Odnawialne źródła energii

Home / Fotowoltaika / Odnawialne źródła energii

Człowiek przez tysiące lat swojego istnienia przyzwyczaił się do myśli, że zasoby paliw kopalnych takich jak: ropa naftowa, gaz ziemny, węgiel brunatny i kamienny są nieograniczone i można z nich swobodnie korzystać. W Polsce najwięcej energii czerpiemy z węgla kamiennego 50,4%, ropy naftowej 20%, węgla brunatnego 13,2 % i gazu ziemnego 11,8%. Emisja dwutlenku węgla w Polsce przekracza 360 mln ton rocznie, co stanowi około 5,5% globalnej emisji i lokuje nasz kraj w czołówce państw europejskich. Część dwutlenku węgla wychwytywane jest z atmosfery, głównie przez obszary zielone. W ten sposób neutralizowane jest zaledwie ok. 42 mln ton dwutlenku węgla rocznie. Bilans wygląda, zatem bardzo niekorzystnie. Emitujemy go o 320 mln ton rocznie więcej, niż są w stanie przejąć nasze ekosystemy. Kryzys paliwowy, na początku lat 70-tych pomógł uświadomić ludzkości, że zasoby energii ze źródeł kopalnych powoli wyczerpują się. Rozpoczęto realizację szeregu programów mających na celu oszczędzanie energii, restrukturyzację energetyki konwencjonalnej i rozwój alternatywnych źródeł energii.

ODNAWIALNE ŹRÓDŁA ENERGII
Ciągłe zapotrzebowanie na energię we wszystkich krajach świata, perspektywy wyczerpania się zapasów paliw kopalnych oraz zabiegi mające na celu ochronę środowiska naturalnego człowieka znacznie zwiększyły zainteresowanie odnawialnymi źródłami energii i w konsekwencji doprowadziły do dużego wzrostu ich zastosowania. Wszelkie dotychczasowe dokonania, również te eksperymentalne, są bez wątpienia początkiem drogi prowadzącej do dynamicznego i globalnego wykorzystania źródeł energii odnawialnej. Odnawialne źródła energii są to źródła wykorzystujące w procesie przetwarzania energię występującą w rozmaitych postaciach – w szczególności promieniowana słonecznego, wiatru, wody, a także biomasy i ciepła wnętrza Ziemi. Przy obecnym poziomie cywilizacji technicznej za odnawialne źródło energii można również uznać część odpadów komunalnych i przemysłowych, która nadaje się do energetycznego przetworzenia. Są to zwłaszcza tworzywa sztuczne, ścieki czy po prostu śmieci. Źródła energii odnawialnej są praktycznie niewyczerpalne, gdyż ich zasoby uzupełniane są nieustannie w procesach naturalnych. Ich dostępność nie jest jednakowa w skali globalnej, ale występują niemal wszędzie. Najłatwiej dostępne są zasoby energii promieniowania słonecznego i biomasy, podczas gdy dostępność energii geotermalnej, wiatru czy wody jest ograniczona. Cechą charakterystyczną źródeł odnawialnych jest również ich minimalny wpływ na środowisko naturalne.

ŹRÓDŁA ENERGII ODNAWIALNEJ:
1.ELEKTROWNIE SŁONECZNE PRZETWARZAJĄ PROMIENIOWANIE SŁONECZNE NA ENERGIĘ ELEKTRYCZNĄ
2.ELEKTROWNIE GEOTERMICZNE WYKORZYSTUJĄ GORĄCĄ WODĘ I PARĘ WODNĄ, KTÓRA POWSTAJE W GŁĘBI ZIEMI
3.ELEKTROWNIE WIATROWE ODPOWIEDNIKI DAWNYCH WIARTAKÓW. PORUSZANE WIATREM TURBINY WYTWARZAJĄ PRĄD ELEKTRYCZNY
4.BIOMASA BIOGAZ ZASTĘPUJE GAZY KOPALNE ETANOL WYTWARZANY Z TRZCINY CUKROWEJ ZASTĘPUJE BENZYNĘ CIEPŁO POWSTAŁE ZE SPALANIA ODPADÓW ORGANICZNYCH SŁUŻY DO WYTWARZANIA PARY, KTÓRA PORUSZA GENERATOR ENERGII ELEKTRYCZNEJ   5.ELEKTROWNIE PŁYWOWE CIEPŁO SŁUŻY DO WYTWARZANIA PARY, KTÓRA PORUSZA GENERATOR ENERGII ELEKTRYCZNEJ  

1.ENERGIA SŁONECZNA
Słońce od około 5 miliardów lat nieustannie zaopatruje nas w energię, bez której nie istniałoby życie. Energia słoneczna, to dla Ziemi pierwotne źródło energii, a wszystkie inne źródła są tylko jej pochodnymi. Słońce, jest olbrzymią, obracającą się kulą rozgrzanego gazu. Podczas zachodzącej tam nieustannie przemiany wodoru w hel uwalniają się olbrzymie ilości energii. Z 1g wodoru powstaje nie tylko hel, ale ponad 1012 J energii. Ma to miejsce w jej środkowych partiach, w jądrze, którego temperatura sięga 15 milionów °C. Wytworzona w jądrze energia wędruje ku powierzchni gwiazdy, i tam zostaje wypromieniowana w przestrzeń. Temperatura wynosi tu już tylko 5.500°C.

CHARAKTERYSTYKA
Energię słoneczną można wykorzystać do produkcji energii elektrycznej i do produkcji ciepłej wody. Z tego też względu wyróżniamy dwie metody jej przetwarzania:
-HELIOTERMICZNA
-HELIOELEKTRYCZNA

Heliotermiczną
Metoda heliotermiczna polega na przemianie promieniowania słonecznego w ciepło, doprowadzane następnie do turbiny napędzającej generator, wytwarzający energię elektryczną. Elementami w niej stosowanymi są heliostaty, czyli zwierciadła ogrzewane energią Słońca, kierujące odbite promienie na absorber. Absorber umieszczony jest centralnie na wysokiej wieży i składa 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.
Moc znamionową elektrowni słonecznych określa się w warunkach znormalizowanych, za które uznano napromieniowanie 1 kW/m2 przy temperaturze 20°C.Ponieważ elektrownie słoneczne charakteryzują się wysokimi kosztami eksploatacyjnymi, większe nadzieje wiąże się z wykorzystaniem energii słonecznej w małych instalacjach do produkcji gorącej wody przy pomocy kolektorów słonecznych Zadaniem kolektora słonecznego jest absorpcja energii promieniowania słonecznego, która zostaje przetworzona w energię cieplną. Energia ta zostaje wykorzystana do podgrzewania czynnika roboczego, którym zazwyczaj jest ciecz lub powietrze. Ze względu na konstrukcję rozróżnia się dwa zasadnicze typy kolektorów skupiające i płaskie. Kolektory skupiające wyposażone są w elementy powodujące skupienie promieniowania słonecznego za pomocą zwierciadeł parabolicznych przed zamianą go na ciepło. W kolektorach płaskich energia promieniowania słonecznego pochłaniana jest przez całą powierzchnię kolektora.

Metoda helioelektryczna
Polega na bezpośredniej przemianie energii promieniowania słonecznego w energię elektryczną za pomocą ogniw fotoelektrycznych. Ogniwa takie przemieniają w energię nie tylko bezpośrednie promieniowanie słońca, lecz także promieniowanie rozproszone (przy zachmurzeniu).

ZASTOSOWANIE
Ogrzewania mieszkań, pomieszczeń produkcyjnych, obiektów sportowych, szkół, itp.Podgrzewania wody w gospodarstwach domowych, rolnych, basenach,Suszenia: ziarna zbóż, tytoniu, nasion, owoców, ziół, grzybów (kolektory powietrzne)Do podlewania roślin uprawianych w szklarniach i tunelach foliowychLamp drogowych i sygnalizacji świetlnejDo zasilania znaków drogowychW nawigacji morskiej. Małe baterie słoneczne zasilają kalkulatory, zegarki, zabawki, radia, przenośne telewizory.

WADY I ZALETY
Nie zanieczyszcza środowiskaRedukcja emisji szkodliwych substancji do atmosferyJest powszechnie dostępna w określonych rejonachBaterie fotowoltaiczne są bezgłośne, odporne na zużycie, pracują automatycznie i amortyzują się dość szybko.

2.ENERGIA GEOTERMALNA
Energia geotermalna jest wewnętrznym ciepłem Ziemi nagromadzonym w skałach oraz w wodach wypełniających pory i szczeliny skalne. Jeżeli spojrzymy na przekrój naszej planety, to ogromna ilość ciepła nagromadzona jest w jądrze i w skorupie ziemskiej. W jądrze temperatura dochodzi do 4000-4200° C, a pod skorupą ziemską do 1000 °C. Zachodzi nieustający przepływ ciepła od wnętrza Ziemi do górnych warstw skorupy i na powierzchnię Ziemi.

RODZAJE ENERGII GEOTERMALNEJ
Energia magmy. Energia geociśnień. Energia gorących suchych skał. Energia geotermalna nagromadzona w wodach podziemnych.

CHARAKTERYSTYKA
Wnętrze Ziemi jest gorące z dwóch powodów: pozostałość po procesie formowania się planety oraz naturalny rozkład pierwiastków promieniotwórczych we wnętrzu Ziemi. Wody geotermalne powstają w wyniku ogrzewania wód podziemnych przez magmę lub gorące skały. Temperatura zmienia się wraz z głębokością i bezpośrednio przy powierzchni rośnie o ok. 30 0C na każdym kilometrze. Ten przyrost temperatury, nazywany stopniem geotermicznym nie jest taki sam dla różnych rejonów geograficznych i może osiągać wartość znacznie mniejszą lub większą nawet do ok. 60 0C/km.

ZALETY I WADY
Nieszkodliwa dla środowiska.Nie powoduje żadnych zanieczyszczeń. Pokłady są zasobami lokalnymi, tak, więc mogą być pozyskiwane w pobliżu miejsca użytkowania. Nie wywierają niekorzystnego wpływu na krajobrazSą dostępne zawsze, niezależnie od warunków pogodowych.Mała dostępność przy pobieraniu energii geotermalnej z głębi ziemi wydostaną się szkodliwe gazy i minerały, których następnie trudno się pozbyć.

ZASTOSOWANIE
Do produkcji elektryczności nadają się tylko bardzo gorące wody, których temperatura przekracza 150 st. C. Wody o niższych temperaturach znajdują zastosowanie w ciepłownictwie, w balneologii, w rolnictwie i ogrodnictwie (do upraw szklarniowych), w hodowli ryb. Stosuje się je również przemysłowo, na przykład pasteryzując mleko czy też susząc drewno. Inny rodzaj wykorzystania energii wnętrza Ziemi to ogrzewanie bądź też ochładzanie za pomocą pomp ciepła – podziemnych rur wypełnionych cieczą, które ogrzewają się pod wpływem naturalnego ciepła Ziemi lub też, podczas upałów, „przechwytują” nadmiar ciepła z otoczenia i odprowadzają je pod ziemię. W Stanach Zjednoczonych w ten sposób ogrzewanych i klimatyzowanych jest ponad 300 000 budynków, a w Islandii energia geotermalna pokrywa 46% całkowitego zapotrzebowania na energię i aż 85% zapotrzebowania na ogrzewanie pomieszczeń.

3.ENERGIA WIATRU
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. Siła wiatru może być przetwarzana na energię elektryczną w siłowniach przekazujących prąd do sieci elektroenergetycznej lub pracujących indywidualnie – na potrzeby użytkownika (zakładu przemysłowego, gospodarstwa rolnego czy jednorodzinnego domku). Szacuje się, że globalny potencjał energii wiatru jest równy obecnemu zapotrzebowaniu na energię elektryczną. Siłę wiatru początkowo wykorzystywano głównie do napędzania urządzeń do mielenia ziarna, później pomp i systemów irygacyjnych. Budowane turbiny były montowane w systemie horyzontalnym na szczycie murowanej wieży. Pierwsze próby wykorzystania wiatru do produkcji energii elektrycznej datowane są na koniec XIX w. Dopiero jednak w latach osiemdziesiątych XX w. nastąpił gwałtowny rozwój energetyki wiatrowej. Mapka pokazuje warunki wiatrowe na obszarze Polski: najbardziej wietrzne obszary zaznaczone są najciemniejszym kolorem. Ocenia się, że średnioroczna prędkość wiatru w Polsce północnej na wysokości ponad 50 m wynosi 5,5 – 7,5 m/sek.

CHARAKTERYSTYKA
Turbiny wiatrowe ustawiane są zarówno na lądzie, jak i na morzu, pojedynczo lub w grupach – tzw. farmach wiatrowych. Najkorzystniejsze warunki panują w pasach nadmorskich i właśnie głównie tam lokalizowane są turbiny. Szybkość i częstotliwość występowania wiatru w tych rejonach pozwala na w miarę równomierną produkcję energii. Elektrownie pracują przy wietrze w określonym przedziale prędkości; najczęściej jest to 4-25 m/s.

ZASTOSOWANIE
Oświetlenia pomieszczeńPompowania wody konsumpcyjnejNawadniania pól (zraszacze upraw) Rekultywacji i natleniania zbiorników wodnych.

WADY I ZALETY
Odnawialne źródło energii. Nie wyczerpywalne. Cena jednostkowa jest niższa od ceny z konwencjonalnych źródeł. Redukcja emisji spalin. Monotonny hałas o niskim natężeniu. Zagrożenie dla ptaków. Zajmują one duże powierzchnie.  Zlokalizowane są często w turystycznych rejonach nadmorskich i górskich.

4.BIOMASA
Biomasę określa się jako masę materii organicznej, zawartą w organizmach zwierzęcych lub roślinnych. W Polsce z 1 ha użytków rolnych zbiera się rocznie ok. 10 ton biomasy, co stanowi równowartość ok. 5 ton węgla kamiennego.

CHARAKTERYSTYKA
Energię z biomasy można uzyskać poprzez: -Spalanie biomasy roślinnej (np. drewno, odpady drzewne z tartaków, zakładów meblarskich i in., słoma, specjalne uprawy energetyczne), Wytwarzanie oleju opałowego z roślin oleistych (np. rzepak) specjalnie uprawianych dla celów energetycznych, -Fermentację alkoholową trzciny cukrowej, ziemniaków lub dowolnego materiału organicznego poddającego się takiej fermentacji, celem wytworzenia alkoholu etylowego do paliw silnikowych, -Beztlenową fermentację metanową odpadowej masy organicznej (np. odpady z produkcji rolnej lub przemysłu spożywczego) -biogaz,Najpoważniejszym źródłem biomasy są odpady drzewne i słoma. Podczas jej spalania prawie nie wydzielają się związki siarki i azotu. Powstający gaz cieplarniany – dwutlenek węgla jest asymilowany przez rośliny wzrastające na polach, czyli jego ilość w atmosferze nie zwiększa się. Zawartość popiołów przy spalaniu wynosi ok. 1% spalanej masy, podczas gdy przy spalaniu gorszych gatunków węgla sięga nawet 20%. Z biomasy pozyskuje się również biogaz. Powstaje on w wyniku fermentacji beztlenowej odpadów zwierzęcych, osadów ściekowych i odpadów organicznych.
W czasie fermentacji beztlenowej nawet do 60% biomasy zamieniane jest w biogaz. Może on być wykorzystywany do produkcji energii elektrycznej, cieplnej, elektrycznej i cieplnej w jednostkach skojarzonych oraz jako paliwo do pojazdów i urządzeń a także w procesach technologicznych.

5.ENERGIA WODY
Energia wody jest jednym z odnawialnych źródeł energii i uzależniona jest od naturalnego obiegu wody w przyrodzie (parowanie, skraplanie, opad atmosferyczny oraz spływ grawitacyjny) i jest jednym z najstarszych i najbardziej wykorzystywanym źródłem spośród wszystkich form energii odnawialnej. Najczęściej spotykanym sposobem wykorzystania energii wody jest energia spadku (rzeki, zbiorniki), ale oprócz tego w ostatnich latach powstały układy wykorzystujące energię pływów, fal i prądów morskich, a także różnic temperatur występujących na różnych głębokościach mórz, tzw. energia maretermiczna.

ENERGIA SPADKU WÓD
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.

ENERGIA PŁYWÓW MORZA
Energię przypływów i odpływów mórz i oceanów wykorzystuje się na świecie: Kanada, Chiny, Rosja, Francja, Polska niestety ma złe warunki topograficzne. 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.

ENERGIA FAL MORSKICH
Istnieją dwa rozwiązania wykorzystania fal morskich napędzających, a są to:  Turbiny wodne, Turbiny powietrzne. W pierwszym rozwiązaniu woda morska pchana kolejnymi falami wpływa zwężającą się sztolnią do położonego na górze zbiornika. Gdy w zbiorniku tym jest wystarczająca ilość wody, wówczas przelewa się ona przez upust i napędza turbinę rurową sprzężoną z generatorem. Po przepłynięciu przez turbinę woda wraca do morza. Instalacja taka pracuje od 1986 roku na norweskiej wyspie Toftestallen, dając moc 350 kW.
W drugim rozwiązaniu zbiornik jest zbudowany na platformie na brzegu morza. Fale wlewają się na podstawę platformy i wypychają powietrze do górnej części zbiornika. Sprężone przez fale morskie powietrze wprawia w ruch turbinę napędzającą generator.

ENERGIA CIEPLNA MÓRZ
Przemiana energii cieplnej oceanu to wykorzystanie różnicy temperatury wody na powierzchni i w głębi morza lub oceanu. Jest ona możliwa na obszarach równikowych; woda morska ma tam na powierzchni temperaturę około 30°C, a na głębokości 300-500 m temperaturę około 7°C. Wykorzystanie tej różnicy polega na zastosowaniu czynnika roboczego, który paruje w temperaturze wody powierzchniowej i jest skraplany za pomocą wody czerpanej z głębokości 300-500 m. Czynnikiem takim jest amoniak, freon lub propan. Cała instalacja wraz z generatorem znajduje się na pływającej platformie. Energia elektryczna dostarczana jest na ląd kablem morskim.

ZALETY I WADY
Dostarcza ekologicznie czystej energii. Reguluje stosunki wodne zwiększając poziom wód powierzchniowych. Umożliwia uprzemysłowienie państw pozbawionych kopalnych surowców energetycznych. Wysoką niezawodność i długą żywotność. Minusem stosowania energetyki wodnej jest fakt, iż budowa ogromnych obiektów zmusza ludzi do przesiedlania się.