ALTERNATYWNE ŹRÓDŁA ENERGII

Spis treści: Energia wiatru Elektrownia wiatru Ciekawostka Energia wodna Elektrownia wodna

ENERGIA WIATRU Energia wiatru jest dziś powszechnie wykorzystywana - w gospodarstwach domowych, jak i na szerszą skalę w elektrowniach wiatrowych. Stosowanie tego typu rozwiązań nie jest bardzo kosztowne, ze względu na niezbyt skomplikowaną budowę urządzeń jak i tanią eksploatację. Najważniejszym czynnikiem jest duża prędkość wiatru, gdyż zwiększenie średnicy łopatek jest ograniczone względami konstrukcyjnymi do 100m. Nie mniej ważna niż prędkość wiatru jest jego stałość występowania w danym miejscu, gdyż od niej zależy ilość wyprodukowanej przez silnik wiatrowy energii elektrycznej w ciągu roku - a to decyduje o opłacalności całej inwestycji. Z tego względu elektrownie wiatrowe są budowane w miejscach ciągłego występowania wiatrów o odpowiednio dużej prędkości, zwykle większej niż 6m/s. Są to zazwyczaj rejony nadmorskie i podgórskie. Roczny czas wykorzystania mocy zainstalowanej elektrowni wiatrowej wynosi 1000-2000h/a i rzadko kiedy przekracza 2500h/a.

WIATRY Wiatry o największej prędkości występują w Polsce w pasie wybrzeża morskiego, na Podhalu, na północnym Mazowszu i w północnej części Suwalszczyzny. Oznacza to, że na jednej trzeciej obszaru Polski występują korzystne warunki wiatrowe i uzasadnione jest eksploatowanie elektrowni wiatrowych. Na pozostałym obszarze Polski na znacznych wzniesieniach instalowanie elektrowni wiatrowych również może być uzasadnione. Pompownie i silniki uniwersalne wolno i średniobieżne można instalować praktycznie na całym obszarze Polski w miejscach odsłoniętych zapewniających swobodny przepływ wiatru.   Moce wiatrowych zespołów prądotwórczych zawierają się w granicach 1-10kW, poprzez setki kW, do największych instalacji o mocy 3-5MW. Małe instalacje współpracują z bateriami akumulatorów, z pompami ciepła, duże zaś z małymi elektrowniami wodnymi i z elektrowniami dieslowskimi.

CZY WIATRAKI SŁUŻĄ TYLKO DO NAPĘDZANIA MŁYNÓW ITP. Otóż nie. Kolejnym ważnym zastosowaniem jest wykorzystanie wiatraka do napędu pompy wodnej. W historii ludzkości tysiące takich pomp nawadniało lub osuszało pola pompując wodę. Rolnictwo Australii czy USA stosowało takie rozwiązania bardzo często. Ci z Was, którzy oglądali westerny zapewne widzieli takie pompy w akcji. Pompa wodna charakteryzuje się niskim kosztem eksploatacji i stosunkowo niskim kosztem początkowym. Ponieważ pompy te stosowane są od wieków, więc również mają bardzo dojrzałe rozwiązania konstrukcyjne i technologiczne. Szczególnie atrakcyjne kosztowo jest zastosowanie tych pomp w rolnictwie gdzie można przy ich pomocy dostarczać taniej wody użytkowej z istniejących zbiorników otwartych i oszczędzać w ten sposób drogiej wody pitnej. Światowe zasoby wody pitnej są zresztą skromne i ich oszczędzanie ze wszech miar jest wskazane. Dlatego nawet kraje wysoko rozwinięte technologicznie używają tych pomp. Pompa wiatrowa doskonale nadaje się również do oczyszczalni ścieków, która to najczęściej oddalona jest od terenów zabudowanych a więc i infrastruktury energetycznej, co znakomicie zmniejsza koszty dalekiego doprowadzania sieci energetycznych o stosownych mocach.

FARMY WIATROWE Farmy wiatrowe to nasza największa nadzieja - najlepsza znana energia odnawialna, którą możnaby zastąpić paliwa kopalne w przestrzeni zaopatrzenia w elektryczność. Wykorzystanie energii wiatru ma duży potencjał, a koszt wdrożenia tej technologii jest rozsądny. Od momentu, w którym infrastruktura jest ukończona, nie emituje zanieczyszczeń, a do tego w najlepszych miejscach EROEI wiatru jest wysokie. Wadą tego systemu jest niemożność polegania na przepływach wiatru. Kiedy wiatr jest zbyt słaby (<3-8km/h) lub zbyt mocny (>60-80km/h), generator nie pracuje.

Farmy wiatrowe mogą być umiejscawiane tam, gdzie wiatr jest najbardziej pewny, jednak nawet to nie zagwarantuje nam stałej i pewnej elektryczności. Z tego powodu mnusimy zapewnić sobie jakieś zabezpieczenie - dla każdego megawatu energii wiatru musimy mieć jeden megawat energii z innego źródła..Inną wadą, choć jest to kwestia indywidualnego postrzegania, jest "zaśmiecanie" krajobrazu. Trudność magazynowania tej energii również stanowi barierę. Produkcja infrastruktury wiatrowej wymaga energii i materiałów. Dla przykładu, analiza 2,3 MW wiatraka Nordex N90 o wysokości 90-110 m. i długości łopatki 45m.: 150 ton stali 10 ton miedzi 30 ton włókna szklanego 1000 ton betonu (produkcja betonu emituje do atmosfery co najmniej 7% gazów cieplarnianych) ...nie uwzględniając linii wysokiego napięcia. Wraz z wielkością wiatraka ilości te, proporcjonalnie, rosną.

"Aby zastąpić zużycie energii pierwotnej pochodzenia kopalnego i jądrowego, potrzebaby 20 milionów generatorów typu B o stałym wietrze o prędkości 50km/h nieustannie przez cały rok... lub też160 milionów generatorów, jeśli wiatr wiałby nieustannie przez cały rok z prędkością25km/h" - Pedro Prieto, na podstawie Enciclopedia Britannica, 2004 Budując w głąb morza, przy tak niewielkiej głębokości, jak 9 metrów, ilość potrzebnego betonu zwiększa się czterokrotnie. Koszt utrzymania morskich elektrowni wiatrowych jest wyższy, niż lądowych, głównie ze względu na korozję i trudniejszy dostęp. Pola takie nie mogą też być za duże, gdyż mogłyby zmienić kierunki przepływu prądów morskich. Wiatraki klasyfikuje się wg. ich maksymalnej produkcji: dla przykładu, 1000Mw farma wiatrowa w rzeczywistości może rocznie wyprodukować tyle samo, ile wyprodukowałaby będąc farmą 250 Mw.

Gdybyśmy mogli wykorzystać 1% wiatrów występujących we wszystkich miejscach i na wszystkich wysokościach naszej planety, co jest technicznie niewykonalne, otrzymana energia zaspokoiłaby jedynie 80% aktualnych potrzeb energetycznych, na dodatek stanowiłoby to katastrofę ekologiczną, gdyż wiatry, według zasady najmniejszego oporu, zmieniłyby trasy. Wiatr jednak jest prawdopodobnie naszą najlepszą alternatywą, z najmniejszą ilością przeszkód: technicznych, ekologicznych i ekonomicznych.

Aby zastąpić jedną platformę dostarczającą 12 tysięcy baryłek dziennie, musielibyśmy wybudować Elektrownię wiatrową z dziesięcioma tysiącami wiatraków z łopatkami o długości 30,5 metra.

ELEKTROWNIA WIATROWA * Elektrownia wiatrowa (czyli wiatrak) to sposób na darmową energię poprzez zmniejszenie opłat ponoszonych na opał, ogrzewanie, prąd itd. Energię elektryczną z wiatraka najlepiej zużyć do ogrzewania wody w bojlerze, do ogrzewania pomieszczeń itd. * Zalety elektrowni wiatrowej: zaspokojenie rosnących potrzeb energetycznych ludności poprzez rozwój ekologicznie czystej energii Możliwość zasilenia miejsc trudno dostępnych Wzrost udziału energii uzyskanej ze źródeł odnawialnych w bilansie energetycznym Możliwość aktywizacji terenów słabo zaludnionych lub o ubogich glebach * Wady elektrowni wiatrowej: wysokie koszty instalacji Hałas Zmiany w krajobrazie i negatywny wpływ na populacje ptaków na danym terenie

CIEKAWOSTKA Od czasu kryzysu energetycznego (1973 r.) powstało na świecie tysiące instalacji wykorzystujących wiatr do produkcji energii elektrycznej. O opłacalności tych instalacji decyduje duża prędkość wiatru i stałość jego występowania w danym miejscu. Dlatego elektrownie wiatrowe są zazwyczaj budowane na terenach nadmorskich i podgórskich. W Europie - Dania, Niemcy, Szwecja i Wielka Brytania - znajdują się w czołówce państw wykorzystujących wiatr do produkcji energii elektrycznej. Dania eksploatuje już ponad 5 tys. wiatraków, które w 1997 r. zaspokajały 6,5% zapotrzebowania na prąd. Na wybrzeżach Danii ma powstać dalsze pięć kompleksów elektrowni wiatrowych liczących 500 wiatraków. W ten sposób zrealizowana zostanie uchwała rządu zakładająca, że do roku 2008 energia wiatru pokryje 15% zapotrzebowania energetycznego kraju. W Niemczech, w landzie Szlezwik-Holsztyn wiatraki są od dawna elementem krajobrazu. Do końca 1996 r. 1000 zespolonych elektrowni wiatrowych dostarczyło 6% zapotrzebowania energetycznego w tym rejonie. W Szwecji k. Malmo pracuje elektrownia wiatrowa o mocy 3. Największą w Europie elektrownię wiatrową uruchomiono w 1996 r. w Walii, w pobliżu Carno. Elektrownia ta wyposażona jest w 56 turbin wytwarzających prąd o mocy ponad 30 MW.

ENERGIA WODNA Energia wodna – wykorzystywana gospodarczo energia mechaniczna płynącej wody. Współcześnie energię wodną zazwyczaj przetwarza się na energię elektryczną (hydroenergetyka, często oparta na spiętrzeniach uzyskanych dzięki zaporom wodnym). Mozna ją także wykorzystywać bezpośrednio do napędu maszyn – istnieje wiele rozwiązań, w których płynąca woda napędza turbinę lub koło wodne. Przed wynalezieniem maszyn elektrycznych i upowszechnieniem elektroenergetyki energię wodną powszechnie wykorzystywano do napędu młynów, foluszów, kuźni, tartaków i innych zakładów przemysłowych. W latach 30. XIX wieku, w szczytowym okresie rozwoju transportu rzecznego, napęd wodny stosowano przy przemieszczaniu barek po pochylniach pomiędzy odcinkami kanałów na różnych poziomach (pochylnie takie zachowały się do dziś na Kanale Ostródzko-Elbląskim). Energia wodna może być znacznie tańsza od spalania paliw kopalnych lub energii jądrowej. Obszary bogate w energię wodną przyciągają przemysł niskimi cenami elektryczności. W niektórych krajach o wykorzystaniu energii wodnej zaczynają decydować względy ekologiczne (troska o ochronę środowiska), przeważając nad kalkulacją cen.

POBIERANIE ENERGII Pobieranie tej energii jest bardzo korzystne zarówno ze względu na ekologiczny, jak i ekonomiczny charakter, bowiem dostarcza ona ekologicznie czystej energii i reguluje stosunki wodne zwiększając retencję wód powierzchniowych, co polepsza warunki uprawy roślin oraz warunki zaopatrzenia ludności i przemysłu w wodę.

PODSTAWY FIZYCZNE Źródło energii wodnej ocenia się według dostępnej mocy, to jest energii uzyskiwanej w jednostce czasu. Przy wykorzystaniu wody spadającej z pewnej wysokości dostępna moc wiąże się ze spadkiem hydraulicznym (wysokością, z jakiej spływa woda), przepływem (ilością wody spływającej w jednostce czasu) i zazwyczaj również z prędkością przepływu. W przypadku gdy woda spływa ze zbiornika (jezioro, spiętrzenie), spadkiem hydraulicznym jest różnica poziomów pomiędzy lustrem wody w zbiorniku górnym i wylotem turbiny, ponieważ ciśnienie hydrostatyczne u podstawy wynika wprost z wysokości słupa wody. Energia potencjalna E, uwalniana podczas spadku ciała o masie m z wysokości h w polu grawitacyjnym o przyspieszeniu g wynosi E = mgh. Elektrownia wodna wykorzystuje energię uwalnianą podczas sterowanego spadku wody z ustalonej wysokości. Energia wyzwolona w ustalonym czasie t wynika więc z ilości spuszczonej w tym czasie wody:

Podstawiając symbol mocy P za E / t i wyrażając stosunek m / t przez natężenie przepływu i gęstość wody, dochodzimy to standardowej postaci tego wyrażenia: P = ρSgh gdzie S oznacza natężenie przepływu, liczone jako objętość wody wypuszczanej w jednostce czasu, zaś ρ jest gęstością wody. W układzie jednostek miar SI gęstość ρ wyraża się w kg / m3, przepływ S w m3 / s, przyspieszenie g w m / s2, wysokość h w metrach, i moc P w watach. Niektóre urządzenia, np. koło wodne podsiębierne, wykorzystują energię przepływającej wody, nie wymagając do działania dużego spadku wody. W tym przypadku wyzyskuje się energię kinetyczną przepływającej wody. Teoretycznie maksymalna moc takiego źródła wynosi:P=1/2pSv2 gdzie v oznacza prędkość wody. Taka wydajność jest w rzeczywistości nieosiągalna, gdyż odzyskanie całej energii kinetycznej wody oznaczałoby jej zatrzymanie. Faktycznie dostępna moc wynika więc ze stopnia spowolnienia wody przez koło (różnicy średniej prędkości v przepływu wody bezpośrednio przed i za kołem). Koła wodne nasiębierne i śródsiębierne wykorzystują zarówno energię potencjalną i kinetyczną strumienia wody.

ELEKTROWNIA WODNA Działanie elektrowni wodnych jest dość proste. Woda z rzek spływa z wyżej położonych terenów takich jak np. góry, czy wyżyny do zbiorników wodnych (mórz lub jezior) położonych np. na nizinach. Przepływ wody w rzece spowodowany jest różnicą energii potencjalnej wód rzeki w górnym i dolnym biegu. Energia potencjalna zamienia się w energię kinetyczną płynącej wody. Fakt ten wykorzystuje się właśnie w elektrowni wodnej przepuszczając przez turbiny wodne płynącą rzeką wodę. Elektrownie wodne można podzielić umownie na elektrownie przepływowe produkujące energie elektryczną oraz elektrownie szczytowo-pompowe, które służą tylko do magazynowaniu energii elektrycznej wyprodukowany w inny sposób.

PODZIAŁ ELEKTROWNII Elektrownie wodne można podzielić na: elektrownie z naturalnym dopływem wody; -  elektrownie regulacyjne - inaczej zbiornikowe, tzn. , że przed elektrownią znajduje się zbiornik wodny, który wyrównuje sezonowe różnice w ilości płynącej wody;  -  elektrownie przepływowe, które nie posiadają zbiornika, więc ilość wyprodukowanej energii zależy od ilości wody płynącej w rzece w danym momencie; elektrownie szczytowo - pompowe: Znajdują się pomiędzy dwoma zbiornikami wodnymi - tzn. górny i dolnym. Te elektrownie umożliwiają kumulację energii w okresie małego zapotrzebowania na nią przez pompowanie wody ze zbiornika dolnego do górnego. Natomiast w okresie większego zapotrzebowania energia wyzwalana jest przez spuszczanie wody ze zbiornika górnego do dolnego za pomocą turbin wodnych. Inny podział elektrowni, tym razem ze względu na wielkość to: elektrownie duże o mocy zainstalowanej 10 MW i więcej elektrownie małe o mocy w przedziale 200 kW - 10 MW mikroelektrownie wodne poniżej 200 kW mocy

Większe elektrownie wodne na świecie elektrownia na rzece Parana elektrownia na rzece Colorado (tama Hoovera) Większe elektrownie wodne w Polsce elektrownia przepływowa w Porąbce (pierwsza zbudowana w Polsce) Elektrownia Porąbka-Żar elektrownia przepływowa Myczkowcach elektrownia szczytowo-pompowa w Solinie

CIEKAWOSTKA Pozyskiwanie energii z wody zaczęło się prawie 2000 lat temu. Wówczas koła wodne napędzały żarna w młynach. Później, po kolejnych kilkuset latach prób i doświadczeń z wykorzystywaniem siły wody, zaczęto wykorzystywać tę siłę natury do innych zadań. W dolinach rzek powstawały więc oprócz młynów kuźnie, tartaki i inne urządzenia. Zmierzch tej "wodnej energii" przyszedł dopiero w XVIII wieku, wraz z wynalezieniem maszyny parowej.   Współcześnie turbiny wodne odpowiadają za pozyskiwanie energii i współpracują potężnymi eneratorami w elektrowniach wodnych.  Są w Europie kraje (np. Norwegia), gdzie w ten sposób powstaje zdecydowana większość energii. W województwie podkarpackim są znakomite przykłady na to, jak czerpać energię z wody.  Zapora w Solinie jest największą budowlą hydrotechniczną w Polsce, a elektrownia największą elektrownią szczytowo-pompową pracującą na dopływie naturalnym. Czy wiesz, że... ... źródłem energii może być falowanie morza. Wielkie fale oceaniczne niosą ze sobą olbrzymią energię, jednak pozyskanie jej jest poważnym problemem. Testuje się więc różne rozwiązania, ciągle będące eksperymentami naukowców. Są jednak pierwsze efekty. Na wyspie Islay w Szkocji wybudowano elektrownię, wykorzystującą energię fal morskich. Jej moc całkowita wynosi około 180 kW.

Za poświęcenie czasu i uwagi Patrycja Garbuś i Natalia Sareło DZIĘKUJEMY