Alternatywne źródła energii

ENERGIA SŁONECZNA - WSTĘP

Czy zastanawiałeś się kiedykolwiek nad tym jaki potencjał energetyczny drzemie w tym zwykłym, codziennie nas witającym, malutkim słoneczku.

Wykres obok właśnie to przedstawia w porównaniu do zapasów konwencjonalnych źródeł energii oraz jej obecnego światowego zużycia.
Można do niego dodać w formie komentarza, że tylko niewielki procent (>1%) energii słonecznej jest aktywnie wykorzystywany (głównie w fotosyntezie i energii wiatrowej). Reszta czyli 99% z 27*1.000.000.000 MW (megawata) energii która dzięki słońcu pada na lądy marnuje się. Światowe zapotrzebowania na energię pod wszystkimi postaciami (a więc nie tylko na prąd elektryczny) wynosi natomiast obecnie 0,01*1.000.000.000 MW...
Wziąwszy to pod uwagę można stwierdzić, że grzechem jest marnowanie takiej ilości darmowej energii. Dlatego powstały różne sposoby wykorzystania energii słonecznej. Aby wymienić najpopularniejsze z nich:

Moduły fotowoltaiczne, panele fotowoltaiczne, fotoogniwa, bądź po prostu panele słoneczne. Służą do przemiany światła słonecznego w prąd elektryczny. Dzięki nim i Ty możesz wkrótce skorzystać z tego najpierwotniejszego, najczystszego i najtańszego źródła energii. Przy obecnym poziomie techniki aby zaopatrzyć w energię elektryczną wszystkich mieszkańców naszego globu, na poziomie zużycia energii w USA, łączna powierzchnia paneli musiałaby wynosić 0,5% ogólnej powierzchni lądów czyli 745.000 km2. Oczywiście powyższe wartości są zawyżone ponieważ nie na całym świecie zużywa się tyle energii co w USA. Trzeba rónież zdać sobie sprawę z tego, iż taka elektrownia nie może być postawiona w jednym miejscu. Bardziej realnie można mówić o milionach małych instalacji fotowoltaicznych zainstalowanych na dachach domów, na placach, stokach, polach, produkujących prąd tylko dla jednego bądź kilku budynków. Wkrótce i twój dom może mieć taką instalację. Typowa instalacja składa się, oprócz modułów fotowoltaicznych, z akumulatorów, w których magazynowana jest energia, regulatorów ładowania, konwerterów AC/DC oraz ocjonalnie elektroniki, która steruje np. ładowaniem, kątem nachylenia paneli itp. 


Kolektory słoneczne. Absorbują ciepło promieniowania słonecznego, dzięki czemu ogrzewany jest czynnik roboczy (ciecz robocza) który przepływa przez kolektor. Po ogrzaniu w kolektorze, ciecz robocza przepływa przez wężownicę (wymiennik ciepła) w bojlerze gdzie oddaje ciepło ogrzewając zarazem wodę w zbiorniku. Następnie przepływa ponownie przez kolektor gdzie zostaje ponownie nagrzana. Kolektory słoneczne na ogół stosuje się do ogrzewania wody użytkowej (istalacje c.w.u.), ale nie tylko. Za pomocą kolektorów słonecznych można również ogrzewać wodę w basenach a nawet pomieszczenia. Jednak w tym drugim przypadku konieczne jest zastosowanie skomplikowanych i stosunkowo drogich instalacji akumulujących ciepło oraz złożonej elektroniki sterującej.


Oprócz paneli i kolektorów słonecznych, które są przykładem na aktywne wykorzystanie energii słonecznej istnieje również szereg sposobów na tzw. pasywne wykorzystanie energii słonecznej. W wielkim skrócie polegają one na takim zaprojektowaniu budynku bądź jego nieznacznej przebudowie aby nie tylko zminimalizować straty ciepła ale również je pozyskać. 

Promieniowanie słoneczne w Polsce. Wiele osób zadaje sobie zapewne pytanie, jakie jest właściwie natężenie promieniowania słonecznego w naszym kraju i czy pozwala ono na wykorzystanie rozwiązań opisanych powyżej. Miło stwierdzić iż jest ono jedno z lepszych w naszej części europy. Oczywiście jest ono różne w zależności od regionu i waha się od 900 - 1200 kWh/m2 (kilowato-godziny na metr kwadratowy). Widać to na mapce, opracowanej na podstawie danych Instytutu Meteorologii i Gospodarki Wodnej. Oczywiście są to dane orientacyjne. Faktyczna ilość promieniowania, które pada na urządzenie (panel fotowoltaiczny, kolektor słoneczny), jest uzależniona od kilku innych czynników, mi. pogody, pory dnia, pory roku, kąta nachylenia urządzenia oraz strony świata na którą jest skierowane

KOLEKTORY SŁONECZNE

Wejść pod cieplutki prysznic ze świadomością że to nic nie kosztuje, nie szkodzi środowisku i nie wymaga obsługi z naszej strony. Dzięki kolektorom słonecznym to marzenie może się stać codziennością również w Twoim domu.
Kolektory słoneczne służą do odbioru ciepła promieniowania słonecznego i przekazywania go do cieczy roboczej, która z kolei ogrzewa wodę użytkową lub ciecz w zbiornikach akumulacyjnych. Kolektory mogą być używane przez cały rok, gdyż nawet jeśli podgrzeją wodę tylko o 3 st. C, ich stosowanie jest opłacalne. Największa efektywność przypada natomiast na okres od kwietnia do września. Orientacyjne zyski z użytkowania kolektora płaskiego obrazuje poniższy wykres:

Budowa kolektorów słonecznych
A oto kolejne pytanie - co to jest właściwie kolektor słoneczny? Jest to urządzenie do odbioru ciepła z promieniowania słonecznego i przeniesienia go w ciecz roboczą, która z kolei ogrzewa wodę w zbiorniku (bojlerze). Rozróżniamy kilka rodzajów kolektorów słonecznych, mi.: kolektory płaskie oraz kolektory próżniowe. Ze względu na cenę i prostotę konstrukcji najpopularniejsze są kolektory płaskie. Kolektory zawsze muszą składać się z kilku warstw:
1. Przezroczysta pokrywa - wykonana ze szkła o niskiej zawartości tlenków żelaza, lub tworzyw sztucznych. W tym drugim przypadku tworzywa powinny być odpowiednio dobrane i być zespolone w podwójną warstwę.

2. Absorber - główny element kolektora słonecznego. Powinien być wykonany z metalu dobrze przewodzącego ciepło; najczęściej jest to miedź (najlepiej) albo aluminium. Metal ten jest pokryty substancjami tworzącymi jego powłokę. W zależności od rodzaju kolektora, może być to powłoka nieselektywna (bardzo dobrze absorbuje ciepło, ale także dużo go emituje) lub selektywna (również bardzo dobrze absorbuje ciepło, a jednocześnie ogranicza emisję). Powłoki nieselektywne wykonuje się z czarnych lakierów, a selektywne w wyniku galwanicznego nałożenia czarnego chromu. Oczywiście powłoki selektywne są znacznie lepsze. Do płyty absorbera przylutowane są rurki, przez które przepływa ciecz robocza.

3. Izolacja i obudowa - aby kolektor nie oddawał ciepła do otoczenia, musi być izolowany. Jako izolator stosuje się najczęściej wełnę mineralną lub poliuretan. Całość mieści się w obudowie kolektora (najczęściej aluminiowej), która powinna być szczelna.

Kolektory słoneczne można instalować wszędzie, w dowolnej konfiguracji. Mogą być instalowane zarówno na dachu jak i na ziemi - na stojaku. Aby jednak otrzymać najlepsze efekty, warto trzymać się następujących wskazówek:
- Kolektor powinien być zwrócony stroną szklaną na południe.
- Kolektor powinien być pochylony o ok. 45 stopni względem poziomu - jest to kąt idealny przy wykorzystaniu kolektora od lutego do listopada.
- Jeżeli kolektor ma być używany tylko w miesiącach letnich (np. do ogrzewania wody w basenie lub do domku letniego), należy go zainstalować pod kątem 30 stopni.
- Kolektory należy instalować w miejscu niezacienionym przez drzewa, krzaki itp.
- Wskazane jest stosowanie - jako czynnika roboczego - specjalnych cieczy. Ograniczają one odkładanie się minerałów na kolektorze i eliminują ryzyko zagotowania się cieczy.
Słoneczne instalacje grzewcze

Kolektory słoneczne są najważniejszą częścią instalacji grzewczej. Może ona być bardzo prosta, albo bardziej rozbudowana. Do najbardziej typowych elementów słonecznej instalacji grzewczej należą:

- Zbiornik na wodę - może to być dowolny, typowy bojler z wymiennikiem ciepła. Jeżeli kolektory mają być podłączone do tego samego zbiornika, co piec c.o., potrzebny będzie zbiornik z dwoma wymiennikami.
- Bojlery, produkowane specjalnie na potrzeby słonecznych instalacji grzewczych, umożliwiają podłączenie nawet trzech źródeł ciepła (3 wymienniki) np. kolektorów słonecznych, pieca c.o. i pompy ciepła.
Wymiennik ciepła - to bardzo ważny element całej instalacji.
- Wymiennik to spiralna, żebrowana rura (najczęściej miedziana), umieszczona w zbiorniku wody. Przepływa przez nią ciecz robocza, ogrzewając przy tym wodę w zbiorniku.
 Pompka - co prawda można wykonać instalację o obiegu grawitacyjnym, ale efekty są lepsze w instalacji z obiegiem wymuszonym. Pompka pompuje ciecz roboczą przez kolektory i wymiennik ciepła.
Regulator - steruje całością i włącza pompkę, gdy temperatura w kolektorze jest wyższa niż temperatura wody w zbiorniku oraz wykonuje inne funkcje regulacyjne.

Dzięki swej prostocie, słoneczne instalacje grzewcze znalazły zastosowanie w wielu miejscach na świecie, ogrzewając wodę zarówno w domach jedno- i wielorodzinnych, a także w dużych scentralizowanych ciepłowniach jak ta na zdjęciu powyżej. Ciepłownia na wyspie Aro dostarcza ciepłą wodę do domów w całej gminie. Łączna powierzchnia kolektorów wynosi tam 5000 m2.

MODUŁY FOTOWOLTAICZNE

O tym iż słońce jest niewyczerpalnym źródłem energii wie każdy. O tym, że każdy może kożystać z jego zasobów wie już wiele mniejsza grupa szczęśliwców. Słońce to nie tylko darmowe i czyste ciepło ale również prąd.

Dzięki modułom fotowoltaicznym i Ty możesz wkrótce skorzystać z tego najpierwotniejszego, najczystszego i najtańszego źródła energii. W tym miejscu należałoby opowiedzieć trochę o historii modułów fotowoltaicznych. Wbrew temu co mogłoby się zdawać nie są one wynalazkiem aż tak nowym. Ich teoretyczna podstawa powstała już w XVIII wieku. Natomiast pierwsze proste instalacje powstały na przełomie XIX i XX wieku. Jednak prawdziwy krok do przodu, który doprowadził do tego, że nabrały one dzisiejszą formę został postawiony w czasie kryzysu paliwowego w latach 60 -tych. Od tego czasu są one systematycznie ulepszane. Przy obecnym poziomie techniki aby zaopatrzyć w energię elektryczną wszystkich mieszkańców naszego globu, na poziomie zużycia energii w USA, łączna powierzchnia paneli musiałaby wynosić 0,5% ogólnej powierzchni lądów czyli 745.000 km2.
Oczywiście powyższe wartości są zawyżone. Nie na całym świecie zużywa się tyle energii co w USA oraz trzeba zdać sobie sprawę z tego, że taka elektrownia nie może być w jednym miejscu. Bardziej realnie można mówić o milionach małych instalacji fotowoltaicznych zainstalowanych na dachach domów, produkujących prąd tylko dla jednego bądź kilku budynków. Wkrótce i twój dom może mieć taką instalację. Typowa instalacja składa się oprócz paneli z akumulatorów, w których magazynowana jest energia, przetwornic napięcia oraz elektroniki, która steruje np. ładowaniem, kątem nachylenia paneli itp.

Jak to działa?
Energia promieniowania elektromagnetycznego powoduje wybijanie elektronów z półprzewodników, znajdujących się w fotoogniwie (w ogniwach fotowoltaicznych znajdują się dwa półprzewodniki w postaci płytek krzemowych). Gdy w jednym półprzewodniku brak jest elektronów (efekt wybicia pod wpływem promieniowania), kumulują się one w obrębie drugiego półprzewodnika. Na styku dwóch półprzewodników powstaje tzw. zapora, ujemna przy pierwszym półprzewodniku a dodatnia przy drugim. W wyniku naświetlenia ogniwa światłem słonecznym, padające na ogniwo fotony powodują przesuwanie cząstek w półprzewodnikach. W efekcie tego powstaje napięcie elektryczne, czyli prąd.
Objaśnienia do schematu budowy i działania ogniwa fotowoltaicznego:
1. styki wykonane z metalu - przewodnika; odprowadzają wyprodukowany w ogniwie prąd,

2. półprzewodnik o biegunie ujemnym (z elektronami),

3. zapora,

4. półprzewodnik o biegunie dodatnim,

Instalacje zasilane modułami fotowoltaicznymi
Nie istnieją praktycznie żadne ograniczenia w zastosowaniu modułów fotowoltaicznych. Mogą być instalowane w dowolnej ilości i konfiguracji. Instalacja może dostarczać zarówno prąd stały jak i przemienny. Może być podłączona do sieci energetycznej (sprzedając wyprodukowaną energię) lub też być zupełnie autonomiczną (produkcja na własne potrzeby). Moduły fotowoltaiczne mogą być wykorzystywane do:
- w domach mieszkalnych i domkach letniskowych - zasilanie całości lub części obiektu,
- do zasilanie pomp obiegowych do kolektorów słonecznych,
- przy zasilaniu nadajników radiowych, telewizyjnych, telekomunikacyjnych, BTS-ów itp.,
- w instalacjach oświetleniowych, w tym w oświetleniu pasów startowych na lotniskach,
- w instalacjach alarmowych i TV przemysłowej - jako pewne i niezależne źródło zasilania,
- w reklamach świetlnych i oświetleniu billboardów - jest to często tańsze niż podłączenie do sieci,
- do zasilania urządzeń na łodziach i statkach oraz w samochodach kempingowych,
- jako niezależne źródło energii dla pomp, przepompowni i linii produkcyjnych,
- jako jedyne źródło energii dla stacji meteorologicznych i innej aparatury badawczo - pomiarowej, w miejscach trudnodostępnych, gdzie nie ma sieci energetycznej,
- do produkcji prądu w elektrowniach słonecznych,

Oprócz modułów fotowoltaicznych w instalacjach stosuje się następujące elementy:
Regulatory ładowania - czuwają nad procesem ładowania akumulatorów. Zapobiegają przeładowaniu jak i rozładowaniu akumulatora. Występują w instalacjach autonomicznych, niezależnie od tego czy produkowany prąd jest prądem stałym (DC) czy też przemiennym (AC).
Akumulatory - są magazynem prądu. Pozwalają używać prądu również w chwili gdy nie jest on produkowany przez moduły fotowoltaiczne, np. w nocy. Są również swoistym zbiornikiem buforowym, w którym magazynuje się prąd wyprodukowany na zapas z myślą o dniach pochmurnych, kiedy produkcja prądu jest mniejsza. Ich ilość i pojemność jest zależna od rodzaju instalacji oraz ilości dni na które potrzebna jest rezerwa. Występują w instalacjach autonomicznych, niezależnie od tego czy produkowany prąd jest prądem stałym (DC) czy też przemiennym (AC).
Przetwornice - zmieniają prąd stały (DC) produkowany przez moduły fotowoltaiczne, w prąd przemienny (AC), który jest potrzebny do zasilania większości urządzeń. Występuje w instalacjach autonomicznych, w przypadku jeśli potrzebny jest dostęp do prądu przemiennego (AC).
Falowniki - są to specjalne urządzenia służące do podłączenia elektrowni fotowoltaicznej do sieci. Przystosowują prąd produkowany przez moduły fotowoltaiczne, do parametrów wymaganych przez energetykę. Występuje wyłącznie w instalacjach podłączonych do sieci.

PASYWNE WYKORZYSTANIE ENERGII SŁONECZNEJ

Wyobraźmy sobie sytuację w której mamy piękną obszerną kuchnię bądź pokój dzienny, które mają jednak jedną zasadniczą wadę - trzeba stale palić tam światło, gdyż są strasznie ciemne. Są to pomieszczenia w których stale się przebywa, więc nawyk wyłączania światła przy opuszczaniu pomieszczenia nic nam nie daje. Czyżby trzeba było się poddać i zaakceptować fakt, że będziemy płacić stale wyższe rachunki za prąd; siłą rzeczy więcej go zużywać i tym samym w większym stopniu przyczyniać się do degradacji środowiska?
Nie, nigdy! W sytuacji tej aż się prosi żeby wykorzystać w sposób pasywny energię słoneczną. Na czym to polega? To proste - wpuszczamy do danego pomieszczenia więcej światła słonecznego (w przypadku jeśli chcemy je dogrzać również ciepła) tak aby stało się do tego stopnia jaśniejsze abyśmy mogli tam bez kłopotu pracować nie doświetlając go elektryczne. Pasywne wykorzystanie energii słonecznej polega na wpuszczeniu do pomieszczenia maksymalnej ilości światła bądź ciepła w takiej formie w jakiej są (w przeciwieństwie do np. fotoogniw gdzie są one zmieniane na prąd elektryczny). Dzięki temu zbędne są skomplikowane urządzenia i instalacje. Dwa proste przykłady poniżej:

Świetliki rurowe - w każdym budynku jest takie miejsce w którym przydałoby się więcej światła
Składają się głównie z kopuły zbierającej światło, giętkiej rury światłonośnej i rozpraszacza pryzmatycznego. Dostarczają w słoneczny dzień do pomieszczenia od 6000 do 10.000 lumenów światła (dla porównania tradycyjna 100 watowa żarówka tylko ok. 1200). Są praktycznie niezniszczalne (żywotność tradycyjnej żarówki to ok. 2000 godzin) i po ich zamontowaniu nie ma już dodatkowych opłat za eksploatację. Sposób ich działania jest niezwykle prosty. Kopuła umieszczona na dachu zbiera światło ze wszystkich stron, nawet w pochmurne dni. Następnie światło wędruje światłonośną rurą (która jest przeprowadzona np. przez strych - dzięki swojej giętkości w bardzo łatwy sposób można ominąć wszelkie przeszkody typu belki itp.) i natrafia na rozpraszacz, który łagodzi jaskrawość światła i rozprasza je po całym pomieszczeniu. Efekt najlepiej ilustrują poniższe zdjęcia. To po lewej zostało zrobione przed zamontowaniem świetlika, a to po prawej po jego zamontowaniu.


Dzięki świetlikom można ograniczyć lub całkowicie zrezygnować z tradycyjnego, sztucznego oświetlenia.
Dodatkowo:
- w zimie zapobiegają tzw. depresji zimowej spowodowanej zbyt małą ilością naturalnego światła
- korzystnie wpływają na rośliny i zwierzęta
- opatentowana technologia świetlika wywodzi się z amerykańskiego programu kosmicznego
- mogą być stosowane w każdego rodzaju budynkach; domach, biurach, pomieszczeniach użyteczności publicznej
- są eleganckie i bardzo łatwe w montażu


Dogrzewanie pomieszczeń za pomocą szklarni stanowiącej część bryły budynku.
Niegdyś szklarnia przydomowa była miejscem dusznym, brudnym i wilgotnym, nadawała się jedynie do uprawy roślin. Obecnie może stanowić skrzyżowanie pokoju dziennego ze szklarnią, spełniać rolę werandy, bądź ogrodu zimowego. Oprócz spełniania funkcji dodatkowego, atrakcyjnego pomieszczenia może również pełnić funkcje izolacyjne a nawet grzewcze. Wymaga to jednak odpowiedniego dobrania proporcji, materiału, formy i konstrukcji. Zasada działania szklarni opiera się na tzw. efekcie szklarniowym. Promienie słoneczne przechodząc przez powierzchnię przeszkloną przekształcają się w energię termiczną i zostają uwięzione we wnętrzu. Ilość nagromadzonego ciepła zależy od ilości promieniowania docierającego do wnętrza oraz sposobu jego dalszego magazynowania i rozprowadzania.

Instalacje do pasywnego pozyskiwania energii słonecznej w postaci szklarni znacznie poprawiają warunki bioklimatyczne domu / mieszkania oraz nadają budynkowi ciekawy, oryginalny wygląd.
Szklarnia będzie doskonałym odbiornikiem energii słonecznej pod warunkiem że uzyska maksymalną ilość ciepła przy jego minimalnych stratach. By spełnić ten warunek należy zwracać uwagę na następujące sprawy:
- usytuowanie względem stron świata (optymalnie by była usytuowana w stronę południa)
- zacienienie spowodowane konstrukcją budynku, przeszkodami terenowymi i konstrukcją własną szklarni
- użyte materiały
- rodzaj stosowanej izolacji (by zminimalizować straty ciepła w nocy)

Szklarnie mogą być praktycznie usytuowane we wszystkich kierunkach świata. Generalnie można przyjąć zasadę że ze wschodniej i zachodniej strony budynku pochłaniają tyle samo energii słonecznej, od północy połowę a z południa dwa razy tyle co na wschodzie i zachodzie. Najlepszą lokalizację szklarni stanowi oczywiście strona południowa.
Właściwie zaprojektowana konstrukcja, odpowiednio dobrany rodzaj szkła, liczba warstw przeszklenia oraz czystość elementów szklanych znacznie wpływają na bilans cieplny. Łączna powierzchnia elementów konstrukcyjnych nie może przekraczać 10% ogólnej powierzchni oszklenia. Zalecane jest także szklenie podwójne, gdyż zmniejsza ono straty ciepła w okresie zimowym i ogranicza problemy kondensacji oraz klejone szkło refleksyjne, które wpuszcza więcej światła i wypuszcza mało ciepła na zewnątrz. Konstrukcja nośna szklarni powinna być trwała, powinna przenosić obciążenia własne, obciążenia wiatrem i śniegiem. Najczęściej konstrukcję wykonuje się z aluminium, tworzyw sztucznych lub stali, ale najkorzystniejszą ze względu na dobrą izolację przed odpływem ciepła na zewnątrz, jest konstrukcja drewniana. Szklarnia, która ma być pomieszczeniem mieszkalnym, powinna być zarówno ogrzewana, jak i chłodzona, zwłaszcza latem, dlatego należy zapewnić właściwą cyrkulację powietrza poprzez otwierane okna, otwory wentylacyjne i świetliki (30% powierzchni przeszklonej), przez które mógłby być usuwany nadmiar gorącego powietrza. Szklarnia powinna posiadać ruchome izolacje zewnętrzne do ochrony przed nadmiarem promieni słonecznych oraz ruchome izolacje wewnętrzne do zabezpieczania szklarni przed odpływem zgromadzonego ciepła w okresie nocnym.

Warunkiem koniecznym do prawidłowego działania szklarni jest zapewnienie dostatecznej masy termicznej do zmagazynowania dużej ilości ciepła. Z promieniowania słonecznego padającego na dachy ściany szklarni tylko część przenika do wnętrza, reszta jest odbita lub zaabsorbowana. Z promieniowania, które przeniknęło już przez szkło do wnętrza szklarni, część energii zużyta jest w procesie fotosyntezy roślin, reszta zaś jest pochłonięta przez podłoże, rośliny i wszelkie inne elementy wnętrza. W wyniku efektu szklarniowego zaledwie 20% powstałej energii pochłaniają ściany, 10% posadzki i zbiorniki akumulacyjne, a 15% przedostaje się bezpośrednio do wnętrza budynku. Ciepło znajdujące się w szklarni może być zmagazynowane:
- w elementach wyposażenia szklarni,
- w ścianach oddzielających szklarnię od wnętrz, w tym celu stosuje się grube przegrody betonowe, ceglane lub wodne,
- w posadzkach szklarni, wykonanych z cegły, płytek ceramicznych lub ziemi,
- w zbiornikach akumulacyjnych, umieszczonych pod posadzką szklarni, wypełnianych żwirem, kamieniem lub płytami skalnymi,
- w małych zbiornikach wodnych umieszczonych wewnątrz szklarni.

Systemy wykorzystujące w sposób pasywny energię słoneczną do ogrzewania wymagają w naszych warunkach klimatycznych wspomagania innymi źródłami ciepła. Mogą one osiągnąć wysoką wydajność po zastosowaniu urządzeń samoczynnie włączających dodatkowe ogrzewanie.

Szklarnia, stanowiąc strefę mieszkalną, może występować w połączeniu z różnymi funkcjami, np.: z basenem, łazienką, sauną, pralnią i suszarnią, z kuchnią i jadalnią, może być przestrzenią wykorzystywaną na hodowle ryb, małych zwierząt. Szklarnia może pełnić funkcję łącznika miedzy pomieszczeniami, budynkami, może stanowić strefę przedwejściową, np.: w formie wiatrołapu lub miejsca przeznaczonego na komunikację pionową w postaci klatki schodowej lub być ciekawie rozwiązanym pomieszczeniem poddasza.

ENERGIA WIATRU - WSTĘP

Ktoś kto kiedyś wymyślił zwrot "walka z wiatrakami" jako określenie bezsensownej batalii przeciwko czemuś co i tak musi nastąpić, nawet nie przypuszczał, że będzie to miało kiedyś bezpośrednie znaczenie. Obecnie walka z wiatrakami mija się z celem gdyż bez żadnego oporu podbijają one kolejne kraje świata oraz serca ich mieszkańców.
Energia wiatru jest de facto odmianą energii słonecznej. Wiatr jako źródło energii został dostrzeżony stosunkowo wcześnie. Nic w tym dziwnego. W jeden wietrzny dzień można było wykonać więcej pracy dzięki wiatrakom niż przez tydzień ręcznie. Były one znane w starożytnych Chinach, Babilonii. W VIII wieku naszej ery powstały pierwsze wiatraki w Holandii. Jednak największe znaczenie miały one w XVI i XVII wieku. Po wynalezieniu maszyny parowej ich znaczenie zmalało, aby mogły przeżyć ponowny renesans pod koniec XX wieku. Ich liczba ciągle wzrasta a ich produkcja jest obecnie tak duża, że stanowią np. trzeci główny produkt eksportowy takich "wiatrakowych potęg" jak Dania. Ich liczba w tym kraju wynosi ok. 4000 sztuk. 
Wiatrak na zdjęciu obok służy do produkcji prądu. Mierzy 60 metrów a średnica jego rotora wynosi 44 metry. Jego moc to 660 kW. Jest to wiatrak stosunkowo dużej wielkości i mocy - największy dostępny na rynku ma moc 2 MW. Są oczywiście również i wiatraki zupełnie małe, do przydomowej produkcji prądu, na łódkę czy na działkę. Wszystkie jednak składają się z kilku niezastąpionych elementów: wieży, na której całość jest zamontowana, rotora / wirnika - składającego się na ogół z trzech łopat (spotykane są też rotory z dwoma lub czterema). Oprócz tego wewnątrz znajduje się generator (takie trochę większe dynamo), system hamulcowy, system przełożeń, instalacja odgromowa, oraz różnego typu instalacje meteorologiczne, kontrolne i sterujące. Nowoczesny wiatrak jest zupełnie zautomatyzowany co znacznie upraszcza jego obsługę.
Oczywiście aby wiatrak działał potrzebny jest wiatr. Większość wiatraków zaczyna produkować prąd przy prędkości wiatru 3-5 m/s przy czym uzyskują optimum przy prędkości 15 - 20 m/s. Po przekroczeniu tych wartości wydajność znowu spada aż to zupełnego zatrzymania i odwrócenia wiatraka od wiatru gdy jego prędkość przekroczy bezpieczną granicę.
Prąd wyprodukowany za pomocą wiatraków można zmagazynować w akumulatorach (rozwiązanie zalecane w przypadku małych, przydomowych elektrowni) bądź sprzedać do sieci (przy czym dostawca energii wyprodukowanej w ten sposób ma pierwszeństwo nad innymi dostawcami a państwowy odbiorca musi przyjąć całą wyprodukowaną przez niego energię - to nie fikcja, tak mówi polskie prawo).

Oprócz wiatraków - generatorów wiatrowych do produkcji prądu, istnieje szereg typów wiatraków o innych zastosowaniach tak jak na przykład pompy wiatrowe.

POMPY WIATROWE

Ludzie od stuleci wykorzystywali siłę wiatru do pobierania wody. W ciągu ostatniego wieku tysiące pomp wiatrowych było używanych w takich krajach jak Australia lub Stany Zjednoczone, aby dostarczyć wodę do celów rolniczych. W niemałym stopniu przyczyniły się one do rozwoju i bogactwa obu tych krajów. Wiele dzisiejszych pomp wiatrowych wywodzi się z modeli wynalezionych około stu lat temu. Stara technika pompowania wody z pomocą siły wiatru, rozwinęła się bardzo w ciągu ostatnich dwudziestu lat, dzięki nowoczesnej technice. Obecnie używanych jest około miliona tego typu urządzeń w różnych zakątkach naszego globu.


O ich sukcesie zadecydowały:
- wyjątkowo niskie koszty eksploatacji 
- wypróbowana, solidna i ekologiczna technologia 
- niski koszt początkowy w porównaniu z innymi urządzeniami tego typu.
Za pomocą pomp wiatrowych można pompować wodę z wszelkiego rodzaju zbiorników zwłaszcza:
- studni (w tym głębinowych)
- otwartych zbiorników wodnych (stawy, jeziora, baseny)
- rzek, potoków 
- morza (np. do produkcji soli)

Pompy wiatrowe mogą pompować wodę na znaczne odległości i wzniesienia. Wydajność pompy zależy od prędkości wiatru, odległości na jaką ma być pompowana woda oraz od wielkości wyniesienia.

Warunki lokalizacji
Większość pomp wiatrowych dzięki swej konstrukcji działa przy minimalnej prędkości wiatru. Sprawia to, że działają praktycznie wszędzie. Aby potwierdzić czy w wybranym miejscu występuje dostateczny wiatr należy przeprowadzić badania jego prędkości za pomocą anemometru. Aby dodatkowo zabezpieczyć się na wypadek braku wiatru, pompy te instaluje się wraz z dużym zbiornikiem wody umieszczonym na wzgórzu (pod ziemią) lub nad powierzchnią gruntu na terenach nizinnych. Pojemność instalowanego zbiornika jest na ogół równa 3 dniowemu zużyciu.

Pompy wiatrowe w Europie Zachodniej
Przyczyny dla których stosuje się pompy wiatrowe w Europie są inne niż w krajach trzeciego świata. Są one głównie stosowane tam gdzie nie potrzebne jest użycie drogiej wody wodociągowej o jakości zdatnej do picia. Dzięki pompom wiatrowym można używać o wiele tańszą wodę z rzek i otwartych zbiorników wodnych (np. do użycia przemysłowego, do nawadniania pól, szklarni itp). Jest to ważne szczególnie w takim kraju jak Polska gdzie zasoby wody pitnej są zastraszająco niskie. 
Kolejnym przypadkiem stosowania pomp wiatrowych jest pompowanie wody pitnej na terenach wyjątkowo cennych przyrodniczo (np. Parków Narodowych, Krajobrazowych, Rezerwatów itp.), gdzie ważne jest stosowanie rozwiązań nie mających negatywnego wpływu na środowisko naturalne. Pompy wiatrowe stosuje się również gdy konieczne jest przepompowanie wody na znaczne odległości lub wysokości a koszty tradycyjnych rozwiązań są wyjątkowo wysokie. Inne zastosowania:
- w gospodarstwach rybnych
- w gospodarstwach ogrodniczych
- w gospodarstwach ekologicznych
- w zakładach przetwórczych i małych fabrykach
- w oczyszczalniach ścieków
- w górnictwie

OGRZEWANIE - WSTĘP

Polska jest jednym z niewielu krajów, w których ciepłem często szafuje się jak by powstawało z niczego i nic nie kosztowało.

Co prawda; jesteśmy bardziej oszczędni w tej dziedzinie niż np. Rosjanie, w ostatnich latach sytuacja się znacznie polepszyła ale nadal pozostawia wiele do życzenia. W niektórych miejscach powszechne jest obniżanie temperatury pomieszczeń za pomocą otwierania wszystkich okien. Również poziom szczelności tych ostatnich, jak i samych budynków znacznie odbiega od ideału. Na szczęście powoli zaczyna rodzić się świadomość, że NAJTAŃSZĄ I NAJBARDZIEJ EKOLOGICZNĄ JEST ENERGIA ZAOSZCZĘDZONA. Poniżej kilka rad na to jak zwiększyć wydajność swojej instalacji grzewczej oraz obniżyć rachunki:
- Jeśli nie chcemy wymieniać okien czy drzwi to można je łatwo uszczelnić gumowymi lub gąbkowymi uszczelkami samoprzylepnymi (gumowych używamy gdy szpary są większe a gąbkowych gdy są nieznaczne). Kosztują one grosze w porównaniu ze stratami ciepła. Ich założenie nie wymaga żadnych specjalnych umiejętności a oszczędności z tego tytułu są znaczne. Przy ich zakładaniu należy jedynie pamiętać o wcześniejszym przemyciu powierzchni ramy okna rozpuszczalnikiem lakieru do paznokci bądź spirytusem. Pamiętamy także o dobraniu odpowiednich uszczelek tak aby okno / drzwi można było później zamknąć.
- Jeśli mamy kaloryfery przy oknach i długie zasłony to na okres grzewczy lepiej założyć krótkie. Zasłony działają bowiem jak ekran i powodują, iż ciepło zamiast ogrzewać pomieszczenie kumuluje się między zasłoną, oknem a ścianą, w efekcie czego ogrzewa ścianę i okno. 
- To samo dotyczy mebli (szaf, meblościanek itp.); nie należy nimi zasłaniać grzejnika bądź pieca, gdyż efekt jest ten sam co w przypadku zasłon. 
- Zalecane jest umieszczenie ekranu za kaloryferem czy piecem tak aby odbijał ciepło na pomieszczenie. Ekran taki może być wykonany z prostego kawałka niemalowanej blachy ocynkowanej lub aluminiowej i przybity bądź przykręcony do ściany. 
- W przypadku kaloryferów bardzo zalecane jest stosowanie termostatów.
- Najzdrowsza temperatura dla człowieka to 20 st. C w ciągu dnia i 18 st. C w nocy. 
- Zamiast brać kąpiel w wannie lepiej jest umyć się pod prysznicem. Jest to nie tylko zdrowsze ale i zaoszczędza nam ciepłą wodę (i koszty związane z jej ogrzaniem).
Pamiętajmy: stosując przynajmniej choćby jedną z powyższych rad przyczyniamy się do zmniejszenia emisji zanieczyszczeń oraz zwiększenia objętości swojego portfela !!!

BIOMASA JAKO OPAŁ

Biomasa to nic innego jak suche rośliny. Na ogół jest to słoma bądź drewno z drzew szybko rosnących jak np. wierzba. Przy ich spalaniu emisja CO2 jest równa ilości tego związku jaką pobrała roślina w czasie wzrostu, co w bilansie końcowym wychodzi daje "0". Jako źródło energii biomasa jest również, odnawialna gdyż rośliny mają to do siebie, że odrastają (w przeciwieństwie np. do pokładów ropy). Nie ma również problemu z utylizacją popiołu gdyż jest znakomitym nawozem. Wbrew pozorom jest to paliwo wydajne; dwie tony suchej biomasy, czy to słomy czy drewna, są równoważne energetycznie tonie węgla kamiennego. Również ze względów ekonomicznych warto się zastanowić nad zmianą dotychczasowego paliwa; ogrzewanie biomasą jest tańsze o 50% - 70%. Zwrot kosztów inwestycji w odpowiedni piec waha się od 2 - 4 lat. 
Jeśli chodzi o samą biomasę to mnóstwo się jej marnuje; w naszym kraju produkuje się rocznie ok. 25 mln. ton słomy z czego marnuje się (gnije bądź jest spalana na polach) 8-12 mln. ton. Dodajmy do tego drewno, które mogłoby wyrosnąć na polach stojących odłogiem, to otrzymamy dosyć pokaźną ilość paliwa.
Paliwo to może być stosowane zarówno w indywidualnych jak i zbiorczych systemach grzewczych (i nie tylko grzewczych - po zamontowaniu turbiny i instalacji towarzyszącej można również produkować prąd).

Piec MS
Dobrym przykładem na wykorzystanie biomasy w ogrzewaniu pomieszczeń jest Piec MS. Od tradycyjnych pieców Piec MS różni się wieloma ważnymi cechami, m.i.: jest on zbudowany ze specjalnie dobranych i obrobionych kamieni. Wnętrze pieca jest wykonane w sposób gwarantujący maksymalne wykorzystanie ciepła zawartego w powietrzu i dymie, co powoduje oszczędność ciepła w wysokości do 80% w porównaniu z tradycyjnymi piecami. W wyniku podwójnego spalania, dym wychodzący z komina jest o wiele czystszy.

Piec MS z powodu swej wysokiej masy (ok. 3 ton) i ekstensywnego systemu rozprowadzania ciepła jest najbardziej efektywną, ekologiczną, ekonomiczną i bezpieczną metodą wykorzystania energii drewna opałowego. Spalając 12 - 15 kg drewna na dobę można ogrzać 100 - 125 m2 powierzchni mieszkalnej (rozpalając ogień tylko raz dziennie). Ekstensywne i stałe rozprowadzanie ciepła w wysokości 35 - 50 st. C powoduje, że piec ten nie stanowi zagrożenia dla usytuowanych obok mebli lub innych sprzętów. Dodatkowo istnieje szereg innych funkcji do których piec MS może być wykorzystany. Są to między innymi: ogrzewanie wody, instalacja ogrzewania podłogowego, możliwość wykorzystania górnego paleniska do pieczenie ciast bądź suszenia owoców.
Jak działa Piec MS?
Dym i ciepło wytworzone w wyniku spalania drewna przechodzą przez kanały oddając ciepło do kamieni. Powietrze jest zasysane do pieca poprzez popielnik i ruszta. Powietrze i dym przechodzą z paleniska do górnej komory gdzie przy temperaturze 900 st. C następuje spalanie wtórne gazów znajdujących się w dymie. Tam też w wyniku spalanie następuje doczyszczenie dymu. Stamtąd powietrze i dym są zawracane w dół pionowymi kanałami. Po przejściu całego cyklu temperatura dymu i powietrza obniża się z 900 st. C do 170 st. C. Aby zmniejszyć straty ciepła istnieje możliwość zamknięcia komina po zupełnym wygaśnięciu ognia.

CONNECTOR 2001 - SAMOCHÓD O NAPĘDZIE HYBRYDOWYM - SŁONECZNO - OLEJOWYM - CZYLI POJAZD PRZYJAZNY DLA ŚRODOWISKA
Connector 2001 jest samochodem o napędzie hybrydowym; jest wyposażony w elektryczny napęd i zintegrowane z karoserią panele słoneczne z których pochodzi energia zasilająca oraz silnik spalinowy na olej roślinny. Napęd elektryczny jest przeznaczony do podróży na mniejsze dystanse natomiast silnik na olej roślinny pozwala przemieszczać się na dalsze odległości. Karoseria istniejącego obecnie prototypu CONNECTORA 2001 została skonstruowana z tworzyw sztucznych typu high - tech, włókien szklanych i węglowych co spowodowało, że jest on o wiele lżejszy od dzisiejszych samochodów przy zachowaniu odpowiednich parametrów gwarantujących bezpieczeństwo podróżujących. Dzięki kombinacji niskiej masy i aerodynamicznych kształtów udało się stworzyć pojazd który bez kłopotów porusza się dzięki energii słonecznej i uzyskuje zaskakująco niskie spalanie w czasie jazdy na dłuższe dystanse z wykorzystaniem silnika na olej roślinny. CONNECTOR 2001 ma bardzo przestronne wnętrze dzięki czemu mieści się w nim bez kłopotu sześć osób (3 z przodu i 3 z tyłu) oraz bagaż. Można go zakwalifikować jako duży sedan jednak jest on o wiele bezpieczniejszy i bardziej luksusowy niż standardowe sedany.

Jest bezdyskusyjne, że ludzkość w XXI wieku będzie potrzebowała transportu samochodowego i to na większą skalę niż w wieku XX. Niewiele innych wynalazków miało tak wielki wpływ na postęp techniczny i kulturowy jak samochód. Zapotrzebowanie na samochody już w chwili obecnej jest ogromne i zachowuje tendencje wzrostowe. Patrząc z innej strony właśnie od samochodów pochodzi ogromny procent zanieczyszczeń powstających w wielkich metropoliach (w niektórych z wielkich miast ameryki jak Los Angeles czy Nowy Jork prawie 100% zanieczyszczeń pochodzi ze spalin samochodowych). Jeśli wszyscy z już prawie 6 miliardów mieszkańców naszej planety będą chcieli mieć samochód (a będą bo z jakiej racji by mieli nie chcieć) to staniemy przed problemem gwałtownego wzrostu zanieczyszczeń. Nasza „Zielona Planeta” może stać się wtedy jednym wielkim smogiem. Jednym ze sposobów aby zapobiec tej globalnej katastrofie jest zwiększenie udziału odnawialnych źródeł energii takich jak energia słoneczna, wiatrowa czy też olej roślinny itp. w sektorze transportowym. Jednym z bardziej atrakcyjniejszych źródeł energii jest właśnie słońce gdyż fotoogniwa mogą być bez kłopotu wbudowane w karoserię samochodu. Dzięki temu możliwe jest już spełnienie wszystkich wymagań stawianych przez konsumentów producentom samochodów. Mianowicie połączenia bezpieczeństwa, komfortu, ekonomii i ochrony środowiska w jednym modelu samochodu. Nie spełniają tych warunków obecne na rynku samochody o napędzie elektrycznym gdyż są one za ciężkie i ich zasięg jest mały (co sprawia, że nadają się wyśmienicie do jazdy miejskiej np. do dojazdu do pracy). Dzięki wyposażeniu samochodu w fotoogniwa i silnik na olej roślinny uzyskano nieograniczony zasięg i inne właściwości zarezerwowane dotychczas dla samochodów tradycyjnych.

Początki
Pierwszy samochód o napędzie hybrydowym słoneczno - olejowym powstał w warsztatach firmy TORIA aps. w Danii. Powstanie prototypu było możliwe dzięki pomocy wielu instytucji publicznych, w tym Rady ds. Ochrony Środowiska, Rady ds. Rozwoju Przemysłu, Rady ds. Energii oraz Rady ds. Transportu W projekcie uczestniczyło również wiele firm prywatnych i organizacji społecznych. Prototyp CONNECTORA 2001 powstał w latach 1996 - 1998. Prace konstruktorskie nad nim były prowadzone częściowo przez TORIA aps. i częściowo przez innych partnerów którzy sami finansowali swoją część robót. Całość koordynował z ramienia TORIA Dr. inż. Alastair M.H. Persson. W wielu pracach uczestniczyli uczniowie Szkół Technicznych w Sonderborg i Arhus. Natomiast całość prac związanych z obliczeniami koniecznymi do zaprojektowania karoserii auta została przeprowadzona na Uniwersytecie w Alborg.

Pierwsze praktyczne wnioski po przetestowaniu prototypu
- Jak wykazują badania 90% wszystkich przejazdów jest na odległości do ok. 10 km. Są to odległości na których konwencjonalne samochody wytwarzają najwięcej zanieczyszczeń. Dzięki wykorzystaniu energii słonecznej z fotoogniw zintegrowanych z karoserią wyeliminowano te zanieczyszczenia.
- Dzięki zastosowaniu silnika spalinowego na olej roślinny stworzono samochód do podróży również na większe odległości, który bez kłopotu można ogrzać w chłodne dni. 
- Dzięki zastosowaniu tworzyw sztucznych typu high - tech, było możliwe stworzenie samochodu o wiele lżejszego, trwałego (nie rdzewieje) i bezpieczniejszego niż dzisiejsze auta. W ten sposób ograniczono również spalanie w silniku spalinowym i zapotrzebowanie na energię słoneczną w silniku elektrycznym. Wszystkie materiały składające się na CONNECTORA 2001 mogą zostać poddane recyklingowi i ponownie użyte. 
- Dzięki specjalnie dobranemu kształtowi udało się uzyskać maksymalną powierzchnię paneli słonecznych (6 m2) a zarazem nadać pojazdowi estetyczny i futurystyczny wygląd. Powierzchnia paneli słonecznych ma znaczny wpływ na kształt i rozmiar całości (CONNECTOR 2001 jest dosyć szeroki). Jest to jednak bardziej jego zaletą niż wadą gdyż wpływa to bardzo pozytywnie na komfort i bezpieczeństwo. 
- Dodatkowym źródłem zysku dla właścicieli CONNECTORA 2001 może być w przyszłości sprzedaż w miesiącach letnich nadmiaru prądu powstałego w fotoogniwach auta do sieci lub wykorzystanie go w swoim gospodarstwie domowym. W dni o średnim nasłonecznieniu do naładowania w pełni baterii potrzebne jest ok. 8 godz.
- Osiągi CONNECTORA 2001 są porównywalne z dzisiejszymi samochodami klasy średniej a w niekiedy są nawet lepsze. Cena detaliczna będzie nieco wyższa niż konwencjonalnych aut. 
- Dla zwiększenie bezpieczeństwa w konstrukcji zastosowano wzmocnienia boczne i strefy zgniotu. 
- Planowane wejście na rynek - rok 2004

ENERGIA PŁYWÓW

Energia zmagazynowana jest w wodach oceanu w wielu formach - w postaci energii pływów, ruchu fal, prądów morskich, różnicy temperatur wód powierzchniowych i głębinowych czy wreszcie rozpuszczonych w wodzie związków chemicznych, które służyć mogą jako paliwo jądrowe. Teoretycznie wszystkie te odmiany energii służyć mogłyby człowiekowi i rzeczywiście od wielu lat prowadzone są próby zmierzające w tym kierunku. Wypada od razu zaznaczyć, że rezultaty ich nie mogą - jak na razie - budzić większych nadziei na szybkie zażegnanie kryzysu energetycznego. Na większą skalę wykorzystana jest dotychczas jedynie energia pływów, nią też zajmiemy się najpierw.

Pierwsza wielka elektrownia pływowa uruchomiona została 26 listopada 1966 r. Usytuowana w lejkowatym ujściu rzeki Rance, wpadającej do kanału La Manche niedaleko miasteczka St. Malo, wykorzystuje ona wyjątkowo dużą w tym miejscu amplitudę zmian poziomu morza, wynoszącą od 9 do 14 m. Moc jej wynosi 544 MW. Betonowa tama o długości blisko 800 m przecina estuarium rzeki Rance pomiędzy dwoma bretońskimi miasteczkami: Dinard i St. Malo. W tym miejscu, niezbyt odległym od morza, szerokie ujście Rance, wcinające się na ponad 20 km w głąb lądu, zwęża się. 

Szczególną cechą tej niezwykłej elektrowni jest fakt zastosowania w niej przez francuskich inżynierów oryginalnych odwracalnych turbin, które pracują zarówno wówczas, gdy wznoszące się wody przypływu forsują swą drogę w głąb estuarium, jak wtedy, gdy wraz z odpływem powracają ku morzu. Ich strumień w szczytowym momencie osiąga wielkość 17 500 m3 na sekundę. W czasie jednego cyklu roboczego przez 24 turbiny umieszczone w betonowych tunelach przepływa 700 mln m3 wody. 

Elektrownia wytwarza więc prąd, kiedy zbiornik napełnia się i kiedy się opróżnia. Co więcej, ponieważ jest ona włączona do krajowej sieci energetycznej, w okresach małego zużycia energii elektrycznej spełniać może rolę elektrowni szczytowo-pompowej. Nadmiar niewykorzystanej mocy magazynować więc można używając turbin jako pomp i podnosząc poziom wody w zbiorniku. Stanowi to dość istotną zaletę, bowiem rytm przypływów i odpływów nie jest zsynchronizowany z rytmem wahań, jakim podlega w skali dobowej zużycie energii elektrycznej. Rezerwę zgromadzoną ponad zaporą uruchomić można w okresach szczytowego zapotrzebowania.

Wykorzystanie ruchu wód do wytwarzania energii nie jest pomysłem nowym. Kiedy nie znano jeszcze maszyny parowej ani elektryczności, młyny wodne budowane nad rzekami i strumieniami należały do nielicznych urządzeń, w których maszyna wyręczała człowieka przy najcięższych pracach. Poza młynami wodnymi i wiatrakami stawiano także - choć nieporównywalnie rzadziej - młyny pływowe, pracujące przez kilka godzin w ciągu doby. Tak nieregularna produkcja energii elektrycznej byłaby jednak przedsięwzięciem całkowicie nieopłacalnym.

Pomysł wykorzystania pływów jako źródła energii narodził się przed 250 laty w umyśle Bernarda Forest de Belidor, który w początkach XVIII w. ogłosił rozprawę na temat możliwości budowy młynów pływowych w okolicy Dunkierki na wybrzeżu Cieśniny Kaletańskiej. Z przedstawionych w tej pracy kilku projektów żaden nie doczekał się realizacji w ciągu następnych dwu stuleci. Do niektórych z nich powrócono dopiero w 1919 r., kiedy to Dexter Cooper (który nie wiedział zresztą o istnieniu Bernarda de Belidor) wystąpił ze swą koncepcją zagospodarowania Zatoki Passamaquoddy, leżącej na granicy Stanów Zjednoczonych i Kanady. Zakład energetyczny na rzece Rance, zaprojektowany w 1959 r. i zbudowany w latach 1963-1966, jest jednak pierwszą instalacją wykorzystującą energię pływów i pracującą w sposób ciągły.

Na wybrzeżu oceanu istnieje ograniczona liczba miejsc, które nadawać by się mogły do budowy elektrowni pływowych. Miejsce takie spełniać musi kilka warunków. Pierwszy i najważniejszy to duża amplituda pływów. Zdaniem ekspertów powinna ona przekraczać 5 m. Tak duże dobowe wahania poziomu morza występują w mniej więcej dwudziestu rejonach świata. Nie wszędzie budowa elektrowni pływowych będzie tam jednak możliwa. O ekonomicznej opłacalności takiego przedsięwzięcia decyduje bowiem w znacznej mierze wielkość zbiornika retencyjnego. Im większa ilość wody przedostaje się w ciągu jednego przypływu przez zaporę; tym tańszy jest produkowany prąd. Z tego względu najlepsze warunki lokalizacyjne spełniają długie i wąskie zatoki, które przegrodzić można blisko wejścia, odcinając je od oceanu. Wówczas stosunek długości zapory do mocy elektrowni jest w tym wypadku najkorzystniejszy.

Robert Gibrat, projektant zapory na rzece Rance, do którego należał także wybór miejsca budowy, poddał ocenie kilka możliwych lokalizacji i doszedł do wniosku, że obok ujścia Rance równie korzystne warunki spełniają okolice wyspy Mont St. Michel. Nieco niżej ocenił on ujście rzeki Severn, w którym podobną instalację budować zamierzają Anglicy, oraz zatokę Passamaquoddy. Na samych Wyspach Brytyjskich istnieją 32 miejsca nadające się do wykorzystania na budowę elektrowni pływowych, w 12 zaś z nich amplituda pływów przekracza 10 m. We Francji miejsc takich znaleziono 38.

Obiecujące są też perspektywy rozwoju tej nowej gałęzi energetyki w Azji. U ujścia rzeki Seul w Korei wysokość pływów przekracza 13 m, zaś 12-metrowe pływy występują w indyjskiej zatoce Cambay. W Australii korzystne warunki istnieją na całym niemal północno-zachodnim wybrzeżu. Na konty­nencie amerykańskim jedno takie miejsce znajduje się w zatoce Anchorage na Alasce, pięć w Kanadzie, po jednym w Stanach Zjednoczonych, Meksyku i Brazylii oraz pięć w Argentynie.

Francja nie jest jedynym krajem, w którym zainteresowano się pływami jako potencjalnym źródłem energii elektrycznej. Możliwości budowy siłowni pływowych badane są w Brazylii, Argentynie, Republice Federalnej Niemiec i w wielu innych krajach. W Związku Radzieckim projekt taki został już zrealizowany. Jeszcze przed uruchomieniem elektrowni w St. Malo ukończona została budowa radzieckiej (1,6 MW) eksperymentalnej instalacji w Zatoce Kisłej na półwyspie Kola. Zatoka Kisłaja odznacza się zresztą wyjątkowo korzystnymi warunkami naturalnymi - w czasie każdego przypływu i odpływu prędkość prądu w wąskiej cieśninie łączącej ją z morzem osiąga 4 m/s. Przegrodzono ją zbudowaną z prefabrykowanych betonowych segmentów zaporą, w której umieszczono turbiny podobnego typu jak w elektrowni na rzece Rance. W planach na przyszłość przewiduje się skonstruowanie wielkiego systemu tam na Morzu Białym.

Związek Radziecki, otoczony wieloma morzami, dysponuje ogromnymi potencjalnymi możliwościami rozwoju morskiej hydroenergetyki. Według oszacowań Gibrata, wykorzystanie jedynie małych zatoczek na jego wybrzeżach do budowy siłowni pływowych pozwoliłoby na produkcję energii w ilości 8200 MW.

Jak przedstawiają się te możliwości w skali całego globu? Całkowitą energię pływów obliczono drogą pośrednią. Ruchy pływowe związane są, jak wiemy, z grawitacyjnym oddziaływaniem Słońca, Księżyca i Ziemi, krążących po ustalonych orbitach w przestrzeni kosmicznej. Ponieważ energia pływów ulega po pewnym czasie rozproszeniu na płytkich obszarach oceanu, co odbywa się kosztem energii ruchu obrotowego Ziemi, Księżyca i Słońca, prędkość tego ruchu - zarówno obrotu Księżyca wokół Ziemi, jak Ziemi wokół własnej osi - powoli maleje. Ten „hydrauliczny hamulec" powoduje, że w ciągu jednego stulecia doba ziemska przedłuża się o 0,001 s. Na pozór nie jest to wiele, jednak wystarczająco dużo, by efekt ten zmierzyć. Gdy na tej podstawie obliczono, jakiej mocy trzeba użyć, by spowodować takie zwolnienie obrotu Ziemi, okazało się, że wynosi ona 2700 miliardów watów. Z taką szybkością ulega rozproszeniu energia pływów. Mniej więcej trzecia jej część rozprasza się w płytkich przybrzeżnych wodach szelfów, w zatokach i ujęciach rzecznych, składających się w sumie na ok. 1% powierzchni całego Wszechoceanu. Tak więc znaczna część energii pływów koncentruje się na bardzo niewielkim obszarze.

Wiemy już jednak, że tylko część tej energii mamy szansę ujarzmić. Wiemy nawet w przybliżeniu, jak dużą część. Do wszystkich rejonów, w których istnieją warunki sprzyjające, czy w ogóle umożliwiające budowę elektrowni pływowych, dociera w sumie ok. 6% całkowitej energii pływów, co odpowiada mocy 160 mld watów. Jeżeli przyjąć, że uda nam się energię tę zamienić w energię elektryczną z wydajnością 20%, to po zagospodarowaniu wszystkich nadających się do tego celu miejsc na wybrzeżach oceanu elektrownie pływowe produkować będą 32 mld watów. Stanowi to zaledwie 1 % potencjału hydroenergetycznego wszystkich rzek i strumieni naszej planety, a co gorsza, mniej więcej połowa tych miejsc to niegościnne, rzadko zaludnione rejony brzegu morskiego, takie jak na przykład wybrzeże Kimberley na północno­zachodnim krańcu Australii.

Energia pływów nie może więc odegrać w przyszłości większej roli w zaspokajaniu wzrastających potrzeb ludzkości. W skali lokalnej znaczenie jej może być jednak dość istotne, tym bardziej że siłownie pływowe nie zanieczyszczają środowiska naturalnego, a ich zapory spełniać mogą jednocześnie rolę mostów skracających drogę pomiędzy miejscowościami leżącymi blisko siebie, lecz rozdzielonymi przez morskie zatoki.

ENERGIA FAL I GRADÓW

Całkowita energia fal jest wiele tysięcy razy większa od energii pływów. Aby uświadomić sobie jej rozmiary, wystarczy powiedzieć, że w jednym metrze fali o wysokości 1,80 m i długości 38 m uwięziona jest moc wynosząca 10 kW. Na niewielką skalę energia fal wykorzystywana była od dawna ­ głównie do zasilania rozmaitych akustycznych pław sygnałowych, służących jako pomoc nawigacyjna. Były to jednak urządzenia niewielkie, energia zaś fal była w nich użyta bezpośrednio do wykonania prostej pracy mechanicznej i nie przetwarzano jej na inną użyteczną formę energii.
Wykorzystanie na większą skalę ruchu falowego, choć od lat zaprzątało uwagę wielu naukowców i konstruktorów, okazało się zadaniem bardzo trudnym i w tej dziedzinie, jak dotychczas, osiągnięcia są dość skromne. Jest to zrozumiałe. Jako źródło energii fale morskie mają dwie zasadnicze wady. Po pierwsze, energia ich, w odróżnieniu od energii pływów, rozproszona jest na ogromnym obszarze oceanu, po drugie zaś – stan morza uzależniony jest od kaprysów pogody i w zależności od nich podlega trudnym do przewidzenia wahaniom. Dobre źródło energii powinno zapewnić regularność jej dostaw.

Pomimo to w pewnych warunkach generatory prądu elektrycznego napędzane energią fal mogą spełnić bardzo pożyteczne funkcje. Za ich pomocą zasilać można będzie np. latarnie morskie budowane na oddalonych od lądu wysepkach. Dostarczanie energii z lądu bywa w takich przypadkach kłopotliwe, użycie zaś innego typu źródeł - w rodzaju generatorów spalinowych ­ wymaga konserwacji, obsługi i regularnych dostaw paliwa. Źródła te mogą też okazać się zawodne.

W ostatnich latach powstało kilka interesujących projektów urządzeń opartych na wykorzystaniu energii fal morskich. Japońscy inżynierowie skonstruowali świetlną pławę sygnalizacyjną, w której energia elektryczna wytwarzana jest przez turbinę powietrzną. Wewnątrz pławy, zakotwiczonej na dnie morza, znajdują się obszerne komory powietrzne. Każda chwilowa zmiana poziomu morza, związana z falowaniem jego powierzchni, powoduje wzrost albo spadek ciśnienia wypełniającego komorę powietrza. Wypychane lub wsysane przez dwukierunkowe zawory porusza ono łopatki turbiny gazowej zasilającej bezpośrednio światła pławy lub ładującej baterię akumulatorów. Większe generatory tego typu mogą być użyte w latarniach morskich.

Jedna z firm amerykańskich opatentowała urządzenie działające na podobnej zasadzie, w którym jednak rolę gazu spełnia odpowiedni płyn. Wypełnia on wnętrze płaskiego, elastycznego „materaca", który umieszcza się na niewielkiej głębokości na dnie morza. Kiedy przetaczają się ponad nim grzbiety i doliny fal, ciśnienie wywierane na poszczególne fragmenty jego powierzchni zmienia się i pod działaniem tych zmian płyn w jego wnętrzu jest przepompowywany przez złożony system przewodów, poruszając silnik hydrauliczny, który napędza z kolei generator prądu.
Na świecie pracuje dziś pewna liczba urządzeń, w których praca fal morskich zamieniana jest w wygodną w użyciu energię elektryczną. Niewielką cząstkę niszczycielskich sił udało się zmusić do wykonywania pożytecznych dla człowieka zadań. Czy w przyszłości nauczymy się skuteczniej i wydajniej wykorzystywać to źródło energii? Nie wydaje się to zbyt prawdopodobne.

Podobnie odległa zdaje się być perspektywa zaprzęgnięcia do pracy wielkich prądów oceanicznych. Potencjalnie są one potężnym źródłem energii ­ sam Prąd Zatokowy, gdyby wykorzystać energię kinetyczną jego wód, mógłby dostarczyć 7 •1021 dżuli rocznie, a więc ilość znacznie przekraczającą dzisiejsze roczne zużycie energii przez całą ludność świata. Dość fantastyczne projekty, ogłoszone niedawno przez kilku uczonych amerykańskich, przewidują umieszczenie w nurcie Prądu Zatokowego, na pewnej głębokości pod powierzchnią morza, ogromnych „wiatraków" wodnych, które wytwarzałyby energię elektryczną przesyłaną następnie na ląd. Trudno przewidzieć, jak długo przyjdzie nam czekać na realizację tego pomysłu, tym bardziej że budzi on pewne zastrzeżenia natury nie tylko technicznej. Nie wiadomo, czy szkody, jakie pociągnęłoby za sobą osłabienie Prądu Zatokowego, wywierającego zasadniczy wpływ na klimat znacznej części Europy, nie byłyby większe od ewentualnych korzyści płynących z tego gigantycznego przedsięwzięcia.

W załączniku znajdują się zdjęcia