W dzisiejszym świecie zapotrzebowanie na energię jest ogromne, toteż bardzo ważne jest, aby w jak najlepszym stopniu wykorzystywać metody do jej produkcji, oraz tak, aby przy tym środowisko naturalne w jak najmniejszym stopniu ucierpiało. Dlatego też przy coraz większym obciążaniu elektrowni, wynikającym z zapotrzebowania rynku, należy pamiętać o stosowaniu reguł pozwalających na osiągnięcie wysokiej sprawności przetwarzania paliw. Takich reguł, które także uwzględniają zasady ochrony środowiska. Należy zdawać sobie sprawę z tego, że urządzenia mogą ulegać awariom, także te które zabezpieczają środowisko przed skażeniem. Awarie te mogą doprowadzić do wystąpienia różnego rodzaju katastrof ekologicznych. Dlatego też coraz częściej w elektrowniach stosuje się system pracy, który umożliwia otrzymywanie energii na własne potrzeby, a także pozwala magazynować tą energię. W ten sposób zmniejsza się ryzyko wystąpienia awarii urządzeń w wyniku dostawy energii elektrycznej. To także ma ogromne znaczenie w przypadku przeprowadzania odbudowy systemu po wystąpieniu awarii. W naszym kraju, w wyniku dostosowania naszych rodzimy elektrowni do takiego systemu, udało się włączyć Krajowy System Elektroenergetyczny do systemy Elektroenergetycznego zrzeszające państwa Zachodniej Europy. Bardzo rzadko ludzie uświadamiają sobie rolę jaką odgrywa sprawność przetwarzania i produkcji energii w odpowiednich blokach energetycznych. Im jest ona wyższa tym mniejszej potrzeba ilości paliwa do wyprodukowania tej samej ilości energii, a to przekłada się na mniejsze ilości spalanych materiałów i mniejsze zanieczyszczenie środowiska. Nieustannie są prowadzone analizy i badania przeprowadzające testy na urządzeniach produkujących energię, w celu poprawy ich sprawności. Przeprowadzane są coraz to nowsze udoskonalenia, takie jak podniesienie sprawności kotłów, zmniejszenie zużycia energii elektrycznej przez samą elektrownię, a także udoskonalenie systemów filtrujących spaliny. Także wszelkie odpady z elektrowni są wykorzystywane później w różnych celach. Wykorzystuje się ponownie osady z oczyszczalni ścieków, z oczyszczalni mechaniczno - biologicznej, zużyte oleje, powstały złom, czy makulaturę, a także bardziej niebezpieczne odpady, jak lampy rtęciowe, akumulatory, czy świetlówki.

Obok konwencjonalnych źródeł energii, takich jak węgiel, czy drewno, które ulegają spalaniu, aby otrzymać energię, istnieją jeszcze tzw. niekonwencjonalne źródła energii. Źródła te można podzielić na dwa rodzaje: także - Nieodnawialne źródła energii - surowcami tutaj które mogą posłużyć do produkcji energii są: wodór, ogniwa paliwowe, czy energia magnetohydrodynamiczna.

- Odnawialne źródła energii - w tym wypadku produkowana energia pochodzi z wykorzystania promieniowania słonecznego, energii wnętrza Ziemi, siły wiatru, ruchu wody, prądów i pływów morskich, a także z wykorzystania ciepła oceanów.

Otrzymywanie energii poprzez wykorzystanie niekonwencjonalnych źródeł energii, praktycznie w każdym przypadku wiąże się z całkowitym brakiem produkcji jakichkolwiek zanieczyszczeń, które mogłyby zaszkodzić środowisku naturalnemu. Dlatego też, w obliczy nieustannego kurczenia się zapasów konwencjonalnych paliw, stanowią interesujące rozwiązanie dotyczące problemu produkcji energii.

Środowisko naturalne podlega działaniu szeregu czynników, których źródłem jest technologia stworzona przez człowieka. Są to:

- wszelkiego rodzaju substancje powstające w wyniku spalania paliw, takie jak spaliny, popiół, tlenki azotu, węgla siarki, także żużel, oraz wszelkiego rodzaju odpady i ścieki pochodzące z instalacji odsiarczających spaliny.

- powstający hałas, którego źródłem są wszelkiego rodzaju urządzenia stworzone przez człowieka

- powstające wszelkiego rodzaju ścieki i odpady, jakie nieustannie są produkowane przez człowieka

Świat pełen energii.

W dzisiejszym świecie, praktycznie wszędzie mamy do czynienia z przejawami energii. Może ona występować w różnych formach - może być światłem, elektrycznością , dźwiękiem, itp.. Sam człowiek, aby poruszać się i wykonywać określone czynności potrzebuje nieustannych dostaw energii, którą sam przetwarza w swoim ciele. Energia jaką wykorzystuje środowisko naturalne głównie pochodzi od Słońca. To dzięki niej rośliny mogą rosnąć i rozwijać się, dając w ten sposób pożywienie kolejnym grupom organizmów żyjących na naszej planecie. Promieniowanie słoneczne także jest odpowiedzialne za to, że możemy widzieć naszymi oczami świat wokół nas. Pamiętajmy też o tym, że paliwa takie jak węgiel kamienny, czy ropa naftowa, powstały ze szczątek roślin, które przed milionami lat tak samo jak dzisiejsze rośliny pobierały energię w postaci promieniowania słonecznego.

Przyrodą rządzi fundamentalna zasada, która jest znana pod nazwą "Zasady zachowania energii". Mówi ona nam o tym, że energia nigdzie nie ginie, ani nie może powstać z niczego. Może tylko przemienić się w inne jej formy, ale zawsze jej ilość będzie taka sama. Weźmy na przykład baterię słoneczną, zbiera ona energię słoneczną i przetwarza ją na energię elektryczną.

Formy energii:

Energia chemiczna - każda substancja, posiada pewną potencjalną energię chemiczną. Energia ta jest odpowiedzialna za ruch rakiety, czy wybuchy różnego rodzaju materiałów. W przypadku rakiety, energia ta jest zamieniana na energię kinetyczną jej ruchu.

Energia grawitacyjna - jest to energia towarzysząca ciału, które znajduje się w polu grawitacyjnym pewnego ciała, tak jak to jest w przypadku ciała znajdującego się na pewnej wysokości nad powierzchnią Ziemi.

Energia sprężystości - tą postać energii mają wszystkie ciała charakteryzujące się pewną elastycznością i sprężystością. Doskonałym tutaj przykładem jest prosta sprężyna, w tym wypadku energia sprężystości jest tym większa im bardziej ściśnięta jest sprężyna.

Pomiar energii

Wartość energii wyrażamy za pomocą jednostki - 1 Dżul [1J]. Dla przykładu ciało o masie 1kg podniesione na wysokość 1m nad powierzchnią Ziemi, będzie posiadało energię ok. 10 J. 

Jak już wspomniano energia jest ciągle jedna i ta sama, jednak może przyjmować różne formy. Człowiek nauczył się metod jakie pozwalają na zmianę jednej formy energii w drugą. Obecnie proces ten nazywamy procesem ujarzmiania energii.

Praca

Praca jest to wielkość opisująca przesunięcie ciała wzdłuż drogi S, na skutek działania siły F. Praca jest definiowana jako iloczyn drogi S jaką ciało przebyło i siły F, jaka wówczas działała na to ciało. S oznacza wektora przesunięcia, F to wektora siły. Praca jest natomiast iloczynem skalarnym tych dwóch wektorów. Widać więc, że z fizycznego punktu widzenia praca nie jest wykonywana kiedy kierunek działającej siły jest prostopadły do kierunku przesunięcia.

Moc

Moc definiuje się jako szybkość wykonania danej pracy. Dokładniej ujmując jest to praca wykonana w jednostce czasu. Często w przypadku różnego rodzaju urządzeń określa się parametr zwany średnią mocą. Jest to nic innego jak całkowita praca wykonana w określonym czasie trwania tej pracy.

Energia kinetyczna

Jest to energia jaką posiada ciało poruszające się z określoną prędkością. Innymi słowy jest to także zdolność danego ciała do wykonania pracy.

Energia potencjalna

Jest to energia jaką ciało posiada w przypadku znajdowania się w polu działania pewnych sił. Najczęściej mamy w tym wypadku do czynienia z siłami zachowawczymi, takimi jak siła grawitacji, czy siła Kulomba. Energia ta zależy od położenia ciała w takim polu.

Zasada zachowania energii

Krótko zapisywana jako E = const. Mówi nam o tym, że w przypadku układu odizolowanego, całkowita energia w jego wnętrzu się nie zmienia. Może tylko przybierać różne formy, ale nie pojawia się i nie znika.

Masa a energia

Energia i masa są obecnie utożsamiane ze sobą zgodnie ze słynnym wzorem E = mc2.

Energia elektryczna

W dzisiejszym świecie energia elektryczna towarzyszy nam w każdej sytuacji i praktycznie obecnie trudno nam wyobrazić sobie sytuację, kiedy by jej zabrakło. Jest ona wykorzystywana w każdym aspekcie naszego codziennego życia. Posiada ona szereg zalet:

- jest stosunkowo prosto zamienić ją w inne formy energii

- można dowolnie sterować jej ilościami, tzn. dostarczać i pobierać jej tyle ile dokładnie chcemy

- transport energii elektrycznej także jest stosunkowo prosty, a co ważne można ją przesyłać na znaczne odległości

- straty jakie wynikają z jej transportowania są mniejsze niż w przypadku innych form energii

Produkcja energii elektrycznej opiera się na transformacji energii chemicznej jaką zawierają różnego rodzaju paliwa kopalne. Energię tą uzyskuje się w wyniku spalania tychże surowców, przy czym szacuje się, że obecnie 1/3 surowców energetycznych jest w ten sposób przetwarzana. Samo zapotrzebowanie na energię w danym kraju wiąże się z różnego rodzaju czynnikami. Zależy to bowiem od tego jak dalece technologicznie jest posunięty przemysł w danym kraju, jakie jest tempo jego rozwoju gospodarczego, a także jaka jest liczba odbiorców energii. Zapewnienie bezpieczeństwa energetycznego jest ważną sprawą dla każdego kraju, a to, dlatego, że praktycznie każda gałąź gospodarki korzysta z energii elektrycznej, a także odpowiednie struktury narodowe - np. wojsko. Dzisiejsza technologia praktycznie opiera się na wykorzystaniu energii elektrycznej. Wiąże się to z coraz większą elektryfikacją i automatyzacją wszelkich procesów. Nawet rolnictwo w obecnym czasie coraz częściej wykorzystuje urządzenia elektryczne, co zapewnia coraz wydajniejszą produkcję. Nawet w naszych domach pojawia się coraz więcej urządzeń wykorzystujących energię elektryczną.

Niekonwencjonalne źródła energii

Jak wiadomo energia jest podstawowym "surowcem" wykorzystywanym przez człowieka. Od zarania dziejów, człowiek wykorzystywał energię do własnych celów. W miarę rozwoju cywilizacji jej wykorzystywanie stawało się coraz bardziej powszechne, aż w chwili obecnej człowiek wykorzystuje jej przeróżne formy w przemyśle, do oświetlenia, czy nawet do ogrzewania swoich domów. Dawniej energię produkowano korzystając z wiatraków i młynów wodnych, jednak w miarę coraz większego zapotrzebowania na ilości energii, człowiek zaczął wykorzystywać do jej produkcji różnego rodzaju paliwa kopalne. Nieustanna pogoń człowieka za energią doprowadziły do skażenia środowiska naturalnego, oraz do znaczącego skurczenia się zasobów paliw kopalnych. Dlatego też rozpoczęto poszukiwania nowych źródeł energii, które miałyby rozwiązać te problemy. Zaczęto interesować się tzw. niekonwencjonalnymi źródłami energii, które produkowały energię czystą i tanią.

Zalety niekonwencjonalnych źródeł energii:

Energia jądrowa

W ubiegłym stuleciu nastąpił ogromny wzrost przemysłowy, który pociągnął za sobą powstanie różnego rodzaju urządzeń, potrzebujących do działania ogromnych ilości energii w postaci prądu elektrycznego. Wymusiło to budowę wielu elektrowni, które pobierając energię z różnych źródeł zamieniały ją na energię elektryczną. Już w latach 40 XX wieku, zdano sobie sprawę z tego, jak duże ilości energii można otrzymać z procesów jądrowych zachodzących we wnętrzu jąder atomowych. Pierwsze doświadczenia z produkcją energii jądrowej skończyły się fatalnie dla ludzkości, bo została ona wykorzystana do produkcji bomby atomowej. Jednak dalsze próby zaowocowały w powstaniu pierwszych elektrowni jądrowych. Zasadniczym elementem takiej elektrowni jądrowej jest reaktor jądrowy. Istnieje kilka typów takich reaktorów, są to reaktory ciśnieniowe, wodne, jednorodne, powielające, wrzące, czy wysoko temperaturowe. Zasada działania elektrowni jądrowej zasadniczo różni się od działania zwykłej elektrowni, w której energię pozyskuje się poprzez spalanie paliw kopalnych. W przypadku elektrowni jądrowej, energię pozyskuje się w wyniku rozszczepień jąder atomowych. Proces rozczepienia jest reakcją łańcuchową, która jeśli nie kontrolowana może prowadzić do fatalnych skutków (tak jak w przypadku bomby atomowej). Jednak w przypadku reaktora jądrowego, jest on całkowicie kontrolowany i tak przeprowadzany, aby dostarczył ściśle określonej ilości energii.

W dzisiejszych czasach, elektrownie jądrowe zostały już wybudowane w 31 krajach i jest ich w sumie 437. Energia jaką produkują to 17% energii jaka jest wykorzystywana przez te kraje. Elektrownie te powstają w większości w krajach dalekiego wschodu.

Plusy i minusy elektrowni jądrowych:

Plusy:

  • Praktycznie niewyczerpalna ilość paliwa jądrowego
  • Niskie koszty produkcji energii elektrycznej. Dla porównania produkcja energii elektrycznej powstałej ze spalania gazu jest 10 razy droższa niż w przypadku produkcji energii w reaktorze jądrowym. Jeszcze droższa jest energia pochodząca ze spalania węgla kamiennego.
  • Potrzeba niewielkich ilości paliwa jądrowego. To z kolei wiąże się z tanim jego transportem i przechowywaniem.
  • W wyniku pracy reaktora jądrowego powstaje znacznie mniej odpadów i nie istnieje problem zanieczyszczenia powietrza.

Minusy:

  • Koszty wybudowania elektrowni jądrowej, są o połowę większe niż w przypadku budowy zwykłej elektrowni węglowej.
  • W wyniku pracy elektrowni jądrowej powstają odpady promieniotwórcze, które mogą być niebezpieczne dla człowieka przez wiele lat, dlatego też potrzebne są odpowiednie miejsca do ich składowania.
  • W przypadku awarii elektrowni jądrowej, skutki mogą być katastrofalne i mogą mieć zasięg globalny.

Mimo, że elektrownie jądrowe są najefektywniejszymi dostarczycielami energii, to ludzkość nadal im nie zaufała na tyle, żeby całkowicie dokonać "przesiadki" na ten sposób otrzymywania energii. Ale są oczywiście także inne sposoby otrzymywania energii, wykorzystujące źródła energii odnawialnych.

Elektrownie wodne

Cała nasza planeta pokryta jest morzami i oceanami. Nic, więc dziwnego, że człowiek nauczył się ją z powodzeniem wykorzystywać do produkcji energii. W tym wypadku wykorzystuje się energię spadającej wody, która ukierunkowana na odpowiednie turbiny powoduje ich obrót. Turbiny te są źródłem energii, z jakiej korzystają potężne generatory do produkcji energii elektrycznej. Jednak budowa elektrowni wodnych najczęściej wiąże się z bardzo wysokimi kosztami. Jednak opłaca się to, ponieważ w tym wypadku otrzymujemy energię w sposób czysty, bez powodowania żadnych zanieczyszczeń. Sama elektrownia wodna także nie zużywa dużo energii elektrycznej. W porównaniu do zwykłych elektrowni gdzie zużycie to jest na poziomie 10% produkowanej energii, to w przypadku elektrowni wodnych wynosi ono nie więcej niż 1%. Ich obsługa także nie jest nadmiernie skomplikowana i nie potrzeba tutaj sztabu ludzi. Energia z takiej elektrowni wodnej może być przesyłana do najbliższych odbiorców, tak więc problem strat energii w czasie przesyłu jest tu raczej nieistotny. Możliwe jest także bardzo proste magazynowanie energii, poprzez wykorzystani zapór, to z kolei zapobiega powstawaniu przerw w dostawach energii elektrycznej. Sama budowa zapór wodnych może, pomóc w rozwoju rolniczym obszarów położonych blisko niej. Inne wykorzystanie energii wodnej to także wykorzystanie pływów morskich, energii cieplnej wody, a także energii fal morskich. W przypadku fal morskich energie można wykorzystać, poprzez zastosowanie pływaka poruszającego się w górę i w dół. W ten sposób taki pływak porusza pompę, która z kolei pompuje wodę na turbinę zasilającą generator. W przypadku elektrowni wykorzystujących energię pływów morskich istotne jest położenie elektrowni. Najbardziej odpowiednie miejsca do ujścia rzek, a zasada działania takiej elektrowni jest bardzo podobna do zasady działania zwykłej elektrowni wodnej. Tutaj także do produkcji energii elektrycznej wykorzystywany jest ruch turbin. Możliwym jest także wykorzystanie energii cieplnej oceanów. W tym wypadku wykorzystuje się różnicę temperatur pomiędzy powierzchnią wody a jej głębinami. Takie elektrownie powstają bezpośrednio na wodzie i noszą nazwę elektrowni maretermicznych.

Energia wiatru

Wykorzystywanie energii wiatru, było swego czasu najbardziej popularnym sposobem otrzymywania energii w gospodarstwach rolnych. Jako, że wiatr towarzyszy nam od zarania dziejów, już tysiące lat temu ludzie nauczyli się go wykorzystywać do swoich celów. Obliczenia wskazują na to, że obecna energia wiatrów byłaby w stanie zaspokoić potrzeby energetyczne całej naszej planety.

W dzisiejszym świecie istnieje bardzo dużo elektrowni wiatrowych. Ich rozrost nastąpił po 1973 roku, kiedy to nastąpił kryzys energetyczny. Najwięcej z nich istnieje w Niemczech, bo aż 5850, następnym w kolejności krajem jest Dania, która posiada ich 4700. Jak wiadomo, ich działanie jest silnie uzależnione od siły wiatru. Dlatego też najbardziej opłacalne jest budowanie ich w miejscach gdzie wiatr, często i silnie wieje. Energia jaką w ten sposób otrzymujemy jest całkowicie czysta. Jednak bolączką tychże elektrowni jest ich niska wydajność. Aby zastąpić jedną zwykłą elektrownie spalającą paliwa kopalne, należałoby użyć 1000 wiatraków, o średnicy 50 metrów.

Plusy i minusy elektrowni wiatrowych:

Plusy:

  • Czyste źródło energii
  • Dużo tańszy sposób otrzymywania energii, niż w przypadku zwykłych konwencjonalnych elektrowni cieplnych
  • Użycie takich elektrowni tworzy nowe miejsca pracy
  • Można stosować niewielkie generatory wiatrowe, które mogą dostarczać energię do lokalnych odbiorców

Minusy:

  • Elektrownie takie są dosyć głośne dla otoczenia
  • Stanowią zagrożenie dla lokalnego wędrującego ptactwa.