Wpływ procesów wytwarzania energii na organizmy żywe oraz środowisko naturalne

Wpływ energii na środowisko na środowisko naturalne.

Rola jest szczególnie doniosła ze względu na proces integracji z Unią Europejską. Dla środowiska naturalnego istotne jest, aby zmiany obciążenia poszczególnych bloków elektrowni (wykonywane z konieczności w szerokim zakresie) odbywały się przy zachowaniu wysokiej sprawności przetwarzania energii chemicznej paliwa i uwzględnianiu standardów pracy instalacji służących ochronie środowiska. Awarie zasilania urządzeń elektrycznych mogą powodować wyłączenia urządzeń ochraniających środowisko, a w skrajnych przypadkach - mogą być powodem katastrof o niewyobrażalnych rozmiarach. Uruchomiliśmy więc usługę rynkową pozwalającą na pracę elektrowni na potrzeby własne oraz na pracę wyspową, co decyduje o możliwości ciągłego zasilania w energię elektryczną wyodrębnionej w czasie awarii lokalnej grupy odbiorców. W dalszej kolejności możliwa jest odbudowa systemu po awarii katastrofalnej. Dostosowanie kluczowych polskich elektrowni umożliwiło włączenie Krajowego Systemu Elektroenergetycznego do systemu elektroenergetycznego państw Europy Zachodniej. Nikt nie zdaje sobie sprawy, jak ważna dla ochrony środowiska jest sprawność pracy elektrownianych bloków energetycznych. Wyższa sprawność obniża wskaźnik jednostkowego zużycia energii chemicznej paliwa netto, a to - mówiąc najprościej - oznacza, że przyrostowi ilości produkowanej energii elektrycznej nie musi towarzyszyć wzrost ilości spalanego węgla. Ergo: zyskuje na tym środowisko naturalne. Ciągła analiza zmian parametrów i wskaźników przyczynia się do podejmowania działań zwiększających sprawność wytwarzania energii elektrycznej i ciepła. W ostatnim okresie podjęto działania, które zwiększają sprawność kotłów; ograniczaniu zużycia energii elektrycznej na potrzeby własne elektrowni; m.in. zmniejszono liczbę pracujących zespołów młynowych na poszczególnych blokach oraz zoptymalizowano pracę instalacji odsiarczania spalin. Osady z mechanicznej oczyszczalni ścieków służą rekultywacji składowisk, natomiast osady z oczyszczalni mechaniczno-biologicznej wykorzystywane są do produkcji kompostu. Złom i makulatura odstawiane są jako surowce wtórne, a odpady niebezpieczne, takie jak: zużyte lampy rtęciowe, świetlówki, akumulatory itp. kieruje się do utylizacji w wyspecjalizowanych firmach. Zużyte oleje sprzedawane są do wykorzystania w rafinerii. Nasz potencjał wytwórczy w zakresie produkcji ciepła w skojarzeniu z produkcją energii elektrycznej jest wielokrotnie większy. Dziś znaczna część ciepła jest bezpowrotnie tracona w związku z wytwarzaniem energii elektrycznej w procesie kondensacyjnym.




Te niekonwencjonalne źródła energii można podzielić na: źródła odnawialne i nieodnawialne:

1. odnawialne źródła energii elektrycznej: energia słoneczna, energia wiatru, wpływów morskich, fal morskich i energia cieplna oceanów (maretermiczna)
2. źródła nieodnawialne: wodór, energia magnetohydrodynamiczna i ogniwa paliwowe. Energię wewnętrzną ziemi (geotermiczną) można zaliczyć do obu rodzajów źródeł: gejzery są źródłem nieodnawialnym, energia gorących skał zaś jest energią odnawialną.



Wykorzystanie prawie wszystkich niekonwencjonalnych 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.


Na środowisko naturalne oddziałują przede wszystkim:

· produkty spalania paliw, a więc pochodzące z obiegu paliwowego elektrowni. Należą do nich: spaliny, zawierające popiół lotny (pył), dwutlenek siarki, tlenki azotu, tlenek i dwutlenek węgla, żużel spod kotłów, odpady i ścieki z instalacji odsiarczania spalin.( pylenie występuje również w procesach transportu, składowania i rozładunku paliw)
· hałas towarzyszący przy rozładowaniu, kruszeniu węgla, wytwarzany przez wentylatory, sprężarki
· duży wpływ na środowisko naturalne mają ścieki przemysłowe, które wytwarzane są przy uzdatnianiu wody do obiegu parowego i do obiegu chłodzącego oraz z instalacji odsiarczania spalin, a także podgrzewanie wody w rzekach (jeziorach) w przypadku otwartego obiegu chłodzenia turbin. Chłodzenie w obiegu zamkniętym- wentylatorowe, kominowe- jest źródłem hałasu i roszenia przyległych terenów.
obieg elektryczny poprzez hałas transformatorów i silników oraz oddziaływanie pól elektromagnetycznych ma także niekorzystny wpływ na środowisko naturalne.







WSZYSTKO O ENERGII

Świat, w którym się żyje jest pełen energii: światło, elektryczność i dźwięk to niektóre z form w jakich występuje energia. Do poruszania się i wykonywania pracy używa się swojej własnej energii. Większość energii pochodzi od słońca, które dostarcza ciepła i światła niezbędnego dla wzrostu roślin, ogrzewa ono także nas i pozwala nam widzieć. Paliwa, takie jak ropa naftowa, gaz ziemny czy węgiel powstały z roślin, które rosnąc przed milionami lat absorbowały energię słońca.





Energia nigdy nie ginie ani nie powstaje z niczego. Zmienia tylko swoją formę. Telefon wyłapuje energię dźwięku i zamienia na energię elektryczną, która jest przesyłana do drugiego telefonu. Tam z powrotem jest zamieniana na energię dźwięku.


Energia chemiczna

Paliwo w rakiecie i ładunki wybuchowe w sztucznych ogniach mają w sobie potencjalną energię chemiczną, która zmienia się na energię kinetyczną, gdy rakieta startuje czy sztuczne ognie wybuchają.




Energia grawitacyjna

Gdy podnosimy jakiś przedmiot w górę nadajemy mu siłę swoich mięśni energię potencjalną. Gdy go opuścimy energia potencjalna zamieni się na energię kinetyczną.


Energia sprężystości


Mogą ją mieć wszystkie ciała stałe, a w szczególności sprężyny i przedmioty elastyczne. Energia jest potencjalna gdy sprężyna jest ściśnięta lub rozciągnięta i zmienia się na kinetyczną, gdy uwolnimy sprężynę.





Mierzenie energii

Energia jest mierzona w jednostkach zwanych dżulami (J jest symbolem dżula). Jednostki te zostały tak nazwane dla upamiętnienia J.P. Joule, który odkrył, że ciepło jest formą energii. Siłacz na rysunku zużyje około 1000 J chemicznej energii swego ciała na podniesienie ciężaru ponad głowę.

Ludzie wymyślili wiele sposobów zmiany jednych form energii na inne, na przykład wykorzystując energię wiatru i słońca dla domowych potrzeb. To właśnie bywa nazywane "ujarzmieniem" energii.


PRACA
Rozważmy punkt materialny poddany działaniu pewnej siły. W najprostszym przypadku siła F jest stała, a punkt porusza się po linii prostej w kierunku działania tej siły. W takim przypadku pracę wykonaną przez tę siłę przy przemieszczaniu punktu materialnego definiujemy jako iloczyn siły F i drogi S przebytej przez punkt w czasie ruchu.


MOC
Moc jest to praca wykonana w jednostce czasu (szybkość wykonywania pracy). Średnia moc dostarczana przez jakieś urządzenie jest równa całkowitej pracy wykonanej przez to urządzenie podzielonej przez całkowity czas trwania tej pracy.


ENERGIA KINETYCZNA

Ogólnie energia jest to zdolność do wykonania pracy.
Energię kinetyczną posiada każde ciało które jest w ruchu.



ENERGIA POTENCJALNA

Dotyczy sił zachowawczych, czyli sił, których praca zależy tylko od początkowego i końcowego położenia ciała. Energia ta zależy często od wysokości na jakiej ciało się znajduje.


ZASADA ZACHOWANIA ENERGII
Jeżeli na ciało nie działa żadna siła zewnętrzna (nie licząc siły grawitacyjnej) to całkowita energia mechaniczna jest stała.


Wykorzystywanie energii wiatru

Spośród odnawialnych źródeł energii niespożyta jest kinetyczna energia wiatru, która może być łatwo przekształcona w inne postacie energii. W skali świata występowanie wiatrów ma charakter przypadkowy i nie kontrolowany. Dotyczy to zarówno kierunku, jak i siły wiania. Wiatr wiejący z prędkością nie mniejszą niż 4 m/s i nie większą niż 30 m/s jest uznawany za energetycznie użyteczny dla stosowania turbin-generatorów elektryczności. To źródło energii charakteryzuje się jednak dużą niestabilnością. Jego występowanie jest uzależnione od regionu geograficznego, pory roku, pory dnia, ukształtowania terenu i wysokości nad powierzchnią ziemi. Z doświadczeń jednoznacznie wynika, że im wyżej usytuowane są wirniki turbin, tym korzystniejsze jest to dla efektywnej pracy generatorów. Pożytki dla gospodarki płynące z energii wiatru są oczywiste, jednak może być ona również niebezpieczna i niszcząca, o czym ostrzegają kataklizmy pojawiające się w różnych regionach świata.
Energia wiatru była w przeszłości najczęściej wykorzystywana do lokalnych celów gospodarczych. Wiatrem napędzano mechanizmy młynów zbożowych i tartaków. W szczególny sposób wykorzystywano energię wiatru w Holandii, gdzie pracowały liczne pompy wodne służące do ciągłego odwadniania nadmorskich polderów. Pierwsze próby elektroenergetycznego wykorzystywania wiatru miały miejsce już w końcu XIX wieku. Postęp nauki i techniki przyniósł nowe technologie, które umożliwiają obecnie wykorzystywanie energii wiatru ze zwiększoną sprawnością i co za tym idzie, ze zwiększoną opłacalnością. Ostatnie doświadczenia w tej dziedzinie są niezwykle zachęcające, a wszelkie prognozy specjalistów są zgodne, że energetykę wiatrową czeka pewny i dynamiczny rozwój na całym świecie.




Moc turbiny wiatrowej wyraża się zatem wzorem:

Pt = 0,5 p v3 F 
gdzie:
· Pt - moc turbiny
· p - gęstość powietrza
· v - prędkość wiatru
· F - przekrój poprzeczny strumienia
·  - współczynnik wykorzystania energii


1 ENERGIA ELEKTRYCZNA W ŻYCIU CZŁOWIEKA
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 domostw czy oświetleniu. Początkowo tej energii dostarczało nam środowisko w postaci zasobów naturalnych nieprzetworzonych opału i paliw np. drewna, węgla brunatnego, kamiennego, ropy naftowej czy gazu. Również dawniej przetwarzano energię w wiatrakach czy młynach wodnych. Jednak ciągły wzrost zapotrzebowania na energię i to w różnych postaciach, zalety energii elektrycznej, kurczenie się zasobów kopalnianych, względy ekologiczne i ekonomiczne stawiają przed ludźmi nowe zadania i wyzwania w tej dziedzinie.
Kryzys energetyczny, który spowodował skokowy wzrost najpierw ceny ropy naftowej, a następnie wszystkich innych paliw oraz względy ochrony środowiska zwiększyły zainteresowanie nowymi, niekonwencjonalnymi źródłami i technologiami wytwarzania energii.


Trudno w dzisiejszych czasach wyobrazić sobie życie bez użytkowania energii elektrycznej. Energia elektryczna jest nam tak samo potrzebna jak woda i powietrze. Samo słowo energia pochodzi od greckiego słowa energia i oznacza działalność.


Zwiększone zapotrzebowanie na energię elektryczną wynika także z zalet tego nośnika energii, do których przede wszystkim możemy zaliczyć:
· łatwość przemiany w inne formy energii, czyli w energię cieplną, świetlną i mechaniczną;
· znakomitą podzielność i możliwość płynnej regulacji parametrów w zakresie od mikro do makro;
· łatwość przesyłania (błyskawicznego) na duże odległości, co umożliwia wykorzystanie odległych od miejsc zapotrzebowania zasobów surowców energetycznych;
· ponoszenie małych strat w porównaniu z innymi postaciami energii w trakcie ich przesyłania.


Konwencjonalne źródła energii elektrycznej wykorzystują energię chemiczną i cieplną zawartą w paliwach kopalnych. Szacując najogólniej ten sposób wytwarzania energii elektrycznej obecnie zużywa się ponad jedną trzecią wydobywanych w świecie surowców energetycznych.
Globalne zapotrzebowanie na energię zależy od wielu czynników, spośród których do najważniejszych należy zaliczyć: tempo rozwoju gospodarczego poszczególnych krajów, wzrost liczby ludności, ewolucję struktur społecznych, postęp techniczny w zakresie stosowania urządzeń i tworzenia nowych rozwiązań technicznych. Przemysł energetyczny stanowi główną gałąź gospodarki każdego kraju, ponieważ z energii elektrycznej korzystają w coraz większym stopniu wszystkie inne działy gospodarki narodowej. Współczesny postęp techniczny odznacza się elektryfikacją stosowanych urządzeń napędowych, procesami automatyzacji, powszechnym zastosowaniem elektroniki, wzrostem potrzeb oświetleniowych itp. Zwiększone użycie energii elektrycznej jest wywołane także pełniejszą elektryfikacją rolnictwa i wzrostem wyposażenia gospodarstw domowych w odbiorniki elektryczne, substytucją gazu w nich, ogrzewaniem elektrycznym oraz zastępowaniem paliw ciekłych energią elektryczną w transporcie.




Ilość substancji pyłowych i gazowych
emitowanych przez krajowe elektrownie zawodowe
Elektrownie Rok Ilość spalonego węgla Ilość popiołu i żużla Emisja pyłu do atmosfery wskaźnik uchwycenia popiołu Emisja SO2
całkowita uchwycona
x 103 t x 103 t x 103 t % x 103 t
Opalane węglem brunatnym i kamiennym - łącznie 1988 128 488,2 24 546,6 23 708,9 777,7 96,83 2004,5*
1989 127 421,9 23 661,0 22 922,2 738,7 96,88 2005,6*
1990 115 696,5 19 097,4 18 523,6 573,8 97,00 1553,0*
Opalane węglem kamiennym 1988 57 986,8 15 444,1 14 865,5 578,6 96,25 1302,8
1989 56 954,1 15 350,5 14 795,8 554,6 96,39 1257,7
1990 49 278,2 11 829,5 11 432,2 397,3 96,64 920,2
Opalane węglem brunatnym 1988 70 501,4 9 102,5 8 903,4 199,1 97,81 701,7
1989 70 467,8 8 310,5 8 126,4 184,1 97,78 747,9
1990 66 418,3 7 267,9 7 091,4 176,5 97,57 632,8
* Poza podanymi ilościami wyemitowano z kotłów opalanych olejem opałowym odpowiednio w roku:1988 - 18 500 t,1989 - 12 700 t,1990 - 11 200


3. CHARAKTERYSTYKA I ZALETY NIEKONWENCJONALNYCH ŹRÓDEŁ ENERGII

Źródła odnawialne charakteryzują się:
· minimalnym bądź nawet żadnym wpływem na środowisko;
· oszczędność paliw (eliminacja zużycia węgla, ropy i gazu w produkcji energii elektrycznej)
· ogromnymi, stale odnawiającymi się zasobami energii;
· stały koszt jednostkowy uzyskiwanej energii elektrycznej;
· możliwością pracy na sieć wydzieloną;
· stanowią energetykę bardzo elastyczną, wykorzystującą różnorodne lokalne źródła energii;
· rozproszeniem na całym obszarze kraju, co rozwiązuje problem transportu energii, gdyż może ona być pozyskiwana w dowolnym miejscu, co eliminuje również straty związane z dystrybucją i pozwala uniknąć budowy linii przesyłowych.
Jak widać obecnie lokalnie, a w niedalekiej przyszłości na szeroką skalę odnawialne źródła energii okazują się być niezastąpione. Ich ogólny potencjał techniczny, tzn. taki, który da się wykorzystać przy obecnym lub dającym się przewidzieć poziomie techniki, szacuje się na 17,245 Trwa rocznie, co podwyższa przewidywane światowe zapotrzebowanie na energię pierwotną w 2000 r. Mimo tych olbrzymich zasobów jakie niesie ze sobą energia odnawialna, nie możemy zapominać o racjonalizacji użytkowania energii w naszym codziennym życiu. Przemawia za tym m.in. fakt, że w krajach rozwijających się mieszka 75% ludności świata, a zużywa jedynie 20% paliw i energii.
Stosunkowo duży koszt budowy elektrowni zasilanych źródłami odnawialnymi jest spowodowany koniecznością stosowania trudnych technicznie, jeśli chodzi o budowę urządzeń, co spowodowane jest z kolei uwzględnieniem zmieniających się warunków atmosferycznych.
Roczna produkcja energii elektrycznej przez odnawialne źródło o mocy 160 kW zapobiega wyemitowaniu do atmosfery następujących zanieczyszczeń:
· dwutlenek siarki2.000kg
· dwutlenek azotu1.500kg
· dwutlenek węgla250.000kg
· pyły i żużle17.500kg






Masa związana jest z energią. W procesach chemicznych energia wyzwala się kosztem pewnej znikomo małej części masy, w przemianach atomowych dzieje się to kosztem większej części masy, a w pewnych procesach nawet kosztem całej masy.
Występujące w naszym otoczeniu zjawiska sprowadzają się do przemiany różnych form energii. Możliwe są przemiany:

Energii mechanicznej w :

a) energię mechaniczną (maszyny proste, dźwięk)
b) ciepło (tarcie, zderzenie)
c) energię chemiczną (reakcje chemiczne przebiegające pod wysokim ciśnieniem)
d) energię promieniowania (tryboluminescencja, szybkie elektrony)
e) energię elektryczną (prądnica, elektryzowanie przez tarcie, piezoelektryczność)
f) energię związaną z masą (wielka prędkość)

Ciepła w :

a) energię mechaniczną (silniki cieplne: parowe, spalinowe itd.)
b) ciepło (przekazywanie ciepła)
c) energię chemiczną (reakcje chemiczne)
d) energię promieniowania (promieniowanie cieplne)
e) energię elektryczną (termoelektryczność, piroelektryczność)

Energii elektrycznej i magnetycznej w :

a) energię mechaniczną (elektromagnes, silnik elektryczny, telegraf, telefon itd., piezoelektryczność)
b) ciepło (żelazko elektryczne, kuchenka, piecyk, elektryczny)
c) energię chemiczną (akumulator, elektroliza)
d) energię promieniowania (żarówka, telewizor, neonówka, fale radiowe, promieniowanie nadfioletowe, świetlówka, promieniowanie rentgena )
e) energię elektryczną (transformator)








Objaśnienia znaczenia niektórych terminów fizykalnych :

Tryboluminescencja – słabe świecenie niektórych kryształów (np. cukru) podczas tarcia lub łamania (od grec. tribo – rozcieram)
Piezoelektryczność – występowanie ładunków elektrycznych na przeciwległych ściankach pewnych kryształów, odkształconych przez nacisk. (od grec. wyrazu piedzo – uciskam)
Termoelektryczność – bezpośrednia przemiana energii cieplnej w elektryczną;
Piroelektryczność – występowanie ładunków elektrycznych na przeciwległych ściankach niektórych kryształów, gdy zostaną one ogrzane (od grec. pyr – ogień)



Możliwość zmniejszania obciążenia środowiska

Przewidywania i prognozy dotyczące środowiska miejskiego jednoznacznie mówią o jego dalszej degradacji. A oto źródła wytwarzanej energii zanieczyszczenia powietrza w domu (wg Holgate’a, 1979),(przedstawione na rys. 22.2.)















Źródła Energii

ok. 100 - Rzymianie wykorzystują węgiel jako paliwo.
ok. 650 - Persja – wiatraki.
1859 - Pierwsze szyby naftowe – Pensylwania (USA)
1880 - Pierwsza elektrownia – Londyn.
1891 - Pierwsza hydroelektrownia – Niemcy.
1951 – Pierwsza elektrownia jądrowa – USA.
1960 - Pierwsza elektrownia słoneczna – Turkmenistan.
1968 – Pierwsza elektrownia płytowa – Francja.



Literatura :

v GEOLAND Konsulting International Sp. z o.o. (EMM) (Internet)
v Popularna encyklopedia Nauki – wydawnictwo Wiedza i Życie S.A Warszawa
v „Fizyka” – Mieczysław Warega i Jolanta Michalska
v „Źródła energii”- Halina i Kamil Anerewiczowie
v www.ściąga-online.pl.
v www.fizyka.com.pl.
v „Zagrożenia spowodowane wytwarzaniem energii”- Kamila, Jarosław i Zbigniew Femars