Alternatywne źródła energii

ALTERNATYWNE ZRODLA ENERGII

W dzisiejszych czasach trudno sobie wyobrazić życie bez użytkowania energii elektrycznej. Energia była, jest i będzie potrzebna ludziom w ich życiu. Jej postać, forma czy wykorzystanie może być różne, ale przede wszystkim potrzebujemy jej przy produkcji przemysłowej, transporcie, ogrzewaniu domów czy oświetleniu. Początkowo tej energii dostarczało nam środowisko w postaci zasobów naturalnych nieprzetworzonych paliw, jak np. drewna, węgla brunatnego, kamiennego, ropy naftowej czy gazu. Jednak ciągły wzrost zapotrzebowania na energię, kurczenie się zasobów kopalnianych oraz względy ekologiczne i ekonomiczne stawiają przed ludźmi nowe zadania i wyzwania w tej dziedzinie. Zwłaszcza w ostatnich latach dąży się do opracowania efektywnych metod pozyskiwania prądu ze źródeł odnawialnych takich jak: Słońce, woda, czy naturalne ciepło Ziemi. Atrakcyjność i zalety tych źródeł coraz bardziej utwierdzają się też w świadomości ich użytkowników.

Źródła energii dzielą się na dwie zasadnicze grupy:
• Odnawialne
• Nieodnawialne

Do nieodnawialnych źródeł energii zalicza się surowce, które po wykorzystaniu ulegają rozkładowi należą do nich paliwa kopalne, (tj. węgiel, ropa naftowa) oraz energia jądrowa. Z kolei do odnawialnych źródeł energii należą: energia wiatrowa, wodna, słoneczna, geotermiczna (geotermalna) oraz biomasa. Jest to źródło wykorzystujące w procesie przetwarzania energię słoneczną występującą w rozmaitych postaciach, w szczególności promieniowania słonecznego, energii wiatru, czy biomasy, a także energię kinetyczną płynącej wody i wewnętrzne ciepło Ziemi. Przy obecnym poziomie cywilizacji technicznej za odnawialne źródło energii można w pewnym sensie uznać także tę część odpadów komunalnych i przemysłowych, która nadaje się do energetycznego przetworzenia, zwłaszcza tworzywa sztuczne.

Zalety źródeł odnawialnych:

* minimalny wpływ na środowisko,
* oszczędność paliw (eliminacja zużycia węgla, ropy i gazu w produkcji energii elektrycznej),
* duże stale odnawiające się zasoby energii,
* stały koszt jednostkowy uzyskiwanej energii elektrycznej,
* możliwość pracy na sieć wydzieloną,
* rozproszone na całym obszarze kraju, co rozwiązuje problem transportu energii, gdyż mogą być pozyskiwane w dowolnym miejscu oraz eliminuje straty związane z dystrybucją i pozwoli uniknąć budowy linii przesyłowych.

ELEKTROWNIE WIATROWE

Energia wiatru jest jednym z odnawialnych źródeł energii. Współcześnie stosowane turbiny wiatrowe przekształcają ją na energię mechaniczną, która dalej zamieniana jest na elektryczną. Pierwsze wzmianki o wiatrakach znajdują się już w kodeksie Hammurabiego. Wiatraki te służyły do pompowania wody i melioracji pól, a ich oś obrotu była pionowa. Przez ponad 2500 lat wiatraki miały pionową oś obrotu, dopiero w 1105 roku powstał pierwszy opis wiatraka o poziomej osi obrotu, czyli takiego, jaki jest obecnie najpopularniejszy.

Elektrownia wiatrowa wytwarza energię elektryczną z energii wiatru za pomocą silnika wiatrowego sprzężonego z generatorem elektrycznym. Energia elektryczna uzyskana z wiatru jest ekologicznie czysta, gdyż jej wytworzenie nie pociąga za sobą spalania żadnego paliwa. Duża konwencjonalna elektrownia ma moc sięgającą około 1000MW, to jej zastąpienie wymagałoby użycia nawet do 1000 takich generatorów wiatrowych. W niektórych krajach budowane są elektrownie wiatrowe, składające się z wielu ustawionych blisko siebie turbin. Jednak opinia publiczna bywa niekiedy nieprzychylna tego typu inwestycją, gdyż szpecą one krajobraz, dlatego też przyszłość takich elektrowni jest niepewna. Trzeba, jednak przyznać, że niewielkie pojedyncze turbiny są doskonałym źródłem energii w miejscach oddalonych od centrów cywilizacyjnych, gdzie brak jest połączenia z krajową siecią energetyczną. Sprawność tego typu elektrowni nie przekracza 40%.O opłacalności tych instalacji decyduje duża prędkość wiatru i stałość jego występowania w danym miejscu. Dlatego elektrownie wiatrowe są zazwyczaj budowane na terenach nadmorskich i podgórskich. W Europie Dania, Niemcy, Szwecja i Wielka Brytania znajdują się w czołówce państw wykorzystujących wiatr do produkcji energii elektrycznej. Energia czerpana z wiatraków pokryje zapotrzebowanie pociągów na prąd, co znacznie obniży emisję zanieczyszczeń powietrza przez dotychczas pracujące elektrownie.

-ZALETY
*czyste źródło odnawialnej energii;
*brak zanieczyszczeń środowiska ;
*energia wiatru jest darmowa możliwość lokalizacji na nieużytkach i terenach zanieczyszczonych;
*zmniejszenie bezrobocia (stałe zatrudnienie dla ok. 5000 osób);

-WADY
*wysokie koszty budowy i utrzymania;
*ingerencja w krajobraz, instalacja wiatraków zajmuje rozległe obszary stracone dla rolnictwa..
*hałas turbin.
*zależność od wiatru.
*zakłócają odbiór fal radiowych i telewizyjnych.

ENERGIA SŁONECZNA

Możliwości wykorzystania energii promieniowania słonecznego w warunkach krajowych są bardzo zróżnicowane. Położenie geograficzne Polski powoduje, iż warunki klimatyczne są bardzo specyficzne. Ma tu, bowiem miejsce ścieranie się wpływu dwóch frontów atmosferycznych: atlantyckiego i kontynentalnego. Na jesieni i na wiosnę często występuje duże zachmurzenie i opady deszczu. W zimie temperatury powietrza są niskie i wieją silne wiatry. Roczna gęstość strumienia promieniowania słonecznego na płaszczyznę poziomą waha się w granicach 950 - 1250 kWh/m2. Analizując wieloletnie wyniki badań można stwierdzić, że największe wartości strumienia promieniowania słonecznego występują nad Bałtykiem. Warunki nasłonecznienia na polskim wybrzeżu odpowiadają warunkom w Europie Środkowej, np. w Austrii i na Węgrzech. Najbardziej niekorzystna sytuacja jest na Śląsku, gdzie występuje największe zanieczyszczenie powietrza. Średnie usłonecznienie dla Polski wynosi 1600 godzin, przy czym maksymalna liczba godzin słonecznych w roku występuje, jak poprzednio, nad morzem, a wartość minimalna na Dolnym Śląsku. Elektrownie słoneczne mogą opierać się na różnych, procesach konwersji energii. Można tego dokonać:
- bezpośrednio w ogniwie fotowoltaicznym,
-pośrednio przetwarzając promieniowanie słoneczne na ciepło, a ciepło na energię elektryczną,
• CRS (ang. Central Receiver System) polega na odbiciu promieni słonecznych z dużego obszaru i skierowaniu ich w jeden centralnie umieszczony punkt, gdzie można osiągnąć bardzo wysoką temperaturę. Na tej samej zasadzie działają piece słoneczne,
• DSS (ang. Distributed Solar System) tu promienie są kierowane (najczęściej za pomocą kolektorów parabolicznych) na rurę, w której płynie czynnik (najczęściej olej o małej lepkości i dużej pojemności cieplnej). Czynnik przepływając przez wiele kolektorów osiąga dość wysoką, choć dużo niższą (poniżej 400 C) niż w systemach CRS, temperaturę,
• komin słoneczny to bardzo wysoki komin, otoczony przezroczystym pokryciem ciągu dnia energia słoneczna ogrzewa komin i znajdujące się wewnątrz powietrze. Podciśnienie między wlotem i wylotem z komina może być wykorzystane do wymuszenia przepływu powietrza i chłodzenia budynku, w którym jest zainstalowany. Na wielu obszarach ziemi łatwiej jest wykorzystać do tego celu energię wiatru, ale w gorące bezwietrzne dni taki komin zapewni wentylację, której inaczej nie dałoby się osiągnąć.

-ZALETY
*nieograniczone zasoby energii, wszechobecność jej dostępu;
*najmniejszy ujemny wpływ na środowisko i brak emisji szkodliwych substancji;
*możliwość bezpośredniej konwersji na inne formy energii;
*łatwy montaż kolektorów ;
.
-WADY
*do budowy ogniw fotowoltaicznych używa się pierwiastków toksycznych (kadm, arsen, selen, tellur);
*instalacja ogniw zajmuje rozległe obszary;
*trudność korzystania z tego źródła energii wynika m. in. ze zmienności dobowej i sezonowej promieniowania słonecznego;
*do wad należy również mała gęstość dobowa strumienia energii promieniowania słonecznego, która nawet w rejonach równikowych wynosi zaledwie 300 W/m2,;

ELEKTROWNIE WODNE

Elektrownia wodna to zakład przemysłowy zamieniający energię spadku wody na elektryczną. Spadająca woda napędza turbiny, które przetwarzają energię mechaniczną na elektryczną.

Elektrownie wodne dzieli się na duże i małe, przyjmując, że małe elektrownie wodne (określane skrótem MEW) to te o mocy poniżej 5 MW. Podział ten jest dość umowny (w Skandynawii i Szwajcarii granicą są 2 MW, a w USA 15 MW), ale dość ważny, gdyż MEW są zaliczane do niekonwencjonalnych, odnawialnych i ekologicznych źródeł energii, natomiast duże elektrownie wodne są tak na świecie rozpowszechnione (20% światowej produkcji energii elektrycznej), że traktowane są często, jako konwencjonalne źródło energii, a duży stopień ingerencji w środowisko naturalne powstrzymuje wielu badaczy od nazywania dużych elektrowni wodnych ekologicznymi. W korzystnych warunkach topograficznych możliwe jest wykorzystanie pływów morza. Ujście rzeki wpływającej do morza i wysokie jej brzegi umożliwiają budowę zapory, pozwalającej na wpłynięcie wód morskich w dolinę rzeki podczas przypływu i wypuszczeniu ich poprzez turbiny wodne podczas odpływu.Największa na świecie taka elektrownia znajduje się we Francji. Ma ona 24 turbiny wodne rewersyjne o mocy po 10MW, a więc cała elektrownia ma moc 240MW. Pracuje od 1967 roku.
Takie elektrownie pracują również w Kanadzie, Chinach i byłym ZSRR, a są projektowane w Wielkiej Brytanii, Kanadzie, Korei Południowej i Indiach. Dla ekonomii pracy elektrowni wykorzystujących pływy nie jest bez znaczenia, że ich okres eksploatacji jest liczony na 100 lat. Wadami tych elektrowni jest zasalanie ujść rzek oraz erozja ich brzegów wskutek wahań wody, a także utrudnianie wędrówek ryb w górę rzek.

-ZALETY
*czyste odnawialne źródło energii;
*możliwość szybkiego zatrzymywania i uruchamiania elektrowni;
*małe problemy przy utrzymywaniu i eksploatacji elektrowni;
*sztuczne zbiorniki wodne gromadzą wodę, zmniejszając ryzyko powodzi;

-WADY
*zależność od opadów deszczu;
*konieczność zalania dużych obszarów i przesiedlenia ludzi,
co niszczy naturalne siedliska lądowych dla roślin i zwierząt;
*lokalne zmiany klimatyczne;

BIOMASA


Biomasa to nic innego jak suche rośliny. Na ogół jest to słoma bądź drewno z drzew szybko rosnących jak np. wierzba. Przy ich spalaniu emisja CO2 jest równa ilości tego związku, jaką pobrała roślina w czasie wzrostu, co w bilansie końcowym wychodzi na zero. Jako źródło energii biomasa jest również, przy racjonalnej gospodarce, odnawialna gdyż rośliny mają to do siebie, że odrastają (w przeciwieństwie do np. pokładów ropy). Nie ma również problemu z utylizacją popiołu gdyż jest znakomitym nawozem. Wbrew pozorom jest to paliwo wydajne; dwie tony suchej biomasy, czy to słomy czy drewna, są równoważne energetycznie tonie węgla kamiennego. Również ze względów ekonomicznych warto się zastanowić nad zmianą dotychczasowego paliwa. Ogrzewanie biomasą jest tańsze o 200% - 300%. Zwrot kosztów inwestycji w odpowiedni piec waha się od 2 - 4 lat. Jeśli chodzi o samą biomasę to mnóstwo się jej marnuje, w naszym kraju produkuje się rocznie ok. 25 mln. ton słomy, z czego marnuje się (gnije bądź jest spalane na polach) 8-12 mln. ton. Dodajmy do tego drewno, które mogłoby wyrosnąć na polach stojących odłogiem to otrzymamy dosyć pokaźną ilość paliwa. Paliwo to może być stosowane zarówno w indywidualnych jak i zbiorczych systemach grzewczych (i nie tylko grzewczych - po zamontowaniu turbiny i instalacji towarzyszącej można również produkować prąd).

ENERGIA GEOTERMALNA

Ogólnie jest to energia zgromadzona w gruntach, skałach i płynach wypełniających pory i szczeliny skalne. O energii geotermalnej mówi się przede wszystkim, gdy nośnikiem tej energii jest woda i para wodna. Energia ta biorąc pod uwagę okres istnienia cywilizacji ludzkiej, jest praktycznie niewyczerpalna w wyniku jej przenoszenia z wnętrza Ziemi przez przewodzenie i konwekcję. Energetyka geotermalna bazuje na gorących wodach cyrkulujących w przepuszczalnej warstwie skalnej skorupy ziemskiej poniżej 1000 m.


O atrakcyjności tych źródeł świadczą:
1. dostępność, źródła ich nie podlegają wahaniom warunków pogodowych i klimatycznych,
2. są to źródła nie ulegające wyczerpaniu,
3. obojętność dla środowiska - geotermia nie powoduje wydzielania jakichkolwiek szkodliwych substancji,
4. urządzenia techniki geotermalnej nie zajmują wiele miejsca i nie wpływają prawie wcale na wygląd krajobrazu.
Wody geotermalne znajdują się pod powierzchnią prawie 80% terytorium Polski. Pomimo tak licznego występowania wód ich eksploatacja nie jest łatwa. Główną przeszkodą są zarówno warunki wydobycia jak i ekonomiczna strona tego typu przedsięwzięcia.
Jak dotąd na terenie Polski funkcjonują cztery geotermalne zakłady ciepłownicze:
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).

Najbardziej popularnym sposobem wykorzystania energii geotermalnej oprócz produkcji energii elektrycznej jest budowa ciepłowni geotermalnych. Ponadto wykorzystuje się ją także w balneologii, ogrzewaniu budynków przy pomocy pomp ciepła, uprawach, przemyśle chemicznym, suszarnictwie, przetwórstwie, hodowli ryb, basenach kąpielowych, itp.
Na świecie ok. 40 krajów zużywa energii geotermalnej na potrzeby inne niż produkcja energii elektrycznej, co daje sumaryczną wartość 11 400 MW. Największymi odbiorcami ciepła z energii geotermalnej są Japonia, Chiny, Węgry, b r. ZSRR, Islandia i USA. W Europie warto zwrócić uwagę na Islandię, aż 85% zapotrzebowania na ciepło pochodzi z energii geotermalnej i pokrywa aż 46% energii pierwotnej kraju.

-ZALETY
*wśród głównych zalet energii geotermicznej wyróżniamy dużą zdolność generowania energii przy zachowaniu znikomego wpływu na środowisko naturalne;
*dysponując technologiami pozwalającymi na perforację 10km w głąb Ziemi, mogłoby to być źródło energii dostępne w prawie każdym miejscu planety;

-WADY
*drogie instalacje;
*problemy techniczne przy utrzymaniu urządzeń;
*odpowiednie skały występują w niewielu miejscach na świecie;
*uwalnia się radon i siarkowodór;