Transcript alternatywne-zrodla

Alternatywne źródło energii - rodzaj pozyskiwania
energii niezależny od dużych, instytucjonalnych
dostawców. Energia ta wykorzystywana jest do zasilania
zakładów, miast, często wytwarzana przez
gospodarstwa domowe, będące jej konsumentami.
Mała elektrownia wodna (MEW) - elektrownia wodna o mocy zainstalowanej
poniżej 5 MW. To kryterium stosuje się w Polsce oraz większości państw Europy
zachodniej, poza krajami skandynawskimi, Szwajcarią i Włochami, gdzie za "małe"
uznaje się elektrownie do 2 MW.
MEW możemy podzielić ze względu na kryterium spadu na:
• niskospadowe (2-20m)
• średniospadowe (20-150m)
• wysokospadowe (>150m)
• pływające
• derywacyjne
Małe elektrownie wodne wykorzystują w sposób bezpieczny środowisko
przyrodnicze, stąd są uznawane za odnawialne źródła energii, a ich właściciele
uzyskują certyfikat wytworzenia tzw. zielonej energii. Towarzyszące elektrowni
wodnej urządzenia hydrotechniczne oraz sama elektrownia wpływają na bilans
hydrologiczny okolicy, biocenozę rzeki, wpływ ten może być korzystny jak i
niekorzystny.
Energia wiatru jest jednym z odnawialnych źródeł energii. Pierwsze wzmianki o
wiatrakach znajdują się już w kodeksie Hammurabiego.
Powierzchniową gęstość mocy (czyli energia wiatru na jednostkę czasu i
powierzchni) określa się wzorem:
PA=½ρv3
gdzie:
ρ - gęstość powietrza, [kg/m3],
v - prędkość powietrza, [m/s].
Energia wiatru zależy od jego prędkości v w trzeciej potędze, przez co lokalizacje
pod siłownie wiatrowe dobierane są bardzo starannie pod kątem częstości
występowania silnych (7-20 m/s) wiatrów.
Innym wykorzystaniem energii wiatru są żaglowce.
Ocenia się że 1-2% energii promieniowania słonecznego, docierającego do
powierzchni Ziemi przekształca się na energię kinetyczną powietrza, co daje w
sumie moc 2700 TW, a po odjęciu mocy wiatrów wiejących na dużych
wysokościach, nad otwartym morzem oraz w innych miejscach, w których nie jest
możliwe zainstalowanie siłowni wiatrowych, pozostaje potencjał energetyczny 40
TW.
Wiatrak – najstarszy silnik wiatrowy. Przetwarza energię wiatru na energię
kinetyczną w ruchu obrotowym.
Wiatrak wynaleziono około roku 107 p.n.e.. Jest poprzednikiem turbiny wiatrowej,
którą czasami również nazywa się wiatrakiem. Dawniej powszechnie stosowany do
napędu młynów mielących i pomp odwadniających, a aktualnie w elektrowniach
wiatrowych.
Typy historyczne wiatraków: koźlak (1), paltrak(2), holender(3).
Turbina wiatrowa – urządzenie zamieniające energię kinetyczną wiatru na pracę
mechaniczną w postaci ruchu obrotowego wirnika.
Każda turbina wiatrowa posiada wirnik składający się z łopat i piasty umieszczonej
na przedniej części gondoli ustawionej na wiatr. Wirnik przymocowany jest do
głównego wału wspierającego się na łożyskach. Wał przenosi energię obrotów przez
przekładnię do generatora, który przekształca ją w energię elektryczną.
Zasada ta może nieco się różnić w przypadku zastosowana innych typów turbin.
Współczesne turbiny wiatrowe możemy podzielić na:
•bębnowe,
•karuzelowe,
•rotorowe Savoniusa,
•wielopłatowe,
•Darrieusa,
•śmigłowe,
•typu tornado
Najczęściej obecnie spotykaną turbiną wiatrową jest turbina śmigłowa trójpłatowa
(rzadziej dwu- lub jednopłatowa, ewentualnie o większej liczbie łopat), o poziomej osi
obrotu, wirniku ustawionym "na wiatr", zamocowanym w gondoli. Całość
umieszczona jest na wieży o wysokości do 100 m.
Koło wodne, gatro - Koło mające na obwodzie łopatki lub przegrody, poruszane
siłą naporu wody, poprzednik turbiny wodnej. Najczęściej wykorzystywane do
napędu młynów wodnych i dawnych zakładów przemysłowych: tartaków, kuźni.
Zależnie od sposobu zasilania dzielimy na:
1. nasiębierne (wykorzystuje głównie energię potencjalną wody) o największej
wydajności,
2. śródsiębierne (wykorzystuje energię potencjalną i kinetyczną wody),
3. podsiębierne (wykorzystuje głównie energię kinetyczną wody)
Moc prądów morskich jest oceniana na 7 TW (to prawie dwa
razy więcej niż moc możliwa do otrzymania ze spadku wód
śródlądowych). Jednak jej wykorzystanie jest bliskie zeru z
powodu problemów technicznych i obawy przed
zaburzeniem naturalnej równowagi. Wielu badaczy uważa,
że prądy morskie mają fundamentalne znaczenie dla klimatu
i uszczuplenie ich energii, choćby niewielkie, mogłoby
doprowadzić do nieobliczalnych zmian klimatycznych.
Pływy są źródłem energii o mniejszym potencjale (szacuje się,
że możliwe do wykorzystania jest 200 GW) niż prądy morskie,
ale za to bezpieczniejszym i lepiej poznanym. Pierwsza
wzmianka na temat ich wykorzystania pochodzi z 1086 r. z
Dover, gdzie podobno pracował młyn napędzany energią
pływów. Pierwszą elektrownię pływową zbudowali w roku 1967
Francuzi w Saint Malo. Elektrownia ta ma moc maksymalną
550 MW i pracuje od 4 do 8 godzin dziennie wytwarzając
średnio 600 GWh energii elektrycznej rocznie. Obecnie takie
elektrownie są również w Rosji i Wielkiej Brytanii, jednak
żadna z nich obecnie (styczeń 2007 r.) nie pracuje na skalę
przemysłową z powodu problemów technicznych oraz
niebezpieczeństwa sztormów i huraganów.
Moc fal ocenia się na 3 TW, jednak wykorzystanie tej energii sprawia pewne
trudności pomimo, iż opracowano wiele teoretycznych metod konwersji energii
falowania na energię elektryczną. Największym problemem jest zmienność
wysokości fal i wytrzymałość elektrowni.
fale wymuszają w nich ruch
powietrza, które napędza
turbinę
Elektrownie
hydrauliczne
przez ścianki
nieruchomego zbiornika
przelewają się jedynie
szczyty fal, a woda
wypływająca ze zbiornika
napędza turbinę.
Elekrownie
pneumatyczne
Sposoby
konwersji
Elektrownie
indukcyjne
wykorzystują siłę wyporu do
poruszania się prostopadle do
dna, co powoduje obracanie
się wirnika połączonego z
prądnicą
Elektrownie
mechaniczne
wykorzystują ruch pływaków
do wytwarzania energii
elektrycznej poprzez
zastosowanie poruszających
się wraz z pływakami cewek
w polu magnetycznym
Energetyka słoneczna - gałąź przemysłu zajmująca się wykorzystaniem energii
promieniowania słonecznego zaliczanej do odnawialnych źródeł energii.
Elektrownie słoneczne mogą opierać się na różnych, wyżej opisanych
procesach konwersji energii. Można tego dokonać:
bezpośrednio w ogniwie fotowoltaicznym,
pośrednio przetwarzając promieniowanie słoneczne na ciepło, a ciepło na
energię elektryczną,
CRS (ang. Central Receiver System) polega na odbiciu promieni
słonecznych z dużego obszaru i skierowaniu ich w jeden centralnie
umieszczony punkt, gdzie można osiągnąć bardzo wysoką temperaturę.
Na tej samej zasadzie działają piece słoneczne,
DSS (ang. Distributed Solar System) tu promienie są kierowane
(najczęściej za pomocą kolektorów parabolicznych) na rurę, w której płynie
czynnik (najczęściej olej o małej lepkości i dużej pojemności cieplnej).
Czynnik przepływając przez wiele kolektorów osiąga dość wysoką, choć
dużo niższą (poniżej 400°C) niż w systemach CRS, temperaturę,
Wieża słoneczna to bardzo wysoki komin słoneczny, w którym energię
ruchu powietrza przekształca się na energię elektryczną za pomocą turbiny
wiatrowej połączonej z generatorem. W trakcie realizacji (2005 r.) jest
projekt, w którym wysokość wieży wyniesie 1000 m.
fotowoltaiczna
termoliza
wody
polimerowa
Sposoby konwersji
promieniowania
słonecznego
fototermiczna
pasywna
fotochemiczna
fototermiczna
aktywna
Ogniwo fotowoltaiczne (inaczej fotoogniwo, solar lub ogniwo słoneczne) jest
urządzeniem służącym do bezpośredniej konwersji energii promieniowania
słonecznego na energię elektryczną, poprzez wykorzystanie
półprzewodnikowego złącza typu p-n, w którym pod wpływem fotonów, o energii
większej niż szerokość przerwy energetycznej półprzewodnika, elektrony
przemieszczają się do obszaru n, a dziury (nośniki ładunku) do obszaru p. Takie
przemieszczenie ładunków elektrycznych powoduje pojawienie się różnicy
potencjałów, czyli napięcia elektrycznego.
Po raz pierwszy efekt fotowoltaiczny zaobserwował A.C. Becquerel w 1839 r. w
obwodzie oświetlonych elektrod umieszczonych w elektrolicie, a obserwacji tego
zjawiska na granicy dwóch ciał stałych dokonali 37 lat później W. Adams i R. Day.
kalkulatory
żeglarstwo
(ładowanie
akumulatora)
karawaning
(ładowanie
akumulatora)
publiczne
automaty
telefoniczne
zegarki
Zastosowanie
ogniw
fotowoltawicznych
lampy solarne
w przestrzeni
kosmicznej
silniki elektryczne
(lot nad Kanałem
La Manche 1981)
W przyszłości mają być dużo tańsze od ogniw krzemowych, a ich produkcja ma być
mniej skomplikowana. Prace nad tą metodą produkcji paneli słonecznych prowadził
m.in. New Jersey Institute of Technology. Ogniwa mają być drukowane na zwykłych
drukarkach atramentowych lub tworzone przez malowanie. Ogniwa te składają się z
nanorurek, pokrywa się je następnie warstwą zabezpieczającą.
Konwersja fototermiczna pasywna to bezpośrednia zamiana energii promieniowania
słonecznego na energię cieplną bez wykorzystania dodatkowych źródeł energii (np.
do napędu pomp), systemy te działają w oparciu o konwekcję swobodną. Pasywna
konwersja fototermiczna może być wykorzystywana do:
ogrzewania pasywnego budynków
ściana Trombe'a
chłodzenia budynków
podgrzewania wody
termosyfonowe podgrzewacze wody
suszenia płodów rolnych
Konwersja fototermiczna aktywna to zamiana energii
promieniowania słonecznego na inną formę energii. Wykorzystują
ją specjalnie skonstruowane urządzenia (w przeciwieństwie do
systemów pasywnych).
Aktywne systemy przygotowania ciepłej wody użytkowej
budowane są w różnej skali. Popularne są zarówno zastosowania
w domkach jednorodzinnych (2-6 m2 kolektorów) jak i duże
instalacje (o powierzchni kolektorów powyżej 500 m2)
(ciepłownie) dostarczające ciepłą wodę do budynków
wielorodzinnych, dzielnic, czy miasteczek.
Fotochemiczna konwersja energii
promieniowania słonecznego na
energię chemiczną. Jak dotąd na
szeroką skalę zachodzi jedynie w
organizmach żywych, ma bardzo
niską sprawność (ok. 1%) i nosi
nazwę fotosyntezy, jednak istnieją
ogniwa fotoelektrochemiczne
dysocjujące wodę pod wpływem
światła słonecznego. Istnieją także
metody wykorzystujące fotony do
dezynfekcji i detoksykacji.Istnieje
również projekt wykorzystywania
energii słonecznej z przestrzeni
kosmicznej.Ten projekt zakłada
wystrzelenie na orbitę
okołoziemską 40 satelitarnych
elektrowni słonecznych,
wyposażonych w olbrzymie panele
baterii słonecznych.
W wysokich temperaturach (ponad 2500 K) następuje
termiczny rozkład pary wodnej na wodór i tlen. Otrzymanie
tak wysokiej temperatury jest możliwe dzięki zastosowaniu
odpowiednich zwierciadeł skupiających promienie
słoneczne, zatem rozbicie wody na wodór i tlen nie stanowi
problemu. Trudne jest natomiast rozdzielenie tak powstałych
gazów. Przy obniżaniu temperatury następuje bowiem ich
ponowne spalenie (powrót do postaci wody). Trwają prace
nad efektywnymi metodami rozdzielania wodoru i tlenu w tak
wysokiej temperaturze. Pod uwagę brana jest między innymi
efuzja możliwa dzięki dużej różnicy mas atomów wodoru i
tlenu, oraz użycie wirówek.
Kolektor słoneczny - urządzenie do konwersji energii promieniowania słonecznego
na ciepło. Energia docierające do kolektora zamieniana jest na energię cieplną
nośnika ciepła, którym może być ciecz (glikol, woda) lub gaz (np. powietrze).
Gazowe
Kolektory
proste
Cieczowe
Dwufazowe
Podgrzewanie
wody
gruntowej
Zastosowanie
kolektorów
Wspomaganie
centralnego
ogrzewania
Podgrzewanie
wody
basenowej
1. kolektory słoneczne (w
domkach jednorodzinnych od
dwóch do czterech),
2. regulator (uruchamiający
pompę obiegu gdy zaistnieje
odpowiednia różnica temperatur
pomiędzy wyjściem z kolektora a
zbiornikiem),
3. pompa
4. naczynie przeponowe (kompensujące
rozszerzalność temperaturową
czynnika),
5. zbiornik magazynujący ciepłą wodę
użytkową, z dwiema wężownicami lub
płaszczami grzejnymi (dolna zasilana
czynnikiem z kolektorów słonecznych,
górna innym źródłem ciepła),
6. inne źródło ciepła (kocioł, pompa
ciepła, kominek z płaszczem wodnym)
Biogaz, gaz wysypiskowy - gaz palny, produkt fermentacji anaerobowej
związków pochodzenia organicznego (np. ścieki, m.in. ścieki cukrownicze,
odpady komunalne, odchody zwierzęce, gnojowica, odpady przemysłu rolnospożywczego, biomasa) a częściowo także ich gnicia powstający w biogazowni.
W wyniku spalania biogazu powstaje mniej szkodliwych tlenków azotu niż w
przypadku spalania paliw kopalnych.
Metan
Dwutlenek
węgla
Azot
wodór
siarkowodór
tlen
Z gnojowicy
lub obornika
Wytwarzanie
Samoczynnie
na
wysypiskach *
Naturalnie
na
torfowiskach
*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.
Chiny
Szwacjaria
USA
Wykorzystywanie
(państwa)
Indie
Niemcy
Francja
Generatory prądu
elektrycznego
Wykorzystywanie
(sposoby)
Paliwo do
napędu silników
Źródło energii do
Ogrzewania wody
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 biomasą 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.
Biomasa wyrażana jest w postaci świeżej masy (organizmów żywych lub naturalna
masa organizmów żywych) oraz suchej masy (masa organizmów żywych po
wysuszeniu lub odparowaniu wody). Biomasa wyrażana jest w jednostkach
wagowych (np. gram lub kilogram) a także w przeliczeniu na węgiel organiczny lub
w jednostkach energii (kaloria, dżul).
Poprzez fotosyntezę energia słoneczna jest akumulowana w biomasie, początkowo
organizmów roślinnych, później w łańcuchu pokarmowym także zwierzęcych. Energię
zawartą w biomasie można wykorzystać dla celów człowieka. Podlega ona
przetwarzaniu na inne formy energii poprzez spalanie biomasy lub spalanie produktów
jej rozkładu. W wyniku spalania uzyskuje się ciepło, która może być przetworzona na
inne rodzaje energii np. energię elektryczną.
Drewno o niskiej
jakości
Tłuszcze
zwierzęce
Drewno
odpadowe
Oleje roślinne
Wykorzystuje się
najczęściej:
Odpady
organiczne,
Np. łodygi
Odchody
zwierząt
Osady
ściekowe
Wodorosty
(uprawiane)
Słoma,
makuchy
itp.
otrzymuje się m. in.
metanol, etanol…
biogaz
biodiesel
Energia geotermalna (energia geotermiczna, geotermia) - jeden z rodzajów
odnawialnych źródeł energii. Polega na wykorzystywaniu cieplnej energii 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.
Woda geotermiczna wykorzystywana jest bezpośrednio (doprowadzana systemem rur),
bądź pośrednio (oddając ciepło chłodnej wodzie i pozostając w obiegu zamkniętym).
Energię geotermalną na szeroką skalę wykorzystuje się w Islandii, a w Polsce m.in. na
obszarze Podhala.
Energia geotermiczna to energia wydobytych na powierzchnię ziemi wód
geotermalnych. Energię tę zalicza się do energii odnawialnej, bo jej źródło gorące wnętrze kuli ziemskiej - jest praktycznie niewyczerpalne. W celu
wydobycia wód geotermalnych na powierzchnię wykonuje się odwierty do
głębokości zalegania tych wód. W pewnej odległości od otworu czerpalnego
wykonuje się drugi otwór, którym wodę geotermalną po odebraniu od niej
ciepła, wtłacza się z powrotem do złoża. Wody geotermiczne są z reguły mocno
zasobne, jest to powodem szczególnie trudnych warunków pracy wymienników
ciepła i innych elementów armatury instalacji geotermicznych. Energię
geotermiczną wykorzystuje się w układach centralnego ogrzewania jako
podstawowe źródło energii cieplnej. Drugim zastosowaniem energii
geotermicznej jest produkcja energii elektrycznej. Jest to opłacalne jedynie w
przypadkach źródeł szczególnie gorących. Zagrożenie jakie niesie za sobą
produkcja energii geotermicznej to zanieczyszczenia wód głębinowych,
uwalnianie radonu, siarkowodoru i innych gazów. Gorące źródła tzw. gejzery są
charakterystycznym elementem krajobrazu Islandii, która wykorzystuje je jako
źródło ogrzewania i ciepłej wody. Nie wpływa to ujemnie na środowisko
naturalne.
Joanna Rosińska
Klasa 2p