Odnawialne źródła energii. Energia geotermalna i pływy morskie.

Człowiek wykorzystuje energię termalną od stuleci. Mieszkańcy wielu terenów, już w starożytności wykorzystywali gorące źródła do gotowania czy kąpieli. Starożytni Grecy, Rzymianie wykorzystywali tę energię również w celach leczniczych i do ogrzewania domów. Również na terenach Polski już od początków istnienia państwa polskiego ludność Sudetów wykorzystywała energię znajdujących się tam wód termalnych.

Wykorzystanie tej energii na skalę przemysłową miało miejsce dopiero w XX wieku, gdy we Włoszech w roku 1904 w Larderello otwarto pierwszą na świecie elektrownię geotermalną. W następnych latach w taki sposób energię pozyskiwano w Japonii, Islandii, Nowej Zelandii, Filipinach, Stanach Zjednoczonych, Rosji. Krajem, który w największym stopniu wykorzystuje energię geotermalną jest Islandia, gdzie ponad 86% budynków mieszkalnych jest ogrzewanych w ten sposób, a ok. 99% gospodarstw domowych jest zaopatrywanych w gorącą wodę termalną.

Energia geotermalna to ciepło pochodzące z wnętrza Ziemi. Woda opadowa wnika głęboko pod powierzchnię, gdzie w wyniku kontaktu z ogniskami magmy, zostaje podgrzana do znacznej temperatury. Szacuje się, że ilość wypływającego na powierzchnię Ziemi to ok. 46 TW. Średni strumień geotermalny to około 0,063 W/m. Ciepło ogrzewające wodę powstaje również w wyniku rozpadu radioaktywnych izotopów potasu (⁴⁰K), uranu (²³⁸U) i toru (²³²Th), który zachodzi w płaszczu ziemskim. Źródła ciepła niektórzy upatrują też częściowo w ochładzaniu się płaszcza, tarciu wewnętrznym wywołanym siłami pływowymi i zmianami w prędkości obrotu Ziemi. Następnie wędruje na powierzchnię w postaci gorącej wody lub pary wodnej. Jest to energia odnawialna i w zasadzie niewyczerpalna, ponieważ gorąca woda jest produkowana w sposób nieprzerwany we wnętrzu Ziemi. Ubytek wody równoważony jest przez opady deszczu, a ciepło dostarczane jest z jądra planety.

Zasoby wód geotermalnych są obecne wszędzie pod powierzchnią Ziemi, jednak złoża najbardziej pożądane, czyli o największej temperaturze, znajdują się w rejonach o podwyższonej aktywności geologicznej lub w pobliżu wulkanów.

Energia elektryczna jest wytwarzana przez doprowadzenie gorącej wody (lub pary wodnej) ze źródła siecią rur pod wysokim ciśnieniem do generatorów, gdzie woda zmienia się w parę wodną napędzając turbiny. Technologia produkcji energii opiera się na tzw. „zamkniętej pętli”. Para wodna po przejściu przez turbiny zamieniana jest z powrotem w ciecz, która znowu paruje przy kontakcie z gorącymi rurami doprowadzającymi wodę, zamykając obieg. Dzięki temu podczas produkcji energii nic nie jest emitowane do atmosfery.

Polska posiada bardzo dobre warunki geotermalne: ok. 80% powierzchni kraju jest pokryte przez 3 prowincje geotermalne: : centralnoeuropejską, przedkarpacką i karpacką. Temperatura wody dla tych obszarów wynosi od 30-130 °C (a lokalnie nawet 200 °C), a głębokość występowania w skałach osadowych od 1 do 10 km. Naturalny wypływ zdarza się bardzo rzadko (Sudety - Cieplice, Lądek Zdrój). Możliwości wykorzystania wód geotermalnych dotyczą 40% obszaru kraju (wydobycie jest opłacalne, gdy do głębokości 2 km temperatura osiąga 65 °C, zasolenie nie przekracza 30 g/l a także gdy wydajność źródła jest odpowiednia)^.

Wady energii geotermalnej:

-Choć energia geotermalna jest szeroko rozpowszechniona, nie wszędzie, gdzie występuje można ją łatwo pozyskiwać. W Polsce wody geotermalne znajdują się pod powierzchnią blisko 80% terytorium, ich eksploatację utrudniają jednak niesprzyjające wydobyciu warunki i wysokie koszty budowy instalacji. 

-Pozyskiwanie energii geotermalnej wymaga poniesienia dużych nakładów inwestycyjnych na budowę instalacji.

-Istnieje ryzyko przemieszczenia się złóż geotermalnych, które na całe dziesięciolecia mogą „uciec” z miejsca eksploatacji.

-Efektem ubocznym korzystania z energii geotermalnej jest niebezpieczeństwo zanieczyszczenia atmosfery, a także wód powierzchniowych i głębinowych przez szkodliwe gazy i minerały. Jednym z nich jest siarkowodór (H2S), który w niskich stężeniach posiada charakterystyczny zapach, określany jako „zapach zgniłych jaj”, a w wysokich stężeniach może być niebezpieczny dla ludzkiego zdrowia.

-Elektrownie geotermalne powinny więc kontrolować ilości emitowanego siarkowodoru, sulfatów, pyłów i innych zanieczyszczeń.

-Problemem może być również korozja rur.

Zalety energii geotermalnej:

- Energia wnętrza Ziemi ma tę istotną przewagę nad niektórymi innymi odnawialnymi źródłami energii, że jej zasoby są dostępne niezależnie od warunków klimatycznych czy też wahań pogody.

- Zasoby energii geotermalnej występują w każdym miejscu na Ziemi, co daje możliwość pozyskiwania jej w pobliżu odbiorcy.

- Energia wnętrza Ziemi to stale dostępne źródło energii.

- Instalacje oparte o wykorzystanie energii geotermalnej odznaczają się stosunkowo niskimi kosztami eksploatacyjnymi.

Energia pływów morskich.

Energia pływów morskich wykorzystywana jest do wytwarzania prądu elektrycznego, lub bezpośrednio do wytworzenia siły mechanicznej. Prąd wytwarzany jest za pomocą specjalnych urządzeń wykorzystujących przypływy i odpływy morza. Im większe są te zjawiska, tym bardziej wydajna jest elektrownia. Siłownie te lokuje się w miejscach umożliwiających budowę zapór z turbinami między otwartym morzem a utworzonym zbiornikiem. Aby wytworzyć prąd elektryczny buduje się specjalne tamy, które powodują w określonych miejscach gwałtowny spadek mas wody (lub wykorzystują naturalne ruchy przypływów i odpływów). Woda spada wtedy na turbinę wyposażoną w specjalne łopaty ustawione pod odpowiednim kątem. Turbina wprawiona w ruch przekazuje swoja energię prądnicy, która wytwarza prąd.

Podczas pływów wytwarzane są ogromne ilości energii, Choć dokładnie Ne są one znane (dwa przypływy i dwa odpływy w ciągu doby). Różnica poziomów wody podczas przepływów i odpływów wynosi w niektórych miejscach kuli ziemskiej do 12 m, a średnia moc przypływu i odpływu jest oceniana ~10 trylionów KM.

Elektrownia tego typu nie może wytwarzać energii elektrycznej w sposób ciągły, ponieważ w okresie wyrównywania się poziomów wody w morzu i zbiorniku spad wody jest tak mały, że praca turbin jest nie możliwa. Z tego względu elektrownia tego typu powinna współpracować z elektrownia cieplną lub rzeczną elektrownią wodną, wytwarzającą energie elektryczną w okresie przerwy w pracy elektrowni przepływowej. Inne rozwiązanie problemu zapewnia ciągłej produkcji energii elektrycznej może polegać na pompowaniu wody do położonego wysoko zbiornika w okresie kiedy różnica poziomów wody w morzu i zbiorniku jest dostatecznie duża i wykorzystywaniu tej wody do poruszania turbin w okresie wyrównywania się poziomów w morzu i zbiorniku. Zakład hydroenergetyczny tego typu nazywa się pompowym.

Siła pływów podobnie jak w zwykłej elektrowni wodnej obraca turbinę, połączoną z generatorem. Jednak w niewielu tylko miejscach budowa takiej elektrowni jest opłacalna, ponieważ elektrownie te cechują się znikomą rentownością. Jedna z istniejących, położona we Francji nad rzeką Rance, ma moc zaledwie 100MW, czyli 10 część tego, co duża elektrownia węglowa.

 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 elektrowni tych jest zasalanie ujść rzek oraz erozja ich brzegów wskutek wahań wody, a także utrudnianie wędrówek ryb w górę rzek.

 Mimo wciąż pojawiających się trudności, naukowcy uważają, że zasoby energii pływów morskich należą do najpoważniejszych na świecie.

schemat wykorzystania energii pływów morskich.

 

Energia

---