ODNAWIALNE ŹRÓDŁA ENERGII

Odnawialne źródło energii – źródło wykorzystujące w procesie przetwarzania energię wiatru, promieniowania słonecznego, geotermalną, fal, prądów i pływów morskich, spadku rzek oraz energię pozyskiwaną z biomasy, biogazu wysypiskowego, a także z biogazu powstałego w procesach odprowadzania lub oczyszczania ścieków albo rozkładu składowanych szczątek roślinnych i zwierzęcych. Źródła tych energii są niewyczerpane i których eksploatacja powoduje możliwie najmniej szkód w środowisku.

Istnieje pięć grup energii odnawialnych:

  • energia wód
  • energia geotermalna
  • energia słoneczna
  • biomasa
  • energia wiatru

Energia wody

Do produkcji energii elektrycznej może służyć zarówno energia wód śródlądowych, czyli energia kinetyczna płynących wód rzecznych, jak i rzadziej wykorzystywana energia wód morskich, występująca w postaci:

-energii pływów morskich,

- energii fal morskich

 -energii różnic temperatur między

powierzchniowymi a głębinowymi warstwami oceanu.

Energia wód śródlądowych

Wody śródlądowe to stale dostępne, niezależne od pogody źródło energii.

jest najczęściej wykorzystywanym rodzajem energii wody jej wykorzystaniu najbardziej sprzyjają rzeki o dużym natężeniu przepływu i o dużym spadzienp. rzeki górskie, większość elektrowni wykorzystujących tę formę energii wody powstaje jednak na terenach równinnych i w związku z tym wymaga budowy zapory wodne

Energia pływów morskich

To energia przypływów i odpływów morza bądź oceanu, spowodowanych przyciąganiem grawitacyjnym Księżyca  i , w mniejszym stopniu , Słońca oraz ruchem obrotowym Ziemi..

  • energię pływów można wykorzystywać tylko w około
  • 20 rejonach świata, m. in. na angielskim, francuskim i hiszpańskim wybrzeżu Atlantyku, gdzie jej wykorzystanie znane było już w XI wieku,
  •  elektrownie pływowe pracują we Francji, w Wielkiej Brytanii, w Kanadzie, w Chinach i w Rosji,
  •  w Polsce wykorzystanie energii pływów nie jest możliwe,
  • nie występuje bowiem odpowiednio duża – przekraczająca5 m. - amplituda pływów morskich

Energia fal

  • Energia fal jest trudna do wykorzystania ze względu na swe duże rozproszenie i uzależnienie od warunków atmosferycznych. Jej zasoby są jednak wiele tysięcy razy większe od potencjału energetycznego pływów, podobnie zresztą jak rezerwy prądów oceanicznych. Sam Prąd Zatokowy mógłby dostarczyć więcej energii, niż jest współcześnie zużywane przez całą ludność świata.zasoby energii fal są wiele tysięcy razy większe od potencjału energetycznego pływów morskich
  •  energia fal morskich jest wykorzystywana we Francji, w Wielkiej Brytanii i w Norwegii, a także
  • w Rosji nad Morzem Białym i w Stanach Zjednoczonych na Alasce

Energia różnic temperatur

w strefie równikowej występuje mniej więcej stała, niezależna od pory dnia i roku różnica temperatur między warstwami morza: warstwy powierzchniowe są ciepłe, a warstwy głębinowe zimne, różnicę tę można wykorzystać do wytwarzania energii energia różnic temperatur jest wykorzystywana na Hawajach (40 MW), w Japonii (10 MW), na Bali i Tahiti (po 5 MW).

Zalety i wady hydroenergetyki:  Energia wody to powszechnie wykorzystywane odnawialne źródło energii.

ZALETY:

Hydroenergetyka nie przyczynia się do emisji gazów cieplarnianych, nie powoduje zanieczyszczeń, a jej produkcja nie pociąga za sobą wytwarzania odpadów. Dostarcza światu prawie 20% energii elektrycznej. Można gromadzić zapasy energii wodnej w przeciwieństwie do energii słońca czy wiatru. Niskie koszty utrzymania elektrowni wodnych. Wody śródlądowe to stale dostępne, niezależne od pogody źródło energii. W odróżnieniu od innych elektrowni, elektrownie wodne potrzebują niewiele czasu, by osiągnąć pełną moc, są także bardzo „żywotne”: 68% polskich hydroelektrowni ma już ponad 50 lat! Duże zbiorniki na wodę mogą być wykorzystywane do:
  • ochrony przeciwpowodziowej,
  • nawadniania upraw,
  • sportów wodnych i rybołówstwa - przykładem jeden z największych sztucznych zbiorników wodnych świata - Lake Mead przy wspomnianej już zaporze Hoover Dam, dostarczający terenów rekreacyjnych mieszkańcom pustynnych obszarów Arizony i Newady.
  • Powstały przy zaporze zbiornik wodny spełnia funkcję etencyjną, reguluje stosunki  wodne, umożliwia nawodnienie i rekreację, turystykę, sporty wodne.

WADY:

Brak odpowiednich miejsc na lokalizację elektrowni wodnych. Trudno znaleźć wybrzeże morskie o falach wystarczająco silnych, by można było wykorzystać energię wodną. Budowa dużych zapór ma negatywny wpływ na środowisko, życie mieszkańców danego obszaru i „stoją na drodze” rybom, wędrującym w okresie godowym w górę rzeki. Wysokie koszty budowy zapór.  Praca elektrowni wpływa również na jakość wody, może powodować podwyższenie temperatury i obniżenie zawartości tlenu.  Rodzi konflikty graniczne, np. Elektrownia Gabcikowo na Dunaju pomiędzy Węgrami a Słowacją. Powoduje zmianę klimatu lokalnego. Często wymaga przesiedlenia mieszkańców.

Potencjał i wykorzystanie energii wodnej w Polsce

Nasz kraj nie posiada zbyt dobrych warunków do rozwoju energetyki wodnej. Co prawda to właśnie woda dostarcza nam najwięcej energii elektrycznej spośród wszystkich odnawialnych źródeł energii, jednak jej zasoby są wykorzystywane zaledwie w 11% (EC BREC). To więcej niż przykładowo na Białorusi, gdzie eksploatuje się jedynie 3% wszystkich zasobów, jednak o wiele mniej niż na przykład w Norwegii, która ze spadku wody pozyskuje aż 98% energii elektrycznej. Polskie hydroenergetyczne zasoby techniczne wynoszą 13,7 tys. GWh na rok, z czego ponad 45% przypada na Wisłę. Najważniejsze elektrownie wodne w Polsce

Rodzaj elektrowni

Nazwa elektrowni

Moc zainstalowana w MW

szczytowo-pompowa

Żarnowiec

680

szczytowo-pompowa

Porąbka-Żar

500

szczytowo-pompowa

Żydowo

150

przepływowa

Włocławek

160

przepływowa

Solina

138

przepływowa

Dychów

80

przepływowa

Rożnów

50

Źródło: Encyklopedia PWN

Lokalizacja dużych elektrowni wodnych w Polsce

Rodzaje elektrowni wodnych

Każda elektrownia wodna wyposażona jest w turbinę, jednak nie do każdej turbiny doprowadza się wodę w taki sam sposób. To właśnie ze względu na sposób doprowadzenia wody do turbiny wyróżniamy rozmaite rodzaje elektrowni wodnych.

Elektrownia przepływowa Elektrownia zbiornikowa (regulacyjna) Elektrownia szczytowo-pompowa Elektrownia pływowa
Elektrownia maremotoryczna Elektrownia maretermiczna

Ze względu na lokalizację elektrownie wykorzystujące energię fal dzielą się na:

  • nadbrzeżne,
  • przybrzeżne – umiejscowione na dnie morza na głębokości 10-20 m
  • i morskie – usytuowane na dnie morza na głębokości ponad 40 m.

Ciekawostka: Głównym światowym producentem energii hydroelektrycznej jest Brazylia, kraj w którym aż 90% zapotrzebowania na energię pokrywają elektrownie wodne, zasilane wodami Amazonki transportującej jedną piątą słodkiej wody świata. 

Ciekawostka: 4,27 mln funtów przeznaczył rząd Wielkiej Brytanii na budowę elektrowni pływowej w zatoce Strangford Lough u wybrzeży Irlandii Północnej. Instalacja o mocy 1 MW została oddana do użytku w połowie roku 2006. Dwie elektrownie pływowe już pracują na angielskim wybrzeżu North Devon.

 Energia geotermalna(geotermiczna, geotermia)

Jeden z rodzajów odnawialnych źródeł energii. Polega na wykorzystywaniu cieplnej energii wnętrza Ziemi, szczególnie w obszarach działalności wulkanicznej i sejsmicznej. Woda opadowa wnika w głąb ziemi, gdzie w kontakcie z młodymi intruzjami lub aktywnymi ogniskami magmy, podgrzewa się do znacznych temperatur. W wyniku tego wędruje do powierzchni ziemi jako gorąca woda lub para wodna.

Woda geotermiczna wykorzystywana jest bezpośrednio (doprowadzana systemem rur), bądź pośrednio (oddając ciepło chłodnej wodzie i pozostając w obiegu zamkniętym).

Energię geotermalną na szeroką skalę wykorzystuje się w Islandii, a w Polsce m.in. na obszarze Podhala.

Energia geotermalna w Polsce

Polska ma bardzo dobre warunki geotermalne, gdyż 80% powierzchni kraju jest pokryte przez 3 prowincje geotermalne: centralnoeuropejską, przedkarpacką i karpacką. Temperatura wody dla tych obszarów wynosi od 30-130 °C (a lokalnie nawet 200 °C), a głębokość występowania w skałach osadowych od 1 do 10 km. Naturalny wypływ zdarza się bardzo rzadko (Sudety – Cieplice, Lądek Zdrój). Możliwości wykorzystania wód geotermalnych dotyczą 40% obszaru kraju (wydobycie jest opłacalne, gdy do głębokości 2 km temperatura osiąga 65 °C, zasolenie nie przekracza 30 g/l a także gdy wydajność źródła jest odpowiednia).

Powstał atlas wód geotermalnych występujących na terenie Polski pod redakcją Prof. Wojciecha Góreckiego z Wydziału Geologii Akademii Górniczo-Hutniczej, wskazujący obszary występowania wód geotermalnych na terenie Polski [7] Pierwszy w Polsce Zakład Geotermalny w Bańskiej-Białym Dunajcu powstał w latach 1989-1993. Od kilku lat z odwiertów i instalacji korzysta PEC Geotermia Podhalańska SA, która dostarcza ciepło do większość domów w Zakopanem.

Jak dotąd na terenie Polski funkcjonuje osiem geotermalnych zakładów ciepłowniczych:

  • Bańska Niżna (4,5 MJ/s, docelowo 70 MJ/s),
  • Pyrzyce (15 MJ/s, docelowo 50 MJ/s),
  • Stargard Szczeciński (14 MJ/s)
  • Mszczonów (7,3 MJ/s),
  • Uniejów (2,6 MJ/s),
  • Słomniki (1 MJ/s).
  • Lasek (2,6 MJ/s)
  • Klikuszowa (1 MJ/h)

Z A L E T Y

  • czyste źródło energii

W A D Y

  • nie wszędzie dostępna
  • droga instalacja
  • trudne technicznie utrzymanie
  • uwalnianie radonu i siarkowodoru

Ciekawostka:

Występowanie gorących źródeł o temp. powyżej 150 st. C, ograniczone jest tylko do niektórych regionów globu. Są to:

  •  Azja środkowa,
  •  Afryka wschodnia i zachodnia,
  •  część Półwyspu Arabskiego,
  •  wyspy środkowego i zachodniego
  • Pacyfiku (na przykład Hawaje),
  •  a w Europie – Alpy.

Jednak chyba najbardziej znanym ze swych złóż geotermalnych miejscem świata jest Pierścień Ognia, obejmujący strefy przybrzeżne i zachodnie wyspy Oceanu Spokojnego.

Ciekawostka: 

Energia geotermalna jest wykorzystywana do produkcji energii elektrycznej w 21 krajach świata. Elektrownie geotermalne wytwarzają ponad 8200 MW energii, zaopatrując w prąd

około 60 milionów ludzi.

Główni producenci wytwarzanego w ten sposób prądu to: Stany Zjednoczone, Filipiny, Włochy, Meksyk, Japonia i Nowa Zelandia.

Energia słoneczna

Energetyka słoneczna - gałąź przemysłu zajmująca się wykorzystaniem energii promieniowania słonecznego zaliczanej do odnawialnych źródeł energii.

Energia Słońca może być wykorzystywana do produkcji

energii cieplnej, pozyskiwanej w procesie konwersji fototermicznejw kolektorach słonecznych; energii elektrycznej, wytwarzanej w procesie konwersji fotowoltaicznej w ogniwach fotowoltaicznych. 

Kolektory słoneczne, zarówno cieczowe jak i próżniowe, służą do wytwarzania energii cieplnej.

Ogniwa fotowoltaiczne służą do wytwarzania energii elektrycznej.

Warunki sprzyjające wykorzystaniu energii Słońca:

  • bezchmurna pogoda,
  •  długi okres usłonecznienia, czyli godzin z bezpośrednio widoczną tarczą słoneczną,
  •  małe zapylenie powietrza

Energia Słoneczna:

Z A L E T Y

  • brak emisji zanieczyszczeń atmosferycznych i gazów cieplarnianych
  • łatwe utrzymanie/ konserwacja urządzeń
  • możliwość wykorzystania w gospodarstwach oddalonych od innych źródeł energii

W A D Y

  • ogniwa fotowoltaiczne budowane są z użyciem szkodliwych substancji
  • ustawione ogniwa zajmują dużą powierzchnię

Potencjał energii Słońca w Polsce:

Warunki helioenergetyczne w naszym kraju nie są zbyt korzystne.

  •  cechą charakterystyczną jest wybitnie nierównomierny rozkład promieniowania słonecznego w ciągu roku:
  • na półrocze letnie przypada średnio 77% całorocznego promieniowania słonecznego,
  •  w takich warunkach trudno wykorzystywać kolektory słoneczne do ogrzewania budynków,
  •  można za to stosować je w rolnictwie, gdyż okres maksymalnego nasłonecznienia zbiega się z okresem suszenia pasz objętościowych

Obszary kraju o najlepszych warunkach helioenergetycznych:

W Polsce największym potencjałem energii Słońca dysponują:

  • część województwa lubelskiego, obejmująca większość dawnych województw chełmskiego i zamojskiego,
  • południowe krańce województwa podlaskiego,
  • Wybrzeże Środkowe i Wybrzeże Szczecińskie.

Ciekawostka:  Wschodni kraniec Lubelskiego charakteryzuje się rekordowym w skali kraju średnim usłonecznieniem, które wynosi 1650 godzin rocznie.

Ciekawostka:  Największe instalacje wykorzystujące energię Słońca zbudowano w Kalifornii i w Pirenejach, mniejsze kolektory pracują zaś w wielu wysokorozwiniętych krajach Europy i Ameryki. Na świecie wykorzystuje się bardzo niedużą część zasobów energii Słońca.

Biomasa

Biomasa to najstarsze i najszerzej współcześnie wykorzystywane odnawialne źródło energii. Należą do niej zarówno odpadki z gospodarstwa domowego, jak i pozostałości po przycinaniu zieleni miejskiej. Biomasa to cała istniejąca na Ziemi materia organiczna, wszystkie substancje pochodzenia roślinnego lub zwierzęcego ulegające biodegradacji. Biomasą są resztki z produkcji rolnej, pozostałości z leśnictwa, odpady przemysłowe i komunalne.

Pozyskiwanie energii z biomasy:

Energię z biomasy pozyskuje się w procesach:

  •  spalania, wykorzystywanego zarówno do produkcji energii elektrycznej jak i energii cieplnej,
  •  gazyfikacji, polegającej na przetwarzaniu biopaliw stałych w gaz,
  •  pirolizy, czyli obróbki cieplnej w warunkach ograniczonego dostępu powietrza
  •  fermentacji alkoholowej,
  •  fermentacji metanowej.

Warunki sprzyjające wykorzystaniu biomasy:

  • rozwinięty przemysł drzewny dostarczający dużej ilości odpadów,

  w Europie wykorzystanie drewna ma największe znaczenie w krajach o dużym zalesieniu, takich jak Finlandia, Szwecja czy Austria, zaś w najgęściej zaludnionych krajach o dużej powierzchni – np.we Francji czy w Niemczech -ogranicza się do rejonów obfitujących w lasy

  • duże obszary niewykorzystanych
  • słabo urodzajnych gleb

Potencjał i wykorzystanie biomasy w Polsce:

W Polsce dużym potencjałem biomasy dysponują północne i zachodnie województwa, posiadające duże nadwyżki słomy z gospodarstw rolnych. Coraz częściej wykorzystywana jest energia gazów wytwarzanych w zbiornikach z gnojowicą lub na wysypiskach odpadów. Powstają też kotłownie opalane słomą i trocinami. Rozpoczęto także stosowanie rzepaku do produkcji biopaliw oraz uprawą wierzby energetycznej.

Potencjał techniczny biopaliw szacuje się na około 684,6 PJ w skali roku, z czego najwięcej

– 407,5 PJ – przypada na biopaliwa stałe.

Z A L E T Y

  • duży potencjał techniczny (dostępność ziemi uprawnej) w niektórych regionach 
  • utylizacja niektórych odpadów i ścieków
  • zagospodarowanie i wykorzystanie terenów pod uprawy

W A D Y

  • konieczność prowadzenia uprawy
  • zajmowanie pod uprawę terenów cennych przyrodniczo
  • spalanie – wydzielanie szkodliwych substancji
  • jałowienie gleb

Ciekawostka: Autobusy w 17 szwedzkich miastach jeżdżą wyłącznie na paliwie biogazowym, którego wartość energetyczna jest o około 10% wyższa od wartości opałowej benzyny.

Energia wiatru

Polega na przetworzeniu energii kinetycznej wiejącego wiatru na energię elektryczną przy pomocy turbin wiatrowych. Turbina zbudowana jest z trzech podstawowych elementów: wieży rurowej, gondoli, wirnika. Moc elektrowni wiatrowych jest zależna od prędkości wiatru. Budowa jest opłacalna tylko gdy prędkość wiatru jest większa niż 4m/s. Dlatego coraz częściej farmy wiatrowe budowane są na morzu, gdzie prędkość wiatru zazwyczaj osiąga wysokie wartości. Światowymi liderami w produkcji turbin wiatrowych są: Duńczycy, Amerykanie, Niemcy, Holendrzy. Moc elektrowni wiatrowych zainstalowanych w Polsce wynosi 63MW.

Wykorzystanie energii wiatru

  •   elektrownie wiatrowe wykorzystywane są przede wszystkim do produkcji energii elektrycznej,
  •   siłownie wiatrowe mogą być podłączone do krajowej sieci energetycznej lub też pracować na sieć wydzieloną i zaspokajać zapotrzebowanie energetyczne zakładu produkcyjnego, gospodarstwa rolnego lub domu,
  •   niektóre siłownie wiatrowe wykorzystują bezpośrednio energię wiatru do pompowania wody, napowietrzania zbiorników wodnych i innych celów

Europa światowym liderem energii wiatrowej

Oddziaływanie na środowisko:

Energia wiatru jest odnawialnym źródłem energii (OZE) - niewyczerpywanym i niezanieczyszczającym środowiska. Nie znaczy to jednak, że jest dla środowiska neutralna. Oto przykłady:

WADY:

  • Wysoki koszt budowy elektrowni
  • Turbiny utrudniają migracje ptakom
  • Hałas wytwarzany przez elektrownie (strefa ochrona do 500metrow aby zneutralizować hałas)
  • Ingerencja w krajobraz

ZALETY:

  • Czyste źródło energii odnawialnej
  • Może być użyta w miejscach gdzie brak sieci energetycznej
  • Koszty utrzymania są znikome

Lokalizacja elektrowni wiatrowej

Projektując farmę wiatrową trzeba wziąć pod uwagę wiele rozmaitych czynników:

  • prędkość wiatru
  • wysokość nad poziomem morza
  • szata roślinna
  • rzeźba terenu
  • zabudowania
  • Najodpowiedniejsze warunki dla energetyki wiatrowej istnieją zazwyczaj w okolicach nadmorskich – takich jak na przykład Dolna Saksonia, skupiająca ponad 40% niemieckich elektrowni wiatrowych - i na terenach podgórskich.
  • Elektrownie wiatrowe pracują zazwyczaj przy wietrze wiejącym z prędkością od 5 do 25 m/s. Wiatr przekraczający 30m/s może doprowadzić do mechanicznych uszkodzeń.

Polska

w Polsce najlepsze warunki wiatrowe panują na Pomorzu i w północno-wschodnich rejonach kraju,
  • Szczególnie sprzyjające wykorzystywaniu energii wiatru to województwa pomorskie i zachodniopomorskie, gdzie obecnie, w miejscowości Tymień powstaje największa polska farma wiatrowa – zakład o mocy 50 MW.
  • Dużym potencjałem energii wiatru dysponują też górzyste i pagórkowate tereny Sudetów, Beskidu Śląskiego i Żywieckiego, Bieszczad, Pogórza Dynowskiego, Garbu Lubawskiego i Kielcczyzny 

Rozmieszczenie elektrowni wiatrowych w Polsce

Ciekawostka:

Energia wiatru może być uznawana za formę energii Słońca. Nie byłoby wiatru, gdyby taka sama ilość promieniowania słonecznego docierała do wszystkich punktów globu.

PODSUMOWANIE

Energetyka dziś:

Mówiąc o sytuacji dzisiejszej energetyki często porusza się takie kwestie, jak:

  •  gwałtowny wzrost zapotrzebowania na energię,
  •  ograniczone zasoby surowców energetycznych,
  •  zmiany klimatu będące skutkiem emisji do atmosfery coraz większej ilości gazów cieplarnianych, emitowanych głównie wskutek spalania paliw kopalnych,
  •  wzrost cen paliw na światowych rynkach,
  •  monopolistyczne praktyki głównych
  • eksporterów ropy naftowej

Dlaczego energie odnawialne są korzystne?

  • Alternatywa dla energii kopalnych
  • Zmniejszenie emisji gazów
  • Energia zgodna z ideą zrównoważonego rozwoju
  • Szansa na dostęp do elektryczności dla ponad 2 miliardów ludzi na terenach gdzie nie ma innych źródeł energii

 

Źródła:

    • www.biomasa.org
    • Geografia: „Człowiek gospodarzem przestrzeni geograficznej” T. Krynicka- Tarnacka, G. Wnuk, Z. Wojtkowicz
    • Encyklopedia „W przyjaźni z przyrodą: Ocalić planetę”
    • www.elektrownie-wiatrowe.org.pl
    • Nowa encyklopedia powszechna PWN, 1995 
    • Odnawialne źródła energii jako element rozwoju lokalnego, EC BREC/IMBER, 2003