ENERGIA WODNA
Powstanie energii wodnej związane jest z cyklem krążenia wody w przyrodzie. Cykl ten polegający na opadzie wody, jej spływie oraz odparowaniu jest nam znany już ze szkoły podstawowej. Dzięki temu obiegowi w przyrodzie zasoby wody ciągle się odnawiają. Cząsteczki wody opadają na powierzchnię Ziemi, mając energię potencjalną, której wartość zależy od miejsca, w którym woda opadła. Poziomem odniesienia jest główny odbiorca wód – morze. To właściwie dzięki energii słońca, która powoduje odparowanie i ruch pary wodnej w atmosferze utrzymany jest cykl. Dopiero potem następuje spływ wody do poziomu morza.
W trakcie spływu wody energia potencjalna wód wraz ze zmianą poziomu zamienia się na energię kinetyczną wód płynących w korytach rzek oraz energię cieplną powstałą przez tarcie wody o brzegi koryt.
Całkowity zasób energii w dowolnym punkcie strugi płynu opisuje równanie Bernoulliego, które mówi, że suma energii potencjalnej, kinetycznej i energii ciśnienia jest stała. W sytuacji gdy ma miejsce swobodny przepływ strugi i ciśnienie nie ulega zmianie, występuje jedynie zamiana energii potencjalnej na energię kinetyczną.
Elektrownie wodne cechuje wyjątkowa różnorodność rozwiązań, wynikająca z konieczności każdorazowego dostosowania się do istniejących warunków lokalnych. Elektrownie wykorzystujące energię wód śródlądowych można podzielić na grupy według następujących kryteriów: wartości spadu, sposobu pokrywania obciążeń w układzie elektroenergetycznym i sposobu gospodarowania zasobami wodnymi. Podział według wartości spadu jest najbardziej istotny, ale dość dowolny. Rozróżnia się elektrownie niskospadowe, średniospadowe i wysokospadowe. W warunkach polskich najsłuszniejszy jest podział na elektrownie o niskim spadzie nieprzekraczającym 15 m, średnim spadzie 15÷50 m oraz wysokim spadzie przekraczającym 50 m.
Energetyka wodna ma aż 22% udział w całkowitej światowej produkcji energii elektrycznej i jest w chwili obecnej najbardziej rozpowszechnionym źródłem energii odnawialnej.
Znaczna część wszystkich elektrowni wodnych na świecie to małe elektrownie wodne, o mocy zainstalowanej poniżej 10 MW. W Europie jest ich ponad 17 400. Energetyka wodna stanowi najważniejsze źródło energii odnawialnej w Europie a jej udział w rynku OZE wynosi w chwili obecnej 60%.
Energetyczne zasoby wodne Polski nie są duże ze względu na niezbyt obfite i niekorzystnie rozłożone opady, dużą przepuszczalność gruntów i niewielkie spadki terenu, mogłyby jednak być wykorzystane w znacznie większym stopniu niż są do tej pory. Udział energetyki wodnej w krajowej produkcji energii elektrycznej wynosi zaledwie około 1%. Wykorzystujemy jedynie 11% dostępnych zasobów, co stawia nas na ostatnim miejscu w Europie.
Łączna moc elektrowni wodnych działających na terenie Polski w 2002 roku wynosiła 524 MW (IEO, 2004). Moc istniejących elektrowni wodnych mogłaby zostać zwiększona o 20 - 30% poprzez modernizację agregatów prądotwórczych (Ministerstwo Środowiska, 2000). Ze względu na niewielki stopień obecnego wykorzystania, energetyka wodna ma w Polsce szansę na dalszy rozwój.
Rozmieszczenie elektrowni wodnych na terenie Polski
Największym zainteresowaniem cieszą się obecnie małe elektrownie wodne, których ilość stale wzrasta. W 2002 roku było ich na terenie kraju około 600 o łącznej mocy zainstalowanej 185 MW . Produkcja energii wynosiła 698 GWh/rok.
Do największych inwestycji energetycznych na świecie należy projekt budowy elektrowni wodnej w Itaipu na granicy pomiędzy Brazylią i Paragwajem. Planowana moc to 12,6 GW, co będzie pokrywało 1/4 potrzeb energetycznych Brazylii i 3/4 Paragwaju. Roczna produkcja energii to 7,5*1010 kWh.
Zalety energii wodnej to:
- oszczędność paliw i produkcja energii ekologicznie czystej
- brak zanieczyszczeń środowiska naturalnego
- regulacja poziomu wód w rowach melioracyjnych, zahamowanie niekontrolowanego spływu wód
- zabezpieczenie przed erozją gleb i spływem najwartościowszych cząstek gleby
- zbiorniki retencyjne zapobiegają powodziom
- wykorzystanie zbiorników zaporowych dla rozwoju gospodarki rybnej i turystyki
- małe elektrownie wodne wymagają mniejszych nakładów eksploatacyjnych niż elektrownie cieplne
ENERGIA PŁYWÓW I FAL MORSKICH
Energia pływów i fal morskich oczywiście jest powiązana z energią wodną, jednak sposób jej wykorzystania jest diametralnie inny. Do tego działu należy zaliczyć również energie cieplną oceanu.
W korzystnych warunkach możliwe jest wykorzystanie pływów morza, czyli jego odpływów i przypływów. Ujście rzeki wpływającej do morza i wysokie jej brzegi umożliwiają budowę zapory, pozwalającej na wpłynięcie wód morskich w doliną rzeki podczas przypływu oraz ich wypłynięcie podczas odpływu.
Istnieją dwa rozwiązania wykorzystania energii fal morskich napędzających albo turbinę wodną albo powietrzną.
W pierwszym rozwiązaniu woda morska pchana kolejnymi falami wpływa zwężającą się sztolnią do położonego na górze zbiornika. Gdy w zbiorniku tym jest wystarczająca ilość wody, wówczas przelewa się ona przez upust i napędza turbinę rurową Kaplana, sprzężona z generatorem. Po przepłynięciu przez turbinę woda wraca do morza. Wykorzystana jest więc przemiana energii kinetycznej fal morskich w energię potencjalną spadu.
Instalacja taka pracuje od 1986r. na norweskiej wyspie Toftestallen koło Bergen dając moc 350kW. Takie rozwiązanie jest znane pod skrótem OWC
W drugim rozwiązaniu zbiornik jest zbudowany na platformach na brzegu morza. Fale wlewają się na podstawę platformy i wypychają powietrze do górnej części zbiornika. Sprężone przez fale powietrze wprawia w ruch turbinę Wellsa, która napędza generator. Rozwiązanie takie jest znane pod skrótem MOSC. Na rysunku pokazano schemat takiej elektrowni, zbudowanej na wyspie Jslay u wybrzeży Szkocji.
Norwegia buduje elektrownie wykorzystujące fale morskie o mocy 2MW na wyspie Tongatapu na południowym Pacyfiku, kosztem 7,1$.
Elektrownię typu MOSC projektuje się obecnie w Szkocji. Będzie ona miała moc 2000MW i będzie składała się z modułów po 5MW. Będzie ona też ochraniała brzeg morski przed zniszczeniem.
Kolejna metoda uzyskiwania energii zależy od pływów. W swym dolnym biegu rzeki są zbyt leniwe, aby budować na nich elektrownie wodne. Alternatywne źródło energii mogą tam stanowić właśnie 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.
Przemiana energii cieplej oceanu to wykorzystanie różnicy temperatury wody na powierzchni i w głębi morza lub oceanu. Jest to możliwe na obszarach równikowych; woda morska ma tam na powierzchni temperaturę ok. 30 0C, a na głębokości 300-500m temperaturę ok. 7 0C. Wykorzystanie tej różnicy polega na zastosowaniu czynnika roboczego, który paruje w temperaturze wody powierzchniowej i jest skraplany za pomocą wody czerpanej z głębokości 300-500m. Czynnikiem takim jest amoniak, freon lub propan. Cała instalacja wraz z generatorem znajduje się na platformie pływającej.
Wadami elektrowni tych jest zasalanie ujść rzek oraz erozja ich brzegów wskutek wahań wody, a także utrudnianie wędrówek ryb w górę rzek.
ENERGIA SŁONECZNA
Energia promieniowania słonecznego jest podstawowym źródłem energii na Ziemi. Energia paliw kopalnych, stanowiących obecnie główny surowiec energetyczny zwłaszcza w krajach rozwiniętych jest także energią pochodzącą od słońca. Przed milionami lat została uwięziona w biomasie, a następnie uległa przekształceniu w skomplikowanych procesach biochemicznych i fizykochemicznych w węgiel, ropę naftową i gaz ziemny. Także energia wiatru, fal morskich oraz innych niekonwencjonalnych źródeł energii powstaje dzięki promieniowaniu słonecznemu.
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.
Moc promieniowania słonecznego docierającego do zewnętrznej warstwy atmosfery wynosi około 1 400 W/m2/min i jest nazywana stałą słoneczną. Około 28% tej energii jest odbijana od atmosfery, pozostała część podgrzewa atmosferę, a także jest pochłaniana przez rośliny, które energię słoneczną zamieniają na energię biomasy. Pozostaje jednak jeszcze znaczna część energii, którą można wykorzystać do produkcji energii cieplnej lub elektrycznej.
Proces przetwarzania energii promieniowania słonecznego w inne rodzaje energii nazywa się konwersją. Istnieją trzy podstawowe rodzaje konwersji:
- konwersja fotochemiczna
- konwersja fototermiczna
- konwersja fotowoltaiczna
Konwersja fotochemiczna zachodzi w roślinach podczas procesu fotosyntezy i prowadzi do przemiany energii promieniowania słonecznego w energię wiązań chemicznych. Dzięki procesom konwersji fotochemicznej istnieje nieprzerwana produkcja biomasy, która może być w dalszych procesach przekształcona w energie cieplną lub elektryczną.
Konwersji fototermicznej energia słoneczna przetwarzana jest w energię cieplną. Proces ten wykorzystuje się do produkcji ciepła w kolektorach słonecznych. Istnieją dwa typy instalacji słonecznych tzw. systemy pasywne i aktywne. W obydwóch rodzajach instalacji przetworzenie energii słonecznej w energię cieplną odbywa w części kolektora zwanej absorberem. W instalacjach pasywnych absorbery są zwykle strukturalną częścią budynków, a ciepło wytworzone w procesie konwersji jest zużywane bezpośrednio do ogrzewania pomieszczeń. W systemach aktywnych ciepło oddawane jest do instalacji, a następnie transportowane jest na dalsze odległości za pomocą tzw. czynnika roboczego, którym zwykle jest woda lub powietrze. W systemach takich dostarcza się pewną ilość energii z zewnątrz, aby umożliwić pracę pompy lub wentylatora przetłaczającego czynnik roboczy.
Konwersja fotowoltaiczna. W procesie tym energia słoneczna przetwarzana jest w energię elektryczną w specjalnych przyrządach wykonanych z półprzewodników zwanych ogniwami fotowoltaicznymi. Półprzewodniki wykonane są zwykle z krzemu, czasami wykorzystuje się także arszenik galu, ponieważ pozwala na pracę ogniw w wysokich temperaturach. Gdy światło słoneczne pada na ogniwo fotony wybijają elektrony w półprzewodnikach. Przemieszczające się elektrony powodują powstawanie napięcia elektrycznego, czyli prądu. Chociaż występowanie efektu fotowoltaicznego zaobserwować można także w innych materiałach, tylko w ogniwach jest on na tyle duży, że może być wykorzystany do produkcji energii elektrycznej.
Elektrownie heliotermiczne z wieżą centralna są oznaczane w literaturze anglosaskiej skrótem CRS (Central Receiver System), a elektrownie z liniowymi kolektorami słonecznymi w postaci paraboloidów – skrótem SEGS (Solar Electric Generating System).
Moc znamionową elektrowni słonecznych określa się w warunkach znormalizowanych, za które uznano napromieniowanie 1 kW/m2 przy temperaturze 20oC ( oznaczenie anglosaskie SOC – Standard Operating Conditions).
Często wielkość napromieniowania słonecznego mylona jest z rozkładem temperatur. Dane statystyczne dla temperatury powietrza mogą nam dostarczyć jedynie informacji ogólnych wskazujących na dobór urządzeń grzewczych dla centralnego ogrzewania. Nie można jednak mylić wielkości temperatury (nawet w zimie) z wielkością irradiacji słonecznej. Nie ma żadnych przeszkód w powszechnym stosowaniu kolektorów słonecznych gdyż udział promieniowania rozproszonego w okresie zimy w Polsce jest stosunkowo duży.
Kolektory słoneczne cieczowe
W latach 1973 i 1976 - w czasie dwóch kryzysów paliwowych zaczęto się interesować kolektorami słonecznymi jako urządzeniami powszechnego użytku. W tych latach powstało na świecie wiele nowych rozwiązań. Polska w tym czasie posiadała gospodarkę sterowaną centralnie gdzie koszt produkcji ciepła i ciepłej wody był dotowany przez Państwo. To było powodem małego zainteresowania rozwiązaniami solarnymi.
W roku 1998 nastąpił gwałtowny wzrost zainteresowania kolektorami słonecznymi (zostało zainstalowanych ponad 800 m2 kolektorów cieczowych). Przewiduje się, że w niedalekiej perspektywie zostanie zainstalowanych ponad 10 000 m2 grzewczych instalacji słonecznych.
Udział energii słonecznej w bilansie energetycznym Polski praktycznie można by uznać za pomijalny. Jednak prognozy jej wzrostu wskazują, że w najbliższym dziesięcioleciu zostanie zainstalowane około 2,5 mln m2kolektorów, co stanowi około 250 000 do 350 000 instalacji przydomowych, przyjmując wariant rozwoju wg Strategii redukcji gazów cieplarnianych z 1996 roku. Wzrost udziału energii słonecznej w całym bilansie energii odnawialnej wyniesie 550 razy.
Kolektory słoneczne
Kolektor słoneczny jest urządzeniem wychwytującym energię słoneczną i zamieniającym na energię cieplną. Zazwyczaj uzyskana w ten sposób energia cieplna gromadzona jest w zasobnikach, z których następnie może być wykorzystywana do ogrzewania mieszkań i do produkcji ciepłej wody. Kolektory zazwyczaj są instalowane w dachach. Istnieje możliwość montażu na ścianie południowej budynku na specjalnie przygotowanym stelażu lub na ziemi. Przy wyborze miejsca należy pamiętać, że musi umożliwiać jak najdłuższe operowanie słońca na płytę kolektora. Kolektor powinien być ustawiony na południe. Optymalny kont nachylenia kolektora do poziomu wynosi 45°. Ze względu na cenę w Polsce stosowane są najczęściej kolektory płaskie.
Wykorzystywanie energii słonecznej jest jednym z najatrakcyjniejszych sposobów pozyskiwania energii. Jest czysta ekologicznie i co ważne darmowy. Poza tym jest najbezpieczniejszym możliwym źródłem energii.
ENERGIA WIATRU
Wiatr powstaje w wyniku nierównomiernego nagrzewania się mas powietrza. Różnice temperatur wytwarzają gradienty ciśnień, a naturalna tendencja do ich wyrównywania powoduje ruch powietrza, czyli wiatr. Siła wiatru może być przetwarzana na energię elektryczną w siłowniach wiatrowych. Energia wiatru jest energią odnawialną, a także czystą ekologicznie, gdyż nie przyczynia się do wzrostu koncentracji gazów cieplarnianych w atmosferze.
Możliwość wykorzystania wiatru do produkcji energii elektrycznej zależy od jego prędkości. Minimalna prędkość wiatru użyteczna dla potrzeb energetycznych wynosi 4 m/s. Nie mniej ważna od prędkości wiatru jest jego stałość w danym miejscu, gdyż od niej zależy ilość wyprodukowanej energii elektrycznej w ciągu roku, a to decyduje o opłacalności elektrowni.
Energia wiatrowa była najwcześniej, obok spalania drewna, eksploatowaną przez człowieka energią odnawialną. Pierwsze wiatraki były wykorzystywane przez ludzi do mielenia ziarna, oraz pompowania wody. Pierwszy opis użycia wiatraków do pompowania wody powstał około 400 r. p.n.e. w Indiach. W VIII wieku w całej Europie pojawiły się wiatraki, w których wykorzystywano cztery skrzydła. Specjalistami w budowie tego typu wiatraków byli Holendrzy. Pod koniec XIX wieku rozwój maszyny parowej spowodował wyparcie napędu wiatrowego z wielu dziedzin życia gospodarczego.
Najstarszym typem wiatraka występującym na ziemiach polskich jest wiatrak kozłowy, czyli "koźlak". Występowały one już w pierwszej połowie XIV wieku na Kujawach i w Wielkopolsce, natomiast rozpowszechnienie ich stosowania przypada na wiek XV. Koźlaki dotrwały bez zmian konstrukcyjnych do XX wieku i stanowiły najliczniejszą grupę wiatraków.
W wieku XVII zostaje wprowadzony w Europie nowy typ wiatraka-wiatrak holenderski. Ojczyzną tego typu wiatraków, jak sama nazwa wskazuje, jest Holandia. Wiatraki holenderskie przyjęły się głównie na zachodnich i północnych rubieżach Polski począwszy od XVIII wieku, ale nigdy nie wyparły starszego typu wiatraków, czyli koźlaków.
W czasie zimy 1887-88 Charles F. Brush zbudował pierwszą samoczynnie działającą siłownie wiatrową produkującą energię elektryczną. Był on jednym z pionierów amerykańskiego przemysłu elektrotechnicznego. Jego firma Brush Electric, połączyła się w 1892 r. z Edison General Electric Company tworząc General Electric (GE), który dzisiaj jest jednym z największych koncernów na świecie. Jak na owe czasy turbina Brush\'a była imponująca: wirnik miał średnicę 17 metrów i składał się ze 144 łopat zrobionych z drzewa.
Na światowym rynku energetyki wiatrowej przoduje Dania i Niemcy. Dania jest największym producentem turbin wiatrowych na świecie. W roku 1998 ponad połowa turbin zainstalowanych na świecie pochodziła z tego kraju. Ponadto w Danii planuje się do 2030 roku zwiększyć udział energii wiatrowej w krajowym bilansie energii elektrycznej do 50% (Windpower, 2001a). Niemcy z kolei pod koniec 1999 roku osiągnęły największą na świecie moc zainstalowaną w elektrowniach wiatrowych, która wynosiła wtedy około 4500 MW (Windpower, 2001a).
W chwili obecnej istnieje ogromna różnorodność rozwiązań technicznych w energetyce wiatrowej. Dostępne są instalacje o mocy od kilku kW do 1,65 MW, jednak najbardziej popularne są instalacje o mocy 600 – 750 kW. Siłownie wiatrowe mogą pracować na indywidualne potrzeby przedsiębiorstwa, gospodarstwa rolnego, czy też domu jednorodzinnego. Mogą też pracować jako instalacje podłączone do sieci energetycznej, sprzedając wyprodukowaną energię zakładom energetycznym. Energia wiatrowa może być także wykorzystana do ogrzewania domów lub do pompowania wody.
W Polsce istnieją obszary, gdzie energia wiatru może być wykorzystana do produkcji energii elektrycznej. Obszary te obejmują około 40% powierzchni kraju. Najlepsze warunki do wykorzystania energii wiatru panują na Wybrzeżu Morza Bałtyckiego, Suwalszczyźnie i Równinie Mazowieckiej (Ministerstwo Środowiska, 2000). Obecnie istnieje w Polsce 40 sieciowych ferm wiatrowych oraz kilkadziesiąt małych autonomicznych siłowni wiatrowych. Łączna moc zainstalowana wynosi 60 MW (IEO, 2004).
Obecnie obserwuje się duże zainteresowanie inwestorów instalacjami wiatrowymi, szczególnie w północno-zachodniej Polsce. Główną barierą w rozwoju tego sektora energetyki jest wysoki koszt instalacji, który zwraca się dopiero po wielu latach. Ponadto elektrownie wiatrowe nie pozostają bez wpływu na środowisko naturalne. Nie powodują one co prawda emisji zanieczyszczeń, poważnymi problemami są jednak zmiany krajobrazu, hałas oraz wpływ na dzikie ptactwo na szlakach migracji sezonowych.
Wiatry o największej prędkości występują w Polsce w pasie wybrzeża morskiego, na Podhalu, na północnym Mazowszu i w północnej części Suwalszczyzny. Oznacza to, że na jednej trzeciej obszaru Polski występują korzystne warunki wiatrowe i uzasadnione jest eksploatowanie elektrowni wiatrowych. Na pozostałym obszarze Polski na znacznych wzniesieniach instalowanie elektrowni również może być uzasadnione. Pompownie i silniki uniwersalne wolno i średniobieżne można instalować praktycznie na całym obszarze Polski w miejscach odsłoniętych zapewniających swobodny przepływ wiatru.
Najważniejszym czynnikiem jest duża prędkość wiatru, gdyż zwiększenie średnicy łopatek jest ograniczona względami konstrukcyjnymi do 100m. Nie mniej ważna niż prędkość wiatru jest jego stałość występowania w danym miejscu, gdyż od niej zależy ilość wyprodukowanej energii elektrycznej w ciągu roku - a to decyduje o opłacalności całej inwestycji. Z tego względu elektrownie wiatrowe są budowane w miejscach ciągłego występowanie wiatrów o odpowiednio dużej prędkości, zwykle większej niż 6 m/s. Są to zazwyczaj rejony nadmorskie i podgórskie. Roczny czas wykorzystania mocy zainstalowanej elektrowni wiatrowej wynosi 1000-2000h/a i rzadko, kiedy przekracza 2500h/a.
Czynnikiem wpływającym na opłacalność elektrowni wiatrowych jest również możliwość sytuowania ich na terenach o małej gęstości zaludnienia i braku sieci elektrycznej. Elektrownie wiatrowe buduje się w górach (do zasilania schronisk), na wyspach, do zasilania gospodarstw wiejskich leżących na odludziu.
Wady elektrowni wiatrowych, to zapotrzebowanie na wielkie powierzchnie, hałas, zeszpecenie krajobrazu i ujemny wpływ na ptactwo; odległość od domów mieszkalnych przy mocy wiatrowych zespołów prądotwórczych 300kW, powinna być większa niż 300m.
ENERGIA BIOMASY
Biomasa stanowi trzecie, co do wielkości na świecie, naturalne źródło energii. Według definicji Unii Europejskiej biomasa oznacza podatne na rozkład biologiczny frakcje produktów, odpady i pozostałości przemysłu rolnego (łącznie z substancjami roślinnymi i zwierzęcymi), leśnictwa i związanych z nim gałęzi gospodarki, jak również podatne na rozkład biologiczny frakcje odpadów przemysłowych i miejskich.
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".
Biomasa do celów energetycznych może być wykorzystywana w postaci stałej, ciekłej lub gazowej. Paliwa stałe produkowane z biomasy są wykorzystywane w procesie spalania, gazyfikacji lub pirolizy do produkcji energii cieplnej i elektrycznej. Biopaliwa ciekłe (olej, alkohol) znajdują zastosowanie głównie w transporcie. Alkohol metylowy i etylowy pochodzenia roślinnego może być dodawany do paliw tradycyjnych. Natomiast biogaz powstały w wyniku fermentacji beztlenowej zawierający około 50-70% metanu służy do produkcji energii elektrycznej lub cieplnej albo jest dostarczany do sieci gazowej.
Główne rodzaje biomasy wykorzystywanej na cele energetyczne:
- drewno i odpady z przerobu drewna: drewno kawałkowe, trociny, wióry, zrębki, kora itp.
- rośliny pochodzące z upraw energetycznych: rośliny drzewiaste szybko rosnące (np. wierzby, topole, eukaliptusy), wieloletnie byliny dwuliścienne (np. topinambur, ślazowiec pensylwański, rdesty), trawy wieloletnie (np. trzcina pospolita, miskanty)
- produkty rolnicze oraz odpady organiczne z rolnictwa: np. słoma, siano, buraki cukrowe, trzcina cukrowa, ziemniaki, rzepak, pozostałości przerobu owoców, odchody zwierzęce
- frakcje organiczne odpadów komunalnych oraz komunalnych osadów ściekowych niektóre odpady przemysłowe, np. z przemysłu papierniczego
Obecny udział biomasy w zaspokojeniu światowych potrzeb energetycznych wynosi 14% i bazuje głównie na odpadach z rolnictwa i leśnictwa oraz bezpośredniego wykorzystania lasów. W przyszłości większy udział będą miały uprawy roślin energetycznych zakładane na gruntach marginalizowanych. (IEO, 2004)
Biomasa jest podstawowym źródłem energii odnawialnej wykorzystywanym w Polsce, jej udział w bilansie wykorzystania OZE w 1999 roku wynosił 98,05%. Do stopniowego wzrostu udziału energii ze źródeł odnawialnych, przyczyniło się między innymi znaczące zwiększenie wykorzystania drewna i odpadów drewna głównie przez ludność wiejską, uruchomienie lokalnych ciepłowni na słomę oraz odpady drzewne i wykorzystanie odpadów z przeróbki drzewnej. (Strategia rozwoju energetyki odnawialnej)
Według Europejskiego Centrum Energii Odnawialnej EC BREC obecny potencjał techniczny biomasy w Polsce szacowany jest na ok. 755 PJ/rok, jednak w stosunku do możliwości zasoby biomasy są wykorzystywane tylko w 12%. (IEO, 2004)
Do zalet stosowania biomasy zalicza się ograniczenie emisji gazów cieplarnianych, wykorzystanie lokalnych zasobów energetycznych oraz decentralizacja wytwarzania energii. Istotne jest również zróżnicowanie źródeł energii, ograniczenie szkód w środowisku związanych z wydobyciem paliw kopalnych, zagospodarowanie odpadów i wspieranie rozwoju społeczno-gospodarczego poprzez tworzenie nowych miejsc pracy
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.
ENERGIA GEOTERMICZNA
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. Wykorzystywały od wieków lokalne źródła gorącej wody, plemiona starych cywilizacji indiańskich w Ameryce i mieszkańcy Japonii. 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.
Energia geotermiczna polega na wykorzystywaniu energii pochodzącej z 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.
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 powierzchnię Ziemi.
Woda geotermiczna wykorzystywana jest bądź bezpośrednio (doprowadzana systemem rur) lub pośrednio (oddając ciepło chłodnej wodzie i pozostając w obiegu zamkniętym). Więcej na temat energii geotermalnej
W skorupie ziemskiej występuje kilka rodzajów energii geotermalnej. Jest to energia magmy i energia geociśnień, energia gorących suchych skał, i energia geotermalna nagromadzona w wodach podziemnych. Szczególnie sprzyjające warunki do powstania systemów geotermalnych istnieją w obrębie krawędzi płyt litosfery w tzw. strefach ryftowych i strefach subdukcji.
Strefy ryftowe stanowią miejsca, do których dopływa gorąca materia z głębi płaszcza ziemi. W strefach subdukcji tworzy się skorupa kontynentalna, działają intensywne procesy tektoniczne i rozwija się wulkanizm. Najbardziej widowiskowym i fascynującym, niekiedy dramatycznym przejawem wewnętrznego ciepła Ziemi są wulkany, energia magmy i lawy. Wulkan jest zewnętrznym objawem procesów geologicznych zachodzących w skorupie ziemskiej. W tej skorupie magma w swoich wędrówkach ku górze nie zawsze manifestuje się wybuchami na powierzchnię, ale bardzo często więźnie i krzepnie tuż pod powierzchnią ziemi lub na głębokości kilkuset metrów tworząc głębinowe skały wulkaniczne - granity, dioryty i gabra. Temperatura tych skał jest bardzo wysoka i osiąga wartości kilkuset °C. Procesowi temu towarzyszą zjawiska potomne w postaci gorących źródeł i gejzerów. Dla ich istnienia potrzebne są nie tylko gorące skały magmowe, blisko pod powierzchnią, ale i wody z opadów zasilające skały wodonośne, którym to skały magmowe oddają swoje ciepło.
W takich właśnie strefach złoża o odpowiednich zasobach pary wykorzystywane są w różnych krajach świata do produkcji energii elektrycznej w elektrowniach geotermalnych. Najbardziej spektakularnym przykładem wykorzystania gorących wód jest Islandia, gdzie energia geotermalna zaspakaja 86% potrzeb kraju w zakresie ciepłownictwa.
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. Kraje te z ludnością sięgającą 70% populacji światowej zużywają około 25% energii elektrycznej wyprodukowanej na świecie, z czego na cele komunalno-bytowe zaledwie około 14%. Z drugiej strony w większości tych krajów istnieją zasoby wysokotemperaturowych wód i par geotermalnych umożliwiających uzyskanie taniej energii. W niektórych z tych państw już dzisiaj energia geotermalna odgrywa ważną rolę w bilansie pierwotnych nośników energii, a udział energii elektrycznej uzyskanej z energii geotermalnej stanowi znaczącą pozycję.
W 2000 roku energię geotermalną do produkcji energii elektrycznej wykorzystano w 23 krajach. Zainstalowana moc w elektrowniach geotermalnych osiągnęła wartość około 8000 MW, przy rocznym zużyciu energii blisko 50000 GWh. Bezpośrednie wykorzystanie energii z wód geotermalnych o niskich i średnich temperaturach od wartości kilkudziesięciu do ponad 100 °C obejmuje bardzo szeroki zakres zastosowań praktycznych, od wykorzystania w ciepłownictwie po wykorzystanie w przemyśle, rolnictwie, ogrodnictwie, hodowli ryb, balneologii i rekreacji.
Ogólna moc instalacji geotermalnych w 58 krajach świata wykorzystujących bezpośrednio energię gorących wód osiąga wielkość ponad 15000 MW. Zużycie energii geotermalnej na świecie zarówno dla produkcji energii elektrycznej, jak i dla celów ciepłowniczych i innych zastosowań jest w dalszym ciągu marginalne. Całkowity potencjał geotermalny Ziemi jest ogromny i wynosi około 8X1012EJ, a jeden EJ to równowartość 27,3 mld m3 gazu.
Szacuje się, że w przyszłości, gdy będziemy dysponowali odpowiednimi, tanimi technologiami, które pozwolą wykorzystać zasoby geotermalnej w przypowierzchniowych warstwach skorupy ziemskiej, to będzie realne uzyskanie energii stanowiącej równowartość ponad 106 MW energii elektrycznej. Zasoby energii cieplnej pochodzenia geotermalnego teoretycznie możliwe do wykorzystania do celów ciepłowniczych są ogromne i szacowane na około 3X106EJ, co przekracza ponad 9000 razy wielkość rocznej konsumpcji energii na świecie
Zalet energii geotermicznej jest wiele. Jest to sposób niezwykle ekologiczny. Również względy ekonomiczne odgrywają coraz większą rolę w argumentacji przemawiającej za pastowaniem energii geotermalnej. Oprócz walorów ekonomicznych i ekologicznych można wyróżnić także społeczne zalety. Jedną z nich jest wykorzystanie energii w celach turystycznych. Wody podziemne mogą być uznane za lecznicze lub w naturalny sposób oddziaływać leczniczo i terapeutyczne zarówno z uwagi na zawartość chemicznych składników swoistych jak i temperaturę. Wody geotermalne znajdują zastosowanie w leczeniu, rehabilitacji i profilaktyce chorób i wad narządów ruchu oraz w chorobach mięśni, reumatycznych, neurologicznych i innych. Skład chemiczny tych wód decyduje natomiast w znaczącej mierze o stosowaniu ich w leczeniu chorób dróg oddechowych, dermatologicznych, układów krążenia, trawienia, dróg moczowych i nerek, cukrzycy, ginekologii i innych.
Warto wspomnieć o takiej rzeczy jaką jest edukacja. Laboratoria są udostępniane tym, którzy liczni je odwiedzają, czyli naukowcom, grupom studentów oraz młodzieży ze szkół podstawowych, gimnazjów i średnich. To właśnie młodzież podczas takich wizyt ma możliwość zgłębiania wiedzy z zakresu alternatywnych źródeł energii.
