Klimat a odnawialne źródła energii
advertisement
Oto jakie wyróżniamy odnawialne źródła energii: Energia geotermalna Energia wodna Energia słoneczna Energia wiatru Biopaliwo Biomasa Biogaz Ogólnie jest to energia zgromadzona w gruntach, skałach i płynach wypełniających pory i szczeliny skalne. O energii geotermalnej mówi się przede wszystkim, gdy nośnikiem tej energii jest woda i para wodna. Energia ta biorąc pod uwagę okres istnienia cywilizacji ludzkiej, jest praktycznie niewyczerpalna w wyniku jej przenoszenia z wnętrza Ziemi przez przewodzenie i konwekcję. Energetyka geotermalna bazuje na gorących wodach cyrkulujących w przepuszczalnej warstwie skalnej skorupy ziemskiej poniżej 1000 m. Najbardziej popularnym sposobem wykorzystania energii geotermalnej oprócz produkcji energii elektrycznej jest budowa ciepłowni geotermalnych. Ponadto wykorzystuje się ją także w balneologii, ogrzewaniu budynków przy pomocy pomp ciepła, uprawach, przemyśle chemicznym, suszarnictwie, przetwórstwie, hodowli ryb, basenach kąpielowych, itp. Na świecie ok. 40 krajów zużywa energii goetermalnej na potrzeby inne niż produkcja energii elektrycznej co daje sumaryczną wartość 11 400 MW. Największymi odbiorcami ciepła z energii geotermalnej są Japonia, Chiny, Węgry, b r. ZSRR, Islandia i USA. W Europie warto zwrócić uwagę na Islandię, aż 85% zapotrzebowania na ciepło pochodzi z energii geotermalnej i pokrywa aż 46% energii pierwotnej kraju. 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. 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. Energia elektryczna produkowana w elektrowniach wodnych zazwyczaj wprowadzana jest do krajowego systemu przesyłu energii. Duża elektrownia wodna może zasilać nawet całe kilkutysięczne miasto. 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. Około 40% promieniowania słonecznego dochodzącego do naszej planety jest odbijane przez atmosferę, 20% jest przez nią pochłaniane, a tylko 40% energii dociera do powierzchni Ziemi. Oświetlenie powierzchni Ziemi nie jest równomierne. Zależy od szerokości geograficznej, pory roku i pory dnia. Obliczono, że jednemu metrowi kwadratowemu powierzchni Ziemi Słońce dostarcza w ciągu dnia na naszej szerokości geograficznej średnio 2,7kWh energii. Jest to wartość równa energii, jaką uzyskujemy ze spalenia jednej trzeciej litra benzyny. Obecnie chcemy wykorzystać jej jak najwięcej. Energię słoneczną używa się do ogrzewania domów mieszkalnych zakładając ogniwa fotowoltaiczne zamieniające światło na prąd lub wykorzystując światło do ogrzewania wody w specjalnych zbiornikach umieszczonych na dachach zwanych kolektorami. Aby wystarczyło to do ogrzania średniego domu rodzinnego i dostarczenia domownikom ciepłej wody powierzchnia kolektorów musiałaby wynosić aż 60m2. Jest to duża powierzchnia i oprócz ogrzewania słonecznego użytkownicy wykorzystują energię elektryczną. Sprawność ogniw w laboratoriach wynosi około 15%, natomiast stosowanych komercyjnie 4 - 8%. Wykorzystuje się je w elektrowniach słonecznych, do ogrzewania domów, w małych zegarkach i kalkulatorach, a przede wszystkim w przestrzeni kosmicznej, gdzie promieniowanie słoneczne jest dużo silniejsze. Energia wiatru to bez wątpienia odnawialne źródło energii. Jest coraz częściej wykorzystywane również dlatego, że nie szkodzi otaczającemu nas środowisku, a jeśli nawet to w niewielkim stopniu, nieporównywalnym do metod stosowanych w konwencjonalnej energetyce. Wiatr niesie z sobą energię kinetyczną. Wykorzystując jedynie 10% niesionej przez wiatr energii moglibyśmy zdobyć, aż 20-krotnie więcej energii niż wynosi światowe jej zużycie, w każdej postaci produkowanej przemysłowo. Obrazuje to wielką potęgę tego źródła energii. Do zrealizowania przedsięwzięcia czerpania profitów z energii wiatru niezbędnym jest budowa fermy wiatraków, tworzących elektrownię wietrzną. Średnia moc tych wiatraków mieści się w granicach 50 - 150 KW. Energia z wiatraków płynie do specjalnych sieci rozdzielczych, bądź też siłowni wiatrowych o dużej mocy (kilku MW) lub ogromnej (kilkuset MW) w tzw. parkach wiatrowych. Na dzień dzisiejszy energia wietrzna zaspakaja jedynie w 1% zapotrzebowanie energetyczne naszego świata, a mogłaby pokryć 20%. Szczęśliwie wciąż udział energii wiatru rośnie. Energia wiatru przynosi największe korzyści, gdy przetwarzamy ją na prąd elektryczny. Niestety nie wszystkie wiatry da się wykorzystać. Tajfuny lub cyklony to wiatry, które przy użyciu dzisiaj dostępnej technologii nie są możliwe do wyeksploatowania. Najbardziej korzystne są wiatry o prędkości od 15 do 25 m/s, wiejące na wysokości od 70 do 150 m. niestety najczęściej prędkość wiatru plasuje się pomiędzy 4, a 15 m/s. Takie warunki umożliwiają od 1000 do 2000 godzin rocznej eksploatacji elektrowni wietrznej. Przed budową elektrowni wietrznej dokładnie analizuje się miejsce jej zlokalizowania. Bada się przebieg izowent, czyli linii łączących ze sobą punkty jednorodne pod względem prędkości wiatru. Prędkości te mierzy się w różnych okresach roku, zazwyczaj w lecie i w zimie. Pomiar prowadzony jest na poziomie powierzchni Ziemi. Dotychczasowe badania wskazują, iż najkorzystniej zlokalizować fermę wietrzną na: - wierzchołkach samotnych wzgórz nie wyższych niż 1000m; - samotnych wzniesieniach na obszarach płaskich; - wybrzeżach morskich. Biopaliwo - paliwo powstałe z przetwórstwa produktów organizmów żywych np. roślinnych, zwierzęcych czy mikroorganizmów. Wyróżnia się biopaliwa: stałe - słoma w postaci bel lub kostek albo brykietów, granulat trocinowy lub słomiany - tzw. pellet, drewno, siano i inne przetworzone odpady roślinne; ciekłe - otrzymywane w drodze fermentacji alkoholowej węglowodanów do etanolu, fermentacji butylowej biomasy do butanolu lub z estryfikowanych w biodiesel olejów roślinnych (np. olej rzepakowy); gazowe: powstałe w wyniku fermentacji beztlenowej ciekłych i stałych odpadów rolniczej produkcji zwierzęcej (gnojowica, obornik, słoma, etc.) - biogaz; powstałe w procesie zgazowania biomasy - gaz generatorowy (gaz drzewny). Używanie biopaliw pozwala na zmniejszenie importu i zużycia ropy. Produkcja biopaliw z glonów jest najbardziej wydajna. Znane są metody wykorzystania do tych celów terenów pustynnych. Wzbogacana w CO2 woda przepływa w foliowych zbiornikach, które eliminują jej parowanie. Półproduktem glonowej hodowli jest białko i O2. Efektywność glonów jest 30 x większa niż jakiegokolwiek innego rodzaju pozyskiwania paliwa. US Department of Energy oszacował, że do pokrycia obecnego zapotrzebowania USA na paliwa wystarczy uprawa glonów na biopaliwo na powierzchni 15 tys mil2 (ok. 39000 km2). Paliwo glonowe stanowi tzw. biopaliwo 3 generacji. Metody produkcji Biopaliw wytwarzanych z oleju rzepakowego, zbóż uprawnych oraz trzciny cukrowej na polu powstałym po wykarczowaniu lasu tropikalnego jest poddawana ostrej krytyce. Zauważono, że przy produkcji biopaliwa emitowanych jest 3x więcej gazów cieplarnianych niż przy wydobywaniu i spalaniu zwykłej benzyny. Wliczona w to jest ograniczona wymiana gazowa jaka ma miejsce na takim polu przeznaczonym do biouprawy. Pole wyjaławia się znacznie i wymaga kosztownej rekultywacji. Taka uprawa ogranicza bioróżnorodność. Przyczynia się do rozwoju patogenów, szkodników i chorób. Takie uprawy stwarzają poważne zagrożenie w czasach coraz większego zapotrzebowania na żywność. W polskich warunkach najłatwiejszą do pozyskania i najbardziej efektywną ekonomicznie jest energia z biomasy. Do jej produkcji wykorzystuje się odpady rolnicze oraz leśne, istnieje też możliwość pozyskiwania energii w procesie upraw roślin energetycznych sadzonych np. na terenach przemysłowych przeznaczonych do rekultywacji. Oprócz spalania, biomasa może być także wykorzystana do produkcji paliw płynnych oraz lotnych. Biomasa – masa materii zawarta w organizmach. Biomasa podawana jest w odniesieniu do powierzchni (w przeliczeniu na metr lub kilometr kwadratowy) lub objętości (np. w środowisku wodnym - metr sześcienny). Wyróżnia się czasem fitomasę (biomasę roślin) oraz zoomasę (biomasę zwierząt), a także biomasę mikroorganizmów. Inny podział wyróżnia w ekosystemach biomasę producentów i biomasę konsumentów, które składają się na całkowitą biomasę biocenozy. Biomasa producentów tworzona jest w procesie fotosyntezy. Konsumenci i reducenci (destruenci) tworzą swoją biomasę kosztem biomasy producentów. Różne rodzaje biomasy mają różne właściwości. Na cele energetyczne wykorzystuje się drewno i odpady z przerobu drewna, rośliny pochodzące z upraw energetycznych, produkty rolnicze oraz odpady organiczne z rolnictwa, niektóre odpady komunalne i przemysłowe. Im suchsza, im bardziej zagęszczona jest biomasa, tym większą ma wartość jako paliwo. Bardzo wartościowym paliwem jest na przykład produkowany z rozdrobnionych odpadów drzewnych brykiet. Paliwo uszlachetnione, takie jak brykiet czy pelety drzewne, uzyskuje się poprzez suszenie, mielenie i prasowanie biomasy. Koszty ogrzewania takim paliwem są obecnie niższe od kosztów ogrzewania olejem opałowym. Zalety biomasy Biomasę warto wykorzystywać z wielu powodów. Paliwo to jest nieszkodliwe dla środowiska: ilość dwutlenku węgla emitowana do atmosfery podczas jego spalania równoważona jest ilością CO2 pochłanianego przez rośliny, które odtwarzają biomasę w procesie fotosyntezy. Ogrzewanie biomasą staje się opłacalne - ceny biomasy są konkurencyjne na rynku paliw. Wykorzystanie biomasy pozwala wreszcie zagospodarować nieużytki i spożytkować odpady. Biogaz - gaz wysypiskowy - gaz palny, produkt fermentacji anaerobowej związków pochodzenia organicznego (np. ścieki, m.in. ścieki cukrownicze, odpady komunalne, odchody zwierzęce, gnojowica, odpady przemysłu rolno-spożywczego, biomasa) a częściowo także ich gnicia powstający w biogazowni. W wyniku spalania biogazu powstaje mniej szkodliwych tlenków azotu niż w przypadku spalania paliw kopalnych. Na składowiskach odpadów biogaz wytwarza się samoczynnie, stąd nazwa gaz wysypiskowy. Obecnie na wysypiskach instaluje się systemy odgazowujące. Nowoczesne składowiska posiadają specjalne komory fermentacyjne lub bioreaktory, w których fermentacja metanowa odpadów odbywa się w stałych temperaturach 33-37°C dla bakterii metanogennych mezofilnych, rzadziej 50-70°C dla bakterii termofilnych oraz przy pH 6,5-8,5 i odpowiedniej wilgotności. Ze składowiska o powierzchni około 15 ha można uzyskać 20 do 60 GWh energii w ciągu roku, jeżeli roczna masa składowanych odpadów to około 180 tys. ton. Biogaz ma szerokie zastosowanie: wykorzystuje się go głównie w Indiach, Chinach, Szwajcarii, Francji, Niemczech i USA jako paliwo dla generatorów prądu elektrycznego (ze 100m³ biogazu można wyprodukować około 540-600 kWh energii elektrycznej), jako źródło energii do ogrzewania wody, a po oczyszczeniu i sprężeniu jako paliwo do napędu silników (instalacje CNG). Typowe przykłady wykorzystania obejmują: produkcję energii elektrycznej w silnikach iskrowych lub turbinach, produkcję energii elektrycznej w silnikach iskrowych lub turbinach, produkcję energii cieplnej w przystosowanych kotłach gazowych, produkcję energii elektrycznej i cieplnej w jednostkach skojarzonych, dostarczanie gazu wysypiskowego do sieci gazowej, wykorzystanie gazu jako paliwa do silników trakcyjnych/pojazdów, wykorzystanie gazu w procesach technologicznych, np. w produkcji metanolu. Autor: Maciej Brysk III B
