CZY ENERGIA JEST NAM POTRZEBNA ?
Rozwój społeczny i gospodarczy każdego państwa wiąże się ze zwiększonym zapotrzebowaniem na energię. Stąd światowa produkcja surowców energetycznych od czasu pierwszej rewolucji przemysłowej systematycznie wzrasta.
Energia zawsze była i będzie potrzebna ludziom w ich życiu. Jej wykorzystywanie może być różne, ale przede wszystkim potrzebujemy jej do produkcji energii elektrycznej, w transporcie, ogrzewaniu domostw i oświetlaniu.
Źródła energii pierwotnej to: nieodnawialne (organiczne): paliwa kopalne (węgiel, ropa, gaz ), paliwo jądrowe, energia geotermiczna i odnawialne źródła energii. Do odnawialnych źródeł energii zalicza się energię słoneczna, wodną, wiatrową, pływów i fal morskich, a także energie biomasy. Najcenniejsza formą energii końcowej jest energia elektryczna, która sprawnie i bez zanieczyszczenia środowisko przetwarza się w energię użytkową.
Perspektywy wyczerpania się paliw kopalnych oraz obawy zanieczyszczenia środowiska naturalnego znacznie zwiększyły zainteresowanie odnawialnymi źródłami energii. Wykorzystanie prawie wszystkich alternatywnych źródeł energii elektrycznej jest związane z minimalnym, bądź nawet żadnym wpływem na środowisko. Z tego względu stanowią bardzo atrakcyjną alternatywę w stosunku do konwencjonalnych źródeł. Istnieją jednak różne ograniczenia w ich stosowaniu, najważniejsze jednak to ograniczenia natury:
technologicznej - ze względu na postać ich występowania i możliwości praktycznego wykorzystania.
ekonomicznej - związane z dużymi kosztami ich stosowania
Alternatywne źródła energii
Energia była, jest i będzie potrzebna ludziom w ich życiu. Jej postać, forma czy wykorzystanie może być różne, ale przede wszystkim potrzebujemy jej przy produkcji przemysłowej, transporcie, ogrzewaniu czy oświetleniu. Początkowo tej energii dostarczało nam środowisko w postaci zasobów naturalnych nieprzetworzonych opału i paliw np. drewna, węgla, ropy naftowej czy gazu. Również dawniej przetwarzano energię w wiatrakach czy młynach wodnych. Jednak ciągły wzrost zapotrzebowania na energię i to w różnych postaciach, kurczenie się zasobów kopalnianych, względy ekologiczne i ekonomiczne stawiają przed ludźmi nowe zadania i wyzwania w tej dziedzinie. Rozwój techniki w drugiej połowie XIX wieku i powstanie ogromnej ilości urządzeń elektrycznych. wymusił rozwój elektrowni, których zadaniem jest dostarczać prąd elektryczny do poszczególnych odbiorców. Elektrownie mogą pobierać energię potrzebną do wytworzenia prądu z różnych źródeł. Mogą być to elektrownie cieplne, jądrowe, wiatrowe, słoneczne, geotermalne.
Większość tej energii dostarczają surowce energetyczne konwekcjonalne.
Wykorzystanie paliw kopalnianych do produkcji energii elektrycznej niesie za sobą wiele zanieczyszczeń i niebezpieczeństw dla człowieka i jego środowiska. Dlatego człowiek powinien wykorzystać w pełni inne, przyjazne dla środowiska naturalnego źródła energii.
Ekologiczne źródła energii mogą w przyszłości pokryć zapotrzebowanie ludzi na energię. Obecnie zdecydowanie za mały jest ich udział w produkcji energii elektrycznej.
Energia to podstawowa wielkość fizyczna, opisująca zdolność danego ciała materialnego do wykonania określonej pracy.
ENERGIA MECHANICZNA,
energia związana z ruchem układu mech. jako całości lub poszczególnych jego części względem siebie; Em=Ek+Ep
ENERGIA KINETYCZNA
Kinetyczna- część energii układu mech. (np. ciała sztywnego) zależna od prędkości jego punktów.
Ek=mv2
ENERGIA ELEKTRYCZNA,
Elektryczna- energia układu ładunków elektrycznych nieruchomych (energia elektrostatyczna) lub ruchomych (energia elektrodynamiczna); może być zamieniana w ciepło (np. w grzejnikach), energię mechaniczną (w silniku elektrycznym) itp.
E=UIt
ENERGIA SPRĘŻYSTA
Sprężysta- mech. Energia potencjalna sprężystego odkształcenia ciała; zależy od naprężeń w ciele i jego właściwości mech.; przy znikaniu odkształcenia zostaje zwrócona (np. w sprężynie).
ENERGIA WIĄZANIA,
Energia potrzebna do rozdzielenia związanego układu fizycznego (np. cząsteczki) na części składowe i oddalenie ich od siebie tak, aby nie oddziaływały ze sobą; jednocześnie energia, która wydziela się przy łączeniu (wiązaniu) się oddzielnych składników w jedną całość (np. e. w. Nukleonów w jądro atomów).
ENERGIA SWOBODNA
(funkcja Helmholtza, F ), jedna z funkcji stanu termodynamicznego; F = U — TS ( U — energia wewn. układu, S — jego entropia, T — temp. bezwzględna); w izotermicznych procesach odwracalnych równa pracy wykonanej nad układem.
ENERGIA POTENCJALNA,
część energii mech. układu fiz. zależna od wzajemnego rozmieszczenia części układu (np. energia sprężysta) i ich położenia w zewn. polu sił (np. polu grawitacyjnym, polu elektr.).
Ep= mgh
ENERGIA JONIZACJI,
energia potrzebna do oderwania elektronu od obojętnego atomu lub cząst. i wytworzenia jonu; wartość energii j. zależy od rodzaju atomu (cząst.) i stanu elektronu w atomie; energie potrzebne do oderwania kolejnych elektronów z otrzymanego jonu zwą się odpowiednio drugą, trzecią, ..., e.j.; wyrażana zwykle w elektronowoltach (eV).
ENERGIA WEWNĘTRZNA
Wewnętrzna- funkcja stanu układu termodynamicznego, jeden potencjałów termodynamicznych; jest równa sumie średniej energii ruchu (postępowego, obrotowego lub drgającego) i średniej energii wzajemnego oddziaływania mikrocząsteczek (cząsteczek, atomów elektronów) układu fizycznego. Ew=W+Q
ENERGIA SŁONECZNA
Głównym źródłem energii s. są reakcje termojądrowe zachodzące w jądrze Słońca, polegające na przemianie jąder wodoru w jądra helu.
Energia ta jest najbezpieczniejsza ze wszystkich źródeł uzyskiwania energii. Jest ogromna, ale bardzo rozproszona. By wytworzyć z niej energię elektryczna buduje się elektrownie i ogniwa fotowoloiczne. Baterie słoneczne, czyli urządzenia elektroniczne też produkują energię elektryczną. Wykorzystują one zjawisko fotowoloiczne do przemiany światła na prąd elektryczny.
ENERGIA WIATROWA
Wiejący wiatr to masy powietrza atmosferycznego poruszające się nad powierzchnią ziemi z pewna prędkością. Masa i prędkość to energia. Energię wiatru można okiełzać i wykorzystać przy pomocy turbin wiatrowych. Turbiny wiatrowe produkują energię w sposób ekologicznie bezpieczny.
Energetyka wiatrowa staje się coraz powszechniejsza na świecie.
Współczesne elektrownie wiatrowe nie służą już do wytwarzania energii mechanicznej (np. do poruszania kół młyńskich) lecz do "produkcji" energii elektrycznej. Podstawową rolę w tych elektrowniach pełnią najrozmaitszych kształtów gigantyczne wiatraki z łopatkami o szerokości dochodzącej 100m. Wiatraki te napędzają generatory prądu, kierując w ten sposób powstały prąd bezpośrednio do sieci lub akumulują go w akumulatorach na okres, gdy siła wiatru bardzo słabnie.
ENERGIA WODNA
Energetyka wodna zajmuje się pozyskiwaniem energii wód i jej przetwarzaniem na energię mechaniczną i elektryczną przy użyciu silników wodnych i hydrogeneratorów w siłowniach wodnych oraz elektrowniach wodnych , a także innych urządzeń. Energetyka wodna opiera się przede wszystkim na wykorzystaniu energii wód śródlądowych o dużym natężeniu przepływu i dużym spadzie – mierzonym różnicą poziomów wody górnej i dolnej z uwzględnieniem strat przepływu . Wykorzystanie w elektrowniach energii wód śródlądowych oraz pływów wód morskich polega na zredukowaniu w granicach pewnego obszaru naturalnych strat energii wody i uzyskaniu jej spiętrzenia względem poziomu odpływu. Duże znaczenie mają elektrownie wodne szczytowo-pompowe, pozwalające na użycie wody jako magazynu energii. Rozwój hydroenergetyki jest uzależniony od zasobów energii wód, tak zwanych zasobów hydroenergetycznych. Za rozwojem hydroenergetyki przemawia fakt , że koszt energii elektrycznej produkowanej w elektrowni wodnej jest niższy niż energii elektrycznej produkowanej w elektrowni cieplnej.
ENERGIA GEOTERMALNA
Energia geotermalna - energia wnętrza Ziemi - czyli naturalne ciepło wnętrza naszej planety zgromadzone w skalach i wypełniających je wodach.
Jednakże ten sposób pozyskiwania energii nie jest tak ekologiczny jak energia wiatru czy słońca. Eksploatacja energii geotermalnej powoduje poważne problemy ekologiczne, z których najważniejszy polega na kłopotach wiązanych z emisją szkodliwych gazów uwalniających się z geopłynu, oraz zagrożenie dla zdrowia powoduje radon, produkt rozpadu radioaktywnego uranu, wydobywający się wraz z parą ze studni geotermalnej.
ENERGIA FAL MORSKICH
Istnieją dwa rozwiązania wykorzystania energii fal morskich napędzających albo turbinę wodną albo powietrzną. 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 Kaplana, sprzężona z generatorem. Po przepłynięciu przez turbinę woda wraca do morza. Wykorzystana jest więc przemiana energii kinetycznej fal morskich w energię potencjalną spadu. W drugim rozwiązaniu zbiornik jest zbudowany na platformach na brzegu morza. Fale wlewają się na podstawę platformy i wypychają powietrze do górnej części zbiornika. Sprężone przez fale powietrze wprawia w ruch turbinę Wellsa, która napędza generator.
ENERGIA CIEPLNA OCEANU
Przemiana energii cieplej oceanu to wykorzystanie różnicy temperatury wody na powierzchni i w głębi morza lub oceanu. Jest to możliwe na obszarach równikowych; woda morska ma tam na powierzchni temperaturę ok. 30 0C, a na głębokości 300-500m temperaturę ok. 7C. Wykorzystanie tej różnicy polega na zastosowaniu czynnika roboczego, który paruje w temperaturze wody powierzchniowej i jest skraplany za pomocą wody czerpanej z głębokości 300-500m. Czynnikiem takim jest amoniak, freon lub propan. Cała instalacja wraz z generatorem znajduje się na platformie pływającej.
ENERGIA GEOTERMICZNA
Wnętrze Ziemi jest bardzo gorące. Co 100 m w głąb Ziemi temperatura wzrasta o 3C . W niektórych miejscach na Ziemi wrząca woda lub para wodna wytryskuje na powierzchnię jako gejzery. Są to źródła geotermiczne.
Chcąc wykorzystać to źródło energii wykonuje się dwa odwierty w głąb Ziemi, w gorącą warstwę skalną. W jeden odwiert pompuje się pod ciśnieniem zimną wodę, która się rozgrzewa, zamienia w gorącą parę i drugim odwiertem dociera na powierzchnię, gdzie jak w każdej innej elektrowni, napędza turbiny wytwarzające prąd.
BIOGAZ
Bardzo korzystna dla środowiska naturalnego jest energia uzyskiwana z odnawialnych (bo odrastających) surowców pochodzenia roślinnego, tzw. bioenergia.
Pochodzi ona głównie z roślin i odchodów zwierzęcych, przez wytwarzanie tzw. biogazu, głównie metanu. Gaz ten powstaje podczas rozkładu substancji organicznych (roślinnych i zwierzęcych), gdy proces ten przebiega bez dostępu
powietrza.
BIOMASA
Biomasę określa się jako masę materii organicznej, zawartą w organizmach zwierzęcych lub roślinnych. Wyrażana jest w jednostkach tzw. świeżej masy (naturalna masa organizmów) oraz suchej masy (masa bezwodna).
Termin biomasa dotyczy całego szeregu odnawialnych technologii energetycznych.
ENERGIA JĄDROWA
Wyzwolenie energii jądrowej polega na rozszczepieniu jądra ciężkiego atomu, złożonego z protonów i neutronów, na dwa jądra pierwiastków lżejszych, wydzielając w skutek ubytku masy energię cieplną i wyzwalając od 0 do 8 neutronów. Wyemitowane neutrony mogą trafić w inne jądra, które ulegają rozszczepieniu. W rezultacie powstaje coraz więcej swobodnych neutronów i coraz więcej jąder ciężkich atomów rozszczepia się, co zwiększa porcję energii.
Elektrownie jądrowe podczas eksploatacji wywierają negatywny wpływ na środowisko poprzez wydzielanie produktów promieniotwórczych do atmosfery, wydzielanie ciepła odpadowego do wody chłodzącej oraz podczas produkcji paliwa jądrowego powstają również odpady radioaktywne.
Elektrownia taka pozwala częściowo zastąpić nieodnawialne źródła energii takie jak węgiel, ropa naftowa czy gaz ziemny. Najczęściej wykorzystuje się w nich ciśnieniowe reaktory wodne.
ROPA NAFTOWA
Powstała ze szczątków organizmów roślinnych i zwierzęcych, które w dawnych okresach geologicznych występowały na Ziemi, w morzach i oceanach. Skład ropy jest zmienny i zależy od miejsca wydobycia.
Jest ona głównym źródłem energii w transporcie. Podczas jej przewozu dochodzi do katastrof, które wyrządzają duże szkody w środowisku naturalny, skażenia wód oraz zanieczyszczenia fauny i flory. Ropa wylana na powierzchnię morza, może wyrządzić ogromne straty w środowisku, konieczna jest wtedy szybka akcja ratownicza.
WĘGIEL BRUNATNY
jeden z węgli kopalnych, zawiera 65–78% pierwiastka węgla. Rozróżnia się kilka odmian węgla brunatnego. Stosowany jest jako tani materiał opałowy gł. w postaci brykietów (z powodu dużej zawartości siarki — 4%, spalanie węgla brunatnego jest szkodliwe dla środowiska); jest cennym surowcem chemicznym przerabianym w procesach wytlewania, zgazowania i uwodorniania węgla.
WĘGIEL KAMIENNY
jeden z węgli kopalnych, zawiera 78–92% pierwiastka węgla (do węgla kamiennego zalicza się też antracyt, zawierający do 97% węgla. Większość węgla kamiennego należy do węgli humusowych. Węgiel kamienny ma niejednorodną budowę, składa się z kilku składników (odmian) petrograf. różniących się połyskiem i twardością występujących w postaci pasemek w różnych proporcjach.
Węgiel kamienny jest ważnym paliwem wykorzystywanym bezpośrednio (spalanie) lub po przeróbce chemicznej do celów energetycznych, a także surowcem dla przemysłu chemicznego.
GAZ ZIEMNY,
mieszanina węglowodorów, oraz (w zmiennych ilościach) azotu, dwutlenku węgla, siarkowodoru, gazów szlachetnych. Występuje gł. w porowatych piaskach, piaskowcach, wapieniach i dolomitach, niekiedy także w szczelinach skał magmowych. Powstaje w wyniku analogicznych procesów jak ropa naft. lub stanowi jeden z produktów uwęglania substancji roślinnej. Gaz ziemny jest cennym surowcem w produkcji sadzy, gazu syntezowego oraz jest stosowany jako paliwo. Wartość opałowa: 35,2 · 106–62,8 · 106 J/m3 (8400–15 000 kcal/m3).