Transcript Energia słoneczna

Odnawialne źródła
energii to takie,
których używanie nie
wiąże się z
długotrwałym ich
deficytem - ich zasób
odnawia się w krótkim
czasie oraz których
eksploatacja powoduje
możliwie najmniej
szkód w środowisku.
Wszyscy wiemy, że wyczerpują się pomału złoża
ropy naftowej, gazu, węgla oraz grożą nam braki
energii. Zaczynamy rozglądać się za nowymi
zasobami, które pozwoliłyby produkować prąd i
ciepło w wystarczających ilościach. Zapomnijmy
na chwilę o ekonomicznych aspektach produkcji
energii z niekonwencjonalnych źródeł. Wiadomo,
że niektóre sposoby nie zawsze się opłacają,
czasami koszty wytwarzania urządzeń są
niewspółmierne do efektów, czasami wydajność
źródła jest niewielka. Przyjrzyjmy się za to, jak
pomysłowi potrafią być ludzie i na jakie metody
pozyskania upragnionej energii wpadli.
Źródła energii możemy podzielić na odnawialne
i nieodnawialne. Ja zajmę się odnawialnymi
źródłami energii. Jako odnawialne źródła energii
wykorzystujemy m.in.:
wodę
słońce
wiatr
biomasa
i
energię
geotermalną
100,00%
90,00%
80,00%
70,00%
60,00%
50,00%
40,00%
30,00%
20,00%
10,00%
0,00%
92,50%
0,05%
woda
słońce
0,05%
wiatr
5,50%
biomasa
1,50%
energia
geotermalna
Energia wodna to
wykorzystywana
gospodarczo energia
mechaniczna płynącej wody.
Współcześnie energię wodną
zazwyczaj przetwarza się na
energię elektryczną.
Można ją także
wykorzystywać bezpośrednio
do napędu maszyn – istnieje
wiele rozwiązań, w których
płynąca woda napędza
turbinę lub koło wodne.
Woda pokrywa aż trzy czwarte
naszej planety. Od dawna
znajdowała zastosowanie w
domach, rolnictwie, przemyśle
czy transporcie. Dziś stanowi
również jeden z największych
potencjałów energetycznych.
Energia prądów morskich
Umieszczone pod wodą
turbiny napędzane są energią
prądów morskich.
Produkowana energia
elektryczna transportowana
jest podwodnym kablem do
sieci na lądzie.
Energia falowania
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.
Najważniejsze sposoby konwersji energii fal na
elektryczną:
elektrownie pneumatyczne - fale wymuszają w nich ruch powietrza, które napędza
turbinę
elektrownie mechaniczne - wykorzystują siłę wyporu do poruszania się prostopadle
do dna, co powoduje obracanie się wirnika połączonego z prądnicą
elektrownie indukcyjne - wykorzystują ruch pływaków do wytwarzania energii
elektrycznej poprzez zastosowanie poruszających się wraz z pływakami cewek w
polu magnetycznym
elektrownie hydrauliczne - w których przez ścianki nieruchomego zbiornika
przelewają się jedynie szczyty fal, a woda wypływająca ze zbiornika napędza
turbinę.
Energia spadku wody
Energia mechaniczna wody wprawia w ruch
turbinę i za pomocą alternatora przekształcana jest
w energię elektryczną. Moc zależy od wysokości
spadku wody i od przepływu.
Zapory wodne
Zapora Hoovera-widoczna korona i
4 wieże wlotowe - ujęcia wody dla
turbin.
Zapora Itaipu na rzece Parana, ma
prawie 8km długości. Zbudowano na niej
największą na świecie elektrownię wodną.
Energia Wodna
WADY:
• ingerencja w
środowisko naturalne
(duże elektrownie) –
erozja, zamulenie
• zmiana/zniszczenie
naturalnych siedlisk
• wysokie koszty
instalacji
• zależność od opadów
• nie wszędzie
dostępna
ZALETY
• nie zanieczyszcza
środowiska (brak
odpadów, emisji gazów)
• łatwe gromadzenie
energii
• długi czas działania
instalacji
• wzrost retencji
(zbiorniki)
W promieniowaniu słonecznym docierającym do powierzchni
Ziemi wyróżnia się trzy składowe promieniowania:
- bezpośrednie pochodzi od widocznej tarczy słonecznej
- rozproszone powstaje w wyniku wielokrotnego załamania na
składnikach atmosfery
- odbite powstaje w skutek odbić od elementów krajobrazu i
otoczenia.
Największym problemem nie jest
pozyskanie tej energii lecz jej
zmagazynowanie i wykorzystanie we
właściwym czasie.
Kolektor słoneczny
Kolektor słoneczny to podstawowy element instalacji słonecznej.
Jego zadaniem jest przekształcenie energii słonecznej w energię
cieplną poprzez specjalną płytę absorpcyjną. Najczęściej stosuje
się tzw. kolektory płaskie cieczowe.
Każdy kolektor tego typu składa się z:
-przezroczystej szyby
-powłoki absorpcyjnej
-systemu rurek miedzianych w których przepływa ciecz solarna
-ocieplenia od spodu
-obudowy aluminiowej w której zamknięte są ww. elementy.
W zależności od użytych materiałów współczynnik pochłaniania
energii słonecznej może osiągnąć wartość do 95-97%.
Parabola Stirlinga
Receptor słoneczny wychwytuje
energię słoneczną i ogrzewa
znajdujący się w nim gaz
(wodór). Ogrzany gaz napędza
silnik Stirlinga i produkuje
elektryczność. Parabola jest w
fazie eksperymentu, w
mniejszym wymiarze mogłaby
być wykorzystana do produkcji
elektryczności w pojedynczych
domach.
Piec słoneczny – kolektor skupiający
Kolektor skupiający, inaczej
wysokotemperaturowy>100°C, to
ogromne wklęsłe zwierciadło, które
odbiera promieniowanie z ruchomych
reflektorów. Energia jest przetwarzana
i magazynowana za pomocą cykli
chemicznych i ciepła. Następnie ciepło
przekształcane jest w energię
elektryczną. Można tak uzyskać bardzo
wysoką temperaturę co pozwala na
wykorzystanie przemysłowe wypalanie ceramiki lub testowanie
metali do konstrukcji np. statków
kosmicznych.
piec słoneczny w Odeillo
Promieniowanie słoneczne bezpośrednio ogrzewa
pokój. Dodatkowa przestrzeń zwiększa skuteczność
systemu.
Energia słoneczna
ZALETY
• brak emisji zanieczyszczeń
atmosferycznych i gazów
cieplarnianych
• łatwe utrzymanie/
konserwacja urządzeń
• możliwość wykorzystania w
gospodarstwach oddalonych
od innych źródeł energii
WADY
• ogniwa fotowoltaiczne
budowane są z użyciem
szkodliwych substancji
• ustawione ogniwa
zajmują dużą
powierzchnię
Współcześnie stosowane turbiny
wiatrowe przekształcają ją na
energię mechaniczną, która dalej
zamieniana jest na elektryczną.
Wiatrak, wynaleziony około I w.p.n.e. i używany do mielenia
zboża lub pompowania wody, znajduje dzisiaj, choć w innej
postaci, zastosowanie w elektrowniach wiatrowych.
Energia wiatru zależy od jego prędkości w trzeciej potędze,
przez co lokalizacje pod siłownie wiatrowe dobierane są
bardzo starannie pod kątem częstości występowania silnych
(7-20 m/s) wiatrów.
Turbina wiatrowa
Budowa turbiny:
1. Fundament
2. Wyjście do sieci elektroenergetycznej
3. Wieża
4. Drabinka wejściowa
5. Serwomechanizm kierunkowania elektrowni
6. Gondola
7. Generator
8. Wiatromierz
9. Hamulec postojowy
10. Skrzynia przekładniowa
11. Łopata wirnika
12. Siłownik mechanizmu przestawiania łopat
13. Piasta
Turbina wiatrowa to
urządzenie zamieniające
energię kinetyczną
wiatru na pracę
mechaniczną w postaci
ruchu obrotowego
wirnika.
Zasada działania:
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.
Energia wiatru
ZALETY
• czyste źródło energii
• możliwość
wykorzystania w
gospodarstwach
oddalonych od innych
źródeł energii
WADY
• hałas
• ingerencja w krajobraz
• zależność od pogody
• dość wysoki koszt budowy
• zakłócanie fal radiowych i
telewizyjnych
• zagrożenie dla ptaków i
innych gatunków
migrujących
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.
Do celów energetycznych wykorzystuje się
najczęściej:
drewno o niskiej jakości technologicznej oraz odpadowe
odchody zwierząt
osady ściekowe
słomę, makuchy i inne odpady produkcji rolniczej
wodorosty uprawiane specjalnie w celach energetycznych
odpady organiczne np. wysłodki buraczane, łodygi kukurydzy,
trawy, lucerny
oleje roślinne i tłuszcze zwierzęce
Spalanie biomasy
Spalając materię organiczną uzyskujemy energię cieplną, która może
posłużyć do produkcji energii elektrycznej. Używa się do tego
najczęściej odpadów drewna, słomy, niektórych odpadów
domowych, rolniczych i przemysłowych. Ilość emitowanego CO2 w
wyniku spalania jest równa jego asymilacji przez okres wzrostu
rośliny.
Spalanie biomasy jest uważane
za korzystniejsze dla
środowiska niż spalanie paliw
kopalnych, gdyż zawartość
szkodliwych pierwiastków
(przede wszystkim siarki) w
biomasie jest niższa.
Oprócz bezpośredniego spalania wysuszonej biomasy,
energię pochodzącą z biomasy uzyskuje się również
poprzez:
 zgazowanie - gaz generatorowy (głównie wodór i tlenek węgla)
powstały ze zgazowania biomasy w zamkniętych reaktorach (tzw.
gazogeneratorach) - jest on spalany w kotle lub bezpośrednio
napędza turbinę gazową bądź silnik spalinowy, może być też
surowcem do syntezy Fischera-Tropscha.
 w wyniku fermentacji biomasy otrzymuje się biogaz, metanol,
etanol, butanol i inne związki, które mogą służyć jako paliwo.
 estryfikację - biodiesel.
Biomasa
ZALETY
• duży potencjał techniczny
(dostępność ziemi
uprawnej) w niektórych
regionach
• utylizacja niektórych
odpadów i ścieków
• zagospodarowanie i
wykorzystanie terenów pod
uprawy
WADY
• konieczność prowadzenia
uprawy
• zajmowanie pod uprawę
terenów cennych
przyrodniczo
• spalanie – wydzielanie
szkodliwych substancji
• jałowienie gleb
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).
Wykorzystanie energii geotermalnej:
Sposób wykorzystania energii zależy
od jej temperatury. Energia
geotermiczna o wyższym potencjale
temperaturowym jest
wykorzystywana do produkcji energii
elektrycznej poprzez napędzanie
turbin generujących energię
elektryczną. Natomiast energia o
niższym i średnim potencjale
wykorzystywana jest w
ciepłownictwie (ogrzewanie
mieszkań, szklarni), przemyśle,
ogrodnictwie, rolnictwie, do celów
rekreacyjnych, leczniczych, do
hodowli ryb.
Gejzery
Gejzer jest to rodzaj gorącego źródła występującego na obszarze czynnego lub
niedawno wygasłego wulkanu. Charakteryzuje się tym, że okresowo wyrzuca
gorącą wodę i parę wodną. Otwór gejzeru na powierzchni ziemi jest ujściem
wąskiego i głębokiego przewodu w rodzaju komina skalnego, często
połączonego z bocznymi korytarzami i podziemnymi pustkami. Gromadzą się
w nich wody gruntowe ogrzane od otaczającej skały, która z kolei ogrzewa się
od zalegającej poniżej magmy.
Gejzery wybuchają z różną częstotliwością (od kilkudziesięciu minut
do kilkunastu dni) i siłą (woda jest wyrzucana na wysokość od kilku
do 70 m). Największe skupisko gejzerów znajduje się w parku
narodowym Yellowstone w USA, w stanach Wyoming i Montana,
gdzie jest ich ok. 250. Najsławniejszy jest gejzer Old Faithful,
działający regularnie od ponad stu lat, kiedy został odkryty. Co
godzinę przez 4 minuty wyrzuca 40 tys. litrów wody na wysokość 45
m.
Gejzery w Parku Narodowym
Yellowstone
Energia geotermalna
WADY
• nie wszędzie dostępna
• droga instalacja
• trudne technicznie
utrzymanie
• uwalnianie radonu i
siarkowodoru
ZALETY
• czyste źródło energii
• niski koszt produkcji
energii cieplnej
• niezależność od
zmiennych warunków
klimatycznych i
pogodowych
• nie zanieczyszcza
środowiska naturalnego
Warto wykorzystywać energię ze źródeł
odnawialnych, ponieważ jest to:
- alternatywa dla energii kopalnych
- zmniejszenie emisji gazów
- tanie i przyjazne człowiekowi oraz środowisku
- szansa na dostęp do elektryczności dla ponad 2
miliardów ludzi na terenach gdzie nie ma innych źródeł
energii
Korzyści wynikające z zastosowania
odnawialnych źródeł energii:
- wprowadzenie niewyczerpalnych i tanich źródeł energii
w miejsce trudniej dostępnych i coraz droższych paliw
kopalnych
- zmniejszenie uzależnienia od obcych źródeł energii
- stworzenie nowych stanowisk pracy (redukcja bezrobocia
w regionach rolniczych)
- wykorzystanie nadwyżek produkcji rolnej
- zredukowanie emisji zanieczyszczeń powietrza
związanych z przetwarzaniem paliw kopalnych
- redukcja efektu cieplarnianego
- zmniejszanie ilości odpadów
- uregulowanie stosunków wodnych
- ograniczenie zachorowań wynikających z zanieczyszczeń
środowiska
Podsumowanie:
Głównym 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 2.000kg
• dwutlenek azotu l. 500kg
• dwutlenek węgla 250.000kg
• pyły i żużle 17.500kg