Alternatywne źródła energii Bartosz Kaczmarek

Plan prezentacji Alternatywne źródła energii Rodzaje energii Zużycie energii w skali światowej Wzrost produkcji energii w poszczególnych sektorach w latach 1990-2000. Produkcja energii ze źródeł odnawialnych w 1999 ( Polska ) Udział poszczególnych surowców energetycznych w roku 2000 (świat) Elektrownie wodne w Polsce Zasada działania elektrowni szczytowo-pompowej Zapora wodna i hydroelektrownia w Niedzicy Dalej

Plan prezentacji Mała elektrownia wodna w Waksmundzie na Podhalu Struktura wykorzystania energii geotermalnej na Świecie Schemat systemu geotermalnego Mapa zasobów wiatru Rozmieszczenie elektrowni wiatrowych w Polsce Farma wiatrakowa Rozkład promieniowania słonecznego na Świecie / w Polsce Elektrownia słoneczna Panele słoneczne Biogazy Podsumowanie

Alternatywne źródła energii   Źródła, które podczas wytwarzania energii elektrycznej lub cieplnej nie ulegną wyczerpaniu np. słońce, wody i wiatr synonimy: odnawialne źródła energii czyste źródła energii

Rodzaje energii energia wiatru, energia słoneczna, energia fal, energia przypływów, energia spadku wody, energia maretermiczna, energia geotermiczna, energia z biomasy.

Energia wiatru System pozyskiwania energii z wiatru jest oparty na zjawisku przetwarzania energii kinetycznej w mechaniczną lub elektryczną. Energia mechaniczna jest zazwyczaj wykorzystywana do pompowania wody na odległe tereny wiejskie. Wiatrowe turbiny elektryczne wytwarzają prąd dla zastosowania w gospodarstwach domowych i produkcyjnych oraz również na sprzedaż. Istnieją dwa zasadnicze rozwiązania budowy turbin w elektrowni napędzanej wiatrem: pozioma i pionowa. Budowa pozioma jest bardziej powszechna - to aż 95% rynku elektrowni wiatrowych o dużej mocy (100 kW i więcej). DALEJ

Przykłady wykorzystywania energii wiatru DALEJ

Energia wiatru Rozwiązanie takie zawiera: tarczę wirnika (rotora) lub łopatki wirnika, które pozwalają energii wiatru poruszać obrotowym trzonem wiatraka; generator lub skrzynki przekładniowe; wieżę, na której mocuje się całość urządzenia; wyposażenie elektroniczne, w które zazwyczaj wchodzą: instalacje kontrolne i sterujące, instalacja odgromowa i  różnego rodzaju kable elektryczne DALEJ

DALEJ Fot. 1 Fot. 2 Fot. 4 Fot. 5 Fot. 3 Fot. 1-farma wiatrowa fot. 2-wiatrak pompy wodnej, fot.3- obszary sprzyjające rozwojowi energetyki, fot.4-turbina wykonana amatorsko DALEJ

Energia wiatru ZALETY: WADY: zniekształca krajobraz nie można pobierać energii, gdy nie wieje wiatr potrzebna jest duża ilość wiatraków, aby wytworzyć większą ilość energii elektrycznej nie wydziela żadnych trujących związków do środowiska jest całkowicie odnawialna jest bezpieczna dla ludzi nie ingeruje w życie organizmów żywych nie potrzebuje nakładów poza kupnem wiatraka RODZAJE ENERGII

Energia słoneczna DALEJ Energia słoneczna zdaje się być najbardziej obiecującym rozwiązaniem problemów energetycznych przyszłości. W ogniwach słonecznych, często określanych mianem ogniw fotowoltaicznych ma zastosowanie jedno z praw mechaniki kwantowej. Już na początku tego wieku zauważono bowiem, że światło padające na powierzchnię niektórych metali powoduje powstanie niewielkiego prądu elektrycznego. Zjawisko to wyjaśnił Einstein - cząstka światła, zwana fotonem padając na powierzchnię metalu wybija elektron. Opis tego zjawiska przyniósł Einsteinowi nagrodę Nobla. DALEJ

Fot. 1 Fot. 2 Fot. 3 Fot. 4 Fot 1 i 2 – zakład energetyczny wykorzystujący baterie słoneczne, fot.4 – kolektor wytwarzający energię cieplną, fot. 3 – świetlik Sun-2-UR® pozwalający całkowicie wyeliminować sztuczne oświetlenie DALEJ

Energia słoneczna Zasoby energii słonecznej są nieograniczone. Co roku do powierzchni Ziemi dociera 15 tysięcy razy więcej energii, niż jest w stanie zużyć cała populacja ludzka. I wszystko w dodatku za darmo! William Hoagland z Narodowego Laboratorium Pozyskiwania Nowych Źródeł Energii w Golden w stanie Kolorado, obliczył, że do roku 2025 zapotrzebowanie na energię wzrośnie o 265%, przy czym - według jego optymistycznych prognoz - do tego czasu 60% energii będzie pochodzić wprost ze Słońca. Dotychczas produkcje baterii słonecznych wstrzymywała ich wysoka cena i niska wydajność (dochodząca do maks. 15%). Najnowszy rekord wydajności wynosi 30%. Wiadomo tymczasem, że energia słoneczna stanie się konkurencyjna wobec innych źródeł dopiero wówczas, gdy jej cena spadnie do około 40 groszy za kilowatogodzinę. Obecnie nadal cena energii słonecznej jest zbyt wysoka. Sytuacja ulegnie zmianie w XXI wieku. W ciągu ostatnich 20 lat ceny ogniw fotowoltaicznych spadły czterdziestokrotnie. DALEJ

Energia słoneczna DALEJ Zwolennicy energii słonecznej wskazują wiele przykładów rozwoju technik, zrazu nieopłacalnych, które obecnie są w powszechnym użytku (na przykład: komputery, kalkulatory itp.). Orędownicy energii słonecznej twierdzą, że do rozwoju tej dziedziny niezbędny jest ogromny zastrzyk gotówki - taki jaki był potrzebny do rozwoju energii jądrowej (energia ta rozwinęła się dopiero wówczas, gdy rząd USA przeznaczył na jej badania i subsydia dla firm około 100mld dolarów). Obecna polityka rządu USA wyklucza rozwój energii słonecznej. W 1995 roku dwa prywatne przedsiębiorstwa podjęły się próby budowy energii słonecznej, która miałaby być jedynym źródłem zaopatrzenia w energię stutysięcznego miasta. Przedstawiciele firm twierdzą, że będą dostarczać tam energię po 5 centów za kilowatogodzinę (o 60% taniej niż w przypadku budowy elektrowni jakiegokolwiek innego typu). Jeśli im się ten projekt powiedzie, to być może rozwój energii słonecznej ruszy do przodu - jeśli poniosą klęskę, to może to zahamować rozwój tej dziedziny na wiele lat. DALEJ

Wykorzystanie energii słonecznej może także polegać na odpowiednim projektowaniu budynków Na tym schemacie widzimy jak promienie słoneczne nie w pełni docierają do domu. Wynika to ze złego ustawienia okna, który na tym rysunku jest prostopadły do podłogi. Promienie słoneczne są także ograniczone daszkiem znajdującym się nad oknem. Niestety większość domów i mieszkań oraz wieżowców w naszym kraju jest w ten sposób budowana. Powoduje to ogromne straty energii, które można by zaoszczędzić zmniejszając ciepło wydzielane przez grzejniki. DALEJ

Oto jak powinien wyglądać budynek który chociaż po części wykorzystuje energię słoneczną. Do tak skonstruowanego budynku promienie słoneczne wpadają nawet pod kątem 90 stopni. Dzięki takiemu rozwiązaniu pomieszczenie ogrzewa się praktycznie za darmo. DALEJ

Kolejnym sposobem wykorzystania energii elektrycznej jest stosowanie kolektorów słonecznych. Kolektory- to zbiorniki wodne, które zakłada się najczęściej na dachach budynków. Zbiorniki te są nagrzewane przez słońce i dzięki temu woda w instalacji hydraulicznej jest ciepła i nie trzeba wykorzystywać energii z innych źródeł np. gazu do podgrzania H2O. DALEJ

Energia słoneczna ZALETY: WADY: może być tylko pobierania podczas słonecznych dni dość drogi koszt urządzenia potrzebna duża ilość urządzeń aby wytworzyć dużą ilość prądu jest całkowicie odnawialna nie zniekształca krajobrazu nie potrzebuje późniejszych nakładów finansowych RODZAJE ENERGII

Energia fal DALEJ

Energia fal RODZAJE ENERGII a – tratwa, b- kaczka

Energia Przypływów Schemat elektrowni pływów RODZAJE ENERGII

Energia maretermiczna Schemat działania elektrowni maretermicznej: 1 – skraplacz, 2 – kocioł propanowy, 3 – kabel podmorski RODZAJE ENERGII

Energia spadku wody DALEJ

Energia spadku wody DALEJ

DALEJ

DALEJ Elektrownia wodna na Raduni w Bielkowie Zapora elektrowni wodnej w Solinie DALEJ

Energia spadku wody ZALETY: WADY: energię można wytwarzać niezależnie od pory dnia i nocy wytwarza stosunkowo dużą ilość energii jest całkowicie odnawialna powoduje ingerencję w życie organizmów wodnych zniekształca środowisko jest niebezpieczna (w razie przerwania się tamy RODZAJE ENERGII

Energia geotermiczna DALEJ Jądro Ziemi jest płynne i bardzo gorące. Ciepło to dociera na powierzchnię ziemi w postaci lawy. Są na na naszej planecie takie miejsca jak np. gorące jeziora, które później wykorzystuje się do wytwarzania energii. Jest to bardzo tani sposób wytwarzania energii, lecz na Ziemi jest bardzo mało takich miejsc, więc wytwarzanie energii geotermicznej na dużą skalę jest nieopłacalne. DALEJ

Schemat działania pompy ciepła zimą i latem RODZAJE ENERGII

Energia z biomasy DALEJ Biomasa są to 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 na "0". Jako źródło energii biomasa jest również, przy racjonalnej gospodarce, odnawialna (w przeciwieństwie do pokładów ropy czy gazu). Nie ma również problemu z utylizacją popiołu gdyż jest znakomitym nawozem. Jest to paliwo stosunkowo wydajne; dwie tony suchej biomasy w postaci słomy lub drewna, są równoważne energetycznie tonie węgla kamiennego. Również ze względów ekonomicznych warto się zastanowić nad zmianą dotychczasowego paliwa: wytwarzanie energii cieplnej przy pomocy biomasy jest tańsze o 200% - 300% zwrot kosztów inwestycji w odpowiedni piec waha się od 2 - 4 lat DALEJ

Obecnie w Polsce mnóstwo biomasy marnuje się; produkujemy rocznie ok Obecnie w Polsce mnóstwo biomasy marnuje się; produkujemy rocznie ok. 25 mln. ton słomy z czego gnije bądź jest spalane na polach 8-12 mln. ton. Dodajmy do tego drewno, które mogłoby wyrosnąć na polach stojących odłogiem to otrzymamy stosunkowo dużą ilość paliwa. Paliwo to może być stosowane w systemach grzewczych, ale również po zamontowaniu turbiny i instalacji towarzyszącej można produkować prąd elektryczny. DALEJ

Brykiet opałowy wyprodukowany Plantacja wierzby energetycznej w Drozdowie, woj. zachodniopomorskie Brykiet opałowy wyprodukowany z odpadów tartacznych RODZAJE ENERGII

Źródła energii Konwencjonalne (nieodnawialne), to przede wszystkim surowce energetyczne : węgiel kamienny i brunatny, ropa naftowa, gaz ziemny, pierwiastki promieniotwórcze, surowce skalne stosowane w budownictwie. Bogactwa naturalne w skorupie ziemskiej są rozmieszczone nierównomiernie. Dlatego, gdy będziemy je nadmiernie wykorzystywać, to w przyszłości może nam ich zabraknąć. Niekonwencjonalne (odnawialne), czyli takie, które mają możliwość odnawiania się, jeśli nie ulegną całkowitemu zniszczeniu w wyniku działalności człowieka.

Zużycie energii w skali światowej

Wzrost produkcji energii w poszczególnych sektorach w latach 1990-2000.

Produkcja energii ze źródeł odnawialnych w 1999 r. (Polska) Rodzaj energii PJ % Biomasa 101,8 98,05 Energia wodna 1,9 1,83 Energia geotermalna 0,1 Energia wiatru 0,01 Energia promieniowania słonecznego Ogółem 103,82 100

Udział poszczególnych surowców energetycznych w roku 2000 (świat)

Elektrownie wodne w Polsce

Zasada działania elektrowni szczytowo-pompowej

Zapora wodna i hydroelektrownia w Niedzicy

Mała elektrownia wodna w Waksmundzie na Podhalu

Mapa zasobów wiatru wg pomiarów IMGW (Lorenc, H. 1996).

Rozmieszczenie elektrowni wiatrowych na terenie Polski do sierpnia 2001 roku

Farma wiatrakowa koło Cisowa

Rozkład promieniowania słonecznego (kW/m2) na świecie

Rozkład promieniowania słonecznego (kW/m2 )w Polsce

Schemat działania elektrowni słonecznej

Przykład zastosowania paneli słonecznych

Zastosowania paneli słonecznych do uruchomienia dojarki

Produkcja biogazu z biomasy http://www.iep.pz.zgora.pl/aze/b_index.htm

Biogazownia

Biogazownia wysypiskowa w Toruniu Zajmuje obszar 10 ha wysypiska miejskiego. Składa się z 40 piętnastometrowych studni gazowych i sieci przewodów zasysających. Produkuje w ciągu godziny 550 kWh energii elektrycznej i 800 kWh energii cieplnej. Wynik ten odpowiada spaleniu w ciągu roku 2600 ton węgla w elektrociepłowniach konwencjonalnych. Uwaga! Podczas spalenia 2600 ton węgla emitowane jest do atmosfery: 41,6 ton dwutlenku węgla, 11,7 ton tlenku węgla, 3,3 tony tlenków azotu oraz 58,8 ton pyłów.

Porównanie kosztów wytwarzania 1 MWh energii elektrycznej w euro Węgiel – 17,9 Ropa naftowa – 20,1 Paliwa jądrowe – 11,9 Woda – 3,4 Wiatr – 39,7

Nakłady poniesione przy korzystaniu z alternatywnych źródeł energii Źródło Moc Koszt instalacji w euro na kW Roczny koszt w euro na kW na rok Czas budowy w latach Okres możliwej eksploatacji w latach Elektrownie wiatrowe 1kW-3MW na jedną turbinę, w Polsce do 650kW 1200-1800 18-27 1 15-25 Wielkie elektrownie wodne (przepływowe) Ponad 5MW, w Polsce do 160MW 1500-4500 4-11 4 100 + Elektrownie pływowe (w Polsce nie istnieją) 30MW-9GW 1800-2200 7-15 3-10 Elektrownie wykorzystujące energię fal (w Polsce nie istnieją) 1MW-2GW 60-135 1-10 25-35 Ogniwa słoneczne Do 0,5 MW (w Polsce do 0,5kW) 2200-2500 nieznany 0,2-1 25 Elektrownie geotermalne 3,3MW 17900 448 5 20

Ważniejsze wady i zalety odnawialnych źródeł energii Źródło energii Wady Zalety Energia spadku wód Awarie zapór wodnych, zakłócenia ekologiczne, ingerencja w krajobraz, przeszkoda dla ryb i żeglugi. Nie zanieczyszcza środowiska, niewielki koszt wytwarzania. Energia wiatru Zużycie gruntu znaczne koszty budowy, konieczność magazynowania energii, mała jej koncentracja, duży hałas, zakłócenia w odbiorze radia i TV. Nie zanieczyszcza środowiska, niewielki koszt wytwarzania. Energia słoneczna Znaczne koszty, ciepło niskotemperaturowe, brak możliwości stałego użytkowania. Energia geotermalna Wysokie koszty budowy. Nie szkodzi środowisku, Energia biomasy Duże nakłady inwestycyjne. Zagospodarowanie odpadów komunalnych , przemysłowych i rolniczych.