Trudno w dzisiejszych czasach wyobrazić sobie życie bez użytkowania energii elektrycznej. Energia elektryczna była, jest i będzie zawsze potrzebna ludziom w ciągu ich życia. Jest niezastąpiona dla takich gałęzi przemysłu jak: produkcja przemysłowa, transport, ogrzewanie domów czy oświetlenie. Dawniej energia ta była dostarczana poprzez środowisko w postaci naturalnych zasobów nieprzetworzonych paliw, takich jak drewno, węgiel brunatny, kamienny, ropa naftowa czy gaz ziemny. Ciągle jednak wzrasta zapotrzebowanie na energię a w sytuacji zmniejszania się drastycznie zasobów kopalnianych w ciągu ostatnich paru lat zauważa się dążność do wypracowania efektywnych metod pozyskiwania energii z zasobów odnawialnych, jaki stanowią: Słońce, woda, czy naturalne ciepło Ziemi.
Do tak zwanych odnawialnych źródeł energii wykorzystujących w procesie przetwarzania energię słoneczną występującą pod różnymi postaciami, na przykład pod postacią promieniowania słonecznego, energii wiatru, czy biomasy, a także energii kinetycznej płynącej wody i wewnętrznego ciepła Ziemi. Do szeroko pojmowanych odnawialnych źródeł energii można do pewnego stopnia zaliczyć także tę część odpadów komunalnych i przemysłowych, która nadają się do energetycznego przetworzenia, zwłaszcza tworzywa sztuczne, co ma związek z obecnym poziomem cywilizacji technicznej.
Zalety źródeł odnawialnych:
- odnawialne źródła energii nie destruktywnie oddziałują na środowisko,
- odnawialne źródła energii powodują oszczędzanie paliw (poprzez eliminację zużycia naturalnych kopalnych surowców takich jak: węgiel, ropa i gaz do produkowania elektryczności),
- odnawialne źródła energii stanowią duże zasoby energii, które stale odnawiają się
- odnawialne źródła energii to jednorazowe koszty uzyskiwania energii elektrycznej,
- odnawialne źródła energii stwarzają możliwości pracy poprzez sieć wydzieloną,
- odnawialne źródła energii znajdują się na całym obszarze kraju, co niweluje problem transportu energii, ponieważ może być ona uzyskiwana na dowolnym terenie oraz redukuje straty związane z dystrybucją i nie wymaga budowy linii przesyłowych.
Rodzaje energii odnawialnej:
- energia wiatru,
- energia słońca,
- energia geotermalna,
- energia wody.
ENERGIA WIATRU
Wiatr jest odnawialnym źródłem energii. Tworzony jest przez ruch powietrza, który następuje na skutek różnicy gęstości ogrzanych mas powietrza i ich przemieszczania się ku górze. Spowodowana w ten sposób różnica ciśnień powoduje naturalną tendencję do ich wyrównywania co sprzyja powstawaniu wiatru.
Odnawialne źródło energii jakie stanowi siła wiatru może być wykorzystywane do pozyskania energii elektrycznej. Na całym świecie zasoby globalne energii wiatrowej szacuje się na ok. 53 tys. TWh/rok. Odnawialne źródło energii jakie stanowi siła wiatru jest to jedna z najszybciej rozwijających się dziedzin zajmujących się światowymi niekonwencjonalnymi źródłami energii. Największa nadzieja związana jest z polami pełnymi wiatraków- to forma najlepszej znanej energii odnawialnej, która mogłaby z powodzeniem zastąpić paliwa kopalne jako surowiec do otrzymywania elektryczności. Odnawialne źródło energii jakie stanowi siła wiatru to duży potencjał, a i koszty wprowadzenie tej technologii są rozsądne. W Polsce istnieją możliwości rozwijające energetykę wiatrową, jednak rozkład prędkości wiatru uzależniony jest w głównej mierze od miejscowych warunków topograficznych. Odnawialne źródło energii jakie stanowi siła wiatru jest też różna w różnych porach roku. Najsilniejsze wiatry w Polsce występują w okresie od listopada do marca, a więc w miesiącach, kiedy zapotrzebowanie na energię elektryczną jest największe. Najczęstsze wykorzystanie wiatru ma miejsce na terenach nadmorskich, gdzie jego siła i częstotliwość stwarzają możliwości otrzymywania energii na ściśle określonym poziomie.
Na dzień dzisiejszy globalna ilość produkowanej energii z odnawialnego źródła energii jakim jest siła wiatru wynosi 15 GW (0.5%). Sprawność łopatek i ich fizyczne ograniczenia to około 50% (w tej chwili 20%). Dla domu zamieszkującego przez jedną rodzinę wystarczy w zupełności nawet niewielka siłownia wiatrowa. Istotnym tutaj elementem jest problemem magazynowania energii na czas bezwietrznej pogody. Wówczas najlepszym sposobem jest zabezpieczenie w postaci elektrowni działających na paliwach kopalnych.
Odnawialne źródło energii jakie stanowi siła wiatru wymaga zbudowania farmy, co niesie ze sobą dużych nakładów ropy i materiałów, które wraz z rosnącymi cenami paliw również drożeją. Zanim zwróci się energia zainwestowana w budowę, minie sporo lat. Możliwe jest także wybudowanie mechanizmu, w którym energia wiatru zamieniała by się w wodór. Ta akcja również wymaga dużych nakładów ropy i materiałów.
|
Zalety elektrowni wiatrowych to:
|
Wady elektrowni wiatrowych to:
|
| Znaczne koszty wdrożenia hałas nie można opierać się wyłącznie na wietrze (kiedy wiatr wieje za słabo lub za mocno, generator nie może pracować) Odnawialne źródło energii jakie stanowi siła wiatru nie wykorzysta się do transportu (przy samolotach, statkach, ciężarówkach) Odnawialne źródło energii jakie stanowi siła wiatru, podobnie jak energia słoneczna, jest podatne na zmiany klimatu Odnawialne źródło energii jakie stanowi siła wiatru nie ma możliwości wyprodukowania pestycydów, plastików, petrochemikaliów Odnawialne źródło energii jakie stanowi siła wiatru nie gwarantuje ciągłej i pewnej elektryczności Odnawialne źródło energii jakie stanowi siła wiatru wymaga podczas wdrażania pokonania przeszkód polityczno-przemysłowych |
ENERGIA SŁOŃCA
Energia słońca jest stanowi ogromne źródłem energii. Na naszym terenie do Ziemi dociera ok. 1,0 kW/mkw. Odnawialne źródło energii jakie stanowi energia słońca, może być przetwarzane na energię cieplną przy pomocy kolektorów słonecznych, gdzie słońce ogrzewa ciecz dostarczając ciepło), energię elektryczną za pomocą ogniw fotowoltaicznych, zamieniających światło bezpośrednio w elektryczność i energię związaną z procesami chemicznymi za pomocą fotosyntezy.
Rząd napromieniowania słonecznego na terenie Polski wynosi ok. 900 - 1150 kW/mkw na rok. W przeciągu roku mamy do czynienia z nasłonecznieniem przez około 57 - 79 dni. W okresie czasu od maja do września padające promieniowanie ma na tyle dużą moc, że może wystarczyć na pokrycie zapotrzebowania związane go z ogrzewaniem wody zużywanej w domu. W okresie pór roku obejmujących wiosnę i zimę, nasłonecznienie jest zdecydowanie mniejsze, pomimo to odnawialne źródło energii jakie stanowi energia słońca może wspomagać systemy ogrzewania wody użytkowej lub działanie pomp ciepła. 1000 kilowatogodzin energii przypada na Polskę na jeden metr kwadratowy na rok. Przeciętnej wielkości gospodarstwo domowe potrzebuje 20,000 kilowatogodzin. Aby móc skorzystać z baterii słonecznych, dla uzyskania energii elektrycznej czy cieplnej, nawet wielce wydajne panele słoneczne musiałyby zajmować powierzchnię blisko 100 metrów kwadratowych.
Pod pojęciem kolektora słonecznego rozumie się urządzenie, które wychwytuje energię słońca i zamienia ją na energię cieplną. Kolektory słoneczne są mocowane w miejscach, które gwarantują docieranie maksymalnej ilości promieniowania, na przykład na dachu.
|
Zalety wykorzystania energii słonecznej
|
Wady wykorzystania energii słonecznej
|
|
Wydajność oraz możliwość szerokiego stosowania do bezpośredniego ogrzewania wody w kolektorach
|
|
ENERGIA GEOTERMALNA (GEOTERMICZNA)
Odnawialne źródło energii jakie stanowi energia słońca to nie jedyne źródło energii, istnieje również energia w postaci energii geotermicznej (energia znajdująca się we wnętrzu Ziemi) związana z naturalnym ciepłem wnętrza Ziemi, które gromadzi się w gorących skałach, parach wodnych i wodach, które wypełniają szczeliny skalne. Cały czas ma miejsce nieustający przepływ ciepła wewnątrz naszej planety od jądra przez górne warstwy skorupy ziemskiej aż na jej powierzchnię. Jako pozostałość po procesach formowania się planety powstaje ciepło, które może pochodzić również z rozpadów pierwiastków promieniotwórczych 238U, 235U, 232Th oraz 40K. Zmiany temperatury wnętrza Ziemi zachodzą wraz z głębokością i już na głębokości 100 km pod powierzchnią temperatura wnętrza ziemi osiąga wartość ok. 930 0C. Na skutek tego zjawiska obserwowane jest znaczne podgrzanie wód występujących na dużych głębokościach od kilkudziesięciu do nawet ponad 100 °Celsjusza. Źródła geotermalne posiadają rozpuszczone związki mineralne takie jak NaCl, KCl, CaCl2, SiO2 oraz gazy (najczęściej, CO2, N2). Systemy geotermalne powstają w obrębie krawędzi płyt litosfery w tzw. strefach dryftowych, są to bardzo sprzyjające miejsca, do których dopływa gorąca materia z głębi Ziemi i także w strefach subdukcji – w miejscach, gdzie zachodzą intensywne procesy tektoniczne, dryftowe, wulkaniczne.
Energia geotermalna ma zastosowanie bądź jako bezpośrednio doprowadzana systemem rur lub pośrednio poprzez oddanie ciepła chłodnej wodzie i pozostając w obiegu zamkniętym. Woda geotermalna ma szerokie zastosowanie w Islandii, na terenach Polski w okolicach Podhala.
|
Zalety wykorzystania energii geotermalnej
|
Wady wykorzystania energii geotermalnej
|
|
|
Zakłady w Polsce:
1. Bańska Niżna (4,5 MJ/s, docelowo 70 MJ/s)
2. Pyrzyce (15 MJ/s, docelowo 50 MJ/s)
3. Mszczonów (7,3 MJ/s)
4. Uniejów (2,6 MJ/s)
POMPY CIEPŁA.
Ziemia, która zostaje ogrzana przez Słońce świecące z zewnątrz i jednocześnie ogrzewana przez gorące jądro znajdujące się w jej wnętrzu, stanowi odnawialne źródło energii jakie w postaci niewykorzystywanych pokładów energii. Jest to sposób pozyskiwania ciepła które może posłużyć przykładowo do ogrzania domów. Na skutek jądra znajdującego się zewnętrzu ziemi na głębokości kilku metrów panuje temperatura w granicach 8 - 12 st. C, będąca źródłem energii, do której efektywnego wykorzystania mają zastosowanie pompy ciepła, umożliwiające pozyskiwanie energii poza wodami gruntowymi także z powietrza. Mogą być wyzyskiwane na ogrzanie budynków, do podgrzewania wody lub mogą działać jako klimatyzatory. Pompa wodna, to urządzenie, które może wytworzyć od 4 do 6 kWh energii cieplnej z 1 kWh, które zużywane jest na jej obsługę.
Urządzenie dostępne na rynku w postaci pomp ciepła należą do urządzeń proekologicznych, nowoczesnych i coraz bardziej przystępnych dla różnego rodzaju inwestycji, które pozwalają na zmniejszenie kosztów ogrzewania domów.
|
Zalety stosowanie pomp ciepła
|
Wady stosowanie pomp ciepła
|
| koszty pompy i całego układu produkującego energię jest stosunkowo wyskoki |
ENERGIA WODY
Pierwszym urządzeniem, które stało się zamiennikiem siły mięśni ludzkich oraz zwierzęcych w postaci zwierząt pociągowych był zastosowany do czerpania wody oraz na mielenie zbóż przyrząd zwany kołem wodnym. Już w I wieku p.n.e. pierwsze koła wodne znalazły zastosowanie na terenach ówczesnego państwa rzymskiego. W XII wieku urządzenia w postaci kół wodnych zaczęto również wyzyskiwać W Polsce. Miały one wówczas zastosowanie jako środki napędzające różne urządzenia w młynach, tartakach i kuźniach. Istnieją dwa rodzaje kół, podsiębierne i nasiębierne. Te pierwsze poruszane są przez prąd przepływającej rzeki, który to powoduje nacisk na dolne łopatki koła i wprawia je w ruch. Kiedy koła takie mają zastosowanie w młynach energia pozyskiwana z obrotu koła przekazywana jest następnie do kamieni młyńskich poprzez urządzenie zwane przekładnią zębatą. Koła tego typu mają nieskomplikowaną budowę, aczkolwiek są mało efektywne, problemem jest także uzależnienie ich pracy od stanu wody w zbiorniku.
Koła nasiębierne działają na w ruch obrotowego powodowanego przez wodę spadającą na ich zakrzywione łopatki. Ujemną stroną takich kół jest mniejsza efektywność w stosunku do kół podsiębiernych natomiast występuje w tym przypadku uniezależnienie od poziomu wody w zbiorniku.
Na różne sposoby energię pochodzącą z wody zaczęto jednak stosować w początkach XIX wieku dopiero po wynalezieniu urządzenia zwanego turbiną wodną. W 1881 roku w mieście Niagara Falls zastosowano do oświetlenia ulic amerykańskiego miasta dynamo podłączone do znajdującej się w młynie zbożowym turbiny, co odniosło znaczący skutek, w 1882 roku nastąpiło pierwsze uruchomienie pierwszej na świecie elektrowni wodnej poprzez zainstalowanie elektrowni na rzece Fox River w Appleton w stanie Wisconsin. Dzisiejsze zainteresowanie odnawialnymi źródłami energii (OZE) sprawiło, że również energia wody stała się obiektem szczególnego zainteresowania.
Poprzez sztuczne podniesienie górnego poziomu wody lub obniżanie poziomu dolnego, buduje się odpowiednie warunki do budowy zakładu jako że w naturze istnieje niewiele miejsc charakteryzujących się wystarczająco dużym spadkiem wody. Odnawialne źródło energii jakim jest woda stwarzające możliwość korzystanie z elektrowni wodnych które dzielą się na małe (w skrócie MEW Małe Elektrownie Wodne ) i duże, o mocy powyżej 5 MW. Rozgraniczenie to jest zresztą dość umowne: w Skandynawii i Szwajcarii do małych zalicza się elektrownie o mocy poniżej 2 MW, w Stanach Zjednoczonych granicą jest 15 MW.
|
Zalety wykorzystania energii wody
|
Wady wykorzystania energii wody
|
| niekorzystnie wpływa na populację ryb, ponieważ rybom nie umożliwia wędrówki w górę lub w dół rzeki, niszczy cenne środowisko nabrzeża, zależność od ilości wody przez co hydroelektrownie są niezdolne do pracy przykładowo w czasie suszy |
Głównym światowym potentatem w tej dziedzinie energii hydroelektrycznej jest Brazylia, gdzie aż 90% wyzyskiwanej energii pokrywane jest z elektrowni wodnych zasilanych wodami Amazonki transportującej jedną piątą słodkiej wody świata.
Alternatywne źródła energii
- HYDRO-POTENCJALNA
Polska nie posiada zbyt dobrych warunków do rozwoju energetyki wodnej. Spośród wszystkich odnawialnych źródeł energii, to właśnie energia wody stanowi największe możliwości wykorzystania, natomiast jest wyzyskiwana zaledwie w 11 procentach. W innych państwach jak np. na Białorusi wyzyskuje się jej zaledwie 3% spośród wszystkich zasobów natomiast w Norwegii ze spadku wody powstaje aż 98% energii elektrycznej. W Polsce szacuje się że hydroenergetyczne zasoby techniczne wahają się w granicach 13,7 tys. GWh na rok ponad 45% tej wartości przypada na Wisłę. Wykorzystywanie odnawialnego źródła energii, w postaci dużych hydroelektrowni, znacznie ingerują w środowisko stąd nie zalicza się ich do źródeł energii ekologicznych. Znane są różne rodzaje występowania elektrowni wodnych. Jedną z takich elektrowni jest elektrownia przepływowa bezpośrednio bazująca na energii biegnącej w dorzeczu wody. Elementem elektrowni zbiornikowych jest zbiornik, który wyrównuje natężenie przepływu wody. Elementem elektrowni szczytowo – pompowych jest możliwość magazynowania energii na czas małego zapotrzebowania na energię tego typu.
- FALOWANIA WÓD
Energia fal jako odnawialne źródło energii jest trudna do wyzyskiwania, co ma związek z dużym rozproszeniem i uzależnieniem od warunków klimatycznych. Zasoby energii falowania wód są jednak wiele tysięcy razy większe od energii pływów morskich, podobnie zresztą jak rezerwy w postaci prądów oceanicznych. Prąd Zatokowy jest w stanie produkować więcej energii, niż na dzisiejszy dzień zużywa się jej przez całą ludność świata.
Prąd Zatokowy północnego Atlantyku (inaczej Golfsztrom lub Golfstrom) – jest to powierzchniowy prąd morski, powstający na północ od Wysp Bahama, gdzie dalej płynie łukiem w kierunku północnego zachodu by zatrzymać się w połowie na drodze między Lizboną a Nowym Jorkiem, w rejonie noszącym nazwę delty Golfsztromu.
- PRZYPŁYWY MORSKIE
Kolejnym odnawialnym źródłem energii jest energia zmagazynowana w oceanach w postaci energii wody. Ma postać pływów morskich, fal, prądów, różnic temperatur wód powierzchniowych i głębinowych. Do tej pory najchętniej wyzyskiwano energię pływów, wyzyskiwaną tam, gdzie amplituda pływów ma wartość powyżej 5 m. Do takich miejsc należy przykładowo estuarium rzeki Rance, wpadającej do kanału La Manche, gdzie amplituda pływów waha się tam od 5 do 13,5 metrów. W roku 1966 roku zastosowano tam pierwszą na świecie elektrownię pływową.
- ENERGIA JĄDROWA
Większość reaktorów na świecie bazuje na ubogim uranie (99,3% 238U, 0,7% 233U, 235U); który ma zastosowanie do reaktorów. Na skutek działania reaktorów samopowielających możliwa jest przeróbka uranu w postaci dużych ilości, mogących mieć zastosowanie nie tylko do reaktorów wysokotemperaturowych, ale i do źródeł masowego rażenia. W reaktorach samopowielających produkuje się także 239Pu (kolejny materiał rozszczepialny do bomb atomowych).
|
Zalety wykorzystania energii jądrowej
|
Wady wykorzystania energii jądrowej
|
|
|
GAZ ZIEMNY
|
Zalety wykorzystania gazu
|
Wady wykorzystania gazu
|
|
|
| Wady używania węgla zamiast ropy |
| Węgiel stanowi najlepsze paliwo przejściowe Surowiec ten jest źródłem benzyny (dla stosunku 6 jednostek węgla dla jednej jednostki ropy) Surowiec ten jest źródłem gazu |
|
HYDRATY METANU
Hydraty metanu znajdują się dnie oceanów. Do najbardziej zasobnych miejsc należą arktyczne obrzeża Ameryki Północnej i Zatoka Meksykańska. Składają się one w znacznej mierze z pokładów gazu ziemnego. Jest to jeden ze sposobów zastąpienie ropy naftowej, jednak wydobycie należy do niebezpiecznych, trudniejszych i znacznie bardziej drogich, niż w przypadku klasycznego wydobycia ropy i gazu ziemnego. Jakkolwiek zasoby hydratów metanu występują obficie, ciężko zgromadzi się z nich gaz w ilościach komercyjnych.
