O najważniejszych, wybranych kamieniach milowych w historii wykorzystania prądu elektrycznego można przeczytać na stronie Więcej Niż Energia tutaj, jednak warto przy okazji przypomnieć jak na tym tle prezentuje się historia wytwarzania prądu elektrycznego z odnawialnych źródeł energii, również na skalę indywidualną.
Długa historia wykorzystania OZE
Zanim dojdziemy do prądu elektrycznego trzeba podkreślić, że człowiek wykorzystywał odnawialne źródła energii od zarania dziejów. Pierwszym, wykorzystywanym w kontrolowany sposób, była biomasa, służąca naszym przodkom (już na etapie Homo Erectus) do wytwarzania ciepła około 1 miliona lat temu.
Znacznie później opanowano energię wiatru – jej upowszechnienie, jako źródło napędu statków to czasy starożytnego Egiptu, około 5000 lat temu. Jednocześnie najstarsze opisy wykorzystywania wiatru do napędu wiatraków pochodzą ze starożytnej Mezopotamii i znajdują się w Kodeksie Hammurabiego, datowanym na XVIII wiek p.n.e.
Na około 5000 lat datowane są najstarsze przypadki wykorzystywania w starożytnych Chinach i Mezopotamii energii wody. Jednak najstarsze opisy tego typu urządzeń to początki Imperium Rzymskiego i okres życia Filona z Bizancjum – autora pierwszego, znanego opisu zastosowania koła wodnego do podnoszenia wody, służącej do nawadniania upraw.
To również Starożytni jako pierwsi, świadomie wykorzystywali energię słońca –Grecy, około 2500 lat temu, wykorzystując szkła powiększające rozpalali ogień, koncentrując na palnym materiale wiązkę promieni słonecznych oraz Rzymianie, którzy już 2200 lat temu budowali swoje słynne łaźnie (znane też jako termy) w taki sposób, aby maksymalnie wykorzystać odnawialne ciepło promieniowania słonecznego.
OZE i energia elektryczna
Sposoby pozyskiwania energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych można umownie podzielić na dwie grupy:
Wytwarzanie pośrednie polega na pozyskaniu na pierwszym etapie ciepła, które następnie zostanie wykorzystane do podgrzania czynnika (najczęściej cieczy), zwiększenia jego ciśnienia w instalacji i wprawienia w ruch prądnicy. Do tego celu można wykorzystywać biomasę, biogaz lub biopłyny.
Wytwarzanie bezpośrednie polega na wykorzystaniu do napędu prądnicy swobodnego lub wymuszonego ruchu mas powietrza lub wody. Przykładem wykorzystania swobodnego ruchu powietrza mogą być elektrownie wiatrowe zaś wody – przepływowe elektrownie wodne. Odpowiednio przykładami wykorzystania wymuszonego ruchu mogą być wieże słoneczne oraz elektrownie wodne szczytowo – pompowe. Specyficznym sposobem bezpośredniego wykorzystania źródła odnawialnego są panele fotowoltaiczne oraz termogeneratory, które przetwarzają – odpowiednio – energię promieniowania słonecznego oraz ciepło na energię elektryczną bez części ruchomych.
Warto podkreślić, że uznanie pozyskanej w ten sposób energii elektrycznej za energię ze źródła odnawialnego zależy od źródła pochodzenia ciepła, wykorzystanego do jej wytworzenia. Ciepło pochodzące np. ze spalania węgla, nawet odpadowe, nie spełnia aktualnej definicji odnawialnego źródła energii, a więc pozyskana w ten sposób energia nie może być zaliczona do energii ze źródeł odnawialnych.
Początki odnawialnego prądu
Podobnie jak wykorzystywania prądu elektrycznego w ogóle, początków wykorzystywania energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych należy szukać pod koniec XIX wieku. Przy czym już pobieżna analiza pierwszych, praktycznych zastosowań wskazuje, że idee uważane dzisiaj za progresywne np. wytwarzanie energii elektrycznej bezpośrednio w gospodarstwie domowym czy też jej magazynowanie to… nic nowego.
Naturalnie postęp technologiczny w sposób bezprecedensowy zwiększył efektywność pozyskiwania energii ze źródeł odnawialnych oraz otworzył zupełnie nowe możliwości ich wykorzystania jednak idea samowystarczalności energetycznej przy jednoczesnym minimalizowaniu wpływu wytwarzania energii na środowisko jest wspólnym mianownikiem wszystkich …
Warto również zwrócić uwagę, że nawet w epoce tanich i łatwo dostępnych paliw kopalnych – węgla i ropy naftowej, które napędzały pierwszą i drugą rewolucję przemysłową, ludzie poszukiwali rozwiązań alternatywnych będąc świadomi, że korzystanie ze środowiska ma swój koszt, a zasoby kopalne kiedyś się skończą.
Spadek cen paliw kopalnych oraz porozumienie o wolnym handlu pomiędzy XIX-wiecznymi potęgami – Anglią i Francją, a także ogólnie bardzo niska świadomość w zakresie ochrony środowiska ograniczyły rozwój alternatywnych metod pozyskiwania energii i wyhamowały ich postęp na wiele dziesiątków lat.
Prosumenci w XIX wieku
Pojęcie prosumenta zostało oficjalnie zdefiniowane pod koniec XX wieku jednak już 100 lat wcześniej funkcjonowali pionierzy, którzy tą ideę realizowali w praktyce.
Wiatr
W 1887 roku profesor James Blyth (1839 – 1906) wykorzystał turbinę wiatrową z pionową osią do ładowania akumulatorów i zasilania oświetlenia w swoim letnim domu w Szkocji. Rok później, po drugiej stronie Atlantyku, Charles Brush (1849 – 1929) zastosował podobne rozwiązanie na znacznie większą skalę, wykorzystując turbinę wiatrową o poziomej osi, która w sposób zautomatyzowany funkcjonowała przez kolejne 20 lat, współpracując z dedykowanym dla niej zestawem akumulatorów.
Woda
Pierwsza na świecie elektrownia wodna została uruchomiona przez Williama T. Powersa w 1880 roku w Grand Rapids w USA, gdzie pracowała na potrzeby należącej do niego fabryki mebli oraz obiektów usługowych w miasteczku. Szybko rosnący popyt na energię elektryczną spowodował, że już w następnym roku instalacja została rozbudowana by podłączyć kolejnych zainteresowanych odbiorców. Elektrownia ta wytwarzała prąd stały, wykorzystywany do oświetlania wystaw sklepowych przez kilkanaście lamp.
Pierwsza elektrownia wodna, wytwarzająca prąd zmienny, który w dzisiejszych czasach występuje w wszystkich sieciach elektroenergetycznych na świecie, została uruchomiona w 1881 roku w Anglii w miejscowości Godalming, gdzie zasilała przeszło 40 lamp elektrycznych. Był to pierwszy na świecie przypadek, gdy elektrownia wodna zasilała zarówno oświetlenie uliczne jak i lampy umieszczone w domach mieszkańców, którzy wyrazili zainteresowanie tą nową technologią.
Jako ciekawostkę można wskazać, że w 1886 roku opublikowane zostały wyniki badań Terrenca Duffyego nad wykorzystaniem energii fal morskich do wytwarzania prądu jednak urządzenie nie zostało zastosowane w praktyce.
Słońce
Pozyskiwanie energii elektrycznej ze słońca jest najmłodszą technologią, a więc jej koszty były od samego początku znacznie wyższe niż innych źródeł energii. Z tego powodu przez wiele lat ogniwa fotowoltaiczne były stosowany jedynie tam, gdzie korzystanie z innych źródeł było bardzo utrudnione lub niemożliwe np. w kosmosie.
Z tego względu nie zaskakuje informacja, że pierwszy budynek, zasilany energią słoneczną, był strukturą eksperymentalną, zaprojektowaną do gromadzenia danych, nazwanym „Solar One”. Instalacja została uruchomiona w 1973 roku na Uniwersytecie w Delaware w USA i była jednocześnie pierwszym przykładem instalacji fotowoltaicznej zintegrowanej z budynkiem (BIPV – Building Integrated PhotoVoltaics).
Fotowoltaika rozwija się obecnie najszybciej ze wszystkich technologii odnawialnych zarówno pod względem wzrostu wydajności jak i spadku cen, co wprost skutkuje wysokimi przyrostami mocy zainstalowanej rok do roku.
O tempie rozwoju fotowoltaiki może świadczyć szacunkowy koszt ogniwa fotowoltaicznego w przeliczeniu na 1 Wat mocy zainstalowanej, który pomiędzy 1977, a 2016 rokiem spadł z 76 dolarów do 26 centów. Przeliczając daje to niemal 300-krotny(!) spadek ceny w ciągu niecałych 40 lat.
Pozyskiwanie energii elektrycznej ze słońca jest oceniane jako najbardziej perspektywiczne również dlatego, że to obywateli są najczęściej właścicielami instalacji, działających na ich nieruchomościach, a więc we własnym zakresie wytwarzają energię niezbędną dla własnego gospodarstwa. Fotowoltaika jest też bezemisyjna dlatego jej wykorzystywanie w zastępstwie paliw kopalnych czy nawet biomasy przyczynia się do znacznego ograniczania emisji, a tym samym poprawy jakości powietrza.
Biorąc pod uwagę wyjątkowość tej technologii jej szerszy opis znajdzie się w oddzielnym wpisie na stronie Więcej Niż Energia.
Na zdjęciu wspomniany w tekście budynek Solar One – pierwszy na świecie budynek zasilany prądem pozyskiwanym ze słońca.
PS