Odnawialne z
ródła energii
A
ukasz Reterski 152324
 Zgodnie z ustawą energetyczną w polsce odnawialne żródła energii zdefiniowane
są jako:  z
ródła 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 .
Możemy zatem podzielić je na z
ródła z których możemy pozyskać:
- energię słoneczną,
- energię wiatru,
- energię prądów, pływów i spadku wody,
- energię geotermalną,
- bioenergię.
I. Energia słoneczna
Elektrownie słoneczne zajmują się przetwarzaniem promieniowania słonecznego na
ciepło, a ciepło na energię elektryczną. Wyróżniamy dwa podstawowe rodzaje elektrowni
słonecznych:
- CRS (Central Receiver System) polegająca na odbiciu promieni słonecznych z dużego
obszaru i skierowaniu ich w jeden centralnie umieszczony punkt, gdzie można osiągnąć
bardzo wysoką temperaturę.
- DSS (Distributed Solar System) tu promienie kierowane są za pomocą kolektorów na
rurę, w której płynie czynnik (najczęściej olej o małej lepkości i dużej pojemności
cieplnej). Czynnikprzepływając przez wiele kolektorów osiąga dość wysoką, choć dużo
niższą niż w systemach CRS temperaturę (poniżej 400 C)
Obecnie powstają dwie nowe elektrownie słoneczne:
- pierwsza w Czechach - Chwaleticach w pobliżu Pardubic. Zostanie wybudowana przez
koncern elektryczny CEZ w 3 etapach i ostatecznie jej moc ma sięgnąć 50 MW.
Szacowany koszt budowy ma przekroczyć ponad 6 mld koron czeskich.
- druga w Portland w USA - zostanie wybudowana przez ProLogis z wydajnością 2,4 MW
Przy energii słonecznej wyróżniamy dwa typy specjalnych ogniw słonecznych
wykorzystywanych do pozyskiwania energii:
- Ogniwo fotowoltaiczne (fotoogniwo) inaczej element półprzewodnikowy w którym
następuje przemiana (konwersja) energii promieniowania słonecznego w energię
elektryczną w wyniku zjawiska fotowoltaicznego. Fotoogniwa są stosowane przede
wszystkim jako baterie w zegarkach, sztucznych satelitach, samochodach z napędem
hybrydowym, elektrowniach słonecznych oraz jako czujniki i fotodetektory w fotometrii.
- Kolektory słoneczne to urządzenia do konwersji energii promieniowania słonecznego w
ciepło. Kolektroy możemy podzielić na: płaskie, płaskie-próżniowe, próżniowo-rurowe,
skupiające i specjalne. I tak np. kolektor płaski składa się z: przezroczystego pokrycia,
absorbera (najczęściej blachy miedzianej pokrytej powłoką selektywną), wymienika
ciepła (najczęściej rurki miedzianej przylutowanej do absorbenta), izolacji (wełna
mineralna lub pianka poliuretanowa). Popularnym zastosowaniami kolektorów
słonecznych są: podgrzewanie wody użytkowej, basenowej, wspomaganie centralnego
ogrzewania. Schemat prostej instalacji podgrzewania ciepłej wody użytkowej zawiera
kolejno: kolektor słoneczny, regulator urachamiający pompe, pompe, naczynie
przeponowe, zbiornik magazynujący ciepłą wodę użytkową oraz podłączone do instalacji
inne z
ródła ciepła.
Na obecną chwile Polska nie posiada czynej elektrowni słonecznej. Jest jednak w
planach budowy elektrownia słoneczna w Wierzchosławicach 1,8 MW ,która oczekuje na
dotacje Unii Europejskiej.
II. Energia Wiatru
Współcześnie stosuje się turbiny wiatrowe do przekształcania siły wiatru na energię
mechaniczną, która dalej ulega zamianie na elektryczną. Najczęściej spotykane obecnie w
energetyce wiatraki mogą pracować przy prędkości wiatru od 3 do 30 m/s przy czym
przyjmuje się, że granicą opłacalności inwestycji jest średnioroczna prędkość wiatru 5 m/s
dla śmigłowej turbiny o mocy 1 MW. Aby inwestycja w pełni się opłacała trzeba jednak
dysponować jeszcze bardzo dokładnymi danymi na temat wiatru w danej lokalizacji oraz
danymi ekonomicznymi. Aby uzyskać 1 MW energii, wirnik turbiny wiatrowej powinien mieć
średnicę około 50 metrów. Ponieważ duża konwencjonalna elektrownia ma moc sięgającą
1 GW to jej zastąpienie wymagałoby matematycznie licząc około 1000 takich generatorów
wiatrowych. W rzeczywistości elektrownie wiatrowe pracują około 1500 - 2000 godzin
rocznie (trzykrotnie krócej niż konwencjonalne). Zatem aby wyprodukować tyle samo
energii elektrycznej co jedna duża elektrownia klasyczna potrzeba około 3000 elektrowni
wiatrowych o mocy 1 MW.
W niektórych krajach budowane są elektrownie wiatrowe składające się z wielu
ustawionych blisko siebie turbin - tzw. farmy wiatrowe. Na polskim wybrzeżu Bałtyku
oddano do użytku w 2006 roku taką farmę w miejscowości Tymień (25 wiatraków o mocy 2
MW każdy co w sumie daje 50 MW)
Światowym potentatem w produkcji energii wiatrowej są Niemcy (około 40%
produkcji w skali całego globu). Niemcy wraz z Polską zamierzają zbudować na wybrzeżu
zachodnio pomorskim i odpowiednio po stronie niemieckiej, największą farmę powietrzną
na świecie.
W Polsce produkcją turbin zajmuje się Nowosądoecka Fabryka Urządzeń
Górniczych NOWOMAG produkująca turbiny o mocy 160 kW.
Turbina wiatrowa posiada wirnik składający się z łopat i piasty umieszczonej na
przedniej części gondoli ustawionej na wiatr. Wirnik przymocowny jest do głównego wału
wspierającego się na łożyskach. Wał przenosi energię obrotów przez przekładnię do
generatora, który przekształca ją w energię elektryczną.Zasada ta może się nieco różnić w
przypadku zastosowania innych typów turbin.
III. Energia Wody
Wyróżniamy 3 typy elektrowni wodnych: pływów, falowania i prądów morskich oraz
spadku. W przeszłości energie wody wykorzystywały koła wodne których w 16 wieku w
Polsce było ponad 3 tysiące osiągały one nawet 2-4 KM.
Elektrownie pływową pierwszą zbudowali w roku 1967 Francuzi w Saint-Malo.
Elektrownia ta ma moc maksymalną 550 MW i pracuje od 4 do 8 godzin dziennie,
wytwarzając średnio 600 GWh energii elektrycznej rocznie. Obecnie takie elektrownie są
również w Rosji i Wielkiej Brytanii, jednak żadna z nich obecnie nie pracuje na skalę
przemysłową z powodu problemów technicznych oraz niebezpieczeństwa sztormów i
huraganów.
Elektrownia falowania i prądów morskich - z obliczeń inżynierów jedna z najbardziej
wydajnych elektrowni, jej moc szacuje się na około 3 TW. Niestety nie powstała jeszcze
żadna gdyż podstawowym problemem jest zaburzenie naturalnej równowagi prądów
morskich które są odpowiedzialne za klimat.
Elektrownie spadku to elektrownie wodne zamieniające siłę spadku wody na
energię elektryczną. najczęśćiej budowane na zaporach i tamach. Elektrownie wodne
dzieli się na:
- małe 5MW zaliczane do niekonwencjonalnych, odnawialnych i ekologicznych z
ródeł
energii,
- duże traktowane często jako konwencjonalne z
ródło energii, a duży stopień ingerencji w
środowisko naturalne powstrzymuje wielu badaczy od nazywania dużych elektrowni
wodnych ekologicznymi.
Elektrownie wodne można podzielić na elektrownie przepływowe produkujące
energię elektryczną oraz szczytowo pompowe, które służą głównie do magazynowania
energii elektrycznej wyprodukowanej w inny sposób.
Większymi elektrowniami w Polsce są elektrownie: we Włocławku, Porąbce,
Żarnowicach, Porąbce-y
ar, Solina-Myczkowce i Żydowo.
IV. Energia geotermalna
Energia geotermiczna to energia wydobytych na powierzchnię ziemi wód
geotermalnych, Zaliczamy ją do energii odnawialnych, bo jej z
ródło - gorące wnętrze kuli
ziemskiej jest praktycznie niewyczerpalne. W celu wydobycia wód geotermalnych na
powierzchnię wykonuje się odwierty do głębokości zalegania tych wód. W pewnej
odległości od otworu czerpalnego wykonuje się drugi otwór, którym wodę geotermalną po
odebraniu od niej ciepła, wtłacza się z powrotem do złoża. Wody geotermiczne są z reguły
mocno zasolone, jest to powodem szczególnie trudnych warunków pracy wymienników
ciepła i innych elementów armatury instalacji geotermicznych. Energię tą wykorzystuje się
w układach centralnego ogrzewania jako podstawowe z
ródło energii cieplnej. Drugim
zastosowaniem jej jest produkcja energii elektrycznej. Jest to opłacalne jedynie w
przypadku z
ródeł szczególnie gorących. Zagrożenie jakie niesie za sobą produkcja tego
rodzaju energii to zanieczyszczenia wód głębinowych, uwalnianie radonu siarkowodoru i
innych gazów.
Energię geotermalną na szeroką skalę wykorzystuje się w Islandii oraz Japonii w tej
ostatniej wykorzystuje się ją zarówno jako energię podgrzewającą liczne łaz
nie, saune i
tym podobne
Polska ma bardzo dobre warunki geotermalne, gdyż 80% powierzchni kraju jest
pokryte przez 3 prowincje geotermalne: centralnoeuropejską, przedkarpacką i karpacką.
Temperaura wody dla tych obszarów wynosi od 30 C do 130 C (a lokalnie nawet 200 C), a
głębokość ich występowania w skałach osadowych od 1 m do 10 km. Jak dotąd na terenie
Polski funkcjonuje osiem geotermalnych zakładów cieplnych:
- Bańska Niżna (4,5 MJ/s - docelowo 70 MJ/s)
- Pyrzyce (15MJ/s - docelowo 50 MJ/s)
- Stargard Szczeciński (14 MJ/s)
- Mszczonów (7,3 MJ/s)
- Uniejów (2,6 MJ/s)
- Lasek (2,6 MJ/s)
- Słomniki (1 MJ/s)
- Klikuszowa (1 MJ/s)
V. Bioenergia
Energię zawartą w biomasie można wykorzystać dla celów człowieka. Polega to na
przetwarzaniu na inne formy energii poprzez spalanie biomasy lub spalanie produktów jej
rozkładu. W wyniku spalenia uzyskuje się ciepło, które możę być przetworzone na inne
rodzaje energii, np: energię elektryczną. Do celów energetycznych wykorzystuje się
najczęściej:
- drewno o nieskiej jakości technologicznej oraz odpadowe
- odchody zwierzęce
- rośliny szybkorosnące w celach energetycznych
- osady ściekowe
- słomę, makuchy i inne odpady produkcji rolnej
- wodorosty uprawiane specjalnie w celach energetycznych
- odpady organiczne np: wysłodki buraczane
- oleje roślinne i tłuszcze zwierzęce
Spalenie biomasy uważane jest za korzystniejsze dla środowiska niż spalanie paliw
kopalnianych, gdyż zawartość szkodliwych pierwastków (przede wszystkim siarki) w
biomasie jest niższa, a powstay w procesie spalania dwutlenek węgla w bilansie ogólnym
wychodzi na zero (obieg dwutlenku węgla w przyrodzie). Wadą biomasy stosowanej do
spalania jest wydzialanie się szkodliwych substancji pochodzących od białek i tłuszczy.
Oprócz bezpośredniego spalania wysuszonej biomasy uzyskuje się również
poprzez:
- zgazowanie, gaz generatorowy powstały ze zgazowania biomasy w zamkniętych
reaktorach,
- w wyniku fermentacji biomasy otrzymuje się biogaz, a także samoistne powstawanie
gazu na wysypiskach i torfowiskach, również jako agrogaz powstały z gnojownicy i
obornika. Biogaz można zastosować również jako paliwo w instalacjach CNG.
Zasadnicze problemy przy zasilaniu CNG polegają na: konieczności instalacji butli
wysokoćiśnieniowych ( a przez to dość ciężkich), wątpliwej opłacalności w przypadku
zastosowania dla silnika z zapłonem samoczynym, konieczność zabudowania iskrowego
układu zapłonowego w przypadku montażu. Głównie na CNG jez
dzi się w Ameryce
A
acińskiej, w Polsce nie jest popularnym paliwem bardziej popularny jest otrzymywany w
wyniku estryfikacji biodisel.
- nowym z
ródłem od niedawna są glony które mają stać się paliwem 3 generacji.
Efektywność glonów jest 30 razy większa niż jakiegokolwiek innego rodzaju
pozyskiwanego paliwa tego typu. Półproduktem glonowej hodowli jest białko i tlen.