ALTERNATYWNE ŹRÓDŁA ENERGII

Zastępcze (odnawialne) źródła energii są uzupełnieniem energii klasycznych (kopalnych). Jako, że wydobycie takich źródeł zasobów kopalnych jak węgiel, ropa czy gaz jest teraz coraz trudniejsze wzrasta potrzeba posiadania innych źródeł energii. Innym czynnikiem sprawiającym wzrost użycia energii alternatywnych jest zatrucie środowiska, które w dużej mierze spowodowane jest właśnie wydobywanie i przetwarzaniem ropy, węgla i gazu.

ENERGIA SŁONECZNA

Z energii słonecznej można korzystać, przetwarzając ją na energię cieplną (kolektory słoneczne), energię elektryczną (ogniwa fotowoltaiczne) i energię związaną z procesami chemicznymi (fotosynteza)-> [patrz „energia biomasy”]. Kolektory słoneczne to urządzenia, które wychwytują energię słoneczną i zamieniają ją na cieplną. Elektrownie słoneczne odznaczają się wysokimi kosztami eksploatacyjnymi, co powoduje, że większe nadzieje wiąże się z wykorzystaniem energii słonecznej w małych instalacjach, do produkcji ciepłej wody. Kolektory słoneczne umieszczone na dachu domu umożliwiają ogrzanie wody do 40°C, co przy ogrzewaniu podłogowym wystarcza do ogrzania całego domu. Większe kolektory słoneczne, instalowane m.in. w Stanach Zjednoczonych, podgrzewające wodę do temperatury 65°C. Wykorzystywane są w rolnictwie, do ogrzewania basenów kąpielowych oraz do wytwarzania ciepłej wody tam, gdzie nie ma systemów ciepłowniczych Największa elektrownia słoneczna na świecie znajduję się w Grecji (wytwarza ona prąd o mocy 50MW). Ciekawym sposobem wykorzystania energii słonecznej jest Interlaken ( Szwajcaria). Tam umieszcza się kolektory przy drogach. Latem zbierają one i magazynują ciepło z nasłonecznionej drogi, aby zimą podgrzewać nim tą samą drogę by nie zamarzła. Instalacja działa następująco: pod jezdnią umieszczono wielką wężownicę, przez którą przepływa mieszanina wody i glikolu. Podgrzana ciecz kierowana jest do wnętrza góry, gdzie następuje oddawanie ciepła skałom za pośrednictwem 91 sond wykonanych z polietylenu. Latem, gdy temperatura asfaltu często przekracza 60°C, skały wewnątrz góry podgrzewają się do ok. 20°C. Cała góra może akumulować 200 tys. kWh energii cieplnej, którą zimą stopniowo się wykorzystuje.


ENERGIA BIOMASY
Inną metodą spożytkowania energii słonecznej jest wykorzystanie fotosyntezy, tj. asymilacji przez rośliny dwutlenku węgla z powietrza, podczas której tworzy się energia biomasy. Najprostszym i powszechnie stosowanym sposobem uzyskania energii z biomasy jest jej spalanie. Dotyczy to takich surowców jak słoma, drewno opałowe i drewno odpadowe. Wysuszona 1 tona biomasy ma wartość opałową 0,7 tony węgla kamiennego. Jest to surowiec przyjazny dla środowiska, ponieważ ma małą zawartość siarki oraz zamknięty cykl obiegu. Dwutlenek węgla wydzielany przy spalaniu biomasy jest absorbowany w czasie wegetacji roślin w tej samej ilości.
Biomasa zawierająca dużą ilość wilgoci (niewysuszona) 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 (Kronika ekologiczna “Aura” 12/1997).
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.

ENERGIA WIATRU
Siłę wiatru można wykorzystywać do pozyskania energii elektrycznej. Światowe zasoby energii wiatrowej to ok. 53 tys. TWh/rok. Energia wiatru jest to energia kinetyczna poruszających się mas powietrza. Prędkość wiatru, a więc i energia, jaką można z niego czerpać, ulega zmianom dziennym, miesięcznym i sezonowym. Szacuje się, że globalny potencjał energii wiatru jest równy obecnemu zapotrzebowaniu na energię elektryczną. Najważniejszym elementem siłowni wiatrowej jest wirnik, zazwyczaj trójpłatowy. Jego średnica dochodzi nawet do 48 m. Wirnik osadzony jest na wale, którego obroty przekazywane są dalej do generatora. Generator wraz z transformatorem, układem smarowania, chłodzenia i hamulcem tarczowym umieszczone są w tzw. gondoli. Wirnik i gondola znajdują się na szczycie stalowej wieży i obracane są odpowiednio w kierunku wiatru. Elektrownie pracują przy wietrze w określonym przedziale prędkości; najczęściej jest to 4-25 m/s. Po przekroczeniu tych parametrów następuje wyłączenie elektrowni, tzn. odłączenie od sieci i zahamowanie wirnika. Gondola i wirnik automatycznie ustawiają się "bokiem" do wiatru, gdyż wtedy siły działające na konstrukcję są najmniejsze. Wiatraki ustawiane są na lądzie i na morzu, w grupach lub pojedynczo.

ENERGIA SPADAJĄCEJ WODY
Energię spadku wód wykorzystuje się do produkcji energii elektrycznej w położonych na rzekach lub jeziorach elektrowniach wodnych. Zgromadzona tu energia potencjalna wody, poprzez spiętrzenie przy pomocy jazu lub zapory i przepływ w kierunku dolnego poziomu, zamieniana jest w energię kinetyczną napędzającą turbinę. Wprowadzona w ruch turbina napędza generator wytwarzający energię elektryczną, która dalej wprowadzana jest do sieci elektroenergetycznej. Elektrownie wodne dzielimy na:
-Elektrownie przepływowe -> wykorzystują płynącą wodę. Umieszczone są bezpośrednio na korycie rzeki. Ilość wytwarzanej przez nie energii zależy od ilości przepływającej wody.
-Elektrownie szczytowo-pompowe -> znajduję się pomiędzy dwoma zbiornikami- górnym i dolnym. Umożliwia kumulację energii w zbiorniku. Gdy będzie ona potrzebna nastąpi spuszczenie wody ze zbiornika górnego do dolnego.
-Elektrownie derywacyjne
-Elektrownie regulacyjne
-Elektrownie przepływowe z członem pompowym
W Polsce znajduje się ok. 700 elektrowni wodnych. Wytwarzana prze z nie energia stanowi 2,6% łącznego zapotrzebowania na energię w naszym kraju.

ENERGIA MORZA
Aktualnie wykorzystuje się energię pływów morskich, fal morskich, prądów morskich oraz energię cieplną mórz. W korzystnych warunkach topograficznych możliwe jest wykorzystanie przypływów i odpływów morza, oceanu. Ujście rzeki wpływającej do morza i wysokie jej brzegi umożliwiają budowę zapory, pozwalającej na wpłynięcie wód morskich w dolinę rzeki podczas przypływu i wypuszczenie ich poprzez turbiny wodne do morza podczas odpływu. 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. 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.
Elektrownie wykorzystujące przetworzony ruch fal morskich, ze względu na lokalizację dzieli się na trzy grupy: nadbrzeżne, przybrzeżne - zazwyczaj osadzone na dnie w płytkich wodach (10-20 m głębokości) i morskie (ponad 40 m głębokości). Dodatkowo dzielimy je na takie, które używają turbin powietrznych i turbin wodnych. Te pierwsze ustawione są na platformach ze zbiornikami, gdzie (poprzez fale) wpychane jest powietrze. Z kolei z tych drugich fale napędzają turbiny a one generator.

ENERGIA GEOTERMALNA
Energia geotermalna to naturalne ciepło Ziemi skumulowane w gruntach, skałach, wodach i parach wypełniających pory i szczeliny skalne. Występuje pod przykryciem nieprzepuszczalnych skał o niskiej przewodności cieplnej. Na powierzchnię ziemi wydobywa się dzięki przewodzeniu i konwekcji. Przypuszcza się, że energia ta jest wynikiem rozpadu pierwiastków promieniotwórczych w skorupie ziemskiej, któremu towarzyszy wydzielanie ciepła. Energię ciepła Ziemi pozyskujemy głównie poprzez wykorzystanie wód geotermalnych, które występują na głębokości od kilku do kilkunastu km pod powierzchnią ziemi. Ich wydobycie jest ekonomicznie opłacalne do głębokości 3 km. Temperatury dochodzą tam nawet do 200°C, a woda występuje pod postacią gorącej pary. Energię tę wykorzystujemy głównie do ogrzewania domów (osiedli). Prowadzi się szyb aż do danego źródła energii i wtedy można (np. taką ciepłą wodę geotermalną) rozprowadzać w specjalnych instalacjach po ścianach powodując ogrzanie domu.

Jeśli nie paliwa kopalne to co?

Obecnie nadal najbardziej popularnym źródłem energii są paliwa kopalne czyli węgiel kamienny, węgiel brunatny, ropa naftowa i gaz ziemny. Jednak z roku na rok zmniejszają się złoża tychże paliw przy jednoczesnym wzroście zapotrzebowania na energię. Nikomu więc nie trzeba tłumaczyć, że prędzej czy później świat stanie przed koniecznością zastąpienia tradycyjnych źródeł energii źródłami alternatywnymi. Muszą one być na tyle wydajne, aby móc zastąpić dotychczasowe źródła.

Nie da się tego jednak zrobić w przeciągu kilku czy kilkunastu lat. Jest to proces stopniowy, wieloetapowy. I dlatego już od wielu lat w wielu krajach na świecie dąży się do ciągłego zwiększania udziału energii alternatywnej w ogólnej puli produkowanej energii. Wśród źródeł alternatywnych coraz częściej wymieniana jest energia jądrowa. Jednak na chwilę obecną nie zanosi się na to, żeby to energetyka jądrowa stała się dominującym sposobem pozyskiwania energii w przyszłości. Przede wszystkim chodzi tutaj o ograniczone zaufanie w stosunku do elektrowni jądrowych. Ten stosunek wynika przede wszystkim ze strachu panującego po awarii elektrowni w Czarnobylu.

R E K L A M A

czytaj dalej ↓

Nie wszyscy jednak są świadomi faktu, że elektrownia jądrowa odpowiednio zabezpieczona nie stwarza większego zagrożenia niż zwyczajna elektrownia węglowa. Z energii zgromadzonej w atomach korzysta już wiele państw na całym świecie.

Póki co dąży się do opracowania efektywnych metod pozyskiwania energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych takich jak: Słońce, woda, wiatr czy ciepło Ziemi. Niewątpliwie zaletą tych źródeł energii są duże ich zasoby, na dzień dzisiejszy praktycznie niewyczerpywalne. Poza tym istnieje możliwość rozmieszczenia takich elektrowni na terenie całego kraju, w miejscach niekiedy trudno dostępnych co eliminuje koszty związane z przesyłem energii oraz minimalny wpływ na środowisko, oczywiście przy spełnieniu pewnych warunków.

Obecnie coraz popularniejszą formą energii także w naszym kraju staje się energia słoneczna. Trudno uwierzyć, że potęgę energii słonecznej znali już mieszkańcy starożytnej Grecji oraz Chin. Nie tylko znali ale przede wszystkim próbowali ją wykorzystywać. Jednym ze sposobów było rozpalanie ognia za pomocą skupionych przez szklaną kulę z woda promieni słonecznych. W Chinach funkcję skupiająca pełniły zwierciadła.

Dane pomiarowe wskazują na to, że do Ziemi dociera promieniowanie słoneczne o wartości około 1.9
W. Po przejściu przez atmosferę ziemską ulega ono osłabieniu i ostatecznie do powierzchni Ziemi przedostaje się tylko 40 procent wartości pierwotnej. W atmosferze zachodzą zarówno procesy pochłaniania jak i odbijania promieniowania słonecznego.

Na terenie naszego kraju gęstość padającego promieniowania słonecznego wynosi około 780-1050 kWh/m
na rok. W krajach bardziej nasłonecznionych wartość tej gęstości będzie oczywiście dużo większa. Oświetlenie powierzchni Ziemi zależy od szerokości geograficznej. Wpływ na gęstość promieniowania ma także pora roku i pora dnia. Tak więc nie w każdym rejonie świata istnieją warunki pozwalające na wykorzystywanie energii słonecznej.

Jak jednak możemy z tej energii korzystać ? Okazuje się, że na różne sposoby. Najprostszym z nich jest wspomniany wcześniej sposób skupiania promieni słonecznych w celu zwiększenia mocy wiązki świetlnej.

Obecnie na takiej właśnie zasadzie funkcjonują kuchnie słoneczne. Za pomocą skupionych promieni słonecznych podgrzewa się nowoczesnych nich produkty żywnościowe. Składają się one m.in. z zakrzywionego koncentratora skupiającego światło.

Z ogniskowania promieni słonecznych korzystają także olbrzymie piece przemysłowe. Dzieje się tak ponieważ za pomocą odpowiedniego zogniskowania można w danym punkcie otrzymać temperaturą sięgającą 3000 stopni C. Temperaturę taką można uzyskać dzięki olbrzymiemu zakrzywionemu zwierciadłu na które składają się małe reflektorki. Jest ich bardzo duża ilość i ułożone są piętrowo.

Zamiana energii słonecznej w energię cieplną może się odbywać w tzw. kolektorach słonecznych. Kolektory te mogą być kolektorami powietrznymi lub cieczowymi. Kolektory cieczowe stanowią obiekty o powierzchni rzędu 1 - 1.5 m
. Jednak nie można pojedynczych kolektorów. Wchodzą one mianowicie w skład baterii o łącznej powierzchni dochodzącej do 200 m
. Baterie takie lokalizuje się na dachach budynków. Czasem można też spotkać wolno stojące baterie.

Kolektory powietrzne osiągają zdecydowanie większą powierzchnię, nawet do 1000 m
. Także mogą znajdować się na dachach budynków lub mogą być zlokalizowane zupełnie poza budynkami.

Można również dokonywać zamiany energii słonecznej na energie elektryczną przy pomocy ogniw fotowoltaicznych.

Pojedyncze ogniwa zazwyczaj wykonuje się z cienkich warstw półprzewodnikowych. Przeważnie jest to krzem. Niekiedy stosuje się także arszenik galu ze względu na możliwość pracy ogniw w wysokich temperaturach.

Jednak tak jak i nie można spotkać pojedynczych kolektorów słonecznych tak i ogniwa słoneczne nie występują pojedynczo. Buduje się z nich baterie słoneczne, które pozwalają na uzyskanie prądu o dużej mocy użytecznej.

Baterie słoneczne mogą składać się z różnej liczby ogniw, w zależności od tego jakie będzie ich przeznaczenie. Baterie takie mogą pracować bowiem w olbrzymich elektrowniach słonecznych , ale mogą także być wykorzystywane tylko przez pojedyncze gospodarstwa.

Z bateriami słonecznymi oczywiście o dużo mniejszych rozmiarach miał do czynienia każdy z nas. Stanowią one bowiem źródło zasilania wielu zegarków i kalkulatorów.

Okazuje się, ze doskonałym źródłem energii może być także biomasa. Jeżeli biomasa jest wilgotna na tyle, że nie może ulec spaleniu wówczas można ja wykorzystać do produkcji biogazu w procesie fermentacji beztlenowej. Taki system produkcji biogazu funkcjonuje już na terenie wysypiska śmieci w Toruniu. W ciągu godziny produkowane jest 550 kW energii elektrycznej i 800 kW w postaci energii cieplnej.

Ilość energii wyprodukowanej tam w ciągu roku odpowiada energii jaka powstaje w wyniku spalenia 2.6 tysięcy ton węgla.

Energię z biomasy można wykorzystać także w inny sposób. Mianowicie podczas kompostowania wydzielają się duże ilości energii w postaci ciepła. I właśnie to ciepło można pobierać.

Szwedzcy inżynierowie opracowali specjalny system produkcji biomasy. Założeniem tego systemu było utworzenie plantacji energetycznych. Na dzień dzisiejszy w ciągu roku produkowanych tam jest około 70 m
masy zawierającej drewno wierzbowe. Taka ilość drewna jest uzyskiwana na powierzchni jednego hektara. Oprócz drewna wykorzystuje się także liście oraz korzenie. To stanowi dodatkowe 7 ton na rok. Obliczono, że koszty założenia takiej energetycznej plantacji zwracają się w ciągu pięciu lat jej funkcjonowania.

Kolejnym doskonałym źródłem energii jest woda. Chodzi tutaj zarówno o wodę rzeczną jak i o morza i oceany.

Jeśli chodzi o energię morza to należy tutaj mówić zarówno o energii pływów morskich jak i o energii cieplnej wód morskich i oceanicznych. Na dzień dzisiejszy największą na świecie elektrownią pływową jest ta pracująca we Francji u ujścia rzeki La Rande do Kanału La Manche. Elektrownia ta pracuje od roku 1967. Składa się z 24 turbin, każda z nich m moc 10 MW. Elektrownie pływowe znajdują się także na terytorium Kanady, Chin i Rosji.

---