat termokémiai átalakítással (szén-monoxid és hidrogén összekeverésével más szénhidrogének előállítására) vagy fermentációs módszerekkel (élesztő segítségével cukrok etanollá alakítására) állítják elő. Az ilyen bioenergia különösen egyre nagyobb hangsúlyt kap, mint a közlekedési üzemanyagok helyettesítésének gyakorlati alternatívája.
Jeremy Rifkin, az Egyesült Államok Gazdasági Trendek Intézetének elnöke a 2014-es Energy Grand Forumon tartott előadásában azt jósolta, hogy „a megújuló energia technológiáinak fejlődésével az áramtermelés határköltsége a következő néhány évtizedben megközelíti a nullát”. A Nulla Határköltségű Társadalom című könyvében azt jósolta, hogy a Dolgok Internete (IoT) fejlődése egyetlen hálózatba fogja kapcsolni a kommunikációt, a közlekedést és az energiatermelést, egy új gazdasági struktúrát eredményezve, ahol az energia és az áruk termelési költségei rendkívül alacsonyak lesznek. A megújuló energiatermelés költsége, amely az 1970-es években elérte a 68 dollárt wattonként, mára 60 centre csökkent. Úgy tűnik, közeledik az „energiamegosztás korszaka”, ahol bárki közvetlenül termelhet energiát, és megoszthatja a felesleges áramot másokkal.
A megújuló energia instabilitásának leküzdésére irányuló technológiai fejlesztések is aktívan folyamatban vannak. Például az LG Chem energiatároló rendszerét (ESS) alkalmazzák az LG CNS megújuló energiaforrással működő erőműrendszerében, a „Microgrid Solution”-ban. Ez lehetővé teszi a napenergiával termelt villamos energia tárolását és ellátását a csúcsidőszakokban. Ez a hagyományos „termelés-fogyasztás” energiastruktúrát egy „termelés-tárolás-fogyasztás” modellre helyezi át, kompenzálva a megújuló energiában rejlő kibocsátási ingadozásokat. Különösen mivel a megújuló energia aránya meghaladja a teljes energiatermelés 10%-át, a hálózat instabilitása problémássá válhat; az ESS-t kulcsfontosságú technológiának tekintik e kihívás kezelésében.
A jövőnk előkészítéséhez alaposan meg kell értenünk az olyan erőforrásokat, mint a napkollektoros energia, a napelemes fotovoltaikus energia, a szélenergia, a geotermikus energia és a bioenergia – azokat, amelyek alacsony környezetszennyezési kockázattal és magas termikus hatásfok-potenciállal rendelkeznek. A megújuló energia kulcsfontosságúvá válik, nemcsak az alternatív energiát, hanem a teljes jövőbeli társadalmi struktúrát és gazdasági rendszert átalakítva. Az, hogy mennyire értjük és készülünk fel erre a technológiára most, meghatározza, hogy tisztább és fenntarthatóbb jövő bontakozik-e ki.
