Alternatywne źródla energii

Trudno w dzisiejszych czasach wyobrazić sobie 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.

Odnawialne źródło energii - 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.

Energetyka wiatrowa jest jedną z najszybciej rozwijających się sektorów energetyki niekonwencjonalnej na świecie. Polska jest przeciętnym krajem jeśli brać pod uwagę zasoby   energetyczne wiatru. Tylko w niektórych regionach kraju średnia prędkość wiatru przekracza 4 m/s, co stanowi minimalną prędkość startową większości elektrowni. Są one jednak na tyle duże, żeby w przypadku właściwej polityki Państwa stać się bardzo wydajnym źródłem energii elektrycznej.

Energia wiatru jest dziś powszechnie wykorzystywana także w gospodarstwach domowych, jak i na szerszą skalę w elektrowniach wiatrowych. Stosowanie tego typu rozwiązań nie jest bardzo kosztowne, ze względu na niezbyt skomplikowaną budowę urządzeń jak i nieskomplikowaną eksploatację.

W celu zwiększenia uzyskiwanej mocy budowane są tzw. farmy wiatrowe - zespoły wielu ustawionych obok siebie elektrowni wiatrowych.

Zalety elektrowni wiatrowych to:

• zaspokojenie rosnących potrzeb energetycznych ludności poprzez rozwój ekologicznie czystej czystej energii,
• możliwość zasilania miejsc trudno dostępnych,
• wzrost udziału energii uzyskiwanej ze źródeł odnawialnych w bilansie energetycznym,
• możliwość aktywizacji terenów słabo zaludnionych lub o ubogich glebach.

Wady elektrowni wiatrowych to:

• wysokie koszty instalacji,
• hałas,
• zmiany w krajobrazie,
• negatywny wpływ na populacje ptaków na danym terenie.

Jednakże obowiązujące obecnie zasady handlu energią elektryczną oraz przepisy prawne regulujące współpracę elektrowni ekologicznych z energetyką zawodową nie sprzyjają rozwojowi tej dziedziny gospodarki. Na układ współpracy między wytwórcami energii ekologicznej  i energetyką zawodową niewątpliwie mają wpływ ceny energii elektrycznej.

Energetyka słoneczna (helioenergetyka) zajmuje się pozyskiwaniem, przetwarzaniem i wykorzystaniem energii promieniowania Słońca. Niemal cała energia tego promieniowania jest skoncentrowana w promieniowaniu widzialnym i podczerwonym; promieniowanie słoneczne jest też przyczyną wielu zjawisk występujących na Ziemi i wykorzystywanych w energetyce (wiatrów, fal i prądów mor., powstawania opadów atmosf. zasilających rzeki). Potencjał techn. energii promieniowania Słońca jest znacznie niższy od teoret., niewielkie jest też jego wykorzystanie.

Energia promieniowania słonecznego stanowi największe źródło energii, którym dysponuje człowiek. Dużym problemem nie jest pozyskanie tej energii lecz jej zmagazynowanie i wykorzystanie we właściwym czasie. Cały czas trwają pracę nad lepszym wykorzystaniem energii słońca. Potencjał teoretyczny promieniowania słonecznego w Polsce szacuje się na 3,3 do 4 GJ/m2 rocznie. Oznacza to 1,1 x 106 PJ rocznie w przeliczeniu na powierzchnię kraju, głównie od kwietnia do września - około 80% W Polsce występują średnie warunki nasłonecznienia. W porównaniu z Włochami mamy ponad 60% mniej słońca rocznie. Jednak z opracowanej dla Polski mapy zasobów energii słonecznej wynika, że najlepsze warunki występują we wschodniej części Polski.

Energia słoneczna może być przetwarzana na prąd i ciepło przez instalacje zamontowane na dachach budynków i w miejscach zabudowanych. Takie warunki występują na około 0,5% powierzchni Polski.

Promieniowanie słoneczne jest wykorzystywane głównie w rolnictwie, ciepłownictwie (cieplne kolektory słoneczne) oraz elektroenergetyce (ogniwa fotowoltaiczne). Jednakże największe szanse rozwoju w krótkim okresie mają technologie oparte na wykorzystaniu kolektorów słonecznych.

Do przetwarzania promieniowania słonecznego w użytkową energię cieplną służą między innymi kolektory słoneczne wytwarzane i użytkowane już dziś na całym świecie w dość dużych ilościach. Są to urządzenia wychwytujące energię słoneczną i zamieniające na energię cieplną. Zazwyczaj instalowane są w dachach. Istnieje możliwość montażu na ścianie południowej budynku na specjalnie przygotowanym stelażu lub na ziemi.

Energetyka geotermiczna - 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 goetermalnej 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.

Energetyka wodna (hydroenergetyka) zajmuje się pozyskiwaniem energii wód i jej przetwarzaniem na energię mech. i elektr. przy użyciu silników wodnych (turbin wodnych) i hydrogeneratorów w siłowniach wodnych (Np. w młynach) oraz elektrowniach wodnych, a także innych urządzeń (w elektrowniach maretermicznych i maremotorycznych). Energetyka wodna opiera się przede wszystkim na wykorzystaniu energii wód śródlądowych (rzadziej mórz — w elektrowniach pływowych) o dużym natężeniu przepływu i dużym spadzie — mierzonym różnicą poziomów wody górnej i dolnej z uwzględnieniem strat przepływu. Wykorzystanie w elektrowniach energii wód śródlądowych oraz pływów wód mor. polega na zredukowaniu w granicach pewnego obszaru (odcinek strumienia, rzeki, część zatoki) naturalnych strat energii wody i uzyskaniu jej spiętrzenia względem poziomu odpływu. Poza energetycznym, elektrownie wodne zbiornikowe mogą spełniać jednocześnie inne zadania, jak zabezpieczenie przeciwpowodziowe, regulacja przepływu ze względu na żeglugę. Duże znaczenie mają elektrownie wodne szczytowo-pompowe, pozwalające na użycie wody jako magazynu energii. Rozwój hydroenergetyki jest uzależniony od zasobów energii wód, tzw. zasobów hydroenergetycznych. Dla Polski dominujące znaczenie hydroenerg. mają dolna Wisła oraz Dunajec. W 1990 produkcja energii elektr. z energii wód w Polsce wyniosła 3,3 TW · h, a na świecie — ok. 2162 TW · h. Ostatnio coraz większą uwagę poświęca się energ. wykorzystaniu niewielkich cieków wodnych przez budowę tzw. małych elektrowni wodnych; w pierwszej kolejności dotyczy to tych cieków, na których istnieją już urządzenia piętrzące wykorzystywane do innych celów. Za rozwojem hydroenergetyki przemawia fakt, że koszt energii elektr. produkowanej w elektrowni wodnej jest niższy niż energii elektr. produkowanej w elektrowni cieplnej.

NA ŚWIECIE:

Hydroenergetyka rozwinęła się po II wojnie świtowej, wraz z budową wielkich tam w Egipcie na Nilu, w Ameryce N i S, i w krajach byłego ZSRR. Budowana też została ogromna tama na rzece Jangcy w Chinach, która zapobiegnie powodziom i umożliwi zwiększenie produkcji energii elektrycznej.

W POLSCE:

Żarnowiec, Porąbka-Żar, Solina na Sanie, Włocławek na Wiśle, Rożnów-Czchów i Czorsztyn na Dunajcu, Pilchowice na Bobrze

Energetyka jądrowa zajmuje się pozyskiwaniem i przetwarzaniem energii jądr. zawartej w pierwiastkach rozszczepialnych; energia jądr. jest wyzwalana w reaktorze jądr., gł. w postaci ciepła (ponad 95%) i wykorzystywana albo bezpośrednio do ogrzewania, albo przetwarzana na energię mech. lub elektr. (statki i okręty z napędem jądr. lub elektrownie jądr.). O rozwoju energetyki jądrowej zadecydowały względy ochrony środowiska oraz wyczerpywanie się zasobów tradycyjnych paliw. Niektóre kraje odchodzą od energetyki jądrowej (w Polsce 1990 odstąpiono od budowy elektrowni jądrowej w Żarnowcu); jest to wynikiem jej małej konkurencyjności ekon. oraz niekorzystnego klimatu społ. wokół tej energetyki, szczególnie po awarii w Three Mile Island (USA, 1979) oraz katastrofie w Czarnobylu (Ukraina, 1986; Czarnobylska Elektrownia Jądrowa). Dla dalszego rozwoju energetyki jądrowej najważniejsze jest zapewnienie bezpieczeństwa eksploatacji elektrowni jądr. i in. obiektów jądr. cyklu paliwowego, a także bezpieczne składowanie odpadów promieniotwórczych.

Energia morza - aktualnie wykorzystuje się energię pływów morskich, fal morskich oraz energię cieplną mórz. Przewiduje się wykorzystanie energii prądów morskich. Największa na świecie elektrownia pływowa, uruchomiona w 1967 r., pracuje we Francji przy ujściu rzeki La Rance do Kanału La Manche. Ma ona 24 turbiny wodne o mocy po 10 MW, a więc jej moc wynosi 240 MW. Elektrownie wykorzystujące pływy morskie pracują także w Kanadzie, Chinach i Rosji. Projektowane są w Wielkiej Brytanii, Korei Południowej i w Indiach. Elektrownie wykorzystujące energię fal morskich, napędzających turbiny wodne, pracują np. na norweskiej wyspie Toftestallen, dając moc 350 kW, oraz na wyspie Islay u wybrzeży Szwecji. Energię uzyskuje się też przez wykorzystanie różnicy temperatury wody oceanicznej na powierzchni i w głębi oceanu. Najlepsze warunki do tego celu istnieją na oceanicznych obszarach równikowych, gdzie temperatura wody na powierzchni wynosi ok. 30°C, a na głębokości 300-500 m - ok. 7°C. Wykorzystanie tej różnicy temperatury odbywa się przy zastosowaniu amoniaku, freonu lub propanu, który paruje w temperaturze wody powierzchniowej i jest skraplany za pomocą wody czerpanej z głębokości 300-500 m. Cała instalacja, wraz z generatorem, znajduje się na pływającej platformie i nosi nazwę elektrowni maretermicznej. Energia elektryczna jest przesyłana na ląd kablem podmorskim. Prąd wytwarzany w takich elektrowniach wykorzystywany jest na wyspie Bali w Indonezji (5 MW), w Japonii (10 MW), na Tahiti (5 MW) i na Hawajach (40 MW).

Biomasa zawiera dużą ilość wilgoci (nie wysuszona) i nie nadaje się do spalania, może natomiast być zużytkowana w procesie fermentacji beztlenowej (metanowej), celem uzyskania produktu zwanego biogazem. Przykładem może być zautomatyzowana i skomputeryzowana instalacja biogazu pracująca na wysypisku śmieci w Toruniu. Instalacja ta produkuje 550 kW energii elektrycznej oraz 800 kW energii cieplnej na godzinę, wykorzystywanej do ogrzewania mieszkań. Wyprodukowana w ciągu roku energia odpowiada energii uzyskanej ze spalenia 2,6 tys. ton węgla. Innym sposobem uzyskania energii z biomasy jest jej kompostowanie i ujęcie wydzielanego ciepła. W Szwecji opracowano program produkcji biomasy roślinnej, tworząc specjalne plantacje energetyczne. Obecnie uzyskuje się tam 50-70 m3 masy drewna wierzbowego wyhodowanego na powierzchni 1 ha w ciągu roku. Do tego należy dodać 4-7 ton biomasy wytworzonej z liści i korzeni tych drzew. Zwrot kosztów założenia plantacji następuje po pięciu latach.