Energetyka - rodzaje elektrowni na świecie

• Węgiel kamienny i brunatny

W Niemczech występują bogate złoża węgla kamiennego. Obecnie aktywnych jest 11 kopalń, ale wydobycie węgla opłacalne jest tylko przy dotowaniu go przez państwo. W styczniu 2007 r. zapadły decyzje dotyczące stopniowego ograniczania subwencji oraz pełną ich likwidację i zamknięcie kopalń wraz z końcem 2018 r.
Natomiast wielkość rezerw węgla brunatnego w Zagłębiu Łużyckim, Niemczech Środkowych i Zagłębiu Nadreńskim) szacuje się na ponad 6 tysięcy milionów ton.

• Energia atomowa

Obecnie udział elektrowni atomowych w całkowitej produkcji energii w Niemczech wynosi około 26%. Jednak w 2021 r. ma nastąpić zamknięcie ostatniego reaktora atomowego. Główną przyczyną jest wyczerpanie złóż uranu. Niemcy nie posiadają również zakładów do regeneracji i wzbogacania wypalonych prętów paliwowych i korzystają z usług firm brytyjskich (Sellafield) i francuskich (Romans, Marcoule) w tym zakresie. Brak również ostatecznych rozwiązań dot. odpadów radioaktywnych. Planowane utworzenie składowiska w starej kopalni potasu w Gorleben w Dolnej Saksonii trafia na opory mieszkańców regionu i ekologów.

Elektrownia atomowa

• Nafta i gaz

Ropa naftowa na terenie Niemiec występuje w śladowych ilościach. Jej wydobycie pokrywa jedynie 3% zapotrzebowania kraju. Obecne zużycie złóż szacowane jest na ok. 20 mld m³.

• Energie odnawialne

W ostatnich latach wzrasta udział i znaczenie odnawialnych nośników energii. Zgodnie z Ustawą o Energiach Odnawialnych (EEG) „energie odnawialne to energia wodna wraz z energią fal i pływów, prądów i energią z osmozy, energia wiatru, energia promieniowania słonecznego, energia geotermiczna, energia z biomasy łącznie z biogazem, gazem wygenerowanym na wysypiskach śmieci i gazem z oczyszczalni ścieków oraz z części odpadów z gospodarstw domowych i przemysłu ulegających biodegradacji”.
W przeciwieństwie do kopalnych surowców energetycznych i uranu, w przypadku energii odnawialnych nie pojawia się problem ograniczonych zasobów bądź źródeł. Ich potencjał uzależniony jest przede wszystkim od warunków meteorologicznych, ograniczeń powierzchniowych i lokalizacyjnych. Zgodnie z badaniami rynku, przy odpowiednim poziomie wykorzystania i zagospodarowania źródeł energii odnawialnych, można z nich pokryć znaczną część zapotrzebowania energetycznego w Niemczech.

W 2006 r. udział energii odnawialnych w zużyciu energii pierwotnej wyniósł ok. 7% (w 2005r. - 4,6%, a w 2000 - 2,6%). Tym samym cel rządu federalnego - zwiększenie udziału odnawialnych źródeł w produkcji energii do 4,2% w 2010 r. - został osiągnięty już w 2005 r. Stopniowo wzrasta również całkowity udział energii odnawialnych w wielkości zużycia energii elektrycznej brutto. W 2005 r. wynosił on 10,2% (porównywalnie w roku 2000 - 6,7%). Zbliżonymi wynikami charakteryzuje się udział odnawialnych źródeł energii w produkcji ciepła. Wzrósł on z 3,9% w 2000 r. do 5,4% w 2005 r. Wykorzystanie biopaliw w transporcie kołowym wzrosło z 0,3% w 2000 r. do 3,4% w roku 2005.  Największy udział w wykorzystaniu odnawialnych źródeł energii ma biomasa (energia cieplna - 41% oraz energia elektryczna - 17%), a następnie elektrownie wiatrowe - 14,5% oraz biopaliwa

Potencjał energii odnawialnych w Niemczech jest częściowo ograniczony przez słabą siłę wiatru, niekorzystne usytuowanie wód termalnych, ograniczenia powierzchniowe w przypadku biomasy, warunki przyrodnicze, itp. Jednak wg szacunków wystarcza na pokrycie większości zapotrzebowania energetycznego. W gruncie rzeczy Niemcy, w mniejszym lub większym zakresie, mogą wykorzystać wszystkie nośniki energii odnawialnej.

• Energia wodna

Energia wodna to energia wygenerowana z siły wody zgromadzonej w zbiornikach wodnych, rzekach, sił prądów morskich, fal i pływów. Ze względu na niską amplitudę pływów oraz niskie fale na Morzu Bałtyckim, energię tę w Niemczech można wykorzystać w bardzo ograniczonym zakresie. Strefa przybrzeżna Morza Północnego jest z kolei zbyt krótka i w większości objęta ochroną. Ze względu na warunki geograficzne i możliwości techniczne elektrownie wodne zlokalizowane są przede wszystkim na rzekach górskich i zbiornikach wodnych. Znacznym ograniczeniem w rozwoju i rozbudowie są regulacje dot. ochrony środowiska naturalnego i równowagi ekologicznej. Obecnie w Niemczech aktywnych jest ok. 8 tys. elektrowni wodnych.

Elektrownia wodna

• Energia wiatru

Energia wiatru jest obecnie (przy średniej rocznej prędkości wiatru 7-8 m/s) najbardziej rentowną formą pozyskiwania energii. Za nierentowne uchodzą farmy wiatrowe o prędkości wiatru 3-4m/s. W celu określenia korzystnej lokalizacji elektrowni wiatrowych Federalne Ministerstwo Środowiska w 1999 roku przygotowało mapę „korzystnych lokalizacji dla pozyskiwania energii wiatrowej”. Porównując obecny poziom rozwoju farm wiatrowych z wytycznymi ministerstwa okazuje się, że potencjał energii wiatrowej w Niemczech został wykorzystany niemal w całości. Wzrost produkcji energii z tego źródła możliwy jest tylko dzięki przebudowie elektrowni wiatrowych (repoweringu) oraz budowie elektrowni typu offshore (na morzu). Pojęcie repowering oznacza wymianę starych, mało efektywnych urządzeń na bardziej nowoczesne i bardziej efektywne. Ze względu na liczne problemy techniczne w budowie parków offshore oraz przesyłu energii elektrycznej ich budowa znajduje się dopiero w sferze planów. Problemów przysparza również brak jasnych regulacji dot. tego typu elektrowni.

Farma wiatrowa

• Biomasa

Biomasa jest najstarszym źródłem energii. Była wykorzystywana do jej pozyskania od momentu wynalezienia ognia. Jest przyjazna dla środowiska i dlatego też ma bardzo istotny wkład w dziedzinie gospodarki energetycznej.
Potencjał wykorzystania biomasy w produkcji energii elektrycznej w dużym stopniu uzależniony jest od dostępnej powierzchni i możliwości lokalizacyjnych. Aby zapewnić wielkość produkcji rolnej i przemysłu drzewnego na dotychczasowym poziomie, pod działalność rolniczą należy zachować ok. 1,5 mln ha gruntów rolnych oraz 4 mln użytków leśnych. Obecnie brak jest informacji o możliwościach wykorzystania obszarów chronionych pod produkcję energii z biomasy.

Do celów energetycznych wykorzystuje się najczęściej:

• drewno o niskiej jakości technologicznej oraz odpadowe

• odchody zwierząt

• osady ściekowe

• słomę, makuchy i inne odpady produkcji rolniczej

• wodorosty uprawiane specjalnie w celach energetycznych

• odpady organiczne np. wysłodki buraczane, łodygi kukurydzy, trawy, lucerny

• oleje roślinne i tłuszcze zwierzęce.

W Niemczech na potrzeby produkcji biomasy można uprawiać rośliny szybko rosnące:

• wierzba wiciowa (Salix viminalis)

• ślazowiec pensylwański lub inaczej malwa pensylwańska (Sida hermaphrodita)

• topinambur czyli słonecznik bulwiasty (Helianthus tuberosus)

• róża wielokwiatowa znana też jako róża bezkolcowa (Rosa multiflora)

• rdest sachaliński (Polygonum sachalinense)

• trawy wieloletnie, jak np.:

• miskant:

• miskant olbrzymi czyli trawa słoniowa (Miscanthus sinensis gigantea)

• miskant cukrowy (Miscanthus sacchariflorus)

• spartina preriowa (Spartina pectinata)

• palczatka Gerarda (Andropogon gerardi)

• proso rózgowe (Panicum virgatum).

• Biogaz

Biogaz, gaz wysypiskowy - gaz palny, produkt fermentacji anaerobowej związków pochodzenia organicznego (np. ścieki, m.in. ścieki cukrownicze, odpady komunalne, odchody zwierzęce, gnojowica, odpady przemysłu rolno-spożywczego, biomasa) a częściowo także ich gnicia powstający w biogazowni. W wyniku spalania biogazu powstaje mniej szkodliwych tlenków azotu niż w przypadku spalania paliw kopalnych.

Schemat działania biogazowni rolniczej

• Energia słoneczna
Możliwości wykorzystania energii słonecznej w dużej mierze uzależnione są od położenia geograficznego. W Niemczech energia promieniowania słonecznego na m² jest zbyt niska, aby można było w pełni wykorzystać możliwości fotowoltaiki. Mimo to, Niemcy specjalizują się w produkcji urządzeń do pozyskiwania energii słonecznej. Na terenie kraju najczęstsze zastosowanie znajdują pojedyncze urządzenia solarno-techniczne do ogrzewania budynków. Tą metoda można ogrzać większość jednopiętrowych budynków.

Największa na świecie podłączona do sieci elektrownia z ogniwami fotowoltanicznymi - widok z lotu ptaka (10 MW, 32 ha)

• Energia geotermalna

Ciepło uzyskiwane z wnętrza ziemi może zostać wykorzystane bezpośrednio do ogrzewania budynków, w sieciach ciepłowniczych lub w produkcji energii elektrycznej. Jednak w naszej szerokości geograficznej bardzo rzadko występują wody termalne znajdujące się bezpośrednio pod powierzchnią ziemi, a przypadku wód położonych głęboko, odwierty stają się opłacalne tylko przy bardzo wysokiej temperaturze wody. Z tego powodu w Niemczech wykorzystanie wód termalnych możliwe jest w niewielu miejscach, np. w regionie Oberrheingraben, Górnej Bawarii, Przedgórzu Alpejskim, Północnym Schwarzwaldzie (dolina rzeki Alb), Nadrenii Północnej-Westfalii, Meklemburgii-Pomorzu Przednim oraz punktowo w północnych Niemczech.

.

Wizja nowoczesnych elektrowni

Wiatraki nad autostradą

Jeden ze studentów architektury na Arizona State University ma pomysł na ekologiczny dodatek do autostrad. W jego projekcie elektrowni wiatrowej turbiny typu QuietRevolution o poziomej linii obrotu mają zostać zamontowane nad jezdniami z pędzącymi samochodami. Instalacja została zaprojektowana dla odcinka amerykańskiej autostrady Phoenix Highway, przebiegającego przez pustynię Sonoran Desert. Wiatraki zawisną parami na stalowych ramach, ustawionych nad jezdniami, analogicznych do tych, na których obecnie znajdują się tablice informacyjne. Projektant ocenia, że każda turbina elektrowni będzie w stanie wytworzyć co najmniej 9 600 kWh energii w skali roku, przy założeniu, że samochody poruszają się na Phoenix Highway z prędkością ok. 70 km/h, a prędkość wiatru oscyluje wokół 10 m/h. Wyprodukowanego prądu wystarczy do zasilania urządzeń grzewczych i oświetlenia w budynkach zlokalizowanych przy autostradzie. Koszty inwestycyjne mają się zwrócić w przeciągu najwyżej 15 lat.Pozostaje jeszcze kilka detali do dopracowania, takich jak np. zabezpieczenia przed wpadaniem nisko latających ptaków między łopatki wiatraków.

Projekt elektrowni wiatrowej nad autostradą

Elektrownia orbitalna

Elektrownia orbitalna - proponowany sztuczny satelita umieszczony na wysokiej orbicie, działający jak elektrownia słoneczna i przesyłający energię na Ziemię za pomocą mikrofal do specjalnej anteny odbiorczej. Zaletą w stosunku do tradycyjnych elektrowni słonecznych byłoby nieprzerwane wystawienie jego ogniw na światło Słońca, nie zmieniające się w zależności od pogody, pory dnia ani pory roku. Koszt takiej konstrukcji jest jednak bardzo wysoki a może być ona rozważana jedynie wtedy, gdy przynajmniej jeden z poniższych warunków zostanie spełniony:

• loty orbitalne znacznie stanieją,

• przemysł orbitalny umożliwi konstrukcję takich elektrowni z materiałów spoza Ziemi,

• ceny energii znacznie wzrosną,

• zostaną podjęte decyzje o ograniczeniu zużycia paliw kopalnych i przestawieniu przemysłu na alternatywne źródła energii.

Artystyczna wizja elektrowni orbitalnej

Latające silniki wiatrowe

Najnowsza propozycja na silniki wiatrowe to umieszczenie ich na wysokości 15000 - 30000 stóp ( 4,5 - 9km) w powietrzu. Już 1% energii uzyskiwany w taki sposób byłby w stanie zaspokoić potrzeby całej planety. Jak do tej pory tylko dwie firmy Sky WindPower i Megenn Power próbują swoich sił w wyścigu o stworzenie takiej technologii.

Latająca elektrownia wiatrowa

Bibliografia

• http://futureblog.pl/index.php/2007/07/latajace-silniki-wiatrowe/

• http://pl.wikipedia.org/wiki/Elektrownia_j%C4%85drowa

• http://pl.wikipedia.org/wiki/Elektrownia_wodna

• http://pl.wikipedia.org/wiki/Energetyka_s%C5%82oneczna

• http://pl.wikipedia.org/wiki/Elektrownia_wiatrowa

• http://213.77.105.135/winfoniemcy/5_baza/9_raporty_i_analizy/energia.asp?navid=342

• http://www.modernhome.h2.pl/viewtopic.php?f=3&t=20#p27

- 1 -

---