Katarzyna Więcławska Kl. 3D Klimat, a odnawialne źródła energii Katarzyna Więcławska Kl. 3D

Odnawialne źródła energii to takie, których używanie nie wiąże się z długotrwałym ich deficytem - ich zasób odnawia się w krótkim czasie oraz których eksploatacja powoduje możliwie najmniej szkód w środowisku.

Wszyscy wiemy, że wyczerpują się pomału złoża ropy naftowej, gazu, węgla oraz grożą nam braki energii. Zaczynamy rozglądać się za nowymi zasobami, które pozwoliłyby produkować prąd i ciepło w wystarczających ilościach. Zapomnijmy na chwilę o ekonomicznych aspektach produkcji energii z niekonwencjonalnych źródeł. Wiadomo, że niektóre sposoby nie zawsze się opłacają, czasami koszty wytwarzania urządzeń są niewspółmierne do efektów, czasami wydajność źródła jest niewielka. Przyjrzyjmy się za to, jak pomysłowi potrafią być ludzie i na jakie metody pozyskania upragnionej energii wpadli.

Źródła energii możemy podzielić na odnawialne i nieodnawialne Źródła energii możemy podzielić na odnawialne i nieodnawialne. Ja zajmę się odnawialnymi źródłami energii. Jako odnawialne źródła energii wykorzystujemy m.in.: wodę słońce wiatr biomasa i energię geotermalną

energii odnawialnych: Udział procentowy w światowej produkcji energii odnawialnych:

Energia Wodna Energia wodna to wykorzystywana gospodarczo energia mechaniczna płynącej wody. Współcześnie energię wodną zazwyczaj przetwarza się na energię elektryczną. Można ją także wykorzystywać bezpośrednio do napędu maszyn – istnieje wiele rozwiązań, w których płynąca woda napędza turbinę lub koło wodne. Woda pokrywa aż trzy czwarte naszej planety. Od dawna znajdowała zastosowanie w domach, rolnictwie, przemyśle czy transporcie. Dziś stanowi również jeden z największych potencjałów energetycznych.

Energia prądów morskich Umieszczone pod wodą turbiny napędzane są energią prądów morskich. Produkowana energia elektryczna transportowana jest podwodnym kablem do sieci na lądzie.

Najważniejsze sposoby konwersji energii fal na elektryczną: Energia falowania Moc fal ocenia się na 3 TW, jednak wykorzystanie tej energii sprawia pewne trudności pomimo, iż opracowano wiele teoretycznych metod konwersji energii falowania na energię elektryczną. Największym problemem jest zmienność wysokości fal i wytrzymałość elektrowni. Najważniejsze sposoby konwersji energii fal na elektryczną: elektrownie pneumatyczne - fale wymuszają w nich ruch powietrza, które napędza turbinę elektrownie mechaniczne - wykorzystują siłę wyporu do poruszania się prostopadle do dna, co powoduje obracanie się wirnika połączonego z prądnicą elektrownie indukcyjne - wykorzystują ruch pływaków do wytwarzania energii elektrycznej poprzez zastosowanie poruszających się wraz z pływakami cewek w polu magnetycznym elektrownie hydrauliczne - w których przez ścianki nieruchomego zbiornika przelewają się jedynie szczyty fal, a woda wypływająca ze zbiornika napędza turbinę.

Energia spadku wody Energia mechaniczna wody wprawia w ruch turbinę i za pomocą alternatora przekształcana jest w energię elektryczną. Moc zależy od wysokości spadku wody i od przepływu.

Zapory wodne Zapora Hoovera-widoczna korona i 4 wieże wlotowe - ujęcia wody dla turbin. Zapora Itaipu na rzece Parana, ma prawie 8km długości. Zbudowano na niej największą na świecie elektrownię wodną.

Energia Wodna WADY: ZALETY ingerencja w środowisko naturalne (duże elektrownie) – erozja, zamulenie zmiana/zniszczenie naturalnych siedlisk wysokie koszty instalacji zależność od opadów nie wszędzie dostępna ZALETY nie zanieczyszcza środowiska (brak odpadów, emisji gazów) łatwe gromadzenie energii długi czas działania instalacji wzrost retencji (zbiorniki)

Energia Słoneczna W promieniowaniu słonecznym docierającym do powierzchni Ziemi wyróżnia się trzy składowe promieniowania: - bezpośrednie pochodzi od widocznej tarczy słonecznej - rozproszone powstaje w wyniku wielokrotnego załamania na składnikach atmosfery - odbite powstaje w skutek odbić od elementów krajobrazu i otoczenia.

Największym problemem nie jest pozyskanie tej energii lecz jej zmagazynowanie i wykorzystanie we właściwym czasie.

Każdy kolektor tego typu składa się z: Kolektor słoneczny Kolektor słoneczny to podstawowy element instalacji słonecznej. Jego zadaniem jest przekształcenie energii słonecznej w energię cieplną poprzez specjalną płytę absorpcyjną. Najczęściej stosuje się tzw. kolektory płaskie cieczowe. Każdy kolektor tego typu składa się z: -przezroczystej szyby -powłoki absorpcyjnej -systemu rurek miedzianych w których przepływa ciecz solarna -ocieplenia od spodu -obudowy aluminiowej w której zamknięte są ww. elementy. W zależności od użytych materiałów współczynnik pochłaniania energii słonecznej może osiągnąć wartość do 95-97%.

Parabola Stirlinga Receptor słoneczny wychwytuje energię słoneczną i ogrzewa znajdujący się w nim gaz (wodór). Ogrzany gaz napędza silnik Stirlinga i produkuje elektryczność. Parabola jest w fazie eksperymentu, w mniejszym wymiarze mogłaby być wykorzystana do produkcji elektryczności w pojedynczych domach.

piec słoneczny w Odeillo Piec słoneczny – kolektor skupiający Kolektor skupiający, inaczej wysokotemperaturowy>100°C, to ogromne wklęsłe zwierciadło, które odbiera promieniowanie z ruchomych reflektorów. Energia jest przetwarzana i magazynowana za pomocą cykli chemicznych i ciepła. Następnie ciepło przekształcane jest w energię elektryczną. Można tak uzyskać bardzo wysoką temperaturę co pozwala na wykorzystanie przemysłowe - wypalanie ceramiki lub testowanie metali do konstrukcji np. statków kosmicznych. piec słoneczny w Odeillo

Promieniowanie słoneczne bezpośrednio ogrzewa pokój Promieniowanie słoneczne bezpośrednio ogrzewa pokój. Dodatkowa przestrzeń zwiększa skuteczność systemu.

Energia słoneczna WADY ZALETY ogniwa fotowoltaiczne budowane są z użyciem szkodliwych substancji ustawione ogniwa zajmują dużą powierzchnię ZALETY brak emisji zanieczyszczeń atmosferycznych i gazów cieplarnianych łatwe utrzymanie/ konserwacja urządzeń możliwość wykorzystania w gospodarstwach oddalonych od innych źródeł energii

Energia wiatru Współcześnie stosowane turbiny wiatrowe przekształcają ją na energię mechaniczną, która dalej zamieniana jest na elektryczną. Wiatrak, wynaleziony około I w.p.n.e. i używany do mielenia zboża lub pompowania wody, znajduje dzisiaj, choć w innej postaci, zastosowanie w elektrowniach wiatrowych. Energia wiatru zależy od jego prędkości w trzeciej potędze, przez co lokalizacje pod siłownie wiatrowe dobierane są bardzo starannie pod kątem częstości występowania silnych (7-20 m/s) wiatrów.

Turbina wiatrowa Budowa turbiny: 1. Fundament 2. Wyjście do sieci elektroenergetycznej 3. Wieża 4. Drabinka wejściowa 5. Serwomechanizm kierunkowania elektrowni 6. Gondola 7. Generator 8. Wiatromierz 9. Hamulec postojowy 10. Skrzynia przekładniowa 11. Łopata wirnika 12. Siłownik mechanizmu przestawiania łopat 13. Piasta

Turbina wiatrowa to urządzenie zamieniające energię kinetyczną wiatru na pracę mechaniczną w postaci ruchu obrotowego wirnika. Zasada działania: Każda turbina wiatrowa posiada wirnik składający się z łopat i piasty umieszczonej na przedniej części gondoli ustawionej na wiatr. Wirnik przymocowany jest do głównego wału wspierającego się na łożyskach. Wał przenosi energię obrotów przez przekładnię do generatora, który przekształca ją w energię elektryczną.

Energia wiatru ZALETY WADY czyste źródło energii możliwość wykorzystania w gospodarstwach oddalonych od innych źródeł energii WADY hałas ingerencja w krajobraz zależność od pogody dość wysoki koszt budowy zakłócanie fal radiowych i telewizyjnych zagrożenie dla ptaków i innych gatunków migrujących

Biomasa Poprzez fotosyntezę energia słoneczna jest akumulowana w biomasie, początkowo organizmów roślinnych, później w łańcuchu pokarmowym także zwierzęcych. Energię zawartą w biomasie można wykorzystać dla celów człowieka. Podlega ona przetwarzaniu na inne formy energii poprzez spalanie biomasy lub spalanie produktów jej rozkładu. W wyniku spalania uzyskuje się ciepło, która może być przetworzona na inne rodzaje energii np. energię elektryczną.

Do celów energetycznych wykorzystuje się najczęściej: drewno o niskiej jakości technologicznej oraz odpadowe odchody zwierząt osady ściekowe słomę, makuchy i inne odpady produkcji rolniczej wodorosty uprawiane specjalnie w celach energetycznych odpady organiczne np. wysłodki buraczane, łodygi kukurydzy, trawy, lucerny oleje roślinne i tłuszcze zwierzęce

Spalanie biomasy Spalając materię organiczną uzyskujemy energię cieplną, która może posłużyć do produkcji energii elektrycznej. Używa się do tego najczęściej odpadów drewna, słomy, niektórych odpadów domowych, rolniczych i przemysłowych. Ilość emitowanego CO2 w wyniku spalania jest równa jego asymilacji przez okres wzrostu rośliny. Spalanie biomasy jest uważane za korzystniejsze dla środowiska niż spalanie paliw kopalnych, gdyż zawartość szkodliwych pierwiastków (przede wszystkim siarki) w biomasie jest niższa.

estryfikację - biodiesel. Oprócz bezpośredniego spalania wysuszonej biomasy, energię pochodzącą z biomasy uzyskuje się również poprzez: zgazowanie - gaz generatorowy (głównie wodór i tlenek węgla) powstały ze zgazowania biomasy w zamkniętych reaktorach (tzw. gazogeneratorach) - jest on spalany w kotle lub bezpośrednio napędza turbinę gazową bądź silnik spalinowy, może być też surowcem do syntezy Fischera-Tropscha. w wyniku fermentacji biomasy otrzymuje się biogaz, metanol, etanol, butanol i inne związki, które mogą służyć jako paliwo. estryfikację - biodiesel.

Biomasa ZALETY duży potencjał techniczny (dostępność ziemi uprawnej) w niektórych regionach utylizacja niektórych odpadów i ścieków zagospodarowanie i wykorzystanie terenów pod uprawy WADY konieczność prowadzenia uprawy zajmowanie pod uprawę terenów cennych przyrodniczo spalanie – wydzielanie szkodliwych substancji jałowienie gleb

Energia Geotermalna Polega na wykorzystywaniu cieplnej energii wnętrza Ziemi, szczególnie w obszarach działalności wulkanicznej i sejsmicznej. Woda opadowa wnika w głąb ziemi, gdzie w kontakcie z młodymi intruzjami lub aktywnymi ogniskami magmy, podgrzewa się do znacznych temperatur. W wyniku tego wędruje do powierzchni ziemi jako gorąca woda lub para wodna. Woda geotermiczna wykorzystywana jest bezpośrednio (doprowadzana systemem rur), bądź pośrednio (oddając ciepło chłodnej wodzie i pozostając w obiegu zamkniętym).

Wykorzystanie energii geotermalnej: Sposób wykorzystania energii zależy od jej temperatury. Energia geotermiczna o wyższym potencjale temperaturowym jest wykorzystywana do produkcji energii elektrycznej poprzez napędzanie turbin generujących energię elektryczną. Natomiast energia o niższym i średnim potencjale wykorzystywana jest w ciepłownictwie (ogrzewanie mieszkań, szklarni), przemyśle, ogrodnictwie, rolnictwie, do celów rekreacyjnych, leczniczych, do hodowli ryb.

Gejzery Gejzer jest to rodzaj gorącego źródła występującego na obszarze czynnego lub niedawno wygasłego wulkanu. Charakteryzuje się tym, że okresowo wyrzuca gorącą wodę i parę wodną. Otwór gejzeru na powierzchni ziemi jest ujściem wąskiego i głębokiego przewodu w rodzaju komina skalnego, często połączonego z bocznymi korytarzami i podziemnymi pustkami. Gromadzą się w nich wody gruntowe ogrzane od otaczającej skały, która z kolei ogrzewa się od zalegającej poniżej magmy.

Gejzery wybuchają z różną częstotliwością (od kilkudziesięciu minut do kilkunastu dni) i siłą (woda jest wyrzucana na wysokość od kilku do 70 m). Największe skupisko gejzerów znajduje się w parku narodowym Yellowstone w USA, w stanach Wyoming i Montana, gdzie jest ich ok. 250. Najsławniejszy jest gejzer Old Faithful, działający regularnie od ponad stu lat, kiedy został odkryty. Co godzinę przez 4 minuty wyrzuca 40 tys. litrów wody na wysokość 45 m. Gejzery w Parku Narodowym Yellowstone

Energia geotermalna ZALETY WADY czyste źródło energii niski koszt produkcji energii cieplnej niezależność od zmiennych warunków klimatycznych i pogodowych nie zanieczyszcza środowiska naturalnego WADY nie wszędzie dostępna droga instalacja trudne technicznie utrzymanie uwalnianie radonu i siarkowodoru

Warto wykorzystywać energię ze źródeł odnawialnych, ponieważ jest to: - alternatywa dla energii kopalnych - zmniejszenie emisji gazów - tanie i przyjazne człowiekowi oraz środowisku - szansa na dostęp do elektryczności dla ponad 2 miliardów ludzi na terenach gdzie nie ma innych źródeł energii

Korzyści wynikające z zastosowania odnawialnych źródeł energii: - wprowadzenie niewyczerpalnych i tanich źródeł energii w miejsce trudniej dostępnych i coraz droższych paliw kopalnych - zmniejszenie uzależnienia od obcych źródeł energii - stworzenie nowych stanowisk pracy (redukcja bezrobocia w regionach rolniczych) - wykorzystanie nadwyżek produkcji rolnej - zredukowanie emisji zanieczyszczeń powietrza związanych z przetwarzaniem paliw kopalnych - redukcja efektu cieplarnianego - zmniejszanie ilości odpadów - uregulowanie stosunków wodnych - ograniczenie zachorowań wynikających z zanieczyszczeń środowiska

Podsumowanie: Głównym argumentem potwierdzającym konieczność stosowania alternatywnych źródeł energii jest fakt iż roczna produkcja energii elektrycznej przez odnawialne źródło o mocy 160 kw. zapobiega wyemitowaniu do atmosfery następujących zanieczyszczeń: • dwutlenek siarki 2.000kg • dwutlenek azotu l. 500kg • dwutlenek węgla 250.000kg • pyły i żużle 17.500kg