Odnawialne źródła energii i zasobów.
1. Wstęp
Naukowcy przypuszczają, że dotychczas znane złoża ropy naftowej przy obecnym wydobyciu, wyczerpią się w przeciągu 30 lat!!! Złoża gazu ziemnego powinny wystarczyć na eksploatację ich przez najbliższe 100 lat. Oba te surowce jak i węgiel powstały przed wieloma milionami lat w ściśle określonych warunkach jakie już się nie powtórzą. Trzeba się już teraz zastanowić skąd będziemy czerpać energię za 100 lat...Może warto by było już teraz skorzystać z energii Słońca, wiatru, mórz? Z tych zasobów będziemy mogli korzystać jeszcze przez co najmniej milion lat.
Niekonwencjonalne źródła energii elektrycznej można podzielić na źródła odnawialne i źródła nieodnawialne. Do odnawialnych źródeł należą : energia wód, energia słoneczna, energia wiatru, pływów morskich, fal morskich, energia cieplna oceanów, energia biomasy, a do nieodnawialnych: wodór, energia magneto-hydro-dynamiczna i ogniwa paliwowe . Energią geotermiczną tj. energię gejzerów, gorących skał można zaliczyć do obydwu grup. Wykorzystanie prawie wszystkich niekonwencjonalnych źródeł energii elektrycznej jest związane z minimalnym, bądź nawet żadnym wpływem na środowisko.
2. Dlaczego warto wykorzystywać energię ze źródeł odnawialnych?
Energia odnawialna jest energią tanią, przyjazną człowiekowi i środowisku. Odnawialne źródła są dostępne za darmo (energia słońca, wiatru, biogazu) lub po niewielkich kosztach (słoma, drewno).
3. Rodzaje odnawialnych źródeł energii
a) Energia słońca
Energia słoneczna może być przetwarzana w kolektorach wodnych i powietrznych w ciepło służce do:
- ogrzewania mieszkań - pomieszczeń produkcyjnych, obiektów sportowych, szkół, ośrodków kultury
- podgrzewania wody w gospodarstwach domowych, rolnych, basenach, zakładach przemysłowych
- suszenia: ziarna zbóż, tytoniu, nasion, owoców, ziół, grzybów (kolektory powietrzne)
Energia słoneczna może być przekształcona w energię elektryczną w ogniwach fotowoltaicznych. Małe baterie słoneczne zasilają nasze kalkulatory, zegarki, zabawki, radia czy nawet przenośne telewizory. Dużą uwagę przywiązuje się obecnie do wykorzystania ogniw fotowoltaicznych w systemach wolnostojących, montowanych na obszarach oddalonych od sieci elektrycznej. Takie rozwiązania stosuje się do zasilania urządzeń automatycznych takich jak: telefony awaryjne na autostradach, boje nawigacyjne, latarnie morskie, stacje meteorologiczne i telekomunikacyjne.
Bateriami słonecznymi zasilane są urządzenia pokładowe w satelitach telekomunikacyjnych, badawczych, wojskowych. Energia słoneczna jest używana w Neapolu do ogrzewania wody dla potrzeb domowych. W krajach o dużym nasłonecznieniu, które leżą na trudnym terenie, bez możliwości dostarczania do elektrowni węgla, światło słoneczne jest często jedynym źródłem energii.
W Polsce energia może być przetwarzana na prąd i ciepło przez instalacje zamontowane na dachach budynków lub w miejscach zabudowanych. Takie warunki istnieją na ok. 0,5% powierzchni Polski. Natomiast ogniwa fotowoltaiczne wykorzystywane są głównie w urządzeniach nawigacyjnych na Morzu Bałtyckim.
b) Energia wiatru
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).
Energię wiatru można wykorzystać do oświetlenia pomieszczeń, pompowania wody konsumpcyjnej, nawadniania pól (zraszacze upraw) jak również rekultywacji i natleniania zbiorników wodnych. Minusem stosowania energetyki wiatrowej są zmiany krajobrazu, hałas oraz zagrożenia dla wędrownego ptactwa. Polska posiada dobre warunki do rozwoju energetyki wiatrowej. Najlepsze warunki występują na Wybrzeżu i Suwalszczyźnie - średnia roczna prędkość wiatru na wysokości 30 m - wynosi 5-6 m/s.
c) Energia Ziemi
Energia wnętrza Ziemi objawia się w postaci gejzerów i tak zwanych gorących skał. Pierwsze z nich są erupcja pary wodnej lub gorącej wody z wnętrza Ziemi, a do wykorzystania drugich trzeba wywiercić otwór i wtłaczać do wnętrza Ziemi zimną wodę, a wypompowywać gorącą. Ma to przeważnie miejsce na obszarach anomalii geologicznych. Energia geotermiczna o wyższym potencjale temperaturowym jest wykorzystywana do produkcji energii elektrycznej, energia zaś o niższym potencjale służy jako źródło ciepła do ogrzewania pomieszczeń. Gejzery są wykorzystywane do napędu turbin parowych bezpośrednio bądź pośrednio. Wydobywające się wraz z gorącą wodą i parą wodną gazy są agresywne i odkładają się na łopatkach turbin, przez co zmuszają do stosowania wymienników ciepła, komplikując i pogarszając sprawność obiegu cieplnego.
W Polsce, położonej poza strefami aktywności tektonicznej i wulkaniczno-magmowej, brak jest złóż geotermalnych, które mogłyby być wykorzystane do wytwarzania energii elektrycznej. Eksploatować można źródła naturalne oraz pochodzące z odwiertów z wypływem naturalnym (somowypływ) lub sztucznym (wywołanym pompami).
d) Energia biomasy
Pod pojęciem wykorzystania biomasy do celów energetycznych rozumiemy bezpośrednie spalanie produktów organicznych fotosyntezy (drewno i jego odpady, słoma, odpadki produkcji roślinnej lub "rośliny energetyczne", często po uprzednim zgranulowaniu lub zbrykietowaniu), względnie po ich wstępnym przetworzeniu do postaci wygodniejszej w użyciu (olej pirolizowy o właściwościach zbliżonych do oleju opałowego, olej rzepakowy lub słonecznikowy, gaz drzewny, alkohol etylowy lub metylowy). Tych pięć ostatnich produktów przetworzenia biomasy może być wykorzystywanych jako dodatki do paliw płynnych służy do napędu silników spalinowych, zarówno stacjonarnych jak i trakcyjnych.
Słoma żółta 14,3 MJ/kg
Słoma szara 15,2 MJ/kg
Drewno opałowe 13,0 MJ/kg
Trzcina 14,2 MJ/kg
Tab.1 Ilość energii wytwarzana z 1kg biomasy
e) Energia wody
Siłownie wodne na świecie dostarczają ok. 5% używanej energii. Wiele rzek w krajach rozwijających się nadaje się do budowy zapór. Minusem stosowania energetyki wodnej jest fakt iż budowa ogromnych obiektów zmusza ludzi do przesiedlania się, odbiera im się ziemię i ma negatywny wpływ na środowisko. Polska jako kraj nizinny ma niewielkie zasoby energii wodnej. Obecnie działa w Polsce ok. 127 dużych elektrowni wodnych i 300 małych.
4. Korzyści wynikające z zastosowania odnawialnych źródeł energii:
a) Ekonomiczno - społeczne
- wprowadzenie niewyczerpalnych i tanich źródeł energii - w miejsce trudniej dostępnych i coraz droższych paliw kopalnych
- zmniejszenie uzależnienia od obcych źródeł energii
- stworzenie warunków konkurencji między producentami energii (ceny energii wynikają z kosztów jej pozyskania)
- stworzenie nowych stanowisk pracy (redukcja bezrobocia w regionach rolniczych)
- zagospodarowanie nieużytków na produkcję rolną dla sektora paliwowo - energetycznego)
- wykorzystanie nadwyżek produkcji rolnej (zbóż, ziemniaków, roślin oleistych oraz odpadów np. słomy)
b) Ekologiczne
- zredukowanie emisji zanieczyszczeń powietrza związanych z przetwarzaniem paliw kopalnych
- redukcja efektu cieplarnianego
- zmniejszanie ilości odpadów
- uregulowanie stosunków wodnych
c) Zdrowotne
- ograniczenie zachorowań wynikających z zanieczyszczeń środowiska
5. Podsumowanie
Głównym argumentem potwierdzającym konieczność stosowania alternatywnych źródeł energii jest fakt iż roczna produkcja energii elektrycznej przez odnawialne źródło o mocy 160 kw. zapobiega wyemitowaniu do atmosfery następujących zanieczyszczeń:
• dwutlenek siarki 2.000kg
• dwutlenek azotu l. 500kg
• dwutlenek węgla 250.000kg
• pyły i żużle 17.500kg
6. Objaśnienia znaczenia niektórych terminów fizykalnych:
- Biogaz - gaz powstający w wyniku fermentacji beztlenowej odchodów zwierzęcych, materii organicznej na oczyszczalni ścieków i na wysypiskach odpadów; zazwyczaj zawiera 40-60% obj. metanu i 60-40oźo dwutlenku węgla; inne gazy są obecne w małych ilościach lub śladowych, azot, siarkowodór, tlenek węgla, amoniak, węglowodory
- Ogniwo fotowoltaiczne - słoneczne ogniwa fotowoltaiczne, zwane też ogniwami słonecznymi lub fotoogniwami są urządzeniami posiadającymi zdolność bezpośred niej przemiany światła słonecznego w energię elektryczną