Endurnýjanleg orka

Vindmyllur í Norðvestur-Englandi. Vindmyllur safna vindorku sem umbreyta má í rafmagn.

Endurnýjanleg orka er sú orka sem kemur frá orkulind sem minnkar ekki, heldur endurnýjar sig stöðugt þegar tekið er af henni og helst þannig í jafnvægi. Ekki má rugla saman hugtökunum endurnýtanlegur og endurnýjanlegur. Orðið endurnýtanlegur vísar til þess að hægt sé að nýta eitthvað aftur. Sem dæmi má nefna dagblöð og flöskur sem við förum með til endurvinnslu. Orðið endurnýjanlegur vísar hins vegar til þess að eitthvað endurnýjar sig þegar tekið er af því. Einnig kemur fyrir að hugtökunum „sjálfbær“ og „endurnýjanlegur“ er ruglað saman, en hafa skal í huga að sjálfbærni lýsir því hvernig orkulind er nýtt en endurnýjanleiki lýsir eðli hennar. Ekki er rétt að segja að orka sé endurnýtanleg, og ekki er heldur alveg rétt að segja að orka sé endurnýjanleg. Það sem átt er við þegar talað er um endurnýjanlega orku er að hún komi frá endurnýjanlegri orkulind.

Samkvæmt tilskipun Evrópusambandsins frá árinu 2009 er endurnýjanleg orka skilgreind þannig: orka sem ekki kemur frá jarðefnaeldsneyti heldur úr endurnýjanlegum orkulindum, þ.e.a.s. sól, vindi, jarðhita, haforku, lofthita, varma úr grunn- og yfirborðsvatni og vatnsorku, lífmassa, hauggasi, skolphreinsistöðvum og lífgasi.

Orkulindir

Orkulindir jarðefna, þ.e. olíu, kola og gass, teljast ekki endurnýjanlegar sökum þess hversu langur nýmyndunartími þeirra er miðað við nýtingarhraðann. Ekki er vitað með nákvæmni hversu langan tíma jarðefnaeldsneyti er að myndast, en ljóst er að um er að ræða þúsundir eða milljónir ára, eftir aðstæðum. Flest ef ekki öll lönd eru mjög háð jarðefnaeldsneyti, en sökum þess hversu hratt gengur á þær birgðir sem til eru, með tilheyrandi verðhækkunum, sem og losun koltvísýrings (CO2) við bruna þess, hefur þörfin fyrir endurnýjanlega orkugjafa aukist til muna undanfarin ár.

Jarðhiti

Jarðhiti er endurnýjanleg orkuauðlind sé hún nýtt á sjálfbæran hátt (Nesjavallavirkjun)

Aðalgrein: Jarðhiti

Hugtakið jarðhiti er í dag fyrst og fremst notað um það fyrirbæri þegar heitt vatn og gufa koma upp úr jörðinni á svokölluðum jarðhitasvæðum, auk fyrirbæra sem tengjast þessu, s.s. efnaútfelling. Þessi svæði skiptast í lág- og háhitasvæði. Forsenda jarðhita í þessum skilningi er að jarðskorpan sé gljúp sem gerir vatni kleift að hripa niður og flytja svo með sér varmaorku frá neðri jarðlögum. Hitastigið hækkar eftir því sem neðar dregur og á það sérstaklega við á eldfjallasvæðum og heitum reitum líkt og á Íslandi.

„Þegar greina þarf á milli fyrirbærisins jarðhita og þeirrar orku sem berst með vatni og gufu upp til yfirborðs er orðið jarðvarmi notað um orkuna“.

Nýting jarðhita á Íslandi

Íslendingar hafa skipað sér í fremstu röð hvað varðar nýtingu á jarðhita. Lengi skorti kunnáttu til að beisla þessa orku, en rannsóknir á henni hófust fyrst um miðja 18. öld. Sú ákvörðun að safna upplýsingum og reynslu á þessu sviði hefur stuðlað að því að hér á landi hefur byggst upp sérþekking á heimsmælikvarða. Til marks um það má nefna að þegar Jarðhitaskóli Háskóla Sameinuðu þjóðanna var stofnaður árið 1978 var ákveðið að hann yrði á Íslandi. Fjárhagslegur ávinningur þjóðarbúsins af nýtingu jarðvarma til upphitunar húsa er gríðarlegur enda er um að ræða innlenda orkulind sem ekki er háð sveiflum á erlendum markaði.

Jarðhitinn hefur að að mestu verið nýttur til upphitunar húsa og í dag njóta þess u.þ.b. 90% allra heimila auk fjölda sundlauga víðsvegar um landið. Einnig hefur áhersla á raforkuframleiðslu með jarðhita aukist síðustu ár. Rafmagn er þannig framleitt með jarðhita að borað er eftir gufu sem þá kemur upp með þrýstingi. Gufan er svo notuð til þess að keyra hverfla sem drífa rafal, sem aftur skilar rafmagni.

„Háhitasvæðin eru notuð til raforkuframleiðslu og einnig til húshitunar, í minna mæli til iðnaðar. Ekki er unnt að nota vatn háhitasvæðanna beint til neyslu og erfitt er að nota það beint til húshitunar án vandamála við útfellingar og tæringu... Þegar varmaorka er nýtt til að framleiða raforku nýtast aðeins um 10% varmans en 90% er skilað sem afgangsvarma við lægri hita. Þennan varma má nýta til hitunar ef markaður finnst en að öðrum kosti er honum dreift til umhverfis eða dælt aftur niður í jarðhitakerfið.“

Vatnsorka

Aðalgreinar: Vatnsorka og Vatnsafl

Vatn er orkumiðill og vatnsorka sú orka sem vatn býr yfir á vissum stað í náttúrulegri hringrás sinni, en mikil orka felst í vatnsföllum. Fyrir tilstuðlan sólarinnar gufar vatn í sífellu upp af jörðinni. Við það að kólna þéttist gufan í ský, sem aftur skilar sér til jarðar sem úrkoma. Vatn sem rennur til sjávar ber orku sem fólgin er í falli þess. Þetta er sú orka sem beisluð er með vatnsaflsvirkjunum. Vatnsafl er virkjað til þess að framleiða rafmagn. Það er gert þannig að vatnið er látið falla, og þungi þess og fallhæð nýtt til þess að knýja hverfla. Því meira vatnsmagn og fallhæð, því meiri orka.

Nýting vatnsorku á Íslandi

Fyrsta vatnsaflsvirkjunin á Íslandi var tekin í notkun í Hafnarfirði þann 12.desember árið 1904. Hún var nefnd Hörðuvallavirkjun og skilaði 9 kW, sem nægði til þess að lýsa 16 hús og knýja ýmsan vélbúnað.Rafvæðingin fór hægt af stað og það var ekki fyrr en sumarið 1921 að Elliðaárvirkjun var tekin í notkun og straumi hleypt á Reykjavík. Stækka þurfti og bæta virkjunina á næstu árum þar til hún skilaði 3160 kW, sem hún gerir enn. Fleiri virkjanir voru reistar í kjölfarið og má nefna Ljósafossvirkjun í Soginu sem var tekin í notkun árið 1937 með 8800 kW uppsett afl. Nokkrum árum síðar var búið að stækka stöðina í 14.600 kW. Árið 1953 voru vélasamstæður Írafossvirkjunar ræstar og 10 árum síðar var afkastageta þeirra orðin 48 MW. Þriðja virkjunin í Soginu er Steingrímsstöð, gangsett 1959, 26 MW.. Upp úr 1960 var Landsvirkjun stofnuð vegna fyrirhugaðra álversframkvæmda í Straumsvík. Henni var ætlað að setja upp raforkuver og reka það í tengslum við stóriðjuna sem og að selja almenningi raforku. Á næstu árum byggði Landsvirkjun Búrfellsvirkjun enda jókst eftirspurnin hratt og Járnblendifélagið bættist við sem stórkaupandi. Sigölduvirkjun fylgdi fast á eftir og loks Hrauneyjafossvirkjun sem gangsett var árið 1981. Samkvæmt vef Orkustofnunar eru í dag um 37 vatnsaflsvirkjanir á Íslandi auk u.þ.b. 200 smávirkjana. Stærstu virkjanirnar eru Sultartangi, 120 MW, Sigalda, 150 MW, Hrauneyjafoss, 210 MW, Búrfell, 270 MW og Kárahnjúkar, 690 MW.

Heildarraforkuvinnsla landsins árið 2006 var alls 9925 GWh. Mest, eða um 73% var unnið úr vatnsorku og afgangurinn, 27% kom frá jarðhitarafstöðvum. Uppsett afl vatnsaflsvirkjana var samtals 1162 MW og árið eftir bættust Kárahnjúkar við með 690 MW

Vindorka

Aðalgrein: Vindorka

Vindorka er orka á formi hreyfiorku sem vindurinn felur í sér og á uppruna í geislum sólar. Maðurinn hefur beislað þessa orku í vel yfir 5500 ár, upphaflega með seglum báta og skipa. Talið er að fyrstu vindmyllurnar hafi verið hannaðar á 7. öld e.Kr., en þær gerðu mönnum kleift að nýta þessa orku til þess að mala korn og dæla vatni á milli staða. Síðar var farið að nota hana til þess að knýja ýmsan vélbúnað. Það var þó ekki fyrr en upp úr aldamótunum 1900 að vindmyllur voru fyrst notaðar til rafmagnsframleiðslu. Þróun vindmylla var hæg allt til ársins 1990 þegar stórt stökk varð í kjölfar umræðna um umhverfismál.

Vindorka er ókeypis og ótæmandi orkulind sem hefur ýmsa kosti varðandi nýtingu. Hún er vissulega ódýr virkjunarkostur, veldur lítilli röskun á umhverfi og er almennt umhverfisvæn. Þó eru ýmsir vankantar á og má þar helst nefna hversu óstöðug orkulind vindurinn er og hversu illa vindmyllur endast. Vindmylla þarf lágmarks vindhraða um 4 m/s til þess að framleiða rafmagn og nær fullum afköstum við 15 m/s. Þeim heldur hún að 25 m/s en þá aftengist hún þar til vindhraði er kominn niður undir 20 m/s. Það getur því verið vandasamt að finna góða staðsetningu fyrir vindorkuver og þar að auki er nauðsynlegt að hafa varaaflstöð til þess að tryggja stöðuga orku.

Nýting vindorku á Íslandi

Á Íslandi nýta menn bæði jarðhita og vatnsorku en hvort tveggja er stöðugra og hagkvæmara en vindorkan. Af þessum sökum hefur lítil þörf verið fyrir vindmyllur hér á landi. Margar þjóðir hafa þó séð hag sinn í því að beisla vindorkuna og greiða jafnvel með vindorkuverum, til þess að draga úr brennslu jarðefnaeldsneytis. Þó skal tekið fram að vindorkuver hafa þróast mikið og hratt á undanförnum árum svo kostnaður við rafmagnsframleiðslu með vindorku hefur stórlega dregist saman. Samkvæmt bandaríska orkumálaráðuneytinu er uppsetningar- og rekstrarkostnaður vindorkuvera orðinn mjög svipaður því sem kostar að setja upp og reka raforkuver knúin jarðefnaeldsneyti. Í dag eru stærstu vindorkuverin á hafi úti, en litlar líkur eru þó á því að slíkt vindorkuver hér á landi yrði samkeppnishæft við vatnsaflsvirkjanir.

„Áður fyrr var nokkuð um að reistar væru litlar vindrafstöðvar við sveitabæi á Íslandi. Þær lögðust af með rafvæðingu landsins eftir miðja öldina og á tímabili munu Rafmagnsveitur ríkisins meira að segja hafa gert þá kröfu að slíkum heimarafstöðvum væri lokað... Á Íslandi hefur aldrei risið neitt vindorkuver í þeim stærðarflokki sem nú þekkist víða um heim. Hér er einungis að finna mjög litlar vindrafstöðvar sem t.d. Vegagerðin mun hafa nýtt sér. Ekki er kunnugt um að almennar hagkvæmnisathuganir hafi verið gerðar um að reisa vindorkuver hér á landi, en einhverjar staðbundnar athuganir í tengslum við vindmælingar hafa verið gerðar, svo sem í Grímsey og Vestmannaeyjum."

Unnið hefur verið að því síðustu ár að gera vindatlas fyrir Ísland í samtarfi Orkustofnunar og Veðurstofu Íslands. Vindatlas þessi er kortlagning vindorku landsins og gefur góða mynd af vindafari sem og heppilegum stöðum fyrir hugsanleg vindorkuver. Þó þyrfti ítarlegri rannsóknir á tilteknum svæðum áður en hægt væri að taka ákvörðun um að setja upp slík orkuver. Vindatlasinn er aðgengilegur um „gagnavefsjá“. og í gegnum vef Orkustofnunar.

Sólarorka

Aðalgrein: Sólarorka

Sólin gefur á hverri sekúndu frá sér um $3,9\cdot 10^{26}$ júl af orku á formi rafsegulgeislunar. Til samanburðar samsvarar heildarorkuframleiðsla á jörðinni á ári því sem sólin framleiðir á einum billjónasta hluta úr sekúndu. Þessi orka er kölluð sólarorka og hluti af henni streymir til jarðar. Gufuhvolfið endurkastar svo eða gleypir flestalla skaðlega geisla áður en þeir ná til yfirborðs jarðar. Sólarorkan er uppspretta allra orkulinda jarðar að undanskildum jarðhitanum og kjarnorku. Hún er orkan sem drífur veðrakerfi og hafstrauma jarðar og því má rekja upptök vind- og vatnsorku til sólarinnar. Sama gildir um þá orku sem losnar við brennslu trjáa og plantna, því sú orka er í raun sólarorkan sem plönturnar beisluðu við vöxt sinn. Þetta gildir einnig um jarðefnaeldsneyti enda myndast það úr gömlum jurtaleifum og má þess vegna rekja til sólar.

Hægt er að nýta sólarorku á ýmsa vegu, bæði í iðnaði og á heimilum, til dæmis til hitunar vatns og lýsingar. Sólarljósið er þó ekki stöðugt og orkumagnið á hverjum stað misjafnt. Það fer eftir hnattstöðu, árstíma, tíma dags og veðráttu og því hentar best að beisla þessa orku á sólríkari svæðum. „Hér“. má sjá á korti hver meðaldreifing sólarorku um jörðina á ári er, dekksti liturinn sýnir hvar hún er mest.

Nýting sólarorku á Íslandi

Þó sólarorka sé mikið nýtt erlendis hefur lítið farið fyrir beinni nýtingu hennar hér. Hingað til hafa nær eingöngu hjólhýsa- og sumarhúsaeigendur, sem og fleiri sem ekki hafa beinan aðgang að veitukerfum, verið að nýta sólarorku en það hefur gefið góða raun. Þessi kostur er hagkvæmur fyrir minni aðila en þó hefur ekki verið gerð nein heildarúttekt á mögulegri nýtingu sólarorku í stærri stíl.

Í Sesseljuhúsi á Sólheimum hefur verið sett upp stærsta sólarsellusamstæða landsins, hún er um 2 kW og reynist vel yfir sumartímann.

Lífmassi

Dæmi um framleiðslu lífmassa, hampræktun á Möðruvöllum 2008

Aðalgrein: Lífmassi

Lífmassi er í grunninn lífrænt efni sem gengur af í líffræðilegum ferlum. „Þegar rætt er um lífmassa sem orkulind er yfirleitt átt við afurðir eða aukaafurðir úr skógrækt og landbúnaði, en etanól, metan og lífdísill eru helstu miðlar lífmassaorku. Því kemur ekki á óvart að þau lönd sem komin eru einna lengst í þróun á lífmassa sem eldsneyti í stað jarðefnaeldsneytis eru Brasilía, þar sem sykurreyr er hráefnið og Svíþjóð og Finnland, þar sem skóglendi er mikið. Fleiri lönd standa þó einnig framarlega í þessum efnum.“

Lífmassi er meðal þeirra orkugjafa sem munu koma í stað jarðefnaeldsneytis til að draga úr aukningu gróðurhúsaáhrifa. Með því að vinna gas úr sorpi og búfjáráburði er einnig dregið úr losun metans sem er mjög virk gróðurhúsalofttegund, og afgangar úr grisjun skóga og timburvinnslu eru mikilvægt hráefni. Úrgangur sem til fellur dugir þó skammt. Hér á landi kemur til greina að hirða lífmassa af túnum eða rækta tún sérstaklega með tegundum eins og strandreyr, byggi og alaskalúpínu. Víði ætti að mega rækta með góðum árangri. Minni líkur eru á að rækta megi olíujurtir til að fá dísileldsneyti. Orkan sem fæst úr lífmassa er ekki jafn þétt og sú úr jarðefnaeldsneyti og því þarf aukna tækni til þess að lífmassaorka sé samkeppnisfær. Því er ljóst að landbúnaðurinn og iðnaður þarf meiri gróður og hagkvæmari vinnslu til þess að unnt sé að auka notkun lífmassa. Mögulegar afurðir úr lífmassa er eldsneyti í vökva- og gasformi auk fleiri gagnlegra efnasambanda sem nú eru framleidd úr jarðefnum.

Nýting lífmassa á Íslandi

Árið 1997 var Íslenska lífmassafélagið stofnað með það fyrir augum að styðja verkefni um framleiðslu etanóls, sem og annarra efna, með nýtingu jarðgufu. Í grunninn var hugmyndin að nýta háhitasvæðin og lífmassa. Meginhráefnin áttu að vera úrgangspappír, alaskalúpína, bygg, hey og mysa og afurðirnar m.a. etanól. „Gróft séð virðist vera möguleikar á framleiðslu allt að 50.000 tonnum af etanóli úr innlendum gerjunarmassa og hugsanlega um 700.000 tonn með fáanlegri jarðgufu. Þar með er ekki sagt að þessar leiðir væru þær hagkvæmustu í úrvinnslu lífmassa á Íslandi. Hugsanlegt er að etanólið nýtist með hagkvæmari hætti í ýmiskonar efnaframleiðslu en athuganir á þessum þáttum liggja ekki fyrir. Því er varlegt að áætla um lífmassa sem orkugjafa þangað til frekari rannsóknir og hagkvæmniathuganir liggja fyrir.“

Árið 2009 var opnuð kurlkyndistöð á Hallormsstað sem Skógarorka ehf. rekur. Þar er viður sem fellur til við grisjun á svæðinu nýttur sem orkugjafi. Kyndistöðin er sú fyrsta sinnar tegundar hér á landi og kemur til með að þjóna bæði opinberum byggingum og heimilum á svæðinu þegar fram líða stundir. Kurlkyndistöð sem þessi er kolefnishlutlaus enda losar tré sem hefur verið kurlað og brennt einungis kolefnið sem bundið var í því. Fengi tréð að standa, deyja og fúna myndi sama magn kolefnis losna út í andrúmsloftið.

Endurnýjanleg orka á Íslandi

Ísland hefur mikla sérstöðu þegar kemur að orkumálum. Hér á landi notar hver íbúi meiri orku en þekkist annars staðar og sömuleiðis er hlutfall endurnýjanlegra orkugjafa óvenju hátt. Orkubúskapur þjóðarinnar byggist aðallega á jarðhita, vatnsafli og innfluttu jarðefnaeldsneyti. Samkvæmt Hagstofu Íslands var heildarorkunotkun þjóðarinnar árið 2008, 227,6 PJ (petajúl). Rúmlega 80% kom frá innlendum og endurnýjanlegum orkulindum og 18% úr innfluttu jarðefnaeldsneyti, en þessi hlutföll eru alveg öfug við það sem gerist annars staðar í heiminum.

Af innlendri orku kom 19,6% frá vatnsafli en mest eða 61,3% frá jarðhita. Notkun jarðefnaeldsneytis einskorðast að mestu við bíla- og skipaflotann eða um 16% og tæp 2% eru kol sem notuð eru í iðnaði.

Íslensk stjórnsýsla

Ísland er í samstarfi á alþjóðavettvangi um orkumál og hefur þannig tækifæri til þess að miðla reynslu og upplýsingum á þessu sviði. Í dag heyra orkumál því undir utanríkisráðuneytið sem er í samvinnu við umhverfisráðuneytið og iðnaðarráðuneytið. Orkustofnun er stjórnsýslustofnun orkumála í umboði stjórnvalda og gefur ráðleggingar í þeim efnum. Stofnunin aflar þekkingar um orkumál og varðveitir þann þekkingarbrunn; aflar undirstöðugagna um vatnafar og vatnsbúskap, jarðhita, náttúrufar og umhverfi; og miðlar þurfandi þjóðum af þekkingu okkar í rannsóknum og nýtingu á jarðhita. Kröfur um samræmda stefnu og aðgerðir á heimsvísu hafa aukist mjög og því er alþjóðlegt samstarf engu síður mikilvægt svo markmiðum verði náð. Slíkt samstarf er sérstaklega mikilvægt fyrir Ísland sem að miklu leyti byggir efnahag sinn á sjálfbærri nýtingu náttúruauðlinda og hreinni náttúru.

Vinna að aukinni þekkingu og tækniþróunar á sviði endurnýjanlegrar orku hefur verið sett í forgang á Norðurlöndunum. Náttúrulegar aðstæður eru þó mjög mismunandi á milli landa eða svæða, og því misjafnt hvaða orkulindir hentar að nýta á hverjum stað. Þær orkulindir sem mest er horft til á Norðurlöndum eru: vindorka, vatnsorka, jarðhiti, lífræn orka og sólarorka.

Heimildir

• Guðmundur Pálmason. (2005). „Jarðhitabók Eðli og nýting auðlindar“ (Hið íslenska bókmenntafélag).
• Gordon J. Aubrecht. (2006) "Energy Physical, Environmental, and Social Impact" (Pearson Prentice Hall). ISBN 0-13-093222-1

Tenglar

• Landsvirkjun
• Orkustofnun
• Orkusetur
• Orkuspár
• RES er alþjóðleg háskólastofnun á sviði endurnýjanlegra orkugjafa
• Utanríkisráðuneytið
• Iðnaðarráðuneytið
• Umhverfisstofnun
• Alþjóðaorkustofnunin
• Fræðsluvefur Orkuveitu Reykjavíkur
• „Hvað er jarðhiti?“. Vísindavefurinn.
• Orkubloggið, hugleiðingar um orkumál og nýtingu náttúruauðlinda
• Enska wikipedia síðan um endurnýjanlega orku
• Síða um endurnýjanlega orku fyrir börn U.S. EIA