Odnawialne źródła energii

1. Informacje ogólne:

Energia towarzyszy człowiekowi na naszej Planecie od zarania jego
dziejów. Zmieniły się tylko formy i źródła energii na kolejnych etapach rozwoju cywilizacyjnego ludzkości. Nasi praprzodkowie w miarę upływającego czasu dokonywali coraz to nowych wynalazków i zaczęli wykorzystywać odnawialne źródła energii, siłę wiatru i wody. Rewolucja przemysłowa i agrarna przyniosły nowoczesną cywilizację przemysłową i narastające problemy z ochroną środowiska naturalnego. Rozwój hutnictwa spowodował powstanie górnictwa węglowego. Wynalezieniu silnika spalinowego towarzyszył rozwój górnictwa nafty i gazu. Zaczyna się wiek energii. W tym szerokim spektrum różnych form energii człowiek wykorzystywał energię geotermalną na długo przed paliwami kopalnymi. O gorących źródłach mówią legendy, przekazy i mitologie różnych plemion i narodów. Odkrycia archeologiczne potwierdzają, że od tysięcy lat znane było wykorzystywanie gorących źródeł wody na powierzchni Ziemi w różnych częściach świata. Opisy historyczne pochodzące sprzed dwóch tysięcy lat wskazują na korzystanie z bogactwa wód geotermalnych w Chinach i cesarstwie Rzymskim, gdzie używano wody do celów leczniczych i rekreacyjnych.
Szerokie wykorzystanie wód i energii geotermalnej na skalę przemysłową, na potrzeby ciepłownicze i do produkcji prądu elektrycznego zaczęło się dopiero na początku XX wieku z wyraźnym, corocznym wzrostem udziału energii geotermalnej w ostatnich kilkudziesięciu latach. Prognozy rozwoju sektora energii na świecie w XXI wieku przewidują znaczący wzrost udziału energii geotermalnej w ogólnym bilansie pierwotnych nośników energii.

2. Energia geotermalna:

Energia geotermalna jest wewnętrznym ciepłem Ziemi nagromadzonym w skałach oraz w wodach wypełniających pory i szczeliny skalne. Jeżeli spojrzymy na przekrój naszej planety, to ogromna ilość ciepła nagromadzona jest w jądrze i w skorupie ziemskiej. W jądrze temperatura dochodzi do 4000-4500 C, a pod skorupą ziemską do 1000 C. Zachodzi nieustający przepływ ciepła od wnętrza Ziemi do górnych warstw skorupy i na jej powierzchnię. W krajach rozwiniętych, zużywających duże ilości energii elektrycznej, moc uzyskana z elektrowni geotermalnych jest w ogólnym bilansie wartością z reguły marginalną. Elektrownie te spełniają rolę lokalnego źródła uzupełniającego. W odmiennej sytuacji znajdują się kraje rozwijające z południowej i środkowej Ameryki, z Azji i Afryki.

3. Energia Słoneczna:

Na całym świecie prowadzone są prace, których efekty rozwiązałyby kryzys energetyczny i związane z nim katastrofy ekologiczne. Okazuje się, że jedynym, znanym obecnie źródłem energii, wystarczająco obfitym, by zaspokoić globalne potrzeby przez długi, praktycznie nieskończony czas, jest Słońce. Kwestią otwartą są badania, które umożliwiłyby stwierdzenie, do jakiego stopnia można by wykorzystać stały dopływ tego rodzaju energii.
Słońce jest bardzo atrakcyjnym źródłem mocy, a energia słoneczna dopływa prawie do każdego zakątka Ziemi. To potężne źródło energii, jakim jest ta bliska nam gwiazda, mogłoby zaopatrzyć w całą potrzebną moc wszystkich ludzi. Całkowita energia promieniowania słonecznego, docierającego w ciągu roku do powierzchni Ziemi, wynosi około 3,9 miliona eksadżuli, przy czym roczne zużycie energii przez ludzkość oszacowano na 350 eksadżuli. Moc wysyłanego przez Słońce promieniowania jest, więc 15 tysięcy razy większa, niż potrzeby roczne mieszkańców Ziemi.

4. Energia wody i wiatru:

Energia wody wielu rzek została wykorzystana przez człowieka do napędzania turbin elektrycznych. Użytecznymi nośnikami energii są także wiatr, fale morskie i pływy. Z tych źródeł jednak znacznie trudniej uzyskać energię.
Już od VI wieku naszej ery Persowie mieli ziarno, używając młynów wiatrowych, czyli wiatraków. W przeciwieństwie do konstrukcji, które rozpowszechniły się w Europie, perskie wiatraki miały skrzydła poruszające się w płaszczyźnie poziomej na pionowym wale. Dolny koniec wału przytwierdzony był do kamienia młyńskiego, który rozcierał ziarno na mąkę. Wczesne wiatraki europejskie były wiatrakami obrotowymi, czyli kołowymi. Ustawienie takiego wiatraka można było zmieniać stosownie do kierunku wiatru. Skrzydła poruszały się w płaszczyźnie niemal pionowej, a konstrukcja wiatraka była osadzona na centralnym słupie. Z tyłu wystawał długi drąg. Gdy zmieniał się kierunek wiatru, młynarz za pomocą tego drąga obracał wiatrak tak, aby znów łopaty skierowane były do wiatru. W ciągu wielu lat pomysłowi młynarze wymyślili sposoby wykorzystania energii wiatru także do innych celów. Na przykład, dzięki systemowi przemyślnych przekładni, wiatrak podnosił worki z ziarnem. Holendrzy zaczęli używać wiatraków do osuszania terenów nadmorskich. Jeden z ich systemów składał się z wiatraka, który napędzał urządzenie przypominające koło wodne, wypompowujące wodę z nisko położonych terenów. Pomimo wszystkich zalet, wiatraki miały poważne wady. Ich działanie było uzależnione od pogody, więc w dni bezwietrzne i takie, gdy wiatr bardzo silny wiatraki nie mogły pracować.

5. Elektrownie wiatrowe:

Energia elektryczna uzyskana z wiatru jest ekologicznie czysta, gdyż jej wytworzenie nie pociąga za sobą spalania żadnego paliwa. Aby uzyskać 1MW mocy, wirnik takiej turbiny powinien mieć średnicę około 50m, ponieważ duża konwencjonalna elektrownia ma moc sięgającą nawet gigawata, to jej zastąpienie wymagałoby użycia nawet do 1000 takich generatorów wiatrowych. W niektórych krajach budowane są elektrownie wiatrowe, składające się z wielu ustawionych blisko siebie turbin. Jednak opinia publiczna bywa niekiedy nieprzychylna takim inwestycjom, gdyż szpecą one krajobraz. Dlatego też przyszłość elektrowni tego typu jest niepewna. Jednak niewielkie pojedyncze turbiny są doskonałym źródłem energii w miejscach oddalonych od centrów cywilizacyjnych, gdzie brak jest połączenia z krajową siecią energetyczną.

6. Energia pływów:

W swym dolnym biegu rzeki są zbyt leniwe, aby budować na nich elektrownie wodne. Alternatywne źródło energii mogą tam stanowić pływy morskie. Siła pływów, podobnie jak w zwykłej elektrowni wodnej, obraca turbiną, połączoną z generatorem. Jednak w niewielu tylko miejscach budowa takiej elektrowni jest opłacalna, gdyż elektrownie te cechują się znikomą rentownością. Jedna z istniejących, położona we Francji nad rzeką Rance, ma moc zaledwie 100 MW, czyli 10 część tego, co duża elektrownia węglowa.



7. Energia fal:

Innym źródłem energii może być falowanie morza. Wielkie fale oceaniczne niosą ze sobą naprawdę znaczne jej ilości, lecz problemem jest jej efektywne pozyskanie. Testuje się obecnie różne rozwiązania, zwykle znajdujące się w fazie eksperymentu. W jednym z eksperymentalnych urządzeń pływak poruszany jest w górę i w dół, w miarę falowania powierzchni wody. Ruch ten napędza pompę, która dostarcza wodę pod ciśnieniem na turbinę, zasilającą generator. Niedawno na wyspie Islay w Szkocji wybudowano elektrownię, wykorzystującą energię fal morskich. Jej moc całkowita wynosiła około 18 kW. Działa na zasadzie oscylującego słupa wody. Wpółzanurzona, otwarta u dołu komora wypełniona jest do pewnej wysokości wodą, ponad którą znajduje się powietrze. Gdy fala przechodzi, podnosi się słup wody w komorze, co zmusza znajdujące się nad nim powietrze do przepływania na zewnątrz i do wewnątrz komory. Ten ruch powietrza napędza turbinę, połączoną z generatorem.

8. Biomasa:

Kolejnym źródłem taniej i ekologicznej energii może być tzw. biomasa. Biomasa są to suche rośliny. Na ogół jest to słoma bądź drewno z drzew szybko rosnących jak np. wierzba. Przy ich spalaniu emisja CO2 jest równa ilości tego związku, jaką pobrała roślina w czasie wzrostu, co w bilansie końcowym wychodzi na "O". Jako źródło energii biomasa jest również, przy racjonalnej gospodarce, odnawialna (w przeciwieństwie do pokładów ropy czy gazu). Nie ma również problemu z utylizacja popiołu gdyż Jest znakomitym nawozem. Jest to paliwo stosunkowo wydajne; dwie tony suchej biomasy w postaci słomy lub drewna, są równoważne energetycznie tonie węgla kamiennego. Również ze względów ekonomicznych warto się zastanowić nad zmianą dotychczasowego paliwa;
wytwarzanie energii cieplnej przy pomocy biomasy jest tańsze o 200% - 300%. Zwrot kosztów inwestycji w odpowiedni piec waha się od 2 - 4 lat. Obecnie w Polsce mnóstwo biomasy marnuje się; produkujemy rocznie ok. 25 min. ton słomy, z czego gnije bądź jest spalane na polach 8-12 min. ton. Dodajmy do tego drewno, które mogłoby wyrosnąć na polach stojących odłogiem to otrzymamy stosunkowo dużą ilość paliwa. Paliwo to może być stosowane systemach grzewczych, ale również po zamontowaniu turbiny i instalacji towarzyszącej można produkować prąd elektryczny.

9. Podsumowanie:

Podsumowując należy stwierdzić, że ludzkość znajduje się na dobrej drodze -drodze dalszego rozwoju metod pozyskiwania energii z niekonwencjonalnych źródeł. Przy czym należy dodać, iż ze względu na stosunkowo niski poziom rozwój technologicznego - co powoduje podniesienie kosztów produkcji - obecnie alternatywne źródła energii opłaca się stosować jedynie lokalnie. Stosunkowo duży koszt budowy elektrowni zasilanych źródłami odnawialnymi jest spowodowany koniecznością stosowania trudnych technicznie, jeśli chodzi o budowę urządzeń, co spowodowane jest z kolei uwzględnieniem zmieniających się warunków atmosferycznych. Dopiero w niedalekiej przyszłości, gdy nastąpi odpowiedni rozwój technologiczny będą one mogły być wykorzystywane na szerszą skalę. Mimo olbrzymich zasobów, jakie niesie ze sobą energia odnawialna, nie możemy zapominać o racjonalizacji użytkowania energii w naszym codziennym życiu. Przemawia za tym m.in. fakt, że w krajach rozwijających się mieszka 75% ludności świata, a zużywa jedynie 20% paliw i energii. Kolejnym 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 2.000 kg
• dwutlenek azotu l. 500 kg
• dwutlenek węgla 250.000 kg
• pyły i żużle 17.500 kg
W świetle powyższych argumentów należy stwierdzić iż przy obecnych perspektywach rozwoju technologicznego i niewątpliwie pozytywnym aspekcie jakim jest ekologiczność niekonwencjonalnych źródeł energii przejście na ten system w niedalekiej przyszłości będzie nie tylko nieuniknione-ale i opłacalne.