Co to wogóle jest energia? Z punktu widzenia fizyki, energia jest to: podstawowa wielkość fizyczna, opisująca zdolność danego ciała materialnego do wykonania określonej pracy . Istnieje wiele różnych rodzajów energii, np. energia wewnętrzna, kinetyczna, potencjalna, cieplna itd. Często możemy zaobserwować przechodzenie jednego rodzaju energii w inny. Nie możemy zapomnieć jednak, że łączna energia układu pozostaje niezmieniona , jak głosi zasada zachowania energii.
3.
Wstęp, czyli... Od zarania dziejów energia ułatwiała człowiekowi życie. o Potrzebowano jej przy ogrzewaniu i oświetleniu naszych domów, wykorzystywana była również w szerokim zakresie również w transporcie oraz innych, ważnych dziedzinach naszego życia. Do niedawna wytwarzano ją przede wszystkim ze spalania paliw kopalnych, takich jak drewno, węgiel brunatny i kamienny, gaz ziemny, ropa naftowa. I tak zapewne byłoby do tej pory, gdyby nie kryzys gospodarczy (w roku 1973), który spowodowany był nagłym wzrostem cen ropy naftowej (a przez to i innych paliw) oraz troską o środowisko. Dzięki temu zaczęto interesować się alternatywnymi źródłami energii, które charakteryzują się tym, iż mają one nikły, bądź nawet żaden wpływ na środowisko.
4.
5.
Schemat Alternatywne źródła energii odnawialne nieodnawialne Energia słoneczna Energia wiatru Energia spadku wody Biomasa Energia jądrowa Energia geotermalna
6.
Odnawialne źródła energii-definicja Odnawialne źródła energii są to takie źródła energii, których zasoby same ulegają odnowieniu i dlatego też są one uznawane za niewyczerpalne.
7.
Nieodnawialne źródła energiiSą to takie źródła, których tempo wykorzystywania jest znacznie większe niż naturalne odtwarzanie. Oznacza to, iż po upływie pewnego czasu zasoby tych źródeł ulegną wyczerpaniu.
8.
Energia słoneczna Energiasłoneczna to największe źródło energii, którym dysponuje człowiek. Problemem nie jest jej pozyskanie, ale zmagazynowanie, w celu użycia w odpowiednim czasie. Teoretycznie potencjał promieniowania słonecznego w Polsce szacuje się na 3,3 do 4 GJ/m 2 rocznie, jednak w praktyce, jego wykorzystanie jest nieporównywalnie mniejsze. W Polsce występują średnie warunki nasłonecznienia (najlepsze we wsch. części kraju), a jedną z wad tej energii jest wrażliwość na globalne zmiany klimatu. Energię słoneczną wykorzystuje się głównie w rolnictwie, ciepłownictwie oraz elektroenergetyce. Jednakże od pewnego czasu najbardziej popularne stały się kolektory słoneczne , rozprzestrzeniające się po całym świecie.
9.
Kolektory słoneczne Sąto urządzenia wychwytujące energię słoneczną i zamieniające na energię cieplną. Instaluje się je głównie na dachach. Przy wyborze miejsca należy pamiętać, że płyta kolektora musi być odpowiednio nasłoneczniona. Jego płaszczyznę powinno się skierować w kierunku południowym. Optymalny kąt nachylenia kolektora do poziomu wynosi 45°. Kolektory najczęściej stosuje się do podgrzewania wody użytkowej, jak również w basenach, rzadko kiedy jako ogrzewanie domów. Badania w Polsce wykazały, że stosowanie kolektorów jest wydajne, gdyż można zaoszczędzić około 70% energii konwencjonalnej w procesach przygotowywania ciepłej wody użytkowej oraz blisko 20% w procesach ogrzewania pomieszczeń.
10.
11.
Energia wiatru Energetykawiatrowa jest jedną z najszybciej rozwijających się sektorów energetyki niekonwencjonalnej na świecie. Pod względem zasobów energetycznych wiatru, Polska nie należy do za dobrze prosperujących krajów. Tylko w niektórych regionach naszego kraju v ś wiatru przekracza 4 m/s (minimalna v startowa elektrowni). Jednak mimo wszystko energia wiatrowa może stać się ważnym źródłem wytwarzania energii elektrycznej. Energię tę możemy wykorzystywać do budowy: małych instalacji, których P waha się od 1 do kilkuset kW. Mogą współpracować z bateriami akumulatorów i pompami ciepła, dużych instalacji o P od 1-5 MW (czyli od 1 do 5 mln W). Współpracują one z małymi elektrowniami wodnymi. Dodatkowo pracuje się nad zwiększeniem mocy, poprzez powstawanie tzw. farm wiatrowych (zespoły wielu ustawionych w pobliżu siebie elektrowni wiatrowych).
12.
Wady i zaletyelektrowni wiatrowych Zalety: Wytwarzanie tej energii jest ekologicznie czyste (nie powoduje zanieczyszczeń środowiska). Istnieje możliwość zasiedlania nawet miejsc trudno dostępnych, słabo zaludnionych lub o ubogich glebach. Wady: Duże koszty instalacji Wymagana określona v wiatru. Duży hałas Zmiany w krajobrazie Zagrożenie dla ptaków
Zmiany energii wiatru w ciągu roku Dobowe zmiany prędkości wiatru
15.
16.
Energia spadku wodyObecnie, w elektrowniach wodnych energia elektryczna jest wytwarzana dzięki poruszaniu przez wodę urządzenia zwanego turbiną, które zastępuje dawne koło wodne. Turbina połączona jest z prądnicą. J est tak zaprojektowana, aby pozyskiwać jak najwięcej energii ze spadającej wody. Hydroelektrownie buduje się często w górach , gdzie występuje dużo opadów. Jezioro bądź też zbiornik wodny gromadzi wodę wysoko ponad elektrownią. Ma to swój określony cel, gdyż energia potencjalna wody zależy przede wszystkim od wysokości jej spadku (wynika to ze wzoru E p = mgh ). Udział elektrowni wodnych w krajowej mocy zainstalowanej w wybranych krajach Europy 1.Norwegia 99,8% 2.Austria 66,7% 3.Portugalia 48,0% 4.Szwecja 47,3% 5.Włochy 31,5% 6. POLSKA 7,3% Stopień wykorzystania energetycznego rzek w wybranych krajach Europy 1. Szwajcaria 92% 2. Francja 82% 3. Hiszpania 79% 4. Norwegia 63% 5. Szwecja 63% 6. Austria 49% 7. POLSKA 14-15%
17.
Wady i zaletymałych elektrowni wodnych Zalety: Zużywanie niewielkich ilości energii na potrzeby własne. Zdalnie sterowane, nie wymagają licznego personelu. Minimalne straty przesyłu. Awaryjne źródło energii, w przypadku uszkodzeń w sieci przesyłowej. Możliwość wykorzystania zbiorników do rybołówstwa, celów rekreacyjnych, ochrony przeciwpożarowej. Wady: Niekorzystny wpływ na populację ryb (uniemożliwione poruszanie się w górę i w dół rzeki). Niszczące oddziaływanie na środowisko nabrzeża. Niezdolność do pracy w okresie suszy.
Biomasa Biomasa jestto substancja organiczna powstająca w wyniku procesu fotosyntezy. Jej przyrost zależy więc od intensywności światła, żyzności gleby oraz ilości dostarczonej wody. W Polsce z 1 ha użytków rolnych zbiera się rocznie około 10 ton biomasy, co stanowi równowartość około 5 ton węgla kamiennego. W poniższej tabelce zestawione są wartości opałowe produktów biomasy oraz, dla porównania, wartości opałowe niektórych paliw niekonwencjonalnych: Paliwo Wartość opałowa Słoma szara 15,2 MJ/kg Słoma żółta 14,3 MJ/kg Drewno odpadowe 13 MJ/kg Etanol 25 MJ/kg Gaz ziemny 48 MJ/kg Węgiel kamienny 25 MJ/kg
22.
Biogaz Jednym zproduktów fermentacji biomasy jest tzw. Biogaz. Jego skład chemiczny przedstawiony jest w tabelce. Ze względu na to, iż głównym składnikiem biogazu jest metan, spala się on wg. Równania reakcji: CH 4 + 2O 2 2H 2 O + CO 2 Wykorzystanie biogazu ma swoją przyszłość. Planuje się zastosować go do: produkcji energii elektrycznej (z wykorzystaniem silników lub też turbin) produkcji energii cieplnej (w kotłach gazowych). napędzania pojazdów. w procesach technologicznych, takich jak produkcja metanolu. Skład chemiczny biogazu (w %): CH 4 52 - 85 CO 2 14 -18 H 2 S 0,08 - 5,5 H 2 0-5 CO 0 - 2,1 N 2 0,6 - 7,5 O 2 0-1
23.
24.
Energia geotermalna Jestto energia zmagazynowana w gruntach, skałach i płynach wypełniających pory i szczeliny skalne. O energii tej mówi się przede wszystkim, gdy nośnikiem niej jest woda i para wodna. Ze względu na to, iż jej zasoby są stale uzupełniane przez ciepło płynące z wnętrza ziemi, uznano ją za niewyczerpalną. Wody geotermalne znajdują się pod powierzchnią prawie 80% terytorium Polski. Na chwile obecną, na terenie naszego kraju funkcjonują cztery geotermalne zakłady ciepłownicze: Bańska Niżna (4,5 MJ/s, docelowo 70 MJ/s), Pyrzyce (15 MJ/s, docelowo 50 MJ/s), Mszczonów (7,3 MJ/s), Uniejów (2,6 MJ/s). Energię geotermalną wykorzystuje się zarówno do produkcji energii elektrycznej, ale również w: przemyśle chemicznym suszarnictwie przetwórstwie hodowli ryb
25.
Wady i zaletyenergii geotermalnej Zalety: Jej źródła nie podlegają wahaniom warunków pogodowych i klimatycznych . Urządzenia techniki geotermalnej minimalnie wpływają na krajobraz (zajmują bowiem niewiele miejsca). Niskie koszty eksploatacji. Występuje praktycznie w każdym miejscu na kuli ziemskiej. Wady: Mimo rozpowszechnienia, występują trudności z pozyskaniem. Ryzyko przemieszczenia się złóż geotermalnych. Ryzyko zanieczyszczenia atmosfery H2S. Może nastąpić korozja rur.
26.
Gaz Emisja (wtonach) Energia geotermalna Redukcja CO 2 463.000 27.009 94% SO 2 2.100 0 100% NO x 270 19 93%
27.
28.
Energia jądrowa Wytworzenieenergii elektrycznej w elektrowni jądrowej przebiega w 3 etapach: Rozszczepienie jąder atomów uranu, plutonu lub też toru, które powoduje wyzwolenie energii cieplnej, która wykorzystywana jest do wytworzenia pary wodnej. Energia cieplna pary zostaje przemieniona w energię mechaniczną (w procesie rozprężania pary, który zachodzi w turbinie). Przemiana energii kinetycznej w energię elektryczną (zachodzi w napędzanym przez łopatki turbiny generatorze prądu ) . Rozszczepienie jądra atomu Obieg technologiczny elektrowni jądrowej dzieli się na: obieg pierwotny (zachodzi przede wszystkim w reaktorze , obejmuje pierwszy etap). obieg wtórny (obejmuje wszystkie pozostał etapy).
29.
Rozszczepienie jądra atomuuranu, plutonu lub toru Kiedy neutron zderza się z jądrem pierwiastka, zostaje pochłonięty. W wyniku tego jądro tegoż pierwiastka ulega rozszczepieniu: powstają dwa jądra pierwiastków lżejszych. W wyniku ubytku masy wydziela się energia cieplna. Ponadto wyzwolonych zostaje od 0 do 8 neutronów, które staja się czynnikiem powodującym rozszczepianie się kolejnych jąder. Właśnie wykorzystanie wydzielającej się w tym procesie energii cieplnej jest zadaniem reaktorów. Część pozostałej energii wydziela się w postaci promieniowania γ . Wylatujące cząstki Neutron
30.
Wady i zaletyenergii jądrowej Zalety: Reaktory jądrowe nie emitują do atmosfery szkodliwych pyłów i gazów. Eliminuje problemy usuwania i składowania lotnych popiołów. Ogranicza eksploatację paliw kopalnych. Nie wymaga hałaśliwych urządzeń do nawęglania. Wady: Problem ze składowaniem radioaktywnych odpadów. Możliwość skażenia wód, powietrza i gleb znajdujących się w rejonie składowania odpadów. . Ryzyko nastąpienia awarii i tym samym skażenia radioaktywnego.
31.
32.
Kilka słów nazakończenie... Obecnie alternatywne źródła energii opłaca się stosować jedynie lokalnie . Decydują o tym przede wszystkim duże koszty produkcji. Są one spowodowane koniecznością zakupu skomplikowanych urządzeń. Dopiero w niedalekiej przyszłości gdy nastąpi odpowiedni rozwój technologiczny będą one mogły być wykorzystywane na szerszą skalę. Oczywiście, zasoby energii odnawialnej są olbrzymie, jednak musimy pamiętać o korzystaniu z nich z umiarem. Wystarczy chyba nadmienić, że w krajach o wysokim stopniu rozwoju mieszka 75% ludności świata, a zużywają one jedynie 20% zasobów energii! Bardzo ważnym plusem alternatywnych źródeł energii jest fakt, iż co roku zapobiegają one wyemitowaniu do atmosfery: 2t SO 2 1,5t NO x 250t CO 2 17,5t pyłów i żużli. Trudno przewidzieć przyszłość, jednakże moim zdaniem, przy tak dynamicznym rozwoju technologicznym istnieje szansa, że już w niedalekiej przyszłości wykorzystywanie alternatywnych źródeł energii stanie się opłacalne i wykorzystywane na szerszą skalę.
