Źródła energii w naszym otoczeniu

Jedną z form energii, która może być przekształcana w energię elektryczna jest energia pływów morskich. Jest to jeden z rodzajów energii wykorzystywanych przez mieszkańców nadmorskich terenów od stosunkowo dawnych czasów. Pierwsze młyny wykorzystujące energię przypływów i odpływów morza zaczęły powstawać w Europie już w wieku osiemnastym. Zasada działania takiego młyna była następująca: w momencie przypływu woda morska przepływała przez specjalne śluzy do zbiornika zwanego retencyjnym W pewnym momencie następowało zamykanie śluz . Wtedy cofająca się podczas odpływu woda wprawiała w ruch koło wodne. Ten sam pomysł wykorzystano do budowy elektrowni wykorzystującej pływy, na terenie Francji. Zbudowano ją u ujścia rzeki Rance. Znajduje się ono na terenie Bretanii. W miejscu ujścia , w poprzek rzeki ustawiono tamę. Znajdujące się w jej wyposażeniu urządzenie działają na zasadzie turbin, które mogą poruszać się w dwóch kierunkach w zależności od kierunku przepływu wody. Tama zawiera łącznie 24 turbiny. W momencie gdy jest przypływ dochodzi do spiętrzania wody aż do chwili ustanowienia różnicy miedzy poziomami wynoszącej około półtora metra. Woda następnie kieruje się ku turbinom, powoduje ich ruch i generowanie energii elektrycznej. W momencie gdy dochodzi do odpływu woda zmienia kierunek i turbiny poruszając się w drugą stronę znowu powodują wytwarzanie energii elektrycznej. Gdy odpływ jest maksymalny wtedy dochodzi do zamknięcia śluz. Dodatkowo jeszcze w celu zwiększenia w rzece poziomu wody powyżej poziomu przypływu do wód rzecznych przepompowuje się pewne ilości wody morskiej. Gdy zacznie się odpływ wtedy dodatkowo wypompowuje się wodę z rzeki, żeby sztucznie obniżyć jej poziom.

Szczytowa moc tej elektrowni we Francji wynosi około 240 MW. Taka ilość energii elektrycznej jest wystarczająca do pokrycia zapotrzebowania miasteczka średniej wielkości. Mimo niewątpliwych zalet takiej elektrowni na świecie nie ma ich zbyt wiele. Jej budowa wiąże się bowiem z bardzo dużymi nakładami finansowymi jak również z koniecznością spełnienia pewnych warunków m.in. posiadania odpowiednio ukształtowanego wybrzeża jak również występowania odpowiednio dużej różnicy poziomów wody przypływów i odpływów. Pod tym względem bardzo dobre warunki panują w obrębie zatoki Bay of Fundy na terenie Nowej Szkocji. W latach osiemdziesiątych wybudowano tam nawet elektrownię wodną ale jej praca wymaga licznych udoskonaleń. Gdyby udało się wykorzystać całą energię pływów to wyprodukowana jej kosztem energia elektryczna wystarczyłaby aby pokryć lokalne zapotrzebowanie i dodatkowo mogłaby być przesyłana w inne rejony.

Innym rodzajem energii , która może zostać wykorzystana do produkcji energii elektrycznej jest energia wiatru. Szacuje się, że gdyby na terenie Europy wybudować około 400 tysięcy generatorów wiatrowych to ilość energii elektrycznej przez nie wyprodukowana znacznie przekroczyłaby obecne zapotrzebowanie krajów europejskich na energię elektryczną. Budowa współczesnych silników wiatrakowych opiera się na wykorzystaniu dwu lub trójłopatowych śmigieł zamocowanych na stalowych lub betonowych wieżach.

Moc takiego pojedynczego silnika wiatrowego zależy przede wszystkim od tego jak wysoka jest wieża na której zamocowana jest konstrukcja oraz od tego jakie rozmiary mają śmigła wirnika. Decydującym czynnikiem jest jednak prędkość wiatru. Obliczono bowiem, że ilość przechwyconej energii jest proporcjonalna do prędkości wiatru podniesionej do potęgi trzeciej. Tak więc jeśli prędkość wiatru zwiększa się dwa razy wtedy ilość energii zwiększa się osiem razy.

Nie na wszystkich rejonach wiatr jest na tyle silny aby ,mogła funkcjonować elektrownia wiatrowa. Wbrew pozorom jednak elektrownia taka do pracy nie potrzebuje bardzo silnego wiatru. Musi on wiać z prędkością z zakresu 21-97 km / h. Przy zbyt silnych powiewach silniki wiatrowe zaprzestają pracy, żeby nie ulec zniszczeniu.

Elektrownie wiatrowe są tak zaprogramowane , żeby w całym podanym wyżej zakresie prędkości wiatru produkować w miarę stałe ilości energii. Dzieje się tak dzięki możliwości zmiany położenia łopat śmigła, które np. przy silniejszych podmuchach zachowują się jak chorągiewka, aby zapobiec nadmiernym przyspieszeniom silnika.

W pracy silnika wiatrowego ważna jest jego pozycja w stosunku do kierunku wiatru. Z tego powodu wirniki zamocowane są na specjalnych obrotnicach. Dzięki obecności czujników może dochodzić do sterowania ruchem obrotnicy i zmieniać położenie wirnika.

Faktem jest jednak, że elektrownie wiatrowe o dużej mocy musiałyby zajmować ogromne przestrzenie. Byłyby również źródłem dosyć dużego hałasu. Nie wszystkim odpowiada taka perspektywa i dlatego w ostatnim czasie pojawia się wiele głosów przeciwnych elektrowniom wiatrowym.

Podejmowano również próby badania możliwości instalowania silników wiatrowych na obszarach morskich. Wyłonił się jednak problem z niemożnością odpowiedniego zakotwiczenia takich silników. Nie bardzo także jak na razie wiadomo jak wyprodukowana energia miałaby być przesyłana na ląd.

Energia wiatru z powodzenie m. jest wykorzystywana np. w Kalifornii, a także w Danii, gdzie pokrywa 3 procent krajowego zapotrzebowania na energię elektryczną.

Innym wykorzystywanym źródłem energii jest energia geotermalna. Jest to energia zmagazynowana we wnętrzu Ziemi. Energia ta jest transportowana ku warstwom powierzchniowym z jądra Ziemi , którego temperatura sięga 4500 stopni C. Natomiast temperatura skorupy ziemskiej osiąga wartość 1000 stopni C. Dzięki temu dochodzi do ogrzewania podziemnych wód . wydostają się one na powierzchnię jako gorące źródła lub gejzery, Jednak na wielu terenach dostęp do wód o najwyższej temperaturze jest trudny i zupełnie nieopłacalny. Tak jest np. na terenie naszego kraju. Wykorzystuje się tylko wody zlokalizowane płycej a co za tym idzie mające niższą temperaturę. Nie może być ona zatem wykorzystana do produkcji energii elektrycznej , ale jej temperatura wystarcza z powodzeniem do ogrzewania mieszkań.

Pierwszą elektrownię geotermiczna wybudowano na terenie Włoch w miejscowości Lardello. Miało to miejsce w roku 1904. Wydobywająca się spod ziemi para wodna o temperaturze z zakresu 140 - 260 stopni wprawiała w ruch turbiny.

W miejscach takich jak Nowa Zelandia , Kalifornia i Meksyk doszło do powstania elektrowni wykorzystujących energię geotermalną , samodzielnie wydobywającą się na powierzchnię ziemi. Jednak tak komfortowych warunków zazwyczaj nie ma na większości terenów i aby dostać się do ciepłych wód należy wiercić głębokie otwory. Czasami też wykorzystuje się ciepło zgromadzone w skałach znajdujących się pod powierzchnią ziemi w ten sposób, że służy ono do ogrzewania wód sztucznie wpompowywanych w ich okolice pod powierzchnię ziemi.

Woda wydostaje się na zewnątrz już w postaci pary wodnej , która następnie służy do napędzania turbin generatora energii elektrycznej.

Innym źródłem energii geotermalnej mogą być granity znajdowane w Kornwalii na głębokości około 2000 metrów. Ich temperatura sięga 700 stopni C.

Skały te można wykorzystywać do nagrzewania wody. Otworem w ziemi woda będzie dostawać się do szczelin w skałach i tam będzie się podgrzewać do temperatury około 200 stopni C. Mimo tak wysokiej temperatury w parę będzie się przekształcać dopiero pod wpływem ciśnienia atmosferycznego. Powstała para będzie napędzała turbiny generatora.

Jednym z problemów takich elektrowni są minerały , z których należy oczyszczać wodę. W przeciwnym bowiem razie mogą one osadzać się na ścianach rur i być przyczyną korozji wielu elementów. Wyniki badań wykazują także, że ponad 60 procent wody wpompowanej pod powierzchnię nigdy nie wydostaje się z powrotem na zewnątrz.

Kolejnym problemem jest konieczność wykonywania odwiertów na duże głębokości. Wydaje się jednak, że jeśli te trudności zostaną pokonane to elektrownia ta będzie miała dużą wydajność.

Innym bardzo łatwo dostępnym źródłem energii jest energia słoneczna. Szacuje się, że ilość energii słonecznej docierającej na powierzchnię Ziemi 1200 razy przewyższa zapotrzebowanie całego świata na energię elektryczną.

Jest to jednak energia przypadająca na całą powierzchnię kuli ziemskiej. Aby mogła ona zostać przekształcona na energię elektryczną musi być zgromadzona na stosunkowo niewielkim obszarze i zostać poddana koncentracji.

Energia słoneczna może być również źródłem energii cieplnej. Jej przekształcanie w taką formę energii odbywa się w kolektorach słonecznych. Przeważnie wykorzystywane są one do ogrzewania pojedynczych domostw i zabudowań gospodarczych. Takie kolektory montowane są przeważnie na dachach zwróconych w stronę Słońca.

Kolektory słoneczne są bardzo popularne na obszarze Japonii a także w Kalifornii.

Wykorzystanie energii słonecznej do produkcji energii elektrycznej wymaga odpowiedniego zogniskowania energii elektrycznej. Aby uzyskać efekt zogniskowania wykorzystuje się zwierciadła.

Na obszarze Europy elektrownia słoneczna o największych rozmiarach znajduje się we Francji. Jej moc sięga 2.5 MW. Konwersja energii słonecznej na energię elektryczną odbywa się w ogniwach słonecznych.