Извори енергије

Eнергија

Потражња за енергијом брзо расте због фактора као што су растућа глобална популација, урбанизација, индустријализација и технолошки развој. Пошто је енергија основна компонента свих производа и користи се у скоро сваком аспекту свакодневног живота, енергија је кључна компонента за подизање нивоа благостања у друштву. Она је директно повезана са свим аспектима људског благостања, укључујући потребе, пољопривредна питања, здравствену заштиту, запошљавање, образовање и одрживост [1]. Проценат људи који имају приступ електричној енергији широм света порастао је са 83% у 2010. на 91% у 2020. години. Број појединаца који немају приступ електричној енергији смањио се за све ово време, са 1,2 милијарде на 733 милиона. Само 92% светске популације имало би приступ електричној енергији у 2030. ако се ствари наставе како јесу, остављајући 670 милиона људи без струје [2]. Пружање енергетских услуга мора бити безбедно, приступачно и имати минималне негативне утицаје на животну средину да би развој био одржив [3].

Енергија се дефинише као способност извршавања задатака. Долази у различитим облицима, укључујући механичку (потенцијалну и кинетичку), топлотну, електричну, хемијску и нуклеарну енергију. Такође се може конвертовати из једног облика у други за употребу у различитим апликацијама и може се категорисати на различите начине [4].

Примарна енергија садржи све изворе енергије који нису трансформисани, директно експлоатисани или увезени. Као што је приказано на слици 1, постоје две различите врсте примарних извора енергије: необновљиви и обновљиви. Нафта, угаљ, гас, уранијум и сви други облици обновљиве енергије (хидроенергија и ветар) су примери примарне енергије. Док се обновљива енергија производи из ресурса који се могу природно допунити током времена и стога су погодни за употребу, необновљиви извори енергије имају ограничено снабдевање јер им је обично потребно много времена да се допуне [5, 6]. Секундарна енергија настаје када се примарна енергија трансформише или обрађује; примери укључују производњу електричне енергије сагоревањем природног гаса или прераду хидроелектричне енергије. Производња нафтних производа као што је бензин од прераде сирове нафте и производња кокса из угља су два додатна примера секундарне енергије [7].

Необновљиви извори енергије

Необновљива енергија долази из ресурса који се или не могу допунити у блиској будућности или чија је брзина допуњавања знатно спорија од стопе коришћења. Пошто се неки примарни извори енергије налазе у ограниченим количинама у природи, сматрају се необновљивим ресурсима. Необновљиви извори енергије укључују фосилна горива (угаљ, нафта и гас) и радиоактивне минерале који се користе у производњи нуклеарне енергије [5].

Угаљ је седиментна стена црне или браонкасто-црне боје и његовим сагоревањем се производи енергија. Иако се угаљ може користити за производњу топлоте у индустрији, његова главна сврха је производња електричне енергије, стога се многе нације ослањају на његову доступност за конзистентан извор енергије. Нафта је мешавина угљоводоника који се може наћи у течном, гасовитом и чврстом стању. Течна и гасовита нафта, два најзаступљеније облика нафте, обично се извлаче из резервоара бушењем бунара и пумпањем готовог производа на површину. Дизел је производ сирове нафте који се широко користи у енергетским апликацијама као што су транспорт, грејање и производња електричне енергије. Природни гас је гас који се може наћи и одвојено и растворен у сировој нафти. Гас има више енергије по јединици горива и обично има мањи утицај на животну средину од сирове нафте или њених производа, што је његова главна предност. Природни гас има различите примене у распону од стамбених преко комерцијалних до индустријских. Стамбене апликације укључују кување и грејање, док комерцијалне апликације укључују грејање простора и воде. Радиоактивни минерали (уранијум или плутонијум) ослобађају енергију унутар својих атома када се језгро разбије нуклеарном фисијом, ослобађајући топлоту која се затим може користити за производњу електричне енергије [1, 6]. Спаљивањем угља, нафте или гаса у електранама на фосилна горива производи се топлота у облику паре, која покреће масивне турбине које производе електричну енергију. Ове машине конзистентно производе електричну енергију током дужег периода [3].

Обновљиви извори енергије

Обновљиви извори енергије су они који се могу надокнадити природним путем, чинећи их практично неограниченим. Сунце, Земљина топлота, ветар и вода су само неколико примера. Енергија добијена из биомасе се такође сматра обновљивом [9]. Обновљиви извори енергије имају огроман потенцијал да обезбеде све неопходне енергетске услуге. Даљи развој и коришћење обновљивих извора енергије коришћењем савремених технологија конверзије би побољшало глобалну енергетску безбедност, снизило дугорочну цену конвенционалних горива и сачувало резерве фосилних горива за друге примене и будуће генерације [10].

Широк спектар технологија је доступан или је у развоју за пружање приступачних, поузданих и дугорочних услуга обновљиве енергије [10]. Сунчева енергија настаје претварањем сунчеве светлости у топлоту или електричну енергију. Соларна енергија се користи у разним технологијама. То укључује соларно грејање, фотонапонске ћелије и технологију производње електричне енергије из соларне термалне енергије. Сагоревањем биомасе енергија се може произвести из биомасе на два начина: директно као топлота или електрична енергија, или индиректно као течност или гас који може да произведе енергију. Дрво, кукуруз, шећерна трска, животињски отпад и комунални чврсти отпад су неколико примера биомасе. Енергија се такође може добити из депонијског гаса, или метана, који настаје разградњом биомасе на депонијама. Технологије биомасе укључују системе за напајање биомасе и транспортна биогорива. Ветротурбине могу да трансформишу енергију ветра у електричну или механичку енергију. Да би се искористила снага ветра, ветротурбине се обично састоје од лопатица постављених на осовине и торњеве. Текућа вода ствара енергију која се може ухватити и претворити у електричну енергију, чинећи хидроелектрану најчистијим и најефикаснијим начином за производњу електричне енергије. Користећи геотермалну технологију, топлота из подземне површине земље се издваја и користи директно за грејање и хлађење или се претвара у електричну енергију [3, 9, 11].

Табела 1 упоређује предности и недостатке обновљивих и необновљивих извора енергије.

Глобални енергетски сектор

Глобална потражња за енергијом брзо расте због урбанизације, становништва и економског раста, посебно у тржишним економијама у развоју. Као што је приказано на слици 1, укупно светско снабдевање примарном енергијом (ТПЕС) порасло је више од 2,6 пута између 1971. и 2019. године и достигло 606 ЕЈ [12]. Већина глобалног снабдевања енергијом долази из земаља Организације за економску сарадњу и развој (ОЕЦД). Од 2019. године, земље ОЕЦД-а су добиле 37,1% укупних залиха енергије. Кина је на другом месту са уделом у снабдевању од 23,5% [12].

Као што је приказано на слици 3, у 2019. години нафта је обезбедила 30,9% светске примарне енергије, угаљ 26,8%, а природни гас 23,2% светске примарне енергије. Следе запаљиви обновљиви извори и отпад (9,4%), нуклеарна (5,0%), хидроенергија (2,5%) и ветар, геотермална енергија и соларна енергија (2,2%) [12]. Кина је доминирала на глобалним тржиштима за концентрацију соларне топлотне енергије, хидроенергије, соларне фотонапонске енергије и енергије ветра, чинећи скоро половину свих инсталација у 2020. [9]. У земљама у развоју, биомаса чини више од 20% укупног снабдевања енергијом. У овим земљама већина биомасе се користи за кување и грејање [13].

Слика 3: Удео у укупном снабдевању енергијом по извору на глогалном нивоу, 2019 [12]

Глобална потражња за енергијом порасла је за мање од половине стопе раста забележене у 2018. години, достигавши 418 ЕЈ (Екајоуле) у 2019. Као што је приказано на слици 4, нафта (40,4%) је остала доминантно гориво за финалну потрошњу енергије, а затим следи електрична енергија ( 19,7%), природни гас (14,5%), биогорива (10,4%), угаљ (9,5%) и остало (3,6%) укључујући ветар, соларну енергију, хидроенергију и геотермалну енергију [12].

Слике 4: Укупна светска потрошња енергије, 1971-2019 [12]

Регионално гледано, са повећањем од 3,4 одсто, Кина је чинила 90 одсто нето раста глобалне потражње за енергијом у 2019. години, док је потражња за енергијом пала у скоро свим развијеним економијама. Потражња за енергијом у Европској унији пала је за 2%, док је у Сједињеним Државама пала за 0,8%. Док је потражња у југоисточној Азији порасла брзим темпом од 3,4%, раст у Индији је пао са 4% у 2018. на 0,9% у 2019. години, што је најнижи ниво од 2007. године [12].

Упркос коришћењу највише обновљиве енергије (26%), електропривреда је чинила само 17% укупне финалне потрошње енергије у 2019. години. Обновљиви извори и даље играју мању улогу у индустријској потражњи за енергијом, посебно у индустријама које захтевају високе температуре обраде. Обновљива енергија чини око 14,8% укупне индустријске потражње за енергијом и првенствено се користи у предузећима која захтевају нискотемпературну процесну топлоту. Обновљива електрична енергија чини 10% индустријске топлотне енергије из обновљивих извора, али само 1% укупне индустријске потрошње топлоте у 2019. Сектор транспорта и даље има најнижи удео обновљивих извора, са нафтом и нафтним дериватима (заједно са 0,8% необновљиве електричне енергије) скоро све глобалне енергетске потребе транспорта (95,8%). Само 3,1% и 0,3% ових захтева су била испуњена биогоривом и обновљивом електричном енергијом, респективно. Обновљиви извори енергије задовољавају све већи део финалне потражње за енергијом у зградама, али и даље чини мање од 15% укупне потражње за енергијом [9].

Енергетски сектор је критичан сектор за дугорочни развој сваке земље; међутим, његова производња и потрошња имају еколошке, економске и друштвене последице, као што су климатске промене, загађење и енергетско сиромаштво. Одржива енергија се дефинише као енергија која се може више пута користити и која задовољава наше тренутне енергетске потребе без угрожавања њеног живота или исцрпљивања [3, 14]. Када се угаљ, нафта или гас сагоревају у електранама на фосилна горива, топлота се производи у облику паре, која покреће масивне турбине које производе електричну енергију. Ове машине производе електричну енергију на конзистентној основи током дужег временског периода. Насупрот томе, сагоревање фосилних горива емитује велике количине гасова стаклене баште и других штетних гасова и чврстих материја у атмосферу, изазивајући климатске промене, киселе кише и контаминацију земљишта и воде. Коришћење обновљивих извора енергије за производњу електричне енергије уместо фосилних горива смањује емисије из енергетског сектора [3, 15]. Неопходно је успоставити енергетски систем који задовољава економске потребе уз заштиту животне средине јер производња, конверзија и коришћење енергије имају значајан негативан утицај на животну средину. Глобална емисија ЦО2 повезана са нивоима енергије стагнирала је у 2019. на око 33 гигатоне (Гт). Емисије угљеника из употребе енергије порасле су за 0,5% између 2018. и 2019. године, мање од половине просечне десетогодишње просечне стопе раста од 1,1% [12, 16].

Предности обновљиве енергије за животну средину, као што су ниже емисије угљеника и мање загађење ваздуха, добро су познате. Али тек последњих деценија, како се употреба технологија обновљиве енергије ширила, постале су јасне њене бројне социоекономске предности. Сваке године се широм света отвара значајан број радних места захваљујући обновљивој енергији. Рекордних 10,3 милиона људи било је запослено широм света у индустрији обновљиве енергије. Више од милијарду људи живи у областима без приступа електричној енергији, а још милијарда се ослања на нередовно снабдевање. За 80% људи који немају приступ руралним подручјима или малим острвским државама у развоју, решења за микрообновљиву електричну енергију су сада финансијски изводљива захваљујући повећању поузданости, брзом опадању трошкова технологије и политикама подршке [15].

Енергетска ефикасност

Енергетска ефикасност је однос уложене енергије и излазне енергије у смислу перформанси, рада, производа или енергије. То значи да радите исту количину посла са мање енергије. Енергетска ефикасност се обично изражава као количина излазне енергије за одређени унос енергије и изражава се у процентима између 0% и 100%. Од производње енергије до потрошње енергије, постоји више места у ланцу где се енергетска ефикасност може повећати [17].

Енергетска ефикасност има неколико предности, укључујући ниже емисије гасова стаклене баште, мању потражњу за увозом енергије и ниже трошкове домаћинстава и привреде. Свака област привреде има значајан потенцијал за побољшање ефикасности, било да се ради о зградама, транспорту, индустрији или производњи енергије. Иницијативе енергетске ефикасности могу довести до отварања нових радних места у енергетском сектору и индустрији [6, 17].

Глобална примарна енергетска ефикасност порасла је за 1,9% годишње са 5,6 мегаџула по US$ у 2010. на 4,7 у 2019. одини. Да би се постигао циљ енергетске ефикасности, годишња стопа повећања мора у просеку износити 3,2% годишње до 2030. године [2].

Rеференце

1. WEC, World Energy Resources, World Energy Council. 2016.

2. UN. The Sustainable Development Goals Report 2022, United Nations. 2022 13/10/2022]; Available from: https://unstats.un.org/sdgs/.

3. IPCC, Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation, ed. R.P.-M. Ottmar Edenhofer, Youba Sokona, Kristin Seyboth, Patrick Matschoss, Susanne Kadner, Timm Zwickel, Patrick Eickemeier, Gerrit Hansen, Steffen Schloemer, Christoph von Stechow. 2011: Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA.

4. Ackerman, C., et al., Primary Energy Infobook, The National Energy Education Development (NEED) Project in 2019.

5. Zohuri, B. and P. McDaniel, Chapter 9 - Energy insight: an energy essential guide, in Introduction to Energy Essentials, B. Zohuri and P. McDaniel, Editors. 2021, Academic Press. p. 321-370.

6. IEA, Energy Technology Perspectives 2020, International Energy Agency. 2020.

7. Iliev, I., et al., Energy Efficiency and Energy Management Handbook. Bulgaria Energy Efficiency for Competitive Industry Financing Facility (BEECIFF): Project Preparation, Capacity Building and Implementation Support, ed. I.K. Iliev. 2012.

8. Rahman, M., J.-H. Kim, and S. Hossain, Recent Advances of Energy Storage Technologies for Grid: A Comprehensive Review. Energy Storage, 2022.

9. REN21, Renewables 2021 Global Status Report, Paris: REN21 Secretariat. 2021.

10. Turkenburg, W., et al., Renewable Energy (Chapter 11), in Global Energy Assessment, J.ü.r. Schmid, Editor. 2012, Cambridge University Press.

11. Panwar, N.L., S.C. Kaushik, and S. Kothari, Role of renewable energy sources in environmental protection: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2011. 15(3): p. 1513-1524.

12. IEA, Key World Energy Statistics, International Energy Agency, Editor. 2021, Energy Information Administration: Paris.

13. IRENA, Hydropower, in Renewable Energy Technologies: Cost Analysis Series. 2022, International Renewable Energy Agency: Germany.

14. Hollaway, L.C., 19 - Sustainable energy production: key material requirements, in Advanced Fibre-Reinforced Polymer (FRP) Composites for Structural Applications, J. Bai, Editor. 2013, Woodhead Publishing. p. 705-736.

15. IRENA. Renewable Energy Benefits, International Renewable Energy Agency. 2022 12/10/2022]; Available from: https://www.irena.org/benefits.

16. BP, BP Statistical Review of World Energy. 2020, British Petroleum: London. p. 1-44.

17. Erbach, G., Briefing 2015, Understanding Energy Efficiency, EPRS | European Parliamentary Research Service. 2015.