Energetyka jest działem nauki oraz techniki, który zajmuje się wszelkiego rodzaju przetwarzaniem, pozyskiwaniem, gromadzeniem i użytkowaniem różnorakich nośników i form energii. Energie pierwotne takie jak energii chemicznej paliw, wód, jądrowe, przepływu powietrza, wnętrza Ziemi oraz promieniowanie Słoneczne, są przetwarzane na formy energii użytecznej dla człowieka.

W krajach wysoko rozwiniętych takich jak Niemcy, Francja, Stany Zjednoczone, Kanada, czy Japonia mieszkańcy stanowią zaledwie 12,5% całej populacji ludzkiej, zużywają natomiast około 60% dostępnej na naszym świecie energii.

W krajach rozwijających się na aż 87,5% ludności całej ziemi przypada więc jedynie 40% dostępnej energii. Większą część energii otrzymujemy przetwarzając paliwa organicznego pochodzenia, są to między innymi ropa naftowa, węgiel oraz gaz ziemny. Paliwa organiczne powstały w przeszłości ze szczątków prehistorycznych zwierząt i roślin, ich światowe rezerwy są ograniczone i maleją w zatrważającym tempie. Optymistyczne analizy przewidują, że światowe zapasy ropy naftowej przy obecnym tempie zużycia wyczerpią się przed upływem 40 lat, ze złóż gazu ziemnego będzie można korzystać przez około 50 lat, natomiast złoża węgla brunatnego i kamiennego wystarczą na 150 lat ciągłej eksploatacji. Istnieją inne wady surowców tego typu. Jedną z najważniejszych jest wytwarzanie podczas procesu spalania znacznych ilości substancji szkodliwych dla środowiska i zdrowia ludzkiego. Najbardziej zanieczyszczającym środowisko paliwem jest węgiel, przesądzają o tym znaczne ilości emitowanego do atmosfery, w procesie spalania, węgla, rtęci, ołowiu i siarki.

Innym popularnym źródłem energii, wykorzystywanym chętnie przez kraje wysoko rozwinięte jest energia jądrowa. Pomimo swojej znacznie większej wydajności i zmniejszonej emisji szkodliwych substancji do atmosfery w stosunku do konwencjonalnych elektrowni, w elektrowniach jądrowych może wystąpić awaria, a jej skutki mogłyby być odczuwalne na całej planecie. Jeszcze bardziej niebezpieczne są różnego rodzaju radioaktywne odpady pozostałe w wyniku reakcji jądrowych. Neutralizacja i składowanie tych odpadów jest bardzo kosztowne i niebezpieczne dla ludzi którzy się tym zajmują

W rozwijających się, biednych krajach podstawowym źródłem energii jest drewno, a nawet zwierzęce odchody. Zasoby te co prawda są odnawialne, jednak ich wydajność pozostawia dużo do życzenia w obliczu wysokiego zapotrzebowania energetycznego miliardów ludzi.

Jedynie 19% światowej energii wytwarzane jest sposobami alternatywnymi. W tych 19%, aż 17% światowej energii stanowią elektrownie wodne. Na pozostałe niekonwencjonalne metody pozyskiwania energii przypada więc 2% zapotrzebowania światowego. Wśród tych 2% można wyróżnić elektrownie wiatrowe, geotermiczne, pływowe oraz ogniwa słoneczne. W przeciwieństwie do elektrowni jądrowych i węglowych elektrownie alternatywne są przyjazne środowisku naturalnemu, także baza surowcowa jest niemal nieograniczona.

Węgiel

Elektrownie węglowe dostarczają 35% światowej energii. Wykorzystywanie energii zawartej w węglu ma także wymiar historyczny, jest to bowiem pierwsze paliwo wykorzystywane na szeroką skalę. Pokłady węgla utworzyły się głównie w okresie karbonu, to jest 286 - 360 milionów lat temu. Gigantycznych rozmiarów paprocie, które wtedy w większości zarastały powierzchnię ziemi, rosły zazwyczaj na bagnistych terenach w tropikalnym klimacie, który otaczał wtedy całą Ziemię. Na skutek procesów gnilnych paprocie zamieniały się w torf, który twardniejąc z czasem stopniowo przekształcił się w węgiel brunatny, a później w węgiel kamienny. Zgodnie z nazwą podstawowym pierwiastkiem chemicznym składającym się na opisywane paliwo jest węgiel. Antracyty najtwardsze i najstarsze mogą być zbudowane nawet w 98% z tego pierwiastka. Zdecydowanie młodszy od węgla kamiennego węgiel brunatny, który datuje się na wiek jednego miliona lat, posiada w swoim składzie około 30% wspomnianego pierwiastka. W porównaniu do złóż ropy naftowej złoża węgla, które jeszcze pozostały wystarczą przy obecnym tempie wydobycia na około 150 lat. Dosyć niedużym kosztem jesteśmy w stanie wydobyć 910 miliardów ton, podczas gdyby wyłożyć więcej nakładów finansowych ta liczba wzrasta do 1800 miliardów ton

Ropa naftowa

Ropa naftowa dostarcza 40% energii wytwarzanej na świecie. Na skutek rozkładu niewielkich morskich organizmów, zwierzęcych takich jak plankton oraz roślinnych, powstały złoża ropy naftowej. Sama ropa naftowa jest mieszaniną różnych rodzajów węglowodorów, zmieszanych z innymi substancjami. Pokłady ropy naftowej na dzień dzisiejszy stanowią najważniejsze źródło światowej energii. Olej napędowy, czy benzyna są podstawowym paliwem dla lokomotyw, ciężarówek, czy zwykłych samochodów osobowych. Także przemysł i rolnictwo wykorzystują to "czarne złoto". Produktami powstałymi z ropy naftowej są między innymi: kosmetyki, farby, barwniki, lekarstwa, włókna sztuczne, nawozy, gumę syntetyczną oraz plastik. Spora ilość prywatnych domów a także budynków publicznych ogrzewa się właśnie ropą naftową. Jednostką w której mierzy się ilość a także wielkość wydobycia ropy naftowej jest baryłka. Na jedną baryłkę składa się 159 litrów ropy.

Chociaż pokłady ropy naftowej można znaleźć na każdym kontynencie, również na dnie każdego z oceanów, jednak większość światowego wydobycia koncentruje się w kilku miejscach, gdzie złoża te są największe. Aż 65% całych zasobów ropy naftowej leży w krajach Bliskiego Wschodu. Prym w wydobyciu wiedzie Arabia Saudyjska. Niedawne odkrycia nowych złóż na terenie tego kraju opiewają na aż 300 baryłek tego cennego surowca. Stanowi to aż 25% światowych złóż ropy naftowej.

Niewykorzystywane do tej pory źródła ropy stanowią bitumiczne skały, które są nasiąknięte substancją chemiczną podobną w swoim składzie to ropy naftowej. Analiza badań skał bitumicznych przeprowadzona w prowincji Alberta, w Kanadzie wykazała możliwość eksploatacji takiej samej ilości ropy naftowej, którą posiada Arabia Saudyjska.

Ameryka Łacińska, Afryka oraz oczywiście Bliski Wschód są obszarami produkującymi większe ilości ropy, niż wynosi popyt na ten surowiec na tych terenach. Potrzeby słabo zaludnionych krajów Bliskiego Wschodu są wielokrotnie mniejsze od państw wysoko rozwiniętych, takich jak Stany Zjednoczone, Japonia, Kanada, czy też kraje Europy Zachodniej. Wahania eksploatacji surowca jakim jest ropa naftowa są przyczyną głębokich konsekwencji w życiu zarówno gospodarczym jak i politycznym krajów na całym świecie. Przykładem jest inwazja armii Irackiej na Kuwejt, która miała miejsce w 1990 roku. Wywołało to natychmiastową światowych mocarstw, strzegących swoich interesów w rejonie Zatoki Perskiej. Zagrożone bowiem zostało wydobycie nie tylko złóż kuwejckich, ale również pozostałych potentatów ropy naftowej znad wymienionej zatoki.

Gaz ziemny

Gaz ziemny stanowi bardziej ekologiczne, czystsze, efektywniejsze, wygodniejsze w dystrybucji i przesyłaniu od węgla kamiennego. Energia światowa pozyskiwana z gazu ziemnego wynosi 20% ogółu wytwarzanej energii. Złoża gazu ziemnego bardzo często występują w pobliżu złóż ropy naftowej. Związane jest to z powstawaniem obu surowców w warunkach bardzo podobnych, na przestrzeni tego samego czasu. Główną substancją gazową która wchodzi w skład gazu ziemnego jest metan.

Od początku eksploatacji potentatem w produkcji gazu ziemnego był Związek Radziecki, produkujący ze swoich bogatych uralskich złóż w latach 80 minionego wieku aż 650 bilionów metrów sześciennych gazu. W następnej kolejności największe wydobycie należało do krajów Kanady, Stanów Zjednoczonych, Wielkiej Brytanii oraz Holandii. Złoża gazu ziemnego wykorzystywane są w procesie produkcji paliw, zarówno na skalę przemysłową (gaz ziemny stanowi składnik wręcz niezbędny w produkcji włókien sztucznych, detergentów gumy syntetycznej, plastiku i farb), jak również do użytku własnego osób prywatnych. Człowiek nauczył się w sposób pośredni otrzymywać gaz ziemny. W koksowniach, na skutek odgazowania węgla kamiennego wydziela się koks oraz właśnie gaz ziemny.

Biomasa

Biomasa jest masą materii organicznej, która jest zawarta w organizmach roślinnych oraz zwierzęcych. Wyraża się ją w jednostkach naturalnej masy organizmów - świeżej masy, oraz masy bezwodnej - suchej masy. Biomasa odnosi się do różnych odnawialnych energetycznych technologii, które obejmują:

  • Biomasa roślinna i jej spalanie. Przykładem jest palenie drewna opałowego, odpadów drzewnych z zakładów meblarskich oraz tartaków. Praktykowane jest również spalanie słomy czy innych specjalnie w tym celu uprawianych roślin wysokoenergetycznych. Spalanie roślinnej biomasy odbywa się zarówno w bezpośredni sposób w paleniskach zamkniętych (kotły, piece) oraz otwartych (ogniska), jak i w sposób pośredni. Sposób pośredni polega na wstępnemu gazyfikowaniu biomasy roślinnej w zbudowanych w tym celu odpowiednich gazyfikatorach, potem spala się otrzymany tym sposobem gaz palny w kotłach, lub zasila się nim silniki spalinowe.
  • Śmieci komunalne i ich spalanie. Podobnie jak w przypadku biomasy roślinnej tak i teraz dwoma podstawowymi metodami są sposób bezpośredni oraz wstępna gazyfikacja.
  • Energetyczne wykorzystanie gazów wysypiskowych.
  • Olej opałowy otrzymywany z roślin. Istnieje możliwość otrzymywania wysokoenergetycznego oleju opałowego z rzepaku i innych roślin oleistych w specjalnie w tym celu przygotowanych uprawach.
  • Fermentacja alkoholowa materiału organicznego. Najczęściej fermentuje się trzcinę cukrową oraz ziemniaki, gdyż łatwo poddają się procesowi fermentacji. Tym sposobem wytwarza się alkohol etylowy, wykorzystywany w paliwach silnikowych.
  • Beztlenowa fermentacja metanowa masy organicznej, głównie odpadowej. Fermentując odpady z przemysłu spożywczego, czy z produkcji rolnej wytwarza się biogazy, które następnie są spalane w kotłowych paleniskach lub zasila się nimi silniki spalinowe napędzające generatory prądu elektrycznego.

Na dzień dzisiejszy biomasa w Polsce, która jest wykorzystywana w energetyce wiąże się z dwoma gałęziami gospodarki: leśnictwem i rolnictwem. Przedstawmy teraz główne produkty, które są wykorzystywane do pozyskiwania energii. W 1984 roku użycie biomasy roślinnej w całkowitej produkcji światowej energii wynosiło 13%. Na tą liczbę składało się 7% potrzeb energetycznych zaspokajanych przez Kanadę oraz 4% potrzeb zaspokajanych przez Stany Zjednoczone. W 1990 roku zmniejszyło się użycie biomasy roślinnej w całkowitej produkcji światowej energii i wynosiło 12%. Przyjmuje się, że z jednego hektara gruntów rolnych można rocznie zebrać około 10-20 ton biomasy, stanowi to energetyczną równowartość 5-10 ton węgla kamiennego. Leśnictwo oraz rolnictwo polskie co roku zbiera biomasę, równą po względem energetycznym 150 milionom ton węgla. Wartość opałowa biomasowych produktów, wynosi w porównaniu do paliwa konwencjonalnego:

Materiał

Wartość opałowa [MJ/kg]

Słoma żółta

14,3

Słoma szara

15,2

Drewno odpadowe

13

Etanol

25

Węgiel kamienny

25

Gaz ziemny

48

Cenne pod względem kalorycznym są słomy bobikowe, słonecznikowe i rzepakowe, są jednak nieprzydatne w rolnictwie. 16% wykorzystania słomy zapewnia potencjał energetyczny 80PJ. Duńczycy wybudowali w swoim kraju aż 12 000 kotłowni o małych mocach , w granicach 100MW, oraz 40 dużych kotłowni, które są opalane wyłącznie słomą. W naszym kraju nie ma niestety ani jednej kotłowni tego rodzaju, budowa pierwszych kotłowni na słomę jest planowana na nadchodzące lata. Całkowita biomasa drzew jest ponad dwa razy większa od produkcji drewna użytkowego. Nie ryzykujemy zbyt wiele stwierdzając, że najważniejsze źródło biomasy, będące odnawialną energią, stanowią w Polsce odpady drzewna i słoma.

Energia słoneczna

Cieplna energia, która pochodzi ze promieniowania Słońca, dochodzi do nas zarówno kiedy Słońce świeci w pełni swojej okazałości, oraz gdy jest przykryte chmurami. Spośród wszystkich poznanych źródeł energii właśnie energia słoneczna jest najbezpieczniejszą a ponadto zapewniony jest ciągły do niej dostęp przez co najmniej 5 kolejnych miliardów lat. Wadą w jej pozyskiwaniu jest znaczne rozproszenie, w związku z czym aby uzyskać energię elektryczną należy zbudować odpowiednie elektrownie wraz z zespołem ogniw fotowoltaicznych o możliwie jak największej powierzchni. Przy budowie elektrowni jest wykorzystywana stal oraz cement, przy produkcji ogniw fotowoltaicznych wykorzystuje się toksyczne pierwiastki jak selen, tellur czy arsen. Pierwiastki te mają tendencję do ulatniania się, zanieczyszczając niewielką ilością substancji toksycznych naszą atmosferę.

Dachy każdego domu są mocno ogrzewane przez promienie słoneczne każdego dnia, jednak niewiele z nich skonstruowano w sposób sprzyjający uzyskaniu jak największej ilości energii cieplnej. Domy tego rodzaju posiadają specjalne okna, które montowane są od strony najbardziej nasłonecznionej. Na ich dachach natomiast zostają umieszczone panele, pomiędzy którymi przepływa strumień chłodnej wody, nagrzewający się pod wpływem promieniowania słonecznego.

Urządzenia elektroniczne jak baterie słoneczne również są w stanie dostarczać energii elektrycznej. Ogniwa tego typu wykorzystują zjawisko fotowoltaiczne, dzięki któremu światło jest zamieniane na prąd elektryczny. Co prawda pojedyncze ogniwo wytwarza bardzo mały prąd, jednak ogniwa łączy się ze sobą, co powoduje uzyskanie sumarycznego prądu o dużej mocy. Największą zaletą instalacji ogniw słonecznych jest elastyczność tych ogniw, biorąc pod uwagę moc dostarczaną. Sprzyja temu ich charakter, który jest modułowy. Powierzchnia kolektorów zazwyczaj oscyluje w granicach od 1 metra kwadratowego do powierzchni kilku kilometrów kwadratowych. Wskutek dokładnego dostosowania do popytu na moc systemów ogniw słonecznych, da się uniknąć sporej części nakładów mających związek z przesyłaniem energii oraz odpowiednich strat. Moduły ogniw słonecznych pracują zazwyczaj dla domów jednorodzinnych, budynków publicznych, zakładów przemysłowych oraz dla zakładów energetycznych. Instalacje fotowoltaiczne posiadają następujące cechy:

  • Nie jest wymagane żadnego typu dodatkowe paliwo, znikają wszelkie problemy mające jakikolwiek związek z magazynowaniem i transportem.
  • Nie jest wymagane intensywne chłodzenie, możliwa jest lokalizacja z dala od zbiorników wodnych, na suchych, słonecznych obszarach.
  • Ogniwo fotowoltaiczne przekształca każdą rozproszoną wiązkę promieni słonecznych padających na Ziemię. Jest to zatem dość atrakcyjna metoda produkowania energii elektrycznej, nawet w miejscach o pochmurnej pogodzie.
  • Żywotność ogniw wynosi od 20 do 30 lat. Przeciwnie w stosunku do innych popularnych źródeł energii wydajność baterii słonecznych jest stała, niezależnie od upływu czasu. Baterie nie wymagają konserwacji ani części zamiennych, jest to zasługą braku ruchomych części.
  • W Europie zorganizował się rynek firm produkujących kolektory słoneczne. Dominują w nim firmy greckie, niemieckie oraz brytyjskie, gdzie zostało opatentowane pierwsze tego typu urządzenie.

Energia wiatru

Wiatr, będąc wręcz niewyczerpywalnym źródłem ekologicznie czystej energii, cieszy się rosnącym poparciem społecznym i jest coraz szerzej wykorzystywany przy produkcji energii elektrycznej. Już w starożytnym Babilonie wykorzystywano wiatr podczas osuszania bagien, w Egipcie przy jego pomocy mielono zboże, w Chinach używano go do pompowania wody na ryżowe pola. Do Europy technika wykorzystywania wiatru zawitała w XII wieku, ale technologie nowoczesnego wykorzystywania siły wiatru zostały opracowane i znalazły zastosowanie dopiero w wieku ubiegłym.

Siłownie wiatrowe powstają na obszarach, gdzie rejestruje się prędkość wiatru przekraczającą 4,5 m/s. Współpracują one zazwyczaj z sieciami energetyki zawodowej albo są układami w pełni autonomicznymi. Coraz popularniejsze jest budowanie farm wiatrowych, czyli zespołów elektrowni połączonych ze sobą szeregowo. Największą ilość energii, powstałej dzięki sile wiatru produkuje się w Stanach Zjednoczonych, Niemczech, Danii, Holandii i Wielkiej Brytanii. Największa elektrownia wiatrowa posiadająca moc 3MW znajduje się na terenie Niemiec. Elektrownia ta nazywa się Aeolus II i pracując w zespole elektrowni wiatrowych na farmie Wilhelmshaven produkuje rokrocznie 7 milionów kWh energii. Zaopatruje w ten sposób ponad 2000 gospodarstw domowych. Istnieje 20 tysięcy pracujących elektrowni wiatrowych na całym świecie.

Pomimo produkcji seryjnej budowa nowoczesnej siłowni wiatrowej wiąże się z dużymi kosztami. W zamian za to otrzymujemy praktycznie zerowy koszt eksploatacji elektrowni. Korzyści zarówno ekonomiczne jak i ekologiczne maja związek z odpowiednią lokalizacją siłowni, w związku z czym wymagana jest gruntowna i kompleksowa analiza tak aspektów ekologicznych, jak i finansowych i technicznych.

Energia wytwarzana dzięki sile wiatru spełnia kryteria wymagane do zakwalifikowania jako ekologicznie czystej metody pozyskiwania energii. Do głównych zalet energii wiatrowej należą:

  • Nie zanieczyszczanie środowiska naturalnego. Z wytwarzaniem energii nie jest związana jakakolwiek emisja trujących związków do atmosfery, nie powstają także różnego rodzaju odpady.
  • Wykorzystane jest odnawialne, niewyczerpywalne źródło energii, dzięki temu oszczędzamy na paliwach, procesach wydobywania oraz późniejszego transportu.
  • Nie ma żadnych przeciwwskazań przeciwko wykorzystaniu sąsiednich terenów jako gruntów rolnych.
  • Uzyskana energia jest stałego kosztu, a konkurencyjność ekonomiczna względem standardowych źródeł energii stale rośnie.
  • Niewielkie straty przesyłu energii. Nie ma różnicy czy budujemy siłownie wiatrowe obok użytkownika czy w miejscu odległym od niego, co w przypadku konwencjonalnej energetyki wymaga odpowiednich przyłączeń do sieci.
  • Obsługa jest prosta, czas montażu krótki, także koszty eksploatacji i obsługi są bardzo niskie.

Korzystanie z energii wiatrowej ma też pewne wady, które są przesadnie eksponowane przez przeciwników tej technologii. Głównie te głosy sprzeciwu hamują nieco jej rozwój. Wady te przedstawione poniżej, w porównaniu z wadami elektrowni konwencjonalnych są wręcz nieistotne:

  • Duży koszt inwestycji. Cena zbudowania siłowni wiatrowych ciągle maleje, dzięki nowym osiągnięciom w dziedzinie technologii. Co za tym idzie cena energii pozyskiwanej z wiatru jest ciągle spada.
  • Moc zmienia się wraz z upływem czasu. Siły wiatru nie sposób niestety kontrolować, z tego też powodu mogą wystąpić wahania w wytwarzaniu mocy.
  • Wadą wymienianą przez przeciwników jest hałas, jednak dokładne badania które przeprowadzono stwierdzają w odległości 30 metrów od pracującej siłowni hałas na poziomie wartości tła, czyli poziomie w którym żyje środowisko.
  • Niebezpieczeństwo dla ptaków. Statystyki dowodzą, że częstość występowania kolizji ramion wiatraka z przelatującymi ptakami jest jednak niższa, niż ptaków które ucierpiały w zetknięciu z liniami wysokiego napięcia.
  • Siłownie mogą nieznacznie zakłócać odbiór TV.
  • Duża połać krajobrazu zostaje zmodyfikowana.

Energia wodna

Hydroenergetyka, czyli energetyka wodna zajmuje się pozyskaniem energii wodnej i przetworzeniem jej na energię elektryczną oraz mechaniczną przy użyciu różnego rodzaju turbin wodnych oraz hydrogeneratorów występujących w siłowniach wodnych takich jak młyny. Jest wykorzystywana także w elektrowniach maremotorycznych i maretermicznych. Hydroenergetyka wykorzystuje głównie energię śródlądowych wód, które to wody posiadają duże natężenie przepływu i odpowiednio wysoki spad, mierzony różnicą poziomów wód dolnej i górnej, przy uwzględnieniu strat przepływu. Energia wód morskich jest wykorzystywana w elektrowniach pływowych. Elektrownie wodne wykorzystują energię pływów wody morskiej oraz energię spadku wody śródlądowej do redukcji w granicach odpowiedniego obszaru, jak odcinek strumienia, części zatoki lub rzeki, strat naturalnych energii wody oraz do uzyskania odpowiedniej wielkości spiętrzenia w odniesieniu do poziomu odpływu. Hydroelektrownie zbiornikowe mogą spełniać inne zadania oprócz wytwarzania energii, na przykład stanowić zabezpieczenie przeciwko powodziom, regulując przepływ wody ze względu na jakość żeglugi itd. Wielkie znaczenie mają zwłaszcza hydroelektrownie szczytowo - pompowe, które pozwalają na używanie wody jako pewnego rodzaju magazynu energii. Możliwość powstania elektrowni wodnych jest ściśle związana z zasobami energetycznymi dostępnych wód, inaczej z zasobami hydroenergetycznymi. W naszym kraju, najważniejsze znaczenie dla energetyki wodnej mają Dunajec oraz dolna Wisła. W dzisiejszych czasach rozważa się możliwość wykorzystania energetycznego cieków wodnych małych rozmiarów, budując małe elektrownie wodne. Dotyczy to zwłaszcza tych cieków, przy których wybudowano urządzenia piętrzące, będące wykorzystywanymi do innych celów. Oprócz zalet ekologicznych elektrownie wodne mają również znaczne zalety ekonomiczne. Koszt energii wyprodukowanej metodami konwencjonalnymi jest zauważalnie wyższy niż analogicznej wielkości energii wyprodukowanej w hydroelektrowniach.

Energia fal morskich

Znane są dwa różne rozwiązania mające na celu wykorzystanie energii fal morskich do napędzania albo turbiny wodnej albo powietrznej. Pierwsze rozwiązanie polega na pchaniu kolejnymi falami morskiej wody, która wpływa stopniowo zwężającą się sztolnią w kierunku zbiornika położonego na górze. Jeśli w zbiorniku znajdzie się odpowiednia ilość wody, przelewa się stopniowo przez upust, napędzając rurową turbinę Kaplana, która jest sprzężona z generatorem. Gdy woda przepłynie już przez turbinę wraca następnie do morza. Energia kinetyczna morskich fal jest zamieniana na energię potencjalną spadu. Tego typu instalacja od 1986 roku pracuje na wyspie norweskiej zwanej Toftestallen niedaleko Bergen, zapewniając moc 350kW. Elektrownia taka jest znana pod skrótem OWC. Jeśli chodzi o rozwiązanie drugie, buduje się zbiornik na odpowiednich platformach nad brzegiem morza. Gdy fala wlewa wodę na podstawę platformy, powietrze jest wypychane w kierunku górnej części zbiornika. Powietrze sprężone w ten sposób przez fale wodne inicjuje ruch turbiny, zwanej turbiną Wellsa, ona z kolei napędza następnie generator. Elektrownia tego rodzaju jest znana pod skrótem MOSC.

Energia cieplna oceanu

Zmiana energii cieplnej oceanu na energię elektryczną wykorzystuje różnicę temperatur wody znajdującej się na powierzchni i wody w głębi oceanu lub morza. Stosowanie tej metody daje sensowne rezultaty na obszarach okołorównikowych. Temperatura wody morskiej przy powierzchni osiąga tam około 30°C, podczas gdy na głębokości 400 metrów pod poziomem morza wynosi 7°C. Stosuje się czynnik roboczy który paruje gdy umieści się go w temperaturze wody powierzchniowej, natomiast w temperaturze wody głębinowej jest skraplany. Przykładowymi czynnikami spełniającymi te warunki są amoniak, propan i freon. Instalacja oraz generator znajdują się na pływającej platformie

Energia geotermiczna

Energia wód geotermalnych. Które wydobyto na powierzchnię Ziemi jest nazywana energią geotermiczną. Energię tą należy zaliczyć do grupy energii samoodnawialnych, gdyż źródło tej energii, którym jest wnętrze kuli ziemskiej o wysokiej temperaturze, jest w zasadzie niewyczerpalne. Chcąc wydobyć wody geotermalne na powierzchnię, należy wykonać odwierty na odpowiednie głębokości, gdzie zalegają tego rodzaju wody. Obok otworu z którego czerpana jest woda geotermalna znajduje się kolejny otwór, który po odebraniu ciepła z pobranej wody wtłacza ją ponownie do złoża. Zaletą i wadą zarazem wód geotermicznych jest ich zasobność, utrudnia ona bowiem warunki pracy elementów pełniących rolę wymienników ciepła oraz pozostałych elementów aparatury geotermicznych instalacji. Energia geotermiczna bywa wykorzystywana przy układach centralnego ogrzewania, pełniąc rolę podstawowego źródła energii cieplnej. Kolejnym z zastosowań energii geotermicznej jest produkowanie energii elektrycznej. Opłaca się to tylko w przypadku źródła szczególnie gorącego. Minusem energii geotermicznej jest możliwość zanieczyszczenia wód głębinowych, uwalniane są bowiem Rodan, siarkowodór i inne gazy trujące. Szczególnym przypadkiem gorących źródeł są gejzery, będące znanym elementem islandzkiego krajobrazu. Kraj ten wykorzystuje w celach ogrzewczych oraz jako rezerwuar ciepłej wody pitnej. Takie działania nie wpływają negatywnie na środowisko.

Energia jądrowa

Zanim wybuchła druga wojna światowa dwaj niemieccy chemicy Fritz Strassman i Otto Hahn przeprowadzili eksperyment, w wyniku którego przy pomocy neutronów rozszczepili jądro uranu. Hahn - radiochemik specjalista od razu rozpoznał prawdziwość reakcji rozszczepienia. Pierwiastkiem szczególnie podatnym na różnego typu reakcje rozszczepienia jest izotop uranu - 235. Po otrzymaniu nadmiarowego neutronu jądro uranu staje się wyjątkowo niestabilne. Powodem tego stanu rzeczy jest niesienie dodatkowej energii przez bombardujący je neutron oraz nieodpowiedni stosunek liczby protonów do neutronów w jądrze. Aby odzyskać stan energetycznej równowagi jądro uranu rozpada się na mniejsze fragmenty, będące jądrami lżejszych pierwiastków o składzie dość przypadkowym. Ważnym pojęciem jest termin masa krytyczna. Jest to minimalna ilość rozszczepialnego materiału, która jest wystarczająca do zaistnienia reakcji łańcuchowej.

Cztery lata po odkryciu możliwości rozszczepienia ciężkich jąder, w grudniu 1942 roku został uruchomiony pierwszy na świecie reaktor jądrowy. Reaktor stanął w Chicago, jego głównym projektantem był włoski fizyk Enrico Fermi. Polski pierwszy reaktor uruchomiono w 1958 roku w Świerku, w Instytucie Badań Jądrowych. Do dzisiaj wykorzystuje się go w pracach badawczych i do produkcji promieniotwórczych izotopów.

Wielki problem w konstrukcji bezpiecznych reaktorów jądrowych stanowi dobór odpowiedniego chłodziwa. Jest to substancja odbierająca ciepło od nieustannie reagującego paliwa jądrowego, a także służy do napędzania turbin elektrowni. W przeszłości stosowano wiele rodzajów chłodziwa, między innymi ciężką i zwykłą wodę, okazało się jednak, że substancje te powodują szybka korozję rur. Kolejne używane chłodziwo ciekły difenyl z czasem ulega rozkładowi, natomiast ciekły potas i sód są niebezpieczne w użyciu, gdyż eksplodują po zetknięciu z wodą. Najlepszym rozwiązaniem wydaje się być chemicznie obojętny hel, jednak wadą tego rozwiązania są bardzo wysokie koszty. Najpopularniejszym obecnie chłodziwem jest zwykła woda.

Jako paliwo w reaktorach jądrowych najczęściej stosowany jest wzbogacony uranem - 235 uran - 238. Wykorzystywany jest również pluton - 239, który jest produkowany w reaktorze z izotopu naturalnego uranu - 238 po wcześniejszej reakcji z cząstkami neutronów. Obecne elektrownie znajdujące się między innymi w Japonii, Rosji, Kanadzie, Stanach Zjednoczonych dysponują reaktorami o mocy nawet 1000MW. Elektrownia w Czarnobylu składała się przykładowo z czterech reaktorów z których każdy miał moc 1000MW.

Jednym z największych problemów energetyki jądrowej jest problem wypalonego paliwa reaktora. Ciężkie atomy po rozszczepieniu rozpadają się na małe fragmenty zwane nuklidami, które również są promieniotwórcze. Czas rozpadu połowicznego nuklidów wynosi setki a nawet tysiące lat. Pojedyncza elektrownia jądrowa produkuje wiele ton odpadów każdego roku. W czasach obecnych wypalone paliwo jest najczęściej stapiane ze szkłem w specjalne bloki i składowane w metalowych pojemnikach w miejscach niedostępnych dla człowieka, gdzie trudno o skażenie środowiska. Przykładem takich miejsc są wyrobiska nieużywanych kopalni. Taki sposób składowania odpadów jest niestety bardzo kosztowny i ryzykowny zarazem.

Prawidłowa obsługa i odpowiednia konstrukcja elektrowni jądrowych zapewnia tanią i czystą energię. Wbrew pozorom emisja pierwiastków promieniotwórczych przez elektrownia węglowe jest wielokrotnie wyższa niż ich nowoczesnych, jądrowych odpowiedników. Dyskutując o energii jądrowej należy pamiętać, że póki co dysponują nią jedynie kraje wysoko rozwinięte, jak Niemcy, Francja, USA, Japonia itd. lub kraje dynamicznie rozwijające się byłego bloku wschodniego, na przykład Bułgaria, Ukraina, Czechy, Słowacja. Większość tych krajów charakteryzuje stabilny wzrost gospodarczy.

Podsumowanie

Na dzień dzisiejszy 18% uzyskiwanej energii pochodzi z odnawianych źródeł. Jest to po części efekt działalności ekologów, ludzie nie zawsze posiadają dostęp do innych opcji pozyskiwania energii. Wykorzystanie energii odnawialnej w całej produkcji energii wynosi w Unii Europejskiej 6%. Polska produkuje jedynie 2,5% swojej energii z wykorzystaniem źródeł odnawialnych. Dokument unijny zwany pod nazwą "Biała księga" zobowiązał państwa członkowskie aby w 2010 roku energia odnawialna stanowiła minimum 15% produkowanej energii w każdym z państw członkowskich. Strategia rozwoju odnawialnej energetyki w Polsce, postulowana przez nasz rząd, zakłada że produkcja energii z niekonwencjonalnych źródeł będzie wynosić w roku 2010 7,5%, natomiast w roku 2020 14%. Wyczerpywanie się zapasów ropy naftowej czy węgla kamiennego może mieć zbawienny wpływ na człowieka i losy naszej planety. Zbawienny ponieważ człowiek będzie w końcu zmuszony oprzeć całą energetykę na źródłach powszechnie dostępnej energii, która praktycznie nie zanieczyszcza naszego środowiska naturalnego.