Ekologiczne zródla energii i ich wykorzystanie.

Aby funkcjonowal wspólczesny swiat, by mogly pracowac wszystkie maszyny, fabryki i czlowiek mógl wygodnie i spokojnie zyc, potrzeba ogromnych ilosci energii. Wiekszosc tej energii dostarczaja surowce energetyczne: ropa naftowa, gaz ziemny i wegiel.
Wykorzystanie paliw kopalnianych do produkcji energii elektrycznej niesie za soba wiele zanieczyszczen i niebezpieczenstw dla czlowieka i jego srodowiska. Dlatego czlowiek powienien wykorzystac w pelni inne, przyjazne dla srodowiska naturalnego zródla energii, których nie brakuje na naszej planecie. Sa nimi miedzy innymi: Slonce, wiatr, woda a nawet niektóre rosliny.

WODA
Woda posiada olbrzymie zasoby energii. Od zarania swiata drazyla doliny, przecinala góry i formowala cale obszary ladowe.te sile wody mozna ujarzmiac i wykorzystywac.
Juz okolo 2000 lat temu wykorzystywano (bezposrednio) sile przeplywajacej wody, np. w mlynach do obracania kól mlynskich. W tym celu wody strumieni lub rzek kierowano na kola bezposrednio polaczone z mlynem. Woda spadala na kolo mlynskie z góry i napedzala je swoja energia potencjalna. W niektórych sredniowiecznych klasztorach za pomoca kola napedzano nie tylko mlyny, ale takze dzieki systemowi osi i kól zebatych duze maszyny kuchenne sluzace do wyciskania, mieszania i zgniatania. W pózniejszych czasach kolo napedzalo takze urzadzenia przemyslowe.
Energia wody musiala byc wykorzystana w miejscu jej wytwarzania - bylo to wada. Dzis w elektrowniach wodnych przetwarza sie energie mechaniczna wody na energie elektryczna, która przesyla sie poprzez siec energetyczna .
Woda ze zbiornika górnego w godzinach szczytowego poboru mocy spuszczana jest rurami w dól; na koncu trafia na turbine z generatorem i wytwarza prad; trwa to okolo 4,5-5 godzin. Najczesciej noca, gdy zapotrzebowanie na prad elektryczny w sposób naturalny radykalnie spada - przeprowadza sie cykl odwrotny. Silnik napedzajacy turbine (w poprzednim cyklu pelnil role generatora) pobiera energie elektryczna z sieci - o tej porze jest jej nadmiar i nalezaloby odstawic bloki w elektrowniach cieplnych, co jest i nieekonomiczne, i klopotliwe technicznie, elektrownia szczytowo-pompowa akurat odbiera nadmiar mocy. W ciagu 6 godzin zbiornik górny jest ponownie napelniony.
Ponad 6% energii potrzebnej ludzkosci jest "produkowane" w ten sposób. Wodzie nie grozi wyczerpanie sie, jak paliwom kopalnym - przynajmniej w pewnych obszarach geograficznych - dlatego czlowiek powinien wykorzystac ja w pelni, budujac coraz wiecej hydroelektrowni.
Dwa razy dziennie opada w oceanach poziom wody - jest to tzw. odplyw. W niektórych regionach woda opada o kilka centymetrów, w innych np. u francuskich wybrzezy Atlantyku, nawet o kilka metrów. Tam tez u ujscia rzeki Rance, wybudowano (w 1966 roku) pierwsza elektrownie wykorzystujaca energie fal morskich przyplywów i odplywów. Elektrownia ta wytwarza 544 mln kW energii.
Na swiecie istnieje niewiele takich elektrowni. Powodem tego jest trudnosc w wyborze dogodnych miejsc u wybrzezy (aby nie niszczyc przy tym nadmiernie przyrody), gdyz róznica poziomów przyplywu i odplywu musi byc odpowiednio duza (by oplacal sie naklad sil i srodków). Idea wykorzystania przyplywów i odplywów do wytwarzania energii nie jest nowa. Juz przed 900 laty, glównie w Anglii, budowano mlyny wykorzystujace w ten sposób energie fal.

WIATR
Od tysiecy lat energia wiatru w wiatrakach byla wykorzystywana do pompowania wody lub mielenia ziarna. Energia wiatru sluzyla tez jako naped dla zaglowców. Juz przed 5000 lat Egipcjanie uzywali prostych statków z jednym zaglem. W polowie XIX wieku nastapil prawdziwy rozkwit zeglarstwa. Amerykanskie klipery (zaglowce) wielomasztowe o duzej powierzchni zagli krazyly po morzach z predkoscia dochodzaca az do 40 km/h.
Obecnie prowadzone sa badania nad wykorzystaniem (glównie na obszarach nadmorskich, gdzie ciagle wieje wiatr) energii wiatru jako zródla energii nie zanieczyszczajacego srodowiska. Wspólczesne elektrownie wiatrowe nie sluza juz do wytwarzania energii mechanicznej (np. do poruszania kól mlynskich) lecz do "produkcji" energii elektrycznej. Podstawowa role w tych elektrowniach pelnia najrozmaitszych ksztaltów gigantyczne wiatraki z lopatkami o szerokosci dochodzacej 100m. Wiatraki te napedzaja generatory pradu, kierujac w ten sposób powstaly prad bezposrednio do sieci lub akumuluja go w akumulatorach na okres, gdy sila wiatru bardzo slabnie.
Pierwsze wiatraki w Holandii pojawily sie juz w VIII wieku. Najwiekszy rozwój wiatraków nastepowal w XVI i XVII wieku, a po wynalezieniu maszyny parowej nastapil w ich rozwoju regres. Pod koniec XX wieku wobec kurczacych sie swiatowych zasobów paliw energetycznych oraz coraz wiekszej randze nadawanej problemom ochrony srodowiska nastepuje renesans wiatraków.
Prawdziwa potega w Europie w dziedzinie produkcji i wykorzystania wiatraków jest obecnie Dania. W tym kraju zainstalowanych jest obecnie ok. 4000 wiatraków, co zaspakaja ok. 10% potrzeb energetycznych tego panstwa. Obecna produkcja wiatraków w Danii stanowi, co do wartosci trzeci produkt eksportowy tego kraju. W USA do sieci energetycznej przylaczone jest obecnie ok. 2000 elektrowni wiatrowych, co zaspakaja ok. 1% ogólnej mocy calego systemu energetycznego tego panstwa (ok.1700MW). Przewiduje sie w USA, ze do roku 2050 elektrownie wiatrowe pokryja 10% zapotrzebowania tego kraju na energie elektryczna.
Srednie zasoby wiatrów na calej kuli ziemskiej sa ponad 1700 razy wieksze od energii wytwarzanej przez wszystkie istniejace elektrownie cieplne.
W Polsce najwieksze zasoby wiatru znajduja sie w Tatrach, Karkonoszach i na wybrzezu Baltyku. Ale nawet na obszarze Polski centralnej sila wiatru w ok.40% ma predkosc od 10km/h do 60 km/h.
Czy wiatraki sluza jedynie do napedzania mlynów i generatorów energii elektrycznej?
Otóz nie. Kolejnym waznym zastosowaniem jest wykorzystanie wiatraka do napedu pompy wodnej. W historii ludzkosci tysiace takich pomp nawadnialo lub osuszalo pola pompujac wode. Rolnictwo Australii czy USA stosowalo takie rozwiazania bardzo czesto. Pompa wodna charakteryzuje sie niskim kosztem eksploatacji i stosunkowo niskim kosztem poczatkowym. Poniewaz pompy te stosowane sa od wieków, wiec równiez maja bardzo dojrzale rozwiazania konstrukcyjne i technologiczne. Szczególnie atrakcyjne kosztowo jest zastosowanie tych pomp w rolnictwie gdzie mozna przy ich pomocy dostarczac taniej wody uzytkowej z istniejacych zbiorników otwartych i oszczedzac w ten sposób drogiej wody pitnej. Swiatowe zasoby wody pitnej sa zreszta skromne i ich oszczedzanie jest wskazane. Dlatego nawet kraje wysoko rozwiniete technologicznie uzywaja tych pomp. Pompa wiatrowa doskonale nadaje sie równiez do oczyszczalni scieków, która to najczesciej oddalona jest od terenów zabudowanych a wiec i infrastruktury energetycznej, co znakomicie zmniejsza koszty dalekiego doprowadzania sieci energetycznych o stosownych mocach.
Czy zatem wykorzystywanie sily wiatru ma wylacznie znaczenie dla ochrony naszego naturalnego srodowiska? Mysle, ze mozemy smialo powiedziec, ze istnieje równiez aspekt ekonomiczny sklaniajacy nas do korzystania z tego darmowego zródla energii.

SLONCE
Energia sloneczna (solarna) takze moze byc bezposrednim zródlem energii dzieki zastosowaniu tzw. ogniw solarnych. Ogniwo solarne to plaska plytka, skladajaca sie z dwóch bardzo cienkich warstw (jedna z krzemu, druga ze stopu krzemu z bizmutem). Padajace na nia promienie sloneczne powoduja powstanie pradu elektrycznego przesylanego do obwodów elektrycznych lub akumulatorów. Ogniwa solarne sa stale udoskonalane. Byc moze w przyszlosci miejscem ich rozmieszczenia stana sie rozlegle tereny nie zamieszkane przez ludzi ze wzgledu na panujace tam duze upaly. W ten sposób energia uzyskana na obszarach pustynnych moglaby byc przesylana odbiorcom w innych krajach.
Energie sloneczna mozna wykorzystac do pozyskiwania energii cieplnej wykorzystujac do tego celu instalacje solarne kolektorów slonecznych.Metoda polega na pochlanianiu energii promieniowania slonecznego przez maksymalnie rozwinieta (mikroporowata) i poczerniona powierzchnie absorbera.Cieplo z absorbera odprowadzane jest poprzez wezownice miedziana i magazynowane w zbiorniku cieplej wody uzytkowej.
W warunkach klimatycznych Polski srednie naslonecznienie wynosi 1300-2000 godzin rocznie, zas energia sloneczna przypadajaca na 1 m2 wynosi 1100 kWh/m2 rocznie.Przy zastosowaniu plaskich kolektorów slonecznych mozna uzyskac okolo 3200 kWh energii rocznie przy instalacji o powierzchni 6m2 (straty wynikajace z kata padania promieni slonecznych, sprawnoci technicznej urzadzenia..).
Skojarzenie ukladu konwencjonalnego z systemem solarnym jest uzasadnione ekonomicznie wtedy gdy uzyskane efekty pokryja koszty instalacji systemu solarnego.
Przy projektowaniu instalacji solarnych o sredniej wielkoci (do 50 m2) zaklada sie ,ze ta energia sloneczna pokrywa 30 % zapotrzebowania ciepla na ogrzewanie budynku lub 65 % zapotrzebowania na ciepla wode uzytkowa.
Dla ukladu solarnego o powierzchni 6 m2 zainstalowanego w domu jednorodzinnym ( dla pieciu mieszkanców ) mozana sie spodziewac oszczednosci rzedu 300 - 400 litrów oleju opalowego rocznie. Poziom cen polskich kolektorów slonecznych waha sie od 500 zl./m2 do 1100 zl./m2 ,do tego nalezy doliczyc pompe obiegowa ,magazyn cieplej wody uzytkowej o pojemnooci ca 250 litrów, sterownik ,rury, montaz. Mozna sie spodziewac, ze inwestycja skojarzenia systemu konwencjonalnego z systemem solarnym zamknie sie kwota 8000 do 12000 zl. ( w zaleznosci od zastosowanych urzadzen). Biorac pod uwage kroczace ceny energii inwestycja powinna sie zwrócic po osmiu, dziesieciu latach.
W Niemczech realizowany jest program "milion slonecznych dachów", pod tym haslem stworzono preferencje prywatnym inwestorom montujacym instalacje solarne. Juz dwa lata temu pracowalo w Niemczech 300.000 instalacji solarnych dajac oszczednosci gospodarce narodowej w ilosci 100.000.000 litrów oleju opalowego i zmniejszajac tym samym emisje dwutlenku wegla o 100 tysiecy ton. W chwili obecnej ilosc instalacji solarnych wzrosla trzykrotnie oznacza to jednoczesne potrojenie oszczednosci zuzycia oleju opalowego (gazu) i dalsze ograniczenie emisji dwutlenku wegla.

ENERGIA GEOTERMICZNA
Wnetrze Ziemi jest bardzo gorace. Co 100 m w glab Ziemi temperatura wzrasta o 3*C. W niektórych miejscach na Ziemi, zwlaszcza w poblizu uskoków geologicznych wrzaca woda lub para wodna wytryskuje na powierzchnie jako gejzery. Sa to zródla geotermiczne . Kraina gejzerów jest Islandia i Park Yellowstone (USA). Domy i mieszkania stolicy Islandii, Reykjaviku, sa ogrzewane energia goracych zródel tryskajacych z glebi Ziemi. Regularnie pracujace elektrownie geotermiczne wybudowano w niektórych miejscowosciach we Wloszech, Nowej Zelandii, Japonii i USA.
Jak one dzialaja? Otóz wykonuje sie dwa odwierty w glab Ziemi, w goraca warstwe skalna. W jeden odwiert wpompowuje sie pod cisnieniem zimna wode, która sie rozgrzewa, zamienia w goraca pare i drugim odwiertem dociera na powierzchnie, gdzie jak w kazdej innej elektrowni, napedza turbiny wytwarzajace prad.

BIOGAZ
Bardzo korzystna dla srodowiska naturalnago jest energia uzyskiwana z odnawialnych (bo odrastajacych) surowców pochodzenia roslinnego, tzw. bioenergia.
Skad ona pochodzi?
Otóz glównie z roslin i odchodów zwierzecych, przez wytwarzanie tzw. biogazu, glównie metanu. Gaz ten powstaje podczas rozkladu substancji organicznych (roslinnych i zwierzecych), gdy proces ten przebiega bez dostepu powietrza.
Gospodarstwa rolne moga wykorzystac odpady (np. nawóz naturalny, kompost, slome), by wytwarzac w specjalnych urzadzeniach metan, a nastepnie spalajac go, ogrzewac pomieszczenia i napedzac, odpowiednio w tym celu przebudowane, maszyny gospodarcze. Tego typu urzadzenia nie zagrazaja srodowisku, a ich eksploatacja jest stosunkowo tania.
Metan powstaje równiez samoczynnie podczas gnicia szczatków organicznych (nawozu naturalnego, kompostu). Nazywamy go gazem szklarniowym, gdyz wraz z dwutlenkirm wegla jest odpowiedzialny za efekt cieplarniany. Wobec tego zuzywanie wyzej wymienionych odpadów w celu otrzymania biogazu jest dodatkowo korzystne, gdyz przynajmniej w minimalnym stopniu zmniejsza sie mozliwosc powstawania efektu cieplarnianego.
W Indiach wykorzystuje sie wysuszone odchody zwierzece, które sluza zamiast drewna za opal w piecach kuchennych i do ogrzewania domów. Spalajac je w odpowiednich warunkach, uzyskuje sie biogaz celem wytworzenia energii elektrycznej.
Równiez rosliny stanowia zródlo energii, nie tylko sluzac za pozywienie dla ludzi i zwierzat, ale równiez jako zródla biogazu. Hodowla wodorostów (alg morskich, morszczynów) daje mozliwosci wykorzystania ogromnych powierzchni wód. Np. na nadmorskich farmach u wybrzezy Kalifornii uprawia sie pewien gatunek morszczynu, który przyrasta 0,5 metra dziennie. Z roslin tych po ich wysuszeniu i poddaniu procesowi fermentacji, uzyskuje sie biogaz. Nadaje sie on do wykorzystania w elektrowniach.
Ekologiczne zródla energii moga w przyszlosci pokryc zapotrzebowanie ludzi na energie. Obecnie zdecydowanie za maly jest ich udzial w produkcji energii elektrycznej.