Jakie są rodzaje elektrowni? Kompletny przegląd źródeł energii w Polsce i na świecie

Podczas gdy tradycyjne elektrownie węglowe nadal stanowią filar polskiej energetyki, rozwój odnawialnych źródeł energii całkowicie zmienia krajobraz sektora. Morskie farmy wiatrowe osiągają już wydajność 50 proc., a kosmiczne elektrownie słoneczne przestają być science fiction – pierwszy udany test przesyłania energii z satelity na Ziemię już przeprowadzono.

Z artykułu dowiesz się:

• Które elektrownie konwencjonalne nadal dominują w polskim miksie energetycznym?
• Jakie innowacyjne technologie odnawialne rewolucjonizują światową energetykę?
• Które futurystyczne rozwiązania energetyczne staną się rzeczywistością w najbliższych latach?

Elektrownie konwencjonalne – tradycyjne źródła energii

Elektrownie konwencjonalne nadal stanowią podstawę światowej energetyki, choć ich rola systematycznie maleje na rzecz odnawialnych źródeł. Gdy rozważamy jakie są rodzaje elektrowni tradycyjnych, na pierwszym miejscu wymieniamy instalacje cieplne spalające paliwa kopalne. Elektrownie węglowe, które obecnie stanowią filar polskiej energetyki, wykorzystują węgiel kamienny lub brunatny do produkcji pary napędzającej turbiny prądotwórcze. Proces spalania węgla ogrzewa wodę, powstała para napędza generatory połączone z turbinami.

Elektrownie gazowe charakteryzują się znacznie większą elastycznością niż ich węglowe odpowiedniki. Główne zalety instalacji gazowych obejmują:

• szybkie uruchamianie i wyłączanie w ciągu kilku minut,
• dwukrotnie niższą emisję dwutlenku węgla w porównaniu do elektrowni węglowych,
• idealne uzupełnienie dla niestabilnych źródeł odnawialnych,
• wysoką efektywność energetyczną przekraczającą 60 procent.

Ta elastyczność czyni elektrownie gazowe niezbędnym elementem wspierającym procesy dekarbonizacji gospodarki. Elektrociepłownie to szczególny typ instalacji, które wytwarzają jednocześnie energię elektryczną i ciepło. Zwiększają efektywność wykorzystania paliwa nawet o 40 proc. w porównaniu do oddzielnej produkcji energii i ciepła. Wytwarzane ciepło wykorzystywane jest do ogrzewania budynków lub w procesach przemysłowych, a to znacznie redukuje ślad węglowy całego systemu energetycznego.

Elektrownie jądrowe i wodne – stabilne źródła bezemisyjne

Elektrownie atomowe wykorzystują energię z kontrolowanego rozszczepienia jąder atomów uranu. Koszt wytwarzania energii w elektrowniach jądrowych może być od 2,5 do 4 razy niższy niż w przypadku elektrowni węglowych, przy praktycznie zerowej emisji dwutlenku węgla podczas pracy. Instalacje atomowe produkują energię przez całą dobę z wysoką niezawodnością, co czyni je stabilnym źródłem energii bazowej. Elektrownie wodne są najstarszym typem odnawialnych źródeł energii. Analiza rodzajów elektrowni wodnych, pozwala wyróżniać instalacje według mocy zainstalowanej oraz sposobu działania. Duże elektrownie wodne o mocy powyżej 30 MW kontrastują z mikroinstalacjami piko o mocy kilkaset watów do 5 kilowatów. Ze względu na sposób działania rozróżnić można elektrownie:

1. przepływowe wykorzystujące naturalny nurt rzeki,
2. zaporowe wymagające budowy zapory,
3. szczytowo-pompowe pełniące funkcję magazynów energii.

Elektrownie szczytowo-pompowe stanowią 95 proc. światowych zasobów magazynowania energii o łącznej mocy 184 gigawatów. W Polsce funkcjonują cztery takie instalacje: Żarnowiec, Solina, Porąbka-Żar i Dychów. Zasada ich działania polega na pompowaniu wody ze zbiornika dolnego do górnego w okresie niskiego zapotrzebowania, a następnie odwróceniu procesu podczas szczytów. Mogą osiągnąć pełną moc w ciągu 2-3 minut.

Odnawialne źródła energi. Jakie są rodzaje elektrowni ekologicznych?

Fotowoltaiczne instalacje słoneczne przekształcają bezpośrednio promieniowanie w energię elektryczną za pomocą ogniw krzemowych. Mikroinstalacje przydomowe o mocy 10-50 kilowatów-pik różnią się znacznie od przemysłowych farm fotowoltaicznych przekraczających 100 kilowatów-pik. Największa polska farma słoneczna w Zwartowie osiąga moc 204 megawatów z planowanym rozszerzeniem do 290 megawatów. Termosolarne elektrownie koncentrują promieniowanie słoneczne przy pomocy luster na odbiorniku, który podgrzewa płyn roboczy do temperatur 600-800 st. Celsjusza. Główną zaletą technologii termosolarnych jest możliwość magazynowania energii cieplnej w stopionej soli, co pozwala na produkcję elektryczności nawet po zachodzie słońca.

Elektrownie wiatrowe dzielimy na lądowe i morskie instalacje. Lądowe farmy wiatrowe obejmują mikroelektrownie poniżej 100 watów, małe instalacje do 50 kilowatów dla gospodarstw domowych oraz duże komercyjne farmy powyżej 750 kilowatów. Morskie farmy wiatrowe instalowane minimum 22 kilometry od brzegu charakteryzują się znacznie wyższą efektywnością dzięki stałym wiatrom morskim. Największe turbiny morskie osiągają moc 15 megawatów przy wydajności niemal 50 proc.

Innowacyjne technologie – przyszłość energetyki

Elektrownie geotermalne wykorzystują energię cieplną z wnętrza Ziemi. W Polsce działają głównie jako ciepłownie geotermalne – obecnie 9 instalacji z planowanymi nowymi w Koninie i Turku. Największe polskie instalacje geotermalne w Pyrzybach i Stargardzie Szczecińskim osiągają moc odpowiednio 15 i 14 megajuli na sekundę. Biogazownie wykorzystują fermentację beztlenową materiałów organicznych do produkcji biogazu zawierającego głównie metan. Jedna biogazownia o mocy 1 megawat produkuje około 8,75 gigawatogodzin energii elektrycznej i 8,83 gigawatogodzin ciepła rocznie. Elektrownie na biomasę spalają materiały organiczne jak pellety, brykiety czy słomę, pozostając neutralne klimatycznie dzięki bilansowi dwutlenku węgla.

Najbardziej futurystyczne rozwiązania obejmują elektrownie falowe wykorzystujące energię kinetyczną i potencjalną fal morskich. Szacowany potencjał energetyczny fal wynosi 29 500 terawatogodzin rocznie – równowartość całorocznego zużycia energii przez największe gospodarki świata. Kosmiczne elektrownie słoneczne, po udanym teście kalifornijskich naukowców, mogą produkować 8-11 razy więcej energii niż ich naziemne odpowiedniki. Hybrydowe systemy energetyczne łączą różne technologie w jednej instalacji, zapewniając większą stabilność produkcji. Kombinacje fotowoltaiki z turbinami wiatrowymi, magazynami energii i źródłami konwencjonalnymi reprezentują przyszłość zrównoważonego rozwoju energetyki. Integracja sztucznej inteligencji w zarządzaniu, rozwój technologii wodorowych oraz inteligentne sieci energetyczne wyznaczają główne kierunki transformacji zgodnie z założeniami ESG i Europejskiego Zielonego Ładu.

NAJWAŻNIEJSZE WNIOSKI

1. 1. Współczesna energetyka opiera się na różnorodnym portfelu technologii – od tradycyjnych elektrowni węglowych po innowacyjne rozwiązania kosmiczne, co zapewnia bezpieczeństwo energetyczne i elastyczność systemu.
   2. Odnawialne źródła energii systematycznie zwiększają swoją konkurencyjność względem konwencjonalnych technologii, osiągając rekordowe poziomy wydajności i coraz niższe koszty produkcji energii.
   3. Przyszłość energetyki należy do hybrydowych systemów integrujących różne źródła z zaawansowanymi technologiami magazynowania i inteligentnego zarządzania siecią, wspierając globalne cele transformacji energetycznej.

Aleksandra Mrozek-Nowak

Akademia ESG to największa w Polsce baza wiedzy o ESG. Inspirujemy do wdrażania zrównoważonych praktyk, stając się miejscem pierwszego wyboru dla każdego, szukającego najlepiej przygotowanych informacji na temat ESG. E-mail: a.mrozek@akademiaesg.pl

Napisz do nas