Odnawialne źródła energii i ich rodzaje

98

odnawialne źródła energiiW Polsce od pokoleń pozyskuje się energię elektryczną głównie z paliw kopalnych, ponad 80% zużycia pochodzi z węgla, gazu i ropy. Te źródła są oczywiście wydajne, lecz posiadają wiele wad.

Emisja tlenków metali ciężkich oraz dwutlenku węgla doprowadza do zmiany klimatu oraz niszczy środowisko. Drugim problemem, ważniejszym z ekonomicznego punktu widzenia, jest wyczerpywanie się złóż. Złoża są coraz trudniej dostępne, a nasz kraj jest zmuszony sporą część tych surowców po prostu importować.

Tak więc niezwykle istotne jest teraz pozyskiwanie energii z jej alternatywnych źródeł. Problem ten dotyczy niemal wszystkich krajów, niektóre już potrafiły go rozwiązać. To jedyne rozwiązanie, aby następne pokolenia mogły wciąż żyć na tej planecie, a środowisko naturalne nie zostało zupełnie zdegradowane. Z pomocą przychodzą odnawialne źródła energii.

Czym są odnawialne źródła energii?

Odnawialne źródła energii to naturalne, powtarzające się procesy przyrodnicze dostarczające energię będącą alternatywą dla nieodnawialnych nośników, czyli paliw kopalnych.

Ich cechą charakterystyczną, jest fakt, że korzystanie z nich nie wiąże się z długotrwałym deficytem. Zasoby podlegają stałemu uzupełnianiu w wyniku naturalnych procesów, dzięki czemu są praktycznie niewyczerpalne. Dodatkowo wciąż powstają nowe technologie, które poprawiają ich efektywność.

Jakie więc istnieją odnawialne źródła energii? Zostaną one wymienione i opisane po kolei.

Hydroenergia

To najpopularniejsze odnawialne źródło energii. Ludzie korzystają z energii wodnej już od wieków. Przed wynalezieniem maszyn elektrycznych, hydroenergia była już wykorzystywana chociażby do napędu młynów, za pośrednictwem kół wodnych.

Obecnie energię wody najczęściej przetwarza się na energię elektryczną za pomocą elektrowni, w których zainstalowane są specjalne turbiny. Zbudowane one są z metalowych wirników wyposażonych w łopatki. Obracając się przetwarzają energię wody na energię mechaniczną, a następnie na prąd.

Hydroelektrownie wykorzystują zarówno energię przepływu wód (elektrownie przepływowe), jak i ich spadku powstałego w wyniku piętrzenia (elektrownie szczytowo-pompowe). Coraz większą popularnością cieszą się również elektrownie wykorzystujące energię fal morskich (elektrownie maremotoryczne) oraz przypływy i odpływy (elektrownie pływowe).

Hydroenergia jest uznawana za najbardziej wydajne odnawialne źródło energii. Sprawność jej przekształcania może przekraczać nawet 80%. Oczywiście jej możliwości zależą od warunków geograficznych czy zastosowanych technologii.

Największą hydroelektrownią, a zarazem największą elektrownią na świecie jest Zapora Trzech Przełomów wzniesiona na rzece Jangcy w Chinach. Najistotniejszą rolę energia wodna stanowi w Norwegii, w tym kraju w ten sposób pozyskiwane jest 99% jej zapotrzebowania oraz posiada on niemal 50% europejskich zasobów umożliwiających działanie elektrowni szczytowo-pompowych.

Energia wiatrowa

Energia wiatrowa to kolejne ważne odnawialne źródło energii. To energia drzemiąca w ruchu powietrza, który wywoływany jest różnicą gęstości jego ogrzanych mas i ich przemieszczaniem się ku górze. Wytworzone wówczas podciśnienie powoduje zasysanie jego zimnych mas. Przepływ powietrza następuje z obszaru o wyższym ciśnieniu do miejsca o niższym. Prędkość i siła wiatru zależy od różnicy ciśnienia pomiędzy tymi dwoma punktami. Ruch następuje w kierunku równoległym do powierzchni.

Energia wiatru przekształcana jest na energię elektryczną za pomocą turbin wiatrowych wyposażonych w wirniki z łopatkami, ale wciąż wykorzystywana jest również jako energia mechaniczna w wiatrakach. Proces wygląda identycznie jak w przypadku hydroelektrowni, wiatr wprawia wirniki w ruch, a obracając się tworzą energię mechaniczną, która następnie przekształcana jest w prąd przez generator.

Sprawność przekształcania energii wynosi około 40%, czyli tyle, ile w przypadku elektrowni węglowych. Charakteryzują ją trzy czynniki:

  • Prędkość
  • Kierunek
  • Powtarzalność

Prędkość wzrasta wraz z wysokością, co wynika z siły tarcia. Energia wiatru odznacza się jednak dużą zmiennością zarówno w czasie, jak i przestrzeni. Na jej siłę istotny wpływ ma ukształtowanie oraz zagospodarowanie terenu.

Największy udział ma ona w Danii, w tym kraju w ten sposób pozyskiwane jest 40% całej energii przez niego zużywanej.

Energia słoneczna

Omawiając odnawialne źródła energii nie można zapomnieć o wykorzystaniu promieni Słońca. To zdecydowanie najbogatsze źródło energii jakim funkcjonuje ludzkość.

Energię słoneczną można wykorzystywać zarówno do celów grzewczych, jak i do produkcji prądu. Za pierwszy przypadek odpowiadają systemy, które mechanicznie przekazują ciepło za pomocą cieczy roboczych. Sprawność konwersji energii słonecznej w ciepło, którego można użyć do ogrzewania pomieszczeń lub produkcji ciepłej wody sięga 80%.

Ważną cechą energii słonecznej jest zdolność do wytworzenia siły elektromotorycznej w ciałach stałych. Zjawisko to nosi nazwę efektu fotowoltaicznego i znalazło zastosowanie w produkcji energii słonecznej. W procesie tym biorą udział specjalne panele słoneczne.

Ich podstawowym elementem są ogniwa fotowoltaiczne. Standardowo jest to płytka z krzemu krystalicznego lub polikrystalicznego. Pod wpływem absorpcji promieniowania słonecznego na zaciskach ogniw powstaje napięcie. Po dołączeniu obciążenia następuje przepływ prądu. Sprawność takiej instalacji wynosi maksymalnie 30%.

Cechą charakterystyczną tej energii jest jednak jej duża zmienność. Ilość docierającego do powierzchni promieniowania słonecznego ulega wahaniom w zależności od pory dnia, orientacji względem Słońca oraz strefy klimatycznej.

Największy udział energia słoneczna ma w Niemczech – 9% całej energii w tym kraju wytwarzanej.

Energia geotermalna

Odnawialne źródła energii to także wykorzystanie energii geotermalnej. Geotermia to energia cieplna wnętrza Ziemi, nagromadzona w wodach, gruncie, skałach czy parze. Wnętrze planety do głębokości pięciu kilometrów zawiera bowiem pięćdziesięciokrotnie więcej energii niż dociera do powierzchni w ciągu roku ze Słońca. Obecnie najwięcej ciepła pochodzi z rozpadu radioaktywnych izotopów potasu, uranu i toru.

Geotermię zalicza się do nieodnawialnych źródeł energii, ponieważ gorące wnętrze kuli ziemskiej jest niewyczerpalne. Nośnikiem energii geotermalnej jest przeważnie woda lub para. W celu wydobycia ich na powierzchnię stosuje się odwierty do głębokości ich zalegania. Następnie należy w bliskiej odległości wykonać drugi odwiert, którym woda geotermalna, po odebraniu ciepła, będzie wtłaczana z powrotem do złoża.

Geotermię stosuje się jako źródło ciepła w układach centralnego ogrzewania, a także do produkcji energii elektrycznej. Pierwszy przypadek odbywa się poprzez bezpośrednie doprowadzenie wód geotermalnych systemem rur lub pośrednio, oddając ciepło chłodnej wodzie w obiegu zamkniętym.

Z kolei energię elektryczną uzyskuje się na dwa sposoby. Jeśli temperatura przekracza 100 stopni Celsjusza, możliwe jest bezpośrednie zastosowanie turbiny parowej. Jeśli jednak wynosi ona minimum 90 stopni, prąd można otrzymać dzięki technologii układów binarnych. Sprawność takich instalacji wynosi maksymalnie 30%.

Największy udział energia geotermalna ma w Islandii, w ten sposób pozyskiwane jest 30% całej energii w nim wytwarzanej.

Odnawialne źródła energii – biomasa i biogaz

Biomasa i biogaz to ostatnie popularne odnawialne źródła energii. Biomasa to cała obecna na Ziemi materia organiczna, czyli wszelkiego rodzaju substancje pochodzenia roślinnego i zwierzęcego ulegające biodegradacji. W jej skład wchodzą węglowodany, skrobia oraz lignina. Pierwsze dwie substancje służa do produkcji etanolu, natomiast trzecia jest bardzo dobrym surowcem energetycznym.

Najwydajniejszym sposobem pozyskiwania energii z biomasy jest jej spalanie. Z kolei w wyniku jej fermentacji powstaje biogaz. Ten proces i tak naturalnie zachodzi w przyrodzie, lecz można z niego pozyskiwać energię za pomocą specjalnych urządzeń nazywanych fermentorami.

Natomiast uzyskane w procesie spalania biomasy ciepło wykorzystuje się do produkcji energii elektrycznej. Skutkiem ubocznym takiego działania jest emisja dwutlenku węgla. Nie jest on jednak szkodliwy dla środowiska ani nie powoduje efektu cieplarnianego, ponieważ pozostaje on w obiegu zamkniętym za sprawą fotosyntezy.

To obecnie najtańsze źródło energii odnawialnej. Należy ona do tej grupy, ponieważ samoistnie odnawia się cyklicznie, w regularnych odstępach czasu.

Największy udział biomasa ma w Urugwaju, stanowi 18% całej energii w tym kraju wytwarzanej.

Odnawialne źródła energii to przyszłość

Jak zostało już wspomniane we wstępie, złoża paliw kopalnych się wyczerpują, są coraz trudniej dostępne, przez co koszt ich wydobycia rośnie. Ich import z każdym rokiem będzie się stawał coraz mniej opłacalny dla krajów, które nie posiadają ich złóż, więc alternatywne sposoby pozyskiwania energii są wprost niezbędne.

Odnawialne źródła energii są do tego idealne, ponieważ dopóki Słońce będzie świecić, one po prostu się nie wyczerpią. Dzięki rozwojowi technologii wydajność ich pracy rośnie z każdym rokiem, tak więc państwa, które zupełnie przeobraziły swoją gospodarkę energetyczną na korzystanie głównie z odnawialnych źródeł energii są obecnie na wygranej pozycji i z pewnością się to już nie zmieni.

Zdecydowanie warto więc pójść ich śladem i nawet jeśli nie ma się takich warunków, by budować wyjątkowo efektywne elektrownie wodne, jak Norwegia, należy rozdzielić pozyskiwanie energii na jak najwięcej odnawialnych sposobów, najlepiej wszystkie. Wtedy sytuacja będzie optymalna, dostaw prądu nie powinno już nigdy brakować, a środowisko naturalne tylko na tym zyska.

0 0 vote
Article Rating
Subscribe
Powiadom o
guest
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments