Energia w środowisku (4)

Prezentacja na temat: "Energia w środowisku (4)"— Zapis prezentacji:

1 Energia w środowisku (4)

2 Odnawialne źródła energii
Biomasa Hydroenergia Energia wiatru Energia maremotoryczna (ruch wód morskich) Energia maretermalna (ciepło oceanów) Energia geotermalna Bezpośrednie wykorzystanie energii słonecznej

3 Energia maremotoryczna
Energia przypływów i odpływów (szacunkowe zasoby: 200 GW) Energia fal morskich (szacunkowe zasoby: 3 TW) Energia prądów morskich (szacunkowe zasoby: 7 TW)

4 Energia przypływów i odpływów
Pod wpływem siły grawitacji od Słońca i Księżyca powierzchnia wody w oceanach odkształca się – kula przyjmuje kształt elipsoidy

5 Energia przypływów i odpływów
Powstają dwa spiętrzenia wody: jedno zwrócone do Księżyca, drugie po przeciwnej stronie. Na skutek ruchu obrotowego Ziemi spiętrzenia przesuwają się po powierzchni. Cykl wynosi 12h 25min. Występują dwa przypływy i dwa odpływy w ciągu doby. Zmiana poziomu morza następuje po nieco ponad 6 godzinach. Wysokość spiętrzeń zależy od odległości Ziemia – Księżyc i od ustawienia Słońca względem Księżyca. Największe jest podczas pełni i nowiu księżyca

6 Energia przypływów i odpływów
Spiętrzenia są nieodczuwalne na oceanie Na wybrzeżu oceanu mają tylko 1-3 metrów wysokości Tylko w zatokach o lejowatym kształcie pojawia się duża różnica poziomów dochodząca w wyjątkowych przypadkach do 20m. Istnieje około 30 miejsc na świecie, gdzie różnica poziomów regularnie przekracza 10m. Wykorzystanie możliwości tych 30 lokalizacji dałoby moc 30GW. Przypływ i odpływ u wybrzeży Alaski

7 Energia przypływów i odpływów
Przykłady zmian poziomu oceanu na wybrzeżu o lejowatym kształcie

8 Elektrownia w Saint Malo
W 1966 roku w St Malo (Francja) uruchomiono elektrownię wykorzystującą przypływ wód Oceanu Atlantyckiego. Ma moc 240 MW. Zapora jest również mostem przez zatokę

9 Elektrownia w Saint Malo
Turbiny pracują od 4 do 8 godzin dziennie, gdy różnica poziomu wody przekracza 2 m zarówno podczas przypływu, kiedy woda wlewa się do zatoki jak i podczas odpływu, gdy woda wraca do oceanu

10 Energia przypływów i odpływów -lokalizacje
Od 1966 roku w St Malo (Francja) pracuje elektrownia o mocy 240 MW Od 1968 roku na półwyspie Kola (Rosja) działa obiekt doświadczalny o mocy 1MW. Istnieją projekty budowy w Kanadzie i Wielkiej Brytanii

11 Energia fal morskich Wiatr wiejący nad powierzchnią oceanu
wywołuje ruch falowy na powierzchni wody Energię mechaniczną fal można zamienić na energię elektryczną Moc fal : Wysokość fali 1.5m -- 10kW na 1m długości czoła fali Wysokość fali 3.0m -- 80kW na 1m długości czoła fali

12 Geografia i średnia moc fal morskich na wybrzeżach Europy [kW/m]
Najczęstsze i wysokie falowanie mórz u wybrzeży wysp brytyjskich, Islandii i Norwegii Nikłe falowanie w Morzach zamkniętych: Bałtyckim i Śródziemnym

13 Geografia fal morskich na oceanach świata

14 Urządzenia do zamiany energii fal na energię elektryczną
Badane są 4 różne metody: Fala wywołują przepływ powietrza, które napędza turbinę Siła wyporu wywołuje ruchy w kierunku prostopadłym do powierzchni, co powoduje obracanie się wirnika połączonego z prądnicą Na falach unoszą się pływaki z cewkami, w których powstaje prąd Fale wlewają się do zbiornika, a wylewający się nadmiar wody napędza turbinę

15 Urządzenia do zamiany energii fal na energię elektryczną
Powietrze napędza turbinę Pływak z cewkami poruszającymi się pionowo

16 Urządzenia do zamiany energii fal na energię elektryczną
Projekt realizowany w Szkocji

17 Energia fal morskich Stosunkowo duże zasoby tej energii
Znajduje się w wielu miejscach – wybrzeża oceanu Można przetworzyć na energię elektryczną na wiele sposobów Wysokie fale zagrażają instalacjom Od dawna trwają wielokierunkowe badania Na razie brak zadawalających wyników Wykorzystywana jest tylko lokalnie np.. Oświetlenie boji

18 Energia prądów morskich
Prądy morskie wywołane przez energię słoneczną i ruch wirowy Ziemi Tylko 0,02% energii słonecznej docierającej do oceanów przekształca się w energię prądów. Ocena zasobów: 5-7 TW. Energia skoncentrowana jak energia rzek Woda płynie ze stabilną prędkością

19 Geografia prądów morskich

20 Geografia prądów morskich
Prędkość wody 0,4-5,0 m/s, szerokość do 100 km i głębokość do 1 km. Duża w porównaniu z powietrzem gęstość wody Duża stabilność przepływu a na większych głębokościach nie ma sztormów Wymagana bliskość lądu !

21 Urządzenie do wytwarzania energii elektrycznej
Doświadczalna instalacja planowana do budowy w Wielkiej Brytanii Działały małe instalacje między wyspami archipelagu Filipin i Indonezji na głębokości 20-30m przy prędkości prądu 2-3 m/s. Turbina działa identycznie jak wiatrak. Jest osadzona na dnie. Prąd morski płynie ze stałą prędkością i ciągle w tym samym kierunku

22 Energia maretermalna Ciepło mórz i oceanów
Energia słoneczna absorbowana jest przez wodę na powierzchni mórz i oceanów (W ciągu jednego dnia zaabsorbowana energia równa jest energii powstającej przy spaleniu 230 mld baryłek ropy naftowej). Czy można wykorzystać tę energię

23 Energia maretermalna Średnia temperatura wody na powierzchni

24 Energia maretermalna Temperatura wody na powierzchni w strefie tropikalnej 28-30oC Temperatura wody na głębokości 700 m oC Dwie propozycje przetwarzania energii maretermicznej na energię elektryczną: Ciepła woda służy do zamiany na parę cieczy wrzących w niskich temperaturach. Para napędza turbinę i jest skraplana oddając ciepło zimnej wodzie. Ciepła woda wrze pod obniżonym ciśnieniem, napędza turbinę i skrapla się w kontakcie z zimna wodą. Przy okazji mamy odsoloną wodę.

25 Energia maretermalna Eksperymentalna elektrownia pracowała przez 4 miesiące u wybrzeży Hawajów. Sukcesem było to, że w sumie wygenerowała energię, która była większa od energii potrzebnej na eksploatację elektrowni.

26 Energia wód oceanów - podsumowanie
Teoretycznie istnieją duże możliwości Olbrzymie trudności techniczne Jedyny przykład elektrowni działającej przez dłuższy czas to elektrownia w St Malo Badania naukowe idą głównie w kierunku wykorzystania energii fal morskich Od dawna istnieje wiele projektów, ale często projekt kończy się na fazie eksperymentalnej

27 Energia geotermalna Obserwując zjawiska zachodzące w przyrodzie a także wykonując wiercenia Ziemi przekonujemy się, że wnętrze Ziemi jest gorące. Czy można wykorzystać energię cieplną tkwiącą w skorupie ziemskiej.

28 Energia geotermalna Temperatura wnętrza Ziemi wynosi około 5000K
Trwa stały dopływ energii do powierzchni ziemi z jej wnętrza Strumień energii płynącej na powierzchnię = 0,063 W/m2. Ziemia nie stygnie bo źródłem energii jest rozpad promieniotwórczych pierwiastków znajdujących się we wnętrzu ziemi. Energia geotermalna jest więc formą energii jądrowej. Typowy (średni) wzrost temperatury wraz z głębokością wiercenia wynosi: 2.75oC na każde 100m głebokości

29 Energia geotermalna Obszary: Gradient temperatury
hipertermiczne ponad 8oC na 100 m semitermiczne od 4 do 8oC na 100 m normalne poniżej 4oC na 100 m

30 Energia geotermalna Zasoby energii geotermalnej to:
Gorące wody (energia hydrotermiczna) Występują tylko w szczególnych miejscach. Woda może mieć temperaturę nawet oC, gdy występuje pod wysokim ciśnieniem. Znacznie częściej gorące wody mają temperaturę 50-70oC i występują wtedy pod znacznym obszarem powierzchni ziemi Gorące skały (energia petrotermiczna) Zasoby te występują wszędzie. Temperatura skał wynosi oC i zależy od miejsca i przede wszystkim od głębokości.

31 Energia geotermalna Wykorzystanie energii petrotermicznej

32 Energia geotermalna Wykorzystanie energii petrotermicznej
Instalacja doświadczalna w Stanie Nevada to dwa otwory do głębokości około 3000 m Temperatura skały około 250oC. Jednym otworem wprowadzno zimną wodę a drugim wydostawała się woda o temperaturze oC. Po kilku miesiącach pracy i po wykonaniu badań instalacja została zamknięta. Moc cieplna źródła wynosiła do 5 MW.

33 Energia geotermalna Wykorzystanie energii hydrotermicznej
Bezpośrednie wykorzystanie gorącej wody w zależności od jej temperatury Gorącą wodę używa się do produkcji energii elektrycznej tylko wtedy, gdy temperatura wody znacznie przekracza 100oC.

34 Energia geotermalna Wykorzystanie energii hydrotermicznej
Wykorzystanie gorącej wody: W świecie Przykład Islandii

35 Energia geotermalna Wykorzystanie energii hydrotermicznej
Przykład Islandii

36 Energia geotermalna

37 Podsumowanie - komentarz
Energia przypływów i odpływów Niewiele energii, niewiele lokalizacji, ale jest precedens działający od 40 lat, słowem ciekawostka Energia fal morskich Energia powszechnie występująca, trudna do okiełznania, wyzwanie dla konstruktorów, jest nadzieja na wykorzystanie, bo w wielu krajach prowadzone są badania różnych konstrukcji Energia prądów morskich Duże zasoby, ale mało lokalizacji nadających się do praktycznego wykorzystania Energia ciepła oceanów Bardzo dużo zmagazynowanej energii ale w niewielu miejscach można ją wykorzystać i to z bardzo małą wydajnością Energia geotermalna Od dawna jest wykorzystywana jako energia hydrotermiczna a w przyszłości będzie również wykorzystywana energia petrotermiczna