1.Podstawy teoretyczne kolektorów słonecznych, wzór na gradient temperatury. Słoneczne systemy grzewcze- podział. Rodzaje kolektorów słonecznych, budowa (rysunek) i zasada działania kolektorów słonecznych: płaskie i skupiające kolektory słoneczne do podgrzewania wody i powietrza- schematy układów; wymagania techniczne i materiałowe stawiane przed kolektorami słonecznymi. Sprawność cieplna kolektorów słonecznych. Magazynowanie energii słonecznej. Elektrownie heliotermiczne.

Kolektory słoneczne pozwalają na pozyskiwanie i przetworzenie energii słonecznej w energię cieplną niezbędną do ogrzania ciepłej wody użytkowej i ogrzania mieszkania. Promienie słoneczne padające na płytę kolektora zostają częściowo zaabsorbowane dzięki umieszczeniu we wnętrzu kolektora odpowiedniego absorbera. Wykonany jest on najczęściej z blachy miedziowej lub aluminiowej, do której przymocowane są rurki w których to przepływa czynnik niezamarzający taki jak solanka lub glikol. Całość jest pokryta warstwą wysokoselektywną, czyli taką, która posiada bardzo wysoki współczynnik absorpcji dla promieniowania słonecznego oraz niski współczynnik jego emisji. W celu uniknięcia dodatkowych strat ciepła, powierzchnię pokrywa się specjalnym izolatorem o niskim współczynniku przewodności jak np. wełna mineralna i polistyren porowaty.

Pionowy gradient temperatury - zjawisko zmiany temperatury wraz z wysokością w atmosferze a także wielkość określająca zmianę temperatury w atmosferze ziemskiej, przypadającą na jednostkę wysokości. Zazwyczaj jest wyrażany w stopniach Celsjusza na 100 metrów wysokości (°C/100 m).

Gradient temperatury między dwoma punktami (1) i (2) określony jest równaniem:

gdzie:

γ - gradient temperatury,

T - temperatura,

z - wysokość.

Gradient temperatury w atmosferze zależny jest od zjawisk zachodzących w atmosferze, od pory roku, wilgotności powietrza i pory dnia

Można wyróżnić gradient:

- suchoadiabatyczny gradient temperatury - równy około 1 °C/100 m, ma miejsce gdy powietrze ma wilgotność na tyle małą, że nie zachodzi w nim skraplanie ani parowanie kropelek wody

- wilgotnoadiabatyczny gradient temperatury - równy około 0,6 °C/100 m, ma miejsce gdy powietrze jest nasycone parą wodną a podczas wznoszenia zachodzi skraplanie pary wodnej; jest on mniejszy od gradiantu suchoadiabatycznego, ponieważ rozprężające się wraz ze wzrostem wysokości powietrze pobiera ciepło skraplania od pary wodnej przemieniającej się w kropelki wody

Gradient umożliwia określenie stanu równowagi w atmosferze. W zależności od wielkości gradientu powietrze znajduje się w stanie równowagi:

- stałej (ok. 0,5 °C/100 m)

- chwiejnej (ok. 1,2 °C/100 m)

- obojętnej (ok. 1 °C/100 m)

Kolektory dzielimy na:

• niskotemperaturowe - praca przy temp. Do l OOC

• średniotemperaturowe -praca przy temp. 100-
  200C

• wysokotemperaturowe- praca przy temp. 200-
  3000C.

Podział kolektorów

Ze względu na konstrukcję rozróżnia się dwa podstawowe typy kolektorów:

- skupiające

- płaskie

Z kolei podział ze względu na zastosowany czynnik roboczy obejmuje kolektory:

- cieczowe

- powietrzne

Pośród kolektorów cieczowych największe znaczenie mają:

- kolektory płaskie (płaskopłytowe)

- próżniowe

- magazynujące

- elastyczne (wykonane z tworzyw sztucznych)

Do posiadających największe znaczenie pośród kolektorów powietrznych zaliczyć należy:

- kolektory z absorberami płaskimi (w tym z absorberami żebrowanymi)

- z absorberami o powierzchni rozwiniętej

- z absorberami o powierzchni porowatej

- nadciśnieniowe (foliowe)

Kolektory płaskie zbudowane są z absorbera, którym jest płyta stalowa, miedziana lub aluminiowa wyposażona w system przepływu czynnika grzewczego. Jako czynnik grzewczy zazwyczaj stosuje się wodę lub roztwory wody z cieczami o niskiej temperaturze zamarzania. Stosuje się też kolektory wykorzystujące jako medium powietrze - głównie w instalacjach do ogrzewania pomieszczeń. Płyta absorbera działa jak wymiennik ciepła. Jego powierzchnia pokryta jest czernią selektywną, która jest czarna w zakresie promieniowania krótkofalowego dochodzącego od słońca, a biała dla w zakresie promieniowania podczerwonego jakie emituje absorber. Dzięki temu znacznie obniża się straty ciepła na promieniowanie cieplne absorbera. Płyta absorbera jest zaizolowana od strony tylnej i bocznej. Od strony napromienianej absorber osłonięty jest osłoną przezroczystą, jedną lub dwoma. Wykonane są one ze szkła o wysokiej przepuszczalności promieni słonecznych lub ze specjalnych tworzyw sztucznych. Absorber oddaje ciepło czynnikowi grzewczemu, który przekazuje je do zbiornika z wodą użytkową.

Kolektory skupiające składają się z wielu parabolicznych zwierciadeł, wyposażonych w system śledzenia słońca, tak aby odbite promienie słoneczne skierowane były na wymiennik ciepła. W tego typu instalacjach słonecznych ze względu na wysokie temperatury czynnika grzewczego można wytworzyć parę do produkcji prądu elektrycznego. Wadą tej instalacji jest to, że system sterowania zwierciadłami obniża sprawność takiej elektrowni, a okresowe zaniki promieniowania słonecznego zmuszają do zastosowania równoległej instalacji grzewczej opartej na tradycyjnych nośnikach energii.

Materiały, z których wykonuje się absorbery (płyty pochłaniające) powinny mieć następujące własności:

- dobre przewodnictwo cieplne

- małą gęstość

- łatwą obróbkę mechaniczną

- odporność na korozję atmosferyczną i korozję od strony czynnika roboczego

- odporność na wysokie temperatury

Podstawową właściwością materiałów służących do pokrycia kolektorów jest duża przepuszczalność promieniowania słonecznego, przy zachowaniu stabilności barwy (odporność na promieniowanie nadfioletowe- promieniowanie UV) i trwałość.

Najtrwalszymi a jednocześnie najpopularniejszymi materiałami pokryciowymi są szkoło hartowane i budowlane(trwałośc do 50lat) ora teflon (trwałość do 20lat). Inne materiały pokryciowe z tworzyw sztucznych muszą być wymieniane po okresie zazwyczaj krótszym niż 5lat.

Materiał izolacyjny powinien mieć możliwie mały współczynnik przewodzenia ciepła i mała gęstość. Ponadto materiał ten powinien charakteryzować się odpornością na temperaturę, niezmiennością objętości, odpornością na działanie czynników atmosferycznych oraz dużą wytrzymałością mechaniczną.

W kolektorach słonecznych z tzw. rurami próżniowymi stosuje się niekiedy reflektory (lustra), powodujące zwiększenie gęstości strumienia energii promieniowania słonecznego padającego na powierzchnię absorbera. Dzięki temu można stosować mniejsze powierzchnie absorberów lub osiągac wyższe temperatury czynników. Pozwala to na zwiększenie wydajności cieplnej kolektora słonecznego.

Zarówno w kolektorach słonecznych wodnych, jak i powietrznych stosuje się najczęściej materiały tradycyjne, dostępne w handlu, a także materiały specjalne, które zostały opracowane zwłaszcza dla potrzeb kolektorów słonecznych. Takimi materiałami są pokrycia (powłoki) absorberów. Cienkie, mikronowej grubości folie wykonane z aluminium lub niklu służą do pokrywania absorbera w drodze adhezji. Folie te mają właściwości selektywnej absorpcji i emisji promieniowania i zastępują powłoki wykonywane metodą galwalniczą. Materiałem tańszym, ale i o niższych właściwościach selektywnej absorpcji i emisji promieniowania, jest też lakier słoneczny o odpowiednio dobranym składzie komponentów. Folie i lakiery słoneczne muszą mieć odpowiednią wytrzymałość termiczną i powinny być odporne na działanie wilgoci.

Sprawność kolektora to stosunek energii odebranej przez czynnik roboczy do ilości promieniowania docierającego do kolektora. Sprawność kolektora płaskiego znacznie spada wraz ze wzrostem różnicy temperatur pomiędzy czynnikiem roboczym a otoczeniem.

Energię słoneczną można wykorzystać do produkcji energii elektrycznej i do produkcji ciepłej wody. Są dwie metody wykorzystania energii słonecznej :

- metoda heliotermiczna;

- metoda helioelektryczna.

Metoda heliotermiczna polega na przemianie promieniowania słonecznego w ciepło, doprowadzane następnie do turbiny napędzającej generator, produkujący energię elektryczną. Elementami w niej stosowanymi są: - heliostaty- zwierciadła ogrzewane energią słońca i kierujące odbite jego promienie na umieszczony centralnie na wysokiej wieży absorber, składający się z rurek ogniskujących na sobie odbite od heliostatów promieniowanie słoneczne. Wewnątrz rurek absorbera krąży czynnik roboczy (sód, lit. azotan potasu), którego pary napędzają turbinę. Największą elektrownią słoneczną działającą na tej zasadzie jest elektrownia Barstow o mocy 10 MW pracująca w Kalifornii (USA). W projekcie takiej elektrowni o mocy 100 MW wieża absorbera ma wysokość 225 m, heliostaty zaś są umieszczone w polu o pro- mieniu 450 m, temperatura czynnika roboczego dochodzi do 530°C. Inny projekt amerykański elektrowni słonecznej o mocy 250 MW przewiduje zbudowanie jej na pustyni, gdzie moc promieniowania słonecznego dochodzi do 900 W/m2. Uzyskane parametry czynnika roboczego wyniosą 15 MPa, 500°C. Schemat ideowy takiej elektrowni przedstawiono na rysunku poniżej

Magazynowanie energii słonecznej z fotoogniw odbywa się najczęściej w akumulatorach, co wymaga odpowiedniej z nimi współpracy automatycznej w zależności od zmiennego natężenia promieniowania słonecznego. Automatyzacji wymaga także dostosowanie do lokalnej sieci elektrycznej prądu zmiennego z przetwornic zasilanych prądem stałym z ogniw słonecznych.
Z innych sposobów magazynowania energii elektrycznej należy wymienić:
• podgrzewanie wody w zbiornikach zamkniętych i otwartych,
• elektrolizę wody dla uzyskania wodoru i tlenu jako dalszego źródła energii,
• przepompowywanie wody z niższego na wyższy poziom, a następnie wykorzystanie energii potencjalnej wody do napędu turbogeneratora.

2.Przetwarzanie energii słonecznej w ogniwach fotoelektrycznych. Budowa fotoogniwa krzemowego, sprawność fotoogniw. Baterie słoneczne: budowa i zastosowanie. Elektrownie satelitarne.

Fotowoltaika jest technologią, dzięki której promieniowanie słoneczne jest bezpośrednio przetwarzane na energię elektryczną. Polega ona na powstawaniu siły elektromotorycznej w wyniku napromieniowania półprzewodnika przez promienie słoneczne. W celu wykorzystania tego zjawiska buduje się kolektory w postaci baterii słonecznych stanowiących zestaw ogniw fotowoltaicznych połączonych szeregowo, aby uzyskać odpowiednie napięcie i równolegle, aby uzyskać niezbędną moc.

Ogniwo fotowoltaiczne składa się z płytki z półprzewodnika posiadającej złącze P (positive) - N (negative). W strukturze takiej występuje pole elektryczne (bariera potencjału). W chwili, gdy na ogniwo pada światło słoneczne, powstaje para nośników o przeciwnych ładunkach elektrycznych, elektron - dziura, które zostają następnie rozdzielone przez pole elektryczne. Rozdzielone ładunki powodują, iż w ogniwie powstaje napięcie. Po dołączeniu obciążenia (urządzenia pobierającego energię) następuje przepływ prądu elektrycznego.

Obecnie fotoogniwa najczęściej produkuje się z krzemu, który jest drugim (po tlenie) najpopularniejszym pierwiastkiem na kuli ziemskiej (występuje m.in. w piasku). Istnieje kilka technologii produkcji fotoogniw z krzemu:

1.technologia krzemu monokrystalicznego,

2.technologia krzemu polikrystalicznego,

3.technologia krzemu amorficznego (a-Si).

Spośród wielu zalet instalacji fotowoltaicznych wymienić należy jako te najistotniejsze następujące cechy:

- żadne paliwo nie jest potrzebne, a zatem wszelkie problemy związane transportem i magazynowaniem paliwa są wyeliminowane

- ich sprawność nie zmniejsza się wraz z upływem czasu

- żywotność wynosi 20-30 lat

- na skutek braku części ruchomych nie ulegają zużyciu, nie wymagają części zamiennych ani konserwacji

- energia elektryczna wytwarzana jest nawet w dni pochmurne poprzez wykorzystanie promieniowania rozproszonego

- instalacja nie wymaga żadnej obsługi ani konserwacji

- w czasie produkcji energii elektrycznej nie powstają żadne szkodliwe odpady zanieczyszczające środowisko

- brak kosztów eksploatacji.

Sprawnością ogniwa nazywamy stosunek uzyskiwanej z ogniwa energii elektrycznej do energii promieniowania słonecznego padającego na ogniwo. Około1960 roku ogniwa miały 19 mm średnicy, a ich sprawność wynosiła 6 do 7%. W pięć lat później sprawność wzrosła do 9%, średnica do 30 mm, średnia moc do 2,5W. Trzecia generacja ogniw pojawiła się w latach 70-tych. Średnica wynosiła 57 mm, sprawność zaś 12,5%. Dziś sprawność ogniw słonecznych osiąga ponad 25%.

Baterie słoneczne (ogniwa fotowoltaiczne) są to urządzenia elektroniczne, które wykorzystują zjawisko fotowoltaiczne do zamiany światła na prąd elektryczny. Każde małe ogniwo wytwarza mały prąd, ale duża ilość ogniw, wzajemnie połączonych jest w stanie wytworzyć prąd o użytecznej mocy. Ogniwa są zbudowane z krystalicznego krzemu domieszkowanego warstwami lub z cienkich warstw półprzewodników, zwykle uwodnionego krzemu amorficznego odpowiednio domieszkowanego (czasami arsenku galu). Sprawność ogniw w laboratoriach wynosi około 15%, natomiast stosowanych komercyjnie 4 - 8%. Wykorzystuje się je w elektrowniach słonecznych, do ogrzewania domów, w małych zegarkach i kalkulatorach, a przede wszystkim w przestrzeni kosmicznej, gdzie promieniowanie słoneczne jest dużo silniejsze.

Fotoogniwa są stosowane przede wszystkim jako trwałe, o dużej niezawodności, źródła energii elektrycznej w elektrowniach słonecznych, kalkulatorach, zegarkach, sztucznych satelitach, samochodach z napędem hybrydowym, a także w automatyce, jako czujniki fotoelektryczne i fotodetektory w fotometrii.

• Baterii słonecznych używa się także w małych kalkulatorach i zegarkach.

• Przydatne jest zastosowanie ich w przestrzeni kosmicznej, gdzie promieniowanie słoneczne jest dużo silniejsze.

• W 1981 r. słoneczny samolot Solar Challenger przeleciał nad kanałem La Manche, wykorzystując jako źródło zasilania tylko energię słoneczną. Skrzydła tego samolotu pokryte były bateriami słonecznymi, które zasilały silnik elektryczny.

• Na Florydzie, w Stanach Zjednoczonych, publiczne automaty telefoniczne są zasilane przez baterie słoneczne montowane na chroniącym je dachu.

ELEKTROWNIE SATELITARNE
Innym rozwiązaniem umożliwiającym szersze spożytkowanie energii słonecznej jest rozwijanie elektrowni satelitarnych. Elektrownie słoneczne umieszczone na satelitach geostacjonarnych wykorzystują fakt, że promieniowanie słoneczne na orbicie takiego satelity pozwala na uzyskanie co najmniej 10 razy więcej energii niż na Ziemi. Energia ta w postaci fal ultrakrótkich byłaby przesyłana na Ziemię, gdzie z dużą wydajnością byłaby zamieniana na energię elektryczną.. Stan nieważkości na orbicie okołoziemskiej stwarza możliwość montowania w kosmosie konstrukcji gigantycznych rozmiarów, przy użyciu mniejszych niż na Ziemi ilości materiałów..
Kontrowersje budzi także fakt, że do wyniesienia na orbitę materiałów potrzebnych do budowy elektrowni słonecznej niezbędna jest duża ilość startów promów kosmicznych powodujących skażenie atmosfery. Uruchomienie pierwszej takiej instalacji planuje się na ok. 2030 r Pojawiają się również pomysły wyniesienia elektrowni słonecznych w postaci platform, na których znajdowałyby się ogniwa słoneczne, na orbitę wokółziemską. Wówczas transport energii na Ziemię odbywałby się przy wykorzystaniu transmisji mikrofalowej. Idea ta ma same korzyści: promieniowanie słoneczne docierałoby do paneli przez całą dobę; pozbylibyśmy się problemu magazynowania energii; można by ją było dostarczać do dowolnego miejsca na Ziemi, bez konieczności budowania rozległej sieci energetycznej; funkcjonowanie elektrowni nie powodowałoby zanieczyszczeń środowiska.

3.Wykorzystanie biomasy jako źródła energii, sposoby otrzymywania i pozyskiwania. Plantacje energetyczne: sposoby unieszkodliwiania i wykorzystania odpadów komunalnych. Biogaz: warunki otrzymywania (fermentacja metanowa), wydajność procesu, materiały wsadowe. Skład biogazu. Urządzenia i instalacje do produkcji biogazu, wykorzystanie biogazu w rolnictwie.

Biomasa- substancje pochodzenia roślinnego lub zwierzęcego, które ulegają biodegradacji, pochodzące z produktów, odpadów

i pozostałości z produkcji rolnej oraz leśnej, a także z przemysłu przetwarzającego ich produkty oraz inne części odpadów, które ulegają biodegradacji.

W Polsce energetyka odnawialna wchodzi obecnie w okres dynamicznego rozwoju. Rozwój technologii pozyskiwania energii z odnawialnych źródeł jest podyktowany polityką UE. W Polsce biomasa zajmuje dominującą pozycję wśród odnawialnych źródeł energii.

- inwestycje w OZE uważa się za inwestycje o najniższym stopniu ryzyka w długim okresie.

- zwiększenie bezpieczeństwa energetycznego regionu, a zwłaszcza poprawy zaopatrzenia w energię na terenach o słabo rozwiniętej infrastrukturze energetycznej.

- tereny rolnicze , które ze względu na silne zanieczyszczenie gleb nie nadają sie do uprawy roślin jadalnych, mogą być wykorzystane do uprawy roślin energetycznych- przeznaczonych do produkcji biopaliw.

- ochrona środowiska.

W warunkach krajowych znaczenie mają następujące źródła biomasy:

• drewno pochodzące z lasów, przesiek, sadów, specjalnych upraw oraz odpadowe z przemysłu drzewnego,

• plantacje roślin uprawnych z przeznaczeniem na cele energetyczne,

• nasiona roślin oleistych przetwarzane na estryfikowane oleje stanowiące materiał pędny,

• ziemniaki, zboża etc. przetwarzane na alkohol etylowy dodawany do benzyn,

• organiczne pozostałości i odpady,

• słoma i inne pozostałości roślinne stanowiące materiał odpadowy przy produkcji rolniczej,

• odpady powstające w przemyśle rolno- spożywczym,

• gnojowica lub obornik wykorzystywane do fermentacji metanowej,

• organiczne odpady komunalne,

organiczne odpady przemysłowe, np. w przemyśle papierniczo - celulozowym

Struktura pozyskania biomasy w Polsce

48% rolnictwo

25% leśnictwo

14% sadownictwo

13% przemysł drzewny

- Wierzba krzewiasta zajmuje obecnie największy areał wśród upraw energetycznych - 3000 ha, z czego uprawy użytkowane bezpośrednio na cele energetyczne nie przekraczają 1000 ha.

- Poza wierzbą, powstały plantacje: ślazowca pensylwańskiego, topinamburu, miskantu olbrzymiego i róży bezkolcowej, jednak ich łączny areał jest znacznie mniejszy niż wierzby.

Rośliny energetyczne przeznaczone do spalania to takie, które potrafią wytworzyć na 1ha ponad przeciętną ilość biomasy w odniesieniu do roślin konsumpcyjnych, z której można uzyskać znaczną energię użytkową.

Rośliny energetyczne uprawiane w celach opałowych powinny się charakteryzować:

-wieloletnim charakterem wzrostu i rozwoju

-dużym przyrostem rocznym

-dobrymi parametrami jakościowymi biomasy związanymi z jej spalaniem (wysoką wartością opałową)

-znaczną odpornością na choroby i szkodniki

-niewielkimi wymaganiami glebowymi

-małymi wymaganiami wodnymi i tolerancją na suszę

-szybkim wysychaniem roślin w czasie zimy (w czasie zbioru biomasa charakteryzuje się niską zawartością wody)

Rośliny energetyczne- wierzba krzewiasta,śŚlazowiec pensylwański, topinambur, róża wielokwiatowa, miskant olbrzymi, miskant cukrowy

Przyrodnicze skutki uprawy roślin energetycznych

1. Przeciwdziałanie zmianom klimatu

2. Wpływ uprawy roślin energetycznych na gleby

3. Wpływ uprawy roślin energetycznych na wykorzystanie zasobów wody

4. Wpływ uprawy roślin energetycznych na bioróżnorodność

5. Wpływ uprawy roślin energetycznych na krajobraz.

Wpływ uprawy roślin energetycznych na gleby

W uprawach roślin energetycznych pewna ilość zasymilowanego przez rośliny węgla trafia do gleby wraz z opadającymi liśćmi oraz obumierającymi korzeniami. Ponad 80% tej ilości przekształcane jest w CO2 w procesie oddychania gleby, zaś pozostała część ulega stopniowemu przekształcaniu w próchnicę. Proces określany jest mianem sekwestracji węgla. Zależy on od warunków klimatycznych, składu granulometrycznego gleby oraz początkowej zawartości próchnicy w glebie.

Wielkość sekwestracji węgla w glebie w uprawach roślin energetycznych ma istotne znaczenie dla ogólnego bilansu węgla, a co za tym idzie bilansu emisji gazów cieplarnianych. Przyjmuje się w analizach LCA, że emisja gazów cieplarnianych w uprawach wierzby i miskanta jest znacznie mniejsza niż w uprawach rzepaku, użytków zielonych i pszenicy. Wynika stąd, że uprawy te będą charakteryzowały się dodatnim bilansem węgla i ograniczaniem efektu cieplarnianego.

Wzrost zawartości węgla w glebie na tych plantacjach przyczynia się pośrednio do poprawy tekstury, pojemności wodnej oraz żyzności gleby.

Trwałe plantacje roślin energetycznych charakteryzują się znacznie większą efektywnością wykorzystywania azotu w porównaniu z uprawami tradycyjnymi. Wymycie azotu z racjonalnie nawożonych trwałych plantacji roślin energetycznych będzie mniejsze niż z tradycyjnych upraw rolniczych.

Wpływ uprawy roślin energetycznych na wykorzystanie zasobów wody

Wieloletnie uprawy roślin energetycznych produkują z reguły większe ilości biomasy od tradycyjnych roślin uprawnych, dlatego maja większe od nich wymagania wodne. W warunkach Polski konieczne będzie lokalizowanie tych upraw na gruntach o zwierciadle wody gruntowej powyżej 2m. W takich warunkach rośliny uzupełniać będą niewystarczające ilości opadów pobierając do 200mm wody z wód gruntowych. Może to obniżać poziom zalegania płytkich wód gruntowych nawet o 1m.

Przy wielkoobszarowych nasadzeniach tych roślin ( wierzba, miskant, ślazowiec) należy się liczyć ze zmniejszonym zasilaniem wód gruntowych przez opady. Jest to przesłanka, która przekazuje potrzebę dogłębnego analizowania skutków hydrologicznych takich nasadzeń w obrębie poszczególnych zlewni, ale również kraju. W Polsce na przeważającym obszarze mamy do czynienia z ujemnym klimatycznym bilansem wody.

Generalnie wieloletnie rośliny lignino-celulozowe, takie jak wierzba czy miskant, charakteryzują się mniejszą ewatotranspiracją w przeliczeniu GJ wyprodukowanego surowca lub wyprodukowanej energii brutto w porównaniu z uprawami tradycyjnymi. Jest to jednoznaczne z większą efektywnością wykorzystywania przez nie wody.

Wpływ uprawy roślin energetycznych na bioróżnorodność

Stosunkowo dobrze rozpoznany został wpływ uprawy wierzby na bioróżnorodność. Uprawa ta przyczyniła się do wzrostu bogactwa występującej flory w porównaniu z gruntami ornymi. Plantacje wierzby zwiększą zróżnicowanie gatunkowe flory w stosunku do gruntów rolnych. Uprawa wierzby ma generalnie pozytywny wpływ na bioróżnorodność ptaków.

Wierzba stwarza jednak dla ptaków gorsze siedliska w porównaniu z leśnymi siedliskami naturalnymi lub półnaturalnymi, wilgotnymi miedzami i ekstensywnymi użytkami zielonymi.

Mniejsze zużycie chemicznych środków ochrony roślin w uprawach wierzby i duża liczba związanych z tą uprawą gatunków roślin przyczynia się do wzrostu bioróżnorodności bezkręgowców w porównaniu z gatunkami ornymi. Spostrzeżenie to odnosi się również do większej obecności i bogactwa gatunkowego motyli na plantacjach wierzby. Plantacje wierzby są także atrakcyjniejszym siedliskiem dla małych ssaków, płazów i gadów w porównaniu z typowymi uprawami na gruntach ornych.

Literatura odnosząca się do wpływu innych roślin na bioróżnorodność jest bardzo uboga.

Wpływ uprawy roślin energetycznych na krajobraz

Wielkoobszarowe monokultury wieloletnich roślin energetycznych będą miały wyraźnie negatywny wpływ na walory estetyczne krajobrazu rolniczego. Zmniejszać będą jego mozaikowate bogactwo.

Ponieważ gleby o wysokim zwierciadle wód gruntowych położone są z reguły w dolinach rzecznych lokalizowanie tam wieloletnich plantacji roślin energetycznych, co jest wymuszone ich potrzebami wodnymi, pogorszy walory krajobrazowe tych dolin.

Biogaz jest mieszaniną metalu i dwutlenku węgla produkowaną przez mikroorganizmy w warunkach beztlenowych. Skład biogazu zależy od procesu technologicznego i zastosowanych substratów.

Skład biogazu może wahać się w zależności od rodzaju materii organicznej czyli tzw. Substratów:

• metan CH4 40-80%

• dwutlenek węgla CO2 20-55%

• siarkowodór H2S 0,1%-5,5%

• wodór H2, tlenek węgla CO, azot N2, tlen O2 w śladowych ilościach.

Bakterie powodujące fermentację są wrażliwe na odczyn, który musi byś lekko zasadowy (pH ok. 7,5). Nie znoszą tlenu i światła i rozwijają się w wąskim przedziale temperatur

- Bakterie psychrofilne: 0-25®C

- Bakterie mezofile: 33-38®C, min. 25®C, max. 45®C

- Bakterie termofilne: 55-65®C, min. 40®C, max. 75®C

Surowce do produkcji biogazu

Odpady z produkcji rolniczej np:

• Gnojowica bydlęca, gnojowica świńska

• Obornik bydlęcy, obornik ptasi

• Odpady zbożowe i inne odpady roślinne

Rośliny energetyczne np:

• Pszenica, pszenżyto, kukurydza (kiszonka), jęczmień, rzepak

• Lucerna, trawa sudańska

• Ziemniak, burak pastewny

Odpady z przemysłu spożywczego

• Odpady warzyw

• Odpady z produkcji żelatyny, skrobi

• Odpadki chleba i ciast (np. piekarnie, cukiernie)

• Odpady tłuszczy i serów

• Wytłoki owoców i winogron

• Wywar gorzelniany, wysłodziny browarniane

• Odpady poubojowe

Inne odpady organiczne

• Odpady żywności (np. stołówki, restauracje)

• Odpady paszy

• Gliceryna

Proces produkcji biogazu przebiega w 4 etapach:

W zależności od składu fermentowanej biomasy ilość biogazu jest różna. Najwięcej biogazu można otrzymać w trakcie fermentacji tłuszczy roślinnych i zwierzęcych

Substrat	Produkcja biogazu dm^3kg^-1	Zawartość metanu [%]	Zawartość ditlenku Węgla [%]
Węglowodany	790	50	50
Tłuszcze	1250	68	32
białka	700	71	29

Każda z instalacji do produkcji biogazu ma odmienną indywidualną konstrukcję dostosowaną do różnego składu materiału wsadowego

Zazwyczaj ciąg technologiczny składa się z następujących elementów:

- Zbiornika surowca,

- Komory fermentacyjnej,

- Zbiornika gazu,

- Silnika gazowego (urządzenia do produkcji energii elektrycznej i cieplnej),

- Rur,

- Mieszadeł itp.

Projektowanie biogazowi rolniczych

- Przy dużych ilościach substratu wejściowego np. 30000m³ rocznie, stosuje się duże, pionowe, stalowe komory fermentacyjne

- Standardowa objętość waha się między 1500 a 5000m³ . Wysokość komory wynosi od 15 do 20m, a jej średnica od 10 do 18m

- Mieszanie następuje za pomocą mieszadła u mieszczonego osiowo na dachu i działającego w sposób ciągły. Substrat wejściowy przed podaniem do komory fermentacyjnej, jest wstępnie podgrzewany. Na ogół, okres przechowywania wynosi 20 dni.

Zalety i wady produkcji biogazu

Zalety:

• Energia odnawialna i czysta, która nie zanieczyszcza środowiska

• Mniejszy wpływ na efekt cieplarniany CO₂ uzyskanego ze spalenia biogazu

• Zdecentralizowana produkcja tej energii nie wymaga budowy linii transmisyjnych i nie występują straty spowodowane jej przesyłaniem

• Możliwość oszczędniejszego gospodarowania wodą

• Koszty produkcji są porównywalne z kosztami energii elektrycznej z sieci elektroenergetycznej

• Umożliwienie krajom rozwijającym się podniesienia poziomu cywilizacyjnego przez dostarczanie mieszkańcom elektryczności

• Poprawa stanu higieniczno-sanitarnego dzięki zaprzestaniu wylewania fekali bezpośrednio na pola (Chiny, Indie), gdzie były przyczyną epidemii

Wady:

• Konieczność przestrzegania reżimów procesu fermentacji (temperatury, pH, hermetyczności)

• Duże nakłady inwestycyjne na budowę zbiorników fermentatorów, zakup silnika, prądnicy i aparatury kontrolno pomiarowej

Otrzymany w procesie fermentacji biogaz może zostać zagospodarowany na różne sposoby:

- do produkcji energii elektrycznej- 1 m3 biogazu pozwala wyprodukować 2,1 kWh energii elektrycznej (przy założonej sprawności układu 33%)

- do produkcji energii cieplnej- 1 m3 biogazu pozwala wyprodukować 5,4 kWh ciepła (przy założonej sprawności układu 85 %)

- w systemach skojarzonych do wytwarzania energii elektrycznej i cieplnej- 1 m3 biogazu pozwala wyprodukować 2,1 kWh energii elektrycznej i 2,9 kWh ciepła w skojarzonym wytwarzaniu energii elektrycznej i ciepła

- do napędów pojazdów

- do produkcji metanolu

- przesłany do sieci gazowej

Wykorzystanie odpadów komunalnych

- Wytwarzanie kompostu

- Spalanie z wykorzystaniem ciepła

- Wykorzystywanie do celów energetycznych gazu wysypiskowego

- Wyselekcjonowanie w systemie zbiórki i segregacji składników o charakterze surowców wtórnych takich jak: makulatura, szkło, metale, tworzywa sztuczne

-Gospodarcze wykorzystanie odpadów komunalnych

W celach przemysłowych: surowce wtórne, do produkcji półfabrykatów, materiał energetyczny

W celach nieprzemysłowych: jako kompost, do rekultywacji terenu

ODZYSK - wszelkie działania niestwarzające zagrożenia dla życia, zdrowia ludzi lub środowiska, polegające na wykorzystaniu odpadów całości lub części lub prowadzące do odzyskania z odpadów substancji, materiałów lub energii.

Kierunki wykorzystania odpadów:

- Odzysk energii - termiczne przekształcenie odpadów w celu odzyskania energii

- Recykling - powtórne przetwarzanie substancji i materiałów zawartych w odpadach w procesie produkcyjnym w celu uzyskania substancji lub materiału o przeznaczeniu pierwotnym lub o innym przeznaczeniu.

KOMPOSTOWANIE odpadów to metoda oparta na naturalnych procesach biochemicznych, zintensyfikowanych w sztucznie wytworzonych warunkach dzięki zapewnieniu optymalnych warunków przebiegu procesów oraz możliwości sterowania tymi procesami. W kompostowaniu zachodzą dwa równoległe procesy: mineralizacja, humifikacja

4.Budowa Ziemi, ery ziemskie. Budowa litosfery- metody pomiarowe. Ruchy płyt kontynentalnych, subdukcja i ryft. Magnetosfera Ziemi, bieguny magnetyczne i geograficzne, anomalie magnetyczne. Pasy van Allena, wiatr słoneczny, zorza polarna, protonosfera.

Strefy budowy Ziemi
- litosfera
-płaszcz zewnętrzny , gdzie w górnej jego części występuje ostenosfera ,

- warstwa perydotytowi

- astenosfera

- mezosfera

- płaszcz wewnętrzny ,
- jądro zewnętrzne ( elektr. lub gazowe )
- jądro wewnętrzne prawdopodobnie o sztywności ciała stałego

Ery ziemski

*eon: fanerozoik - od 540 milionów lat temu

- era kenozoiczna - od 65 milionów lat temu

- okres: neogen - od 26 milionów lat temu

- epoka: holocen - od 10 tys. lat temu

- epoka: plejstocen - od 1,8 mln do 11 tys. lat temu

- epoka: pliocen - od 7 do 1,8 mln lat temu

- epoka: miocen - od 26 do 7 mln lat temu

- okres: paleogen - od 65 do 26 milionów lat temu

- epoka: oligocen - od 37,5 do 26 mln lat temu

- epoka: eocen - od 52,5 do 37,5 mln lat temu

- epoka: paleocen - od 65 do 52,5 mln lat temu

- era mezozoiczna - od 250 do 65 milionów lat temu

- okres: kreda od 135 do 65 milionów lat temu

- okres: jura - od 205 do 135 milionów lat temu

- okres: trias - od 250 do 205 milionów lat temu

- era paleozoiczna - od 544 lub wcześniej (data sporna, szczegóły w artykule) do 250 milionów lat temu

- okres: perm - od 290 do 250 milionów lat temu

- okres: karbon - od 355 do 290 milionów lat temu

- okres: dewon - od 410 do 355 milionów lat temu

- okres: sylur - od 438 do 410 milionów lat temu

- okres: ordowik - od 510 do 438 milionów lat temu

- okres: kambr - od 544 (lub wcześniej) do 510 milionów lat temu

*eon: prekambr - od powstania planety do początków ery paleozoicznej

- okres: neoproterozoik

- okres: mezoprotrozoik

- okres: paleoproterozoik

- okres: neoarchaik

- okres: mezoarchaik

- okres: paleoarchaik

- okres: eoarchaik

Skorupę ziemską do głębokości kilkudziesięciu kilometrów w ogromnej większości tworzą glinokrzemiany i dlatego nazywamy ją sialem.Gęstość siala 2,7g na cm sześcienny . Poniżej sialu występują materiały o gęstości od 3 - 3,4 g na cm sześcienny . Strefę tę ze względu na znaczną zawartość tlenków krzemianu i magnezu nazywamy simą .Granicą sialu i simy jest powierzchnia CONRADA .Powierzchnia Mono nie leży na jednakowej głębokości :
- pod oceanami występuje na głebokości ok. 7 km. ,
- pod lądami znacznie głębiej do ok.40 km.
W skład płaszcza Ziemi wchodzą chrom ,żelazo ,magnez ,krzem i nikiel ; gęstość płaszcza Ziemi od 3,5 -5,5 g.na cm. sześcienny .Jądro Ziemi składa się z substancji o gęstości od 9,6 - 18,5 g. na cm. sześcienny .

Wnętrze Ziemi badamy za pomocą:
- odwiertów - najgłębszy znajduje się w Rosji na Półwyspie Kolskim i ma 13 km głębokości,
- badania prędkości rozchodzenia fal sejsmicznych - fale te szybciej rozchodzą się
w ośrodkach o dużej gęstości a wolniej w ośrodkach o małej gęstości. Znając gęstość skał występujących na powierzchni Ziemi i prędkość rozchodzenia się fal sejsmicznych możemy wnioskować o rodzajach skał budujących wnętrze Ziemi,
- analizy skał wydostających się z wulkanu w czasie erupcji,
- analizy meteorytów - są to ciała, które powstały w tym samym czasie, co tworzyła się Ziemia. Ich analiza pozwoli wnioskować na temat budowy jądra Ziemi.

Według teorii tektoniki płyt, warstwa litosfery jest nieciągła, zbudowana jest z kilkunastu płyt tektonicznych (kier tektonicznych) cechujących się dużą sztywnością. Pod wpływem ruchów konwekcyjnych powstających w plastycznej astenosferze, płyty litosfery mogą się przemieszczać. W miejscu styku dwóch płyt tektonicznych, istnieje swoista granica tektoniczna. Rozkład granic jest związany z budową geologiczną oraz zachodzącymi procesami takimi jak trzęsienia ziemi, ruchy górotwórcze, wulkany, rowy oceaniczne oraz grzbiety śródoceaniczne. Płyty kontynentalne i oceaniczne posiadają inne właściwości, różnią się m.in. gęstością właściwą. Ruchy płyt na powierzchni astenosfery wyjaśnia teoria izostazji. Ze względu na sposób i charakter przemieszczania się wglądem siebie, granice płyt tektonicznych dzieli się na trzy rodzaje, każdej granicy przypisane są swoiste zjawiska występujące na powierzchni Ziemi. Wydziela się granice: rozbieżne, występujące w przypadku, kiedy płyty przemieszczają się w kierunku przeciwnym do granicy. Występują m.in. na obszarach rozcinania płyt w ryftach grzbietów śródoceanicznych, w miejscach gdzie następuje wciskanie się magmy, która wznoszona jest przez astenosferę ku powierzchni. Magma krzepnie, rozsuwając płyty, powstaje część dna morskiego, które jest młodsze od otaczających płyt. Jest to proces zwiększania się dna morskiego. Innym rodzajem granic, jest granica zbieżna, powstaje wówczas, gdy płyty przemieszczają się ku sobie. Jedna z płyt podsuwa się pod drugą powstaje tzw. strefa subdukcji. Podsuwająca się płyta zostaje pochłonięta przez górny płaszcz Ziemi, powstają wówczas zjawiska, które są źródłem procesów wulkanicznych na powierzchni płyty górnej, powstaje tzw. łuk magmowy. Kolejnym typem jest granica przesuwcza, powstaje w wyniku przemieszczanie się dwóch płyt równolegle do granicy znajdującej się miedzy nimi. Litosfera w tym przypadku nie jest nadbudowywana nie ulega również pochłonięciu. Tego typu granicami są uskoki transformacyjne, które dzielą grzbiety śródoceaniczne. Granice te w wielu przypadkach sięgają aż do litosfery kontynentalnej np. uskok San Andreas (Kalifornia).

Subdukcja - w teorii tektoniki płyt, proces polegający na wciąganiu lub wpychaniu jednej płyty litosferycznej (płyty oceanicznej) pod drugą (oceaniczną lub kontynentalną). Strefy subdukcji są jednym z rodzajów granic zbieżnych (konwergentnych, kolizyjnych) płyt litosfery.

Ponieważ w strefach spreadingu znajdujących się pod grzbietami oceanicznymi cały czas powstaje nowa skorupa ziemska, to zakładając stały promień Ziemi (a więc również jej powierzchnię), musiano przyjąć istnienie jakichś stref, w których jest ona niszczona. Wyznaczono do tego celu znane wcześniej strefy Benioffa, wzdłuż których koncentrują się hipocentra trzęsień ziemi.

Wyróżnia się trzy typy stref subdukcji:

- typ andyjski - kra oceaniczna wciągana jest pod krę kontynentalną. Strefę kolizji wyznacza głębokomorski rów oceaniczny. W pewnej odległości od strefy powstaje orogen kolizyjny, w którym dochodzi do silnego sfałdowania osadów zdzieranych płyty oceanicznej, występuje intensywny wulkanizm oraz liczne trzęsienia ziemi. Strefy subdukcji tego typu występują we wschodnim obramowaniu Oceanu Spokojnego, u wybrzeży Ameryki Południowej: Rów Atakamski, Andy.

- typ japoński - kra oceaniczna jest również wciągana pod krę kontynentalną, ale subdukcja związana jest z wytworzeniem się łuków wyspowych i basenu marginalnego (załukowego), posiadający skorupę oceaniczną. Strefę kolizji podobnie jak w typie andyjskim wyznacza rów oceaniczny. Tak samo obszar ten charakteryzuje się dużą aktywnością wulkaniczną i sejsmiczną. Strefy tego typu występują w zachodnim obramowaniu Oceanu Spokojnego, wzdłuż wybrzeża Azji. Strefa kolizji jest oddalona od kontynentu - za łukiem wysp, który jest zbudowany wyłącznie ze skał wulkanicznych, lub jak w przypadku Japonii jest oderwanym fragmentem kontynentu azjatyckiego, znajduje się strefa rozciągania, zbudowana wyłącznie ze skorupy oceanicznej:

- typ mariański - w tym przypadku kra oceaniczna wciągana jest pod inną krę oceaniczną, jednocześnie następuje kolizja dwóch łuków wyspowych, względnie łuku wyspowego i podmorskiego grzbietu. Strefy tego typu występują w zachodnim obramowaniu Oceanu Spokojnego: Rów Kermadec, Rów Tonga, Rów Mariański, Rów Izu-Ogasawara.

Zdarte z płyty dolnej osady gromadzące się na czole płyty górnej tworzą tzw. pryzmę akrecyjną.

Strefa ryftowa - jest to strefa, w której dochodzi do pęknięcia skorupy ziemskiej, a następnie jej rozsunięcia. Do powstałej szczeliny (ryftu) od dołu przebija się magma, która zastyga tworząc nową skorupę ziemską. Strefy ryftowe występują głównie na obszarach oceanicznych, ale istnieją także ryftu kontynentalne (to one przyczyniły sie do rozpadu kontynentów w przeszłości). Przykładem współczesnych, aktywnych ryftów kontynentalnych jest system Wielkich Rowów Afrykańskich ciągnący się od rejonu Kanału Mozambickiego po wybrzeże M. Czerwonego. Samo M. Czerwone wypełnia także dolinę ryftową, na tyle obniżoną, że wkroczyło w nią morze. Dolina ta ciągnie się na północ aż do M. Martwego (najgłębszej depresji na Ziemi). Jeżeli proces ten będzie trwał dalej, to w przyszłości wschodnia Afryka stanie się oddzielnym lądem, a M. Czerwone będzie znacznie szersze i połączy się z M. Martwym. Hipotezy różnie tłumaczą powstawanie ryftu: * Subdukcja zachodząca na końcach płyty doprowadza do zmniejszenie grubości i rozciągnięcia litosfery, a powstające naprężenia doprowadzają do pęknięcia płyty i powstania serii uskoków, do których napływa magma * Magma wznosząca się w komórce konwekcyjnej w astenosferze doprowadza do podgrzania skorupy i wypycha ją do góry.Osłabia to skorupę i doprowadza do powstania systemów uskoków i zapadnięcia się fragmentów skorupy. Trwający ruch magmy w komórkach konwekcyjnych sprawia, że płyty litosfery odsuwają się od siebie, następuje cienienie skorupy i wzrasta głębokość rowu. Magma stopniowo napływa w szczeliny i poszerza ryft.

Magnetosfera Ziemi to obszar przestrzeni kosmicznej będący strefą oddziaływania ziemskiego pola magnetycznego. Kształt magnetosfery określa dipolowe ziemskie pole magnetyczne, które jest zniekształcane poprzez wiatr słoneczny. Wiatr możne w podobny sposób oddziaływać z magnetosferami i pasami radiacyjnymi innych planet mających własne pole magnetyczne. W kierunku Słońca magnetosfera jest odległa od centrum Ziemi o ok. 70 000 km (10-12 promieni ziemskich), a obszar ten jest poddany ciśnieniu wiatru słonecznego, wskutek czego jest niesymetryczny z magnetosferą w kierunku odsłonecznym. Warkocz magnetosferyczny rozciąga się na odległość nawet 100 promieni ziemskich.

Ruch swobodnych elektronów i jonów w magnetosferze jest określony głównie przez pola magnetyczne, którego zmiany mogą wytwarzać pola elektryczne i komplikować przepływ prądu. Ruch wzdłuż linii sił pola magnetycznego ogranicza zderzenia cząstek.

Geokorona, czyli otoczka wokół Ziemi, złożona z neutralnych gazów rozciąga się na dystansie do ok. 4-5 promieni ziemskich, a cząstki tego obszaru słabo oddziałują z plazmą wnętrza magnetosfery. Obszar magnetosfery powyżej jonosfery nosi nazwę plazmosfery.

W magnetosferze znajdują się dwa współśrodkowe pierścienie o zwiększonej gęstości cząstek naładowanych elektrycznie, tzw. pasy Van Allena.

Biegun magnetyczny - pojęcie używane w dwojakim znaczeniu:

- w geografii, dla określenia miejsca na powierzchni Ziemi, w którym linie pola magnetycznego Ziemi tworzą kąt 90° z powierzchnią;

- w początkowym etapie nauczania fizyki, w celu wyjaśnienia oddziaływania magnesów. Pojęcie to nie jest w fizyce sprecyzowane dokładnie.

Biegun magnetyczny w fizyce- biegun magnetyczny to miejsce igły magnetycznej, magnesu trwałego lub elektromagnesu, w którym natężenie pola magnetycznego ma największą wartość.

Igła magnetyczna ma dwa bieguny. Umieszczona w stałym polu magnetycznym ustawia się zgodnie z kierunkiem linii pola. W polu magnetycznym Ziemi jest to w przybliżeniu (na większości powierzchni Ziemi) kierunek zgodny z kierunkiem południków. W związku z tym końce igły nazywa się północnym (N) i południowym (S) - północnym jest koniec wskazujący geograficzny kierunek północny, południowym zaś koniec wskazujący geograficzne południe. Nazwy te w oczywisty sposób rozciągnięto na wszelkie magnesy, określając odpowiednio ich bieguny jako północne i południowe.

Analogicznie do prawa elektrostatyki, można sformułować prawo Coulomba dla magnetostatyki, opisujące oddziaływanie dwóch biegunów, jednak między tymi dwiema dziedzinami zachodzi istotna różnica. Wszystkie znane źródła pola magnetycznego posiadają parę biegunów magnetycznych - północny i południowy (dipol magnetyczny). Nie jest możliwe ich fizyczne rozdzielenie; przecięcie magnesu o dwóch biegunach tworzy dwa nowe magnesy, każdy o dwóch biegunach.

Monopol magnetyczny (pojedynczy biegun N lub S) pojawia się jako cząstka w niektórych teoriach fizycznych, jednak nie został on nigdy zaobserwowany.

Biegun magnetyczny w geografii - podobnie jak w przypadku ładunków elektrycznych, bieguny magnetyczne jednoimienne odpychają się, a różnoimienne przyciągają. Wynika stąd na pozór paradoksalny wniosek - skoro igła ustawia się swym biegunem północnym na północ, to w rejonie północnego bieguna geograficznego Ziemi znajduje się południowy biegun "ziemskiego magnesu" (i odwrotnie, koło południowego bieguna geograficznego - magnetyczny "biegun północny").

Biegun geograficzny - jeden z dwóch punktów na powierzchni obracającego się ciała niebieskiego, przez które przechodzi oś obrotu danego ciała. Punkty te są jednocześnie najbardziej oddalone od równika, zbiegają się w nich wszystkie południki, a równoleżniki mają wartość 90°.

Na Ziemi biegun geograficzny nie pokrywa się z ani biegunem geomagnetycznym, ani z biegunem zimna, aczkolwiek wszystkie one są położone w tej samej części kuli ziemskiej.

Anomalia magnetyczna - lokalne różnice między ziemskim polem magnetycznym w danym miejscu a jego wartością teoretyczną, wyliczonymi na podstawie położenia biegunów magnetycznych na Ziemi.

Ze względu na wielkość obszarów dzieli się je na kontynentalne, regionalne i lokalne.

Anomalie kontynentalne są obszarowo największe, najsilniejsza - wschodnioazjatycka - obejmuje obszar niemal całej Azji. Jej największa wartość sięga 30% natężenia pola średniego. Występowanie tych anomalii wiąże się z funkcjonowaniem głównego czynnika wytwarzającego ziemskie pole magnetyczne.

Za anomalie lokalne uznaje się te których obszar zawiera się w granicach od stu do kilku tysięcy km². Występujące w nich zmiany pola magnetycznego zazwyczaj nie przekraczają 10%. Anomalie te wiążą się z występowaniem dużych pokładów minerałów magnetycznych na znacznych (ponad 1km) głębokościach.

Anomalie regionalne obejmują mniejsze obszary, ich występowanie wiąże się z pokładami minerałów o mniejszym zasięgu i zalegajacych płycej.

W niektórych publikacjach występuje podział na anomalie kontynentalne i lokalne.

Występowanie anomalii lokalnych związane jest najczęściej ze złożami minerałów magnetycznych, np. magnetytu (rudy żelaza). Tego typu anomalie występują między innymi w okolicach Kiruny (Szwecja) i Kurska (Rosja, tzw. kurska anomalia magnetyczna) oraz w Polsce w Krzemiance (okolice Suwałk).

Pas Van Allena (pas radiacyjny) - obszar intensywnego promieniowania korpuskularnego, otaczającego Ziemię. Składa się z naładowanych cząstek o wielkiej energii - głównie elektronów i protonów - schwytanych w pułapkę przez ziemskie pole magnetyczne, w którym poruszają się one po trajektoriach zbliżonych do helis, których osie są równoległe do linii sił pola magnetycznego łączących obydwa ziemskie bieguny magnetyczne. Cząstki te mogą powodować uszkodzenia elektronicznych komponentów satelity przebywającego przez dłuższy czas w strefie oddziaływania Pasów Van Allena.

Wokół Ziemi istnieją dwa pasy radiacyjne: wewnętrzny, który rozciąga się na odległościach od 0,1 do 1,5 promienia Ziemi od powierzchni, oraz zewnętrzny, na odległościach od 2 do 10 promieni ziemskich.

Pasy odkrył w 1958 roku amerykański astronom i badacz przestrzeni kosmicznej James Alfred Van Allen, za pomocą detektora promieniowania (licznika Geigera-Müllera) umieszczonego na pokładzie sztucznego satelity Ziemi o nazwie Explorer 1.

Wiatr słoneczny - strumień cząstek wypływających ze Słońca, składających się przede wszystkim z protonów i elektronów o dużej energii. Protony spokojnej fazy wiatru mają energię około 0,5 keV, zaś podczas rozbłysków rejestrowane są cząstki o energii do 1 GeV. Rozchodzą się one promieniście we wszystkich kierunkach. Badania wykazały, że w płaszczyźnie słonecznego równika prędkość wiatru jest średnio ponad dwukrotnie mniejsza, niż na szerokościach heliograficznych obszaru polarnego. Podczas szczytu aktywności słonecznej, gdy zanikają polarne dziury koronalne, prędkość wiatru emitowanego w kierunku bliskim osi obrotu Słońca zmniejsza się.

Ruch cząstek deformowany jest przez pole magnetyczne przede wszystkim samego Słońca oraz wiatr z pobliskich gwiazd, w wyniku czego nie jest zachowana symetria sferyczna wypływu (przestrzeń "wypełniana" wiatrem słonecznym nie jest kulą). Spiralny kształt linii pola magnetycznego Słońca powoduje, że wiatr słoneczny propaguje się z większą prędkością, niż wielkość składowej radialnej, a zasięg tej emisji ograniczony jest przez wiatr gwiazdowy innych gwiazd.

Wiatr słoneczny odkształca magnetosferę Ziemi, zaś obłoki plazmy emitowane podczas rozbłysków, będące formą zaburzenia np. gęstości i prędkości wiatru, powodują burze magnetyczne.

Zorza polarna- zjawisko świetlne obserwowane na wysokich szerokościach geograficznych, występuje głównie za kołem podbiegunowym, chociaż w sprzyjających warunkach bywa widoczna nawet w okolicach 50. równoleżnika. Zdarza się, że zorze polarne obserwowane są nawet w krajach śródziemnomorskich.

Protosfera- zewnętrzna (ponad 1500 km), bardzo rozrzedzona i zjonizowana warstwa atmosfery ziemskiej, zawierająca głównie protony. Część egzosfery. Ta część atmosfery ziemskiej pełni funkcję filtru zatrzymującego wysokoenergetyczne promieniowanie słoneczne, które mogłoby zniszczyć życie na Ziemi

1.Energia wiatru jest energią pochodzenia słonecznego. Strumień energii promieniowania Słońca nierównomiernie ogrzewa masy powietrza atmosferycznego oraz powierzchnię Ziemi, wywołując ruchy cyrkulacyjne między poszczególnymi strefami cieplnymi i - w rezultacie - różnice ciśnień. Ocenia się, że jedynie nieznaczna część energii słonecznej dochodzącej do Ziemi ulega przemianie na energię kinetyczną wiatru. Stanowi to potencjał ok. 400 TW, z czego S5% przypada na 100-metrową warstwę przypowierzchniową powietrza atmosferycznego.

Energia wiatru jest jednym z odnawialnych źródeł energii. Współcześnie stosowane turbiny wiatrowe przekształcają ją na energię mechaniczną, która dalej zamieniana jest na elektryczną.

2.Powierzchniową gęstość mocy (czyli energia wiatru na jednostkę czasu i powierzchni) określa się wzorem:

,

gdzie:

ρ - gęstość powietrza, [kg/m³],

v - prędkość powietrza, [m/s].

Moc zawarta w strumieniu powietrza.

3.Wiatr jest to ruch powietrza układający się w kierunku poziomym względem powierzchni ziemi. Nazwę wiatru określa się w zależności od kierunku z którego napływa. Wiatry SA wywoływane przez różnicę temperatur oraz różnicę w ukształtowaniu powierzchni. Termin wiatr jest używany w meteorologii prawie wyłącznie na określanie horyzontalnej składowej wiatru. Wiatr może wiać z obszarów wyższego ciśnienia oraz niższego ciśnienia, ale w średnich szerokościach geograficznych, ze względu na siłę Coriolisa, wiatr wieje zazwyczaj równolegle do linii takiego samego ciśnienia (wiatr geostroficzny).

Mierzy się Skalą Beauforta.

Powstawanie wiatru
Promienie słoneczne ogrzewają powierzchnię Ziemi. Ogrzewają się lądy, wody powierzchniowe, morza, oceany, a także powietrze. Słońce nagrzewa powierzchnię Ziemi nierównomiernie, zależnie od rodzaju podłoża (woda czy pustynia, las lub łąka) oraz od kąta padania promieni słonecznych. Szybkości nagrzewnia się substancji określa ciepło właściwe. Jest to ilość ciepła potrzebna do ogrzania jednego kilograma wody o jeden stopień (Celsjusza lub Kelwina).
Po wschodzie słońca następuje większe ogrzanie powierzchni gruntu niż wody morskiej. Powietrze nad gruntem szybko ogrzewa się i unosi do góry. Wznoszące się powietrze tworzy prąd wstępujący, zasilający górne prądy, odpływające znad miejsca ogrzanego. Układ taki nie jest trwały, gdyż następuje odpływanie powietrza na boki znad miejsca ogrzanego. Są to wiatry górne. W związku z tym zmniejsza się masa powietrza na powierzchnię ziemi i następuje obniżenie ciśnienia. Dołem więc napływa powietrze kierujące się do miejsca ogrzanego, o niskim ciśnieniu i jest to właśnie wiatr.
Silniki wiatrowe

4.Silnik wiatrowy (wietrzny), nazywany też turbiną wiatrową, jest to silnik wirnikowy zamieniający energię kinetyczną wiatru na pracę mechaniczną.

 Ze względu na położenie osi obrotu wiatraka względem płaszczyzny ziemi wyróżnia się:

• turbiny o osi pionowej - mają mniejszą wydajność oraz większe wymagania odnośnie minimalnych prędkości wiatru, jednak nie wymagają zmiany kierunku położenia podczas zmiany kierunku wiatru; najpopularniejsze wśród nich są turbiny Darrieusa i Savoniusa;

• turbiny o osi poziomej - ewentualnie odchylonej od poziomu o 5-10°; są stosowane częściej niż pierwsze, ponieważ osiągają znacznie lepsze wydajności, ale muszą być ustawione dokładnie w kierunku wiatru.

Silniki wiatrowe można podzielić dodatkowo - w zależności od stosunku prędkości wiatru na końcach płatów wirnika do prędkości wiatru (tzw. wyróżnik szybkobieżności turbiny l) - na:

• wolnobieżne - λ <1,5 - charakteryzują się one dużym momentem rozruchowym i mają od 12-40 łopat;

• średniobieżne - 1,5 < λ < 3,5 - mają 4-7 łopat;

• szybkobieżne - λ > 3,5 - mają mniejszy moment rozruchowy od silników wolnobieżnych, wyposażone są w 1-3 łopat. Mogą osiągnąć najwyższą sprawność aerodynamiczną.

Budowa typowej siłowni wiatrowej

Elektrownia wiatrowa składa się z wirnika i gondoli umieszczonych na wieży. Najważniejszą częścią elektrowni wiatrowej jest wirnik, w którym dokonuje się zamiana energii wiatru na energię mechaniczną. Osadzony jest on na wale, poprzez który napędzany jest generator. Wirnik obraca się najczęściej z prędkością 15-20 obr/min, natomiast typowy generator asynchroniczny wytwarza energię elektryczną przy prędkości ponad 1500 obr/min. W związku z tym niezbędne jest użycie skrzyni przekładniowej, w której dokonuje się zwiększenie prędkości obrotowej. Najczęściej spotyka się wirniki trójpłatowe, zbudowane z włókna szklanego wzmocnionego poliestrem. W piaście wirnika umieszczony jest serwomechanizm pozwalający na ustawienie kąta nachylenia łopat (skoku). Gondola musi mieć możliwość obracania się o 360 stopni, aby zawsze można ustawić ją pod wiatr. W związku z tym na szczycie wieży zainstalowany jest silnik, który poprzez przekładnię zębatą może ją obracać. W elektrowniach małej mocy, gdzie masa gondoli jest stosunkowo mała, jej ustawienie pod wiatr zapewnia ster kierunkowy zintegrowany z gondolą. Pracą mechanizmu ustawienia łopat, i kierunkowania elektrowni zarządza układ mikroprocesorowy na podstawie danych wejściowych (np. prędkości i kierunku wiatru). Ponadto w gondoli znajdują się: transformator, łożyska, układy smarowania oraz hamulec zapewniający zatrzymanie wirnika w sytuacjach awaryjnych.

Zastosowanie siłowni wiatrowych w rolnictwie

Siłownie wiatrowe o niewielkiej mocy znajdują szerokie zastosowanie, głównie w rolnictwie do grzania wody, ogrzewania pomieszczeń, suszenia siana i ziarna oraz w szeregu innych potrzebach zaspakajanych w sposób indywidualny. Konstrukcja i technologia ich wykonania są wówczas proste i tanie.

Energia wiatrowa może być racjonalnie wykorzystywana w Polsce przede wszystkim w różnych zastosowaniach rolnictwa oraz w tzw. małej energetyce (oświetlenie, ogrzewanie, zasilanie energetyczne maszyn i urządzeń), z wykorzystaniem energii elektrycznej wytworzonej przez pojedyncze elektrownie wiatrowe lub zespoły wielu elektrowni współpracujących ze sobą w tzw. farmach wiatrowych.

Farma wiatrowa - instalacja złożona z pojedynczych turbin wiatrowych w celu produkcji energii elektrycznej. Skupienie turbin pozwala na ograniczenie kosztów budowy i utrzymania oraz uproszczenie sieci elektrycznej.

Farmy wiatrowe mogą być lokowane na lądzie lub poza lądem. Sieć farm wiatrowych szybko rozwija się np. w Danii i Niemczech. Światowym liderem jest Teksas. Największa na świecie farma wiatrowa znajduje się w mieście Roscoe (Teksas), która ma powierzchnię 40,5 tys. ha. Może wyprodukować 781,5 MW energii. Zamontowano 627 turbin, które zostały dostarczone przez trzy firmy: Siemens, Mitsubishi i General Electric. Właścicielem farmy jest firma E.ON Climate and Renewables.

11

---