Transcript Odnawialne i nieodnawialne źródła energii
Slide 1
Odnawialne i nieodnawialne
źródła energii
•
•
•
•
•
•
•
energia geotermalna
energia wodna
energia słoneczna
energia wiatru
biopaliwo
biomasa
biogaz
•
•
•
•
•
•
uran
węgiel kamienny
węgiel brunatny
ropa naftowa
gaz ziemny
torf
Slide 2
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.
Odwiert geotermalny w okolicach Reykjavíku
Slide 3
Energia wodna – wykorzystywana gospodarczo energia mechaniczna płynącej
wody. Współcześnie energię wodną zazwyczaj przetwarza się na energię elektryczną
(hydroenergetyka, często oparta na spiętrzeniach uzyskanych dzięki zaporom
wodnym). Można ją także wykorzystywać bezpośrednio do napędu maszyn – istnieje
wiele rozwiązań, w których płynąca woda napędza turbinę lub koło wodne.
Przed wynalezieniem maszyn elektrycznych i upowszechnieniem elektroenergetyki
energię wodną powszechnie wykorzystywano do napędu młynów, foluszów, kuźni,
tartaków i innych zakładów przemysłowych. W latach 30. XIX wieku, w szczytowym
okresie rozwoju transportu rzecznego, napęd wodny stosowano przy przemieszczaniu
barek po pochylniach pomiędzy odcinkami kanałów na różnych poziomach
(pochylnie takie zachowały się do dziś na Kanale Ostródzko-Elbląskim).
Energia wodna może być znacznie tańsza od spalania paliw kopalnych lub energii
jądrowej. Obszary bogate w energię wodną przyciągają przemysł niskimi cenami
elektryczności. W niektórych krajach o wykorzystaniu energii wodnej zaczynają
decydować względy ochrony środowiska, przeważając nad kalkulacją cen.
Slide 4
Energetyka słoneczna - gałąź przemysłu zajmująca się wykorzystaniem energii
promieniowania słonecznego zaliczanej do odnawialnych źródeł energii.
Promieniowanie słoneczne
Do Ziemi dociera promieniowanie słoneczne zbliżone widmowo do
promieniowania ciała doskonale czarnego o temperaturze ok. 5700 K. Przed
wejściem do atmosfery moc promieniowania jest równa 1367 W/m^(2) powierzchni
prostopadłej do promieniowania słonecznego. Część tej energii jest odbijana i
pochłaniana przez atmosferę, do powierzchni Ziemi w słoneczny dzień dociera
około 1000 W/m^(2).
Ilość energii słonecznej docierającej do danego miejsca zależy od szerokości
geograficznej oraz od czynników pogodowych. Średnie roczne nasłonecznienie
obszaru Polski wynosi ~3500 MJ*m-2*rok-1 (~1100 kWh*m-2*rok-1) na poziomą
powierzchnię co odpowiada wartości opałowej 120 kg paliwa umownego[1].
Kolektory słoneczne
do ogrzewania wody
w Grecji
Elektrownia słoneczna o mocy 10 kW z
zainstalowanymi silnikami Stirlinga
Slide 5
Energia wiatru jest również jednym z odnawialnych źródeł energii. Współcześnie
stosowane turbiny wiatrowe przekształcają ją na energię mechaniczną, która dalej
zamieniana jest na elektryczną. Pierwsze wzmianki o wiatrakach znajdują się już w
kodeksie Hammurabiego. Wiatraki te służyły do pompowania wody i melioracji pól, a ich
oś obrotu była pionowa. Przez ponad 2500 lat wiatraki miały pionową oś obrotu, dopiero w
1105 roku powstał pierwszy opis wiatraka o poziomej osi obrotu, czyli takiego, jaki jest
obecnie najpopularniejszy. Z kolei pierwszym zapisem dotyczącym wiatraków na ziemiach
polskich jest zezwolenie zakonnikom z Białego Buku na jego budowę wydane przez księcia
Wiesława z Rugii w 1271 roku.
Wiatraki
Farma wiatrowa, turbiny wiatrowe
Slide 6
Biopaliwo - paliwo powstałe z przetwórstwa produktów organizmów żywych np.
roślinnych, zwierzęcych czy mikroorganizmów. Wyróżnia się biopaliwa:
* stałe - słoma w postaci bel lub kostek albo brykietów, granulat trocinowy lub
słomiany - tzw. pellet, drewno, siano i inne przetworzone odpady roślinne;
* ciekłe - otrzymywane w drodze fermentacji alkoholowej węglowodanów do
etanolu, fermentacji butylowej biomasy do butanolu lub z estryfikowanych w biodiesel
olejów roślinnych (np. olej rzepakowy);
* gazowe:
o powstałe w wyniku fermentacji beztlenowej ciekłych i stałych odpadów
rolniczej produkcji zwierzęcej (gnojowica, obornik, słoma, etc.) - biogaz;
o powstałe w procesie zgazowania biomasy - gaz generatorowy (gaz drzewny).
Używanie biopaliw pozwala na zmniejszenie importu i zużycia ropy.
Trzcina cukrowa jest
także wykorzystywana
do produkcji biopaliw
Slide 7
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 biomasę 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.
Trzcina cukrowa
Slide 8
Biogaz, gaz wysypiskowy - gaz palny, produkt fermentacji anaerobowej związków
pochodzenia organicznego (np. ścieki, m.in. ścieki cukrownicze, odpady
komunalne, odchody zwierzęce, gnojowica, odpady przemysłu rolno-spożywczego,
biomasa) a częściowo także ich gnicia powstający w biogazowni. W wyniku
spalania biogazu powstaje mniej szkodliwych tlenków azotu niż w przypadku
spalania paliw kopalnych.
Skład biogazu
Składnik
%
metan, CH4
55-75
dwutlenek węgla, CO2
25-45
azot, N2
0-0,3
wodór, H2
1-5
siarkowodór, H2S
0-3
tlen, O2
0,1-0,5
Autobus z instalacją CNG na biogaz w
Bernie w Szwajcarii.
Slide 9
Uran (U, łac. uranium) - pierwiastek chemiczny leżący w grupie aktynowców w
układzie okresowym.
Wśród pierwiastków występujących naturalnie na Ziemi ma największą liczbę
atomową (92), jest słabo promieniotwórczy .
W uranie naturalnym występują głównie dwa izotopy 235U (mniej niż 1%) i 238U
(ponad 99% ). Izotop 235U ulega rozszczepieniu spontanicznemu oraz pod
wpływem neutronów termicznych (rozszczepienie jądra atomowego) . Izotop 238U
pochłania neutrony i następnie przekształca się w 239Pu (pluton), który jest
rozszczepialny. Syntetyczny izotop 233U jest rozszczepialny, otrzymuje się go przez
bombardowanie 232Th neutronami.
Czysty uran jest srebrzystobiałym metalem o dużej gęstości (65% większej
niż gęstość ołowiu), tworzy formy alotropowe:
* alfa (rombowa) stabilna aż do 667,7 °C
* beta (tetragonalna) stabilna w zakresie 667,7 C do 774,8 °C
* gamma (regularna (kubiczna) centrowana objętościowo b.c.c) od 774,8 °C
aż do temperatury topnienia.
Sproszkowany metaliczny uran jest piroforyczny.
Krążek uranu
Slide 10
Węgiel kamienny – skała osadowa pochodzenia roślinnego, zawierająca 7597% pierwiastka węgla, powstała głównie w karbonie (era paleozoiczna) ze
szczątków roślinnych, które bez dostępu tlenu uległy uwęgleniu. Ma czarną
barwę, matowy połysk, czarną rysę.
Węgiel kamienny stosowany jest powszechnie jako paliwo. Jego wartość
opałowa waha się od 16,7 do 29,3 MJ/kg i silnie zależy od jego składu
(zawartości popiołu, siarki, wilgotności). Wartość opałowa czystego
pierwiastka węgla wynosi ok. 33,2 MJ/kg.
Slide 11
Węgiel brunatny to skała osadowa pochodzenia organicznego roślinnego powstała
w trzeciorzędzie w erze kenozoicznej ze szczątków roślin obumarłych bez dostępu
powietrza. Zawartość węgla 62-75%. Często stosowany jako paliwo. Jego wartość
opałowa waha się od 7,5 do 21 MJ/kg. Węgiel brunatny jest nieodnawialnym
źródłem energii.
Polska Norma przewiduje, że:
* zawartość wilgoci całkowitej nie powinna być wyższa niż 55%,
* zawartość piasku w węglu brunatnym w stanie roboczym nie powinna być
wyższa niż 6%,
* zawartość lignitu włóknistego (tzw. ksylitu – odmiany węgla brunatnego o
zachowanej strukturze drewna) nie powinna być wyższa niż 5%
Slide 12
Ropa naftowa (olej skalny, czarne złoto) – ciekła kopalina, złożona z mieszaniny
naturalnych węglowodorów gazowych, ciekłych i stałych (bituminów), z niewielkimi
domieszkami azotu, tlenu, siarki i zanieczyszczeń. Posiada podstawowe znaczenie dla
gospodarki światowej jako surowiec przemysłu chemicznego, a przede wszystkim jako
jeden z najważniejszych surowców energetycznych.
Slide 13
Gaz ziemny – paliwo kopalne pochodzenia organicznego, gaz zbierający się w skorupie
ziemskiej w pokładach wypełniających przestrzenie, niekiedy pod wysokim ciśnieniem.
Pokłady gazu ziemnego występują samodzielnie lub towarzyszą złożom ropy naftowej lub
węgla kamiennego.
Zawartość składników jest zmienna i zależy od miejsca wydobycia, jednak głównym
składnikiem stanowiącym ponad 90% gazu ziemnego jest zawsze metan. Oprócz niego
mogą występować niewielkie ilości etanu, propanu, butanu i innych związków
organicznych i mineralnych.
Zbiornik na gaz ziemny
Slide 14
Torf (ang. peat, fran.: tourbe, niem. Torf) – Najmłodszy węgiel kopalny.
Skała osadowa powstała w wyniku zachodzących w szczególnych
warunkach przemian obumarłych szczątków roślinnych. Szczątki drzew,
żyjących przed setkami i tysiącami lat, pochłonięte zostały przez bagna,
tworząc powłokę, która pod naporem kolejnych warstw osadów stopniowo
została sprasowana. Po usunięciu tlenu, powstał torf. W wyniku kolejnych
procesów – ciśnienia nadległych warstw osadów oraz pozbycia się resztek
tlenu, po upływie milionów lat, torf zamienia się w węgiel brunatny i
następnie w węgiel kamienny.
Wydobycie i suszenie torfu
Bryła torfu
Odnawialne i nieodnawialne
źródła energii
•
•
•
•
•
•
•
energia geotermalna
energia wodna
energia słoneczna
energia wiatru
biopaliwo
biomasa
biogaz
•
•
•
•
•
•
uran
węgiel kamienny
węgiel brunatny
ropa naftowa
gaz ziemny
torf
Slide 2
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.
Odwiert geotermalny w okolicach Reykjavíku
Slide 3
Energia wodna – wykorzystywana gospodarczo energia mechaniczna płynącej
wody. Współcześnie energię wodną zazwyczaj przetwarza się na energię elektryczną
(hydroenergetyka, często oparta na spiętrzeniach uzyskanych dzięki zaporom
wodnym). Można ją także wykorzystywać bezpośrednio do napędu maszyn – istnieje
wiele rozwiązań, w których płynąca woda napędza turbinę lub koło wodne.
Przed wynalezieniem maszyn elektrycznych i upowszechnieniem elektroenergetyki
energię wodną powszechnie wykorzystywano do napędu młynów, foluszów, kuźni,
tartaków i innych zakładów przemysłowych. W latach 30. XIX wieku, w szczytowym
okresie rozwoju transportu rzecznego, napęd wodny stosowano przy przemieszczaniu
barek po pochylniach pomiędzy odcinkami kanałów na różnych poziomach
(pochylnie takie zachowały się do dziś na Kanale Ostródzko-Elbląskim).
Energia wodna może być znacznie tańsza od spalania paliw kopalnych lub energii
jądrowej. Obszary bogate w energię wodną przyciągają przemysł niskimi cenami
elektryczności. W niektórych krajach o wykorzystaniu energii wodnej zaczynają
decydować względy ochrony środowiska, przeważając nad kalkulacją cen.
Slide 4
Energetyka słoneczna - gałąź przemysłu zajmująca się wykorzystaniem energii
promieniowania słonecznego zaliczanej do odnawialnych źródeł energii.
Promieniowanie słoneczne
Do Ziemi dociera promieniowanie słoneczne zbliżone widmowo do
promieniowania ciała doskonale czarnego o temperaturze ok. 5700 K. Przed
wejściem do atmosfery moc promieniowania jest równa 1367 W/m^(2) powierzchni
prostopadłej do promieniowania słonecznego. Część tej energii jest odbijana i
pochłaniana przez atmosferę, do powierzchni Ziemi w słoneczny dzień dociera
około 1000 W/m^(2).
Ilość energii słonecznej docierającej do danego miejsca zależy od szerokości
geograficznej oraz od czynników pogodowych. Średnie roczne nasłonecznienie
obszaru Polski wynosi ~3500 MJ*m-2*rok-1 (~1100 kWh*m-2*rok-1) na poziomą
powierzchnię co odpowiada wartości opałowej 120 kg paliwa umownego[1].
Kolektory słoneczne
do ogrzewania wody
w Grecji
Elektrownia słoneczna o mocy 10 kW z
zainstalowanymi silnikami Stirlinga
Slide 5
Energia wiatru jest również jednym z odnawialnych źródeł energii. Współcześnie
stosowane turbiny wiatrowe przekształcają ją na energię mechaniczną, która dalej
zamieniana jest na elektryczną. Pierwsze wzmianki o wiatrakach znajdują się już w
kodeksie Hammurabiego. Wiatraki te służyły do pompowania wody i melioracji pól, a ich
oś obrotu była pionowa. Przez ponad 2500 lat wiatraki miały pionową oś obrotu, dopiero w
1105 roku powstał pierwszy opis wiatraka o poziomej osi obrotu, czyli takiego, jaki jest
obecnie najpopularniejszy. Z kolei pierwszym zapisem dotyczącym wiatraków na ziemiach
polskich jest zezwolenie zakonnikom z Białego Buku na jego budowę wydane przez księcia
Wiesława z Rugii w 1271 roku.
Wiatraki
Farma wiatrowa, turbiny wiatrowe
Slide 6
Biopaliwo - paliwo powstałe z przetwórstwa produktów organizmów żywych np.
roślinnych, zwierzęcych czy mikroorganizmów. Wyróżnia się biopaliwa:
* stałe - słoma w postaci bel lub kostek albo brykietów, granulat trocinowy lub
słomiany - tzw. pellet, drewno, siano i inne przetworzone odpady roślinne;
* ciekłe - otrzymywane w drodze fermentacji alkoholowej węglowodanów do
etanolu, fermentacji butylowej biomasy do butanolu lub z estryfikowanych w biodiesel
olejów roślinnych (np. olej rzepakowy);
* gazowe:
o powstałe w wyniku fermentacji beztlenowej ciekłych i stałych odpadów
rolniczej produkcji zwierzęcej (gnojowica, obornik, słoma, etc.) - biogaz;
o powstałe w procesie zgazowania biomasy - gaz generatorowy (gaz drzewny).
Używanie biopaliw pozwala na zmniejszenie importu i zużycia ropy.
Trzcina cukrowa jest
także wykorzystywana
do produkcji biopaliw
Slide 7
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 biomasę 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.
Trzcina cukrowa
Slide 8
Biogaz, gaz wysypiskowy - gaz palny, produkt fermentacji anaerobowej związków
pochodzenia organicznego (np. ścieki, m.in. ścieki cukrownicze, odpady
komunalne, odchody zwierzęce, gnojowica, odpady przemysłu rolno-spożywczego,
biomasa) a częściowo także ich gnicia powstający w biogazowni. W wyniku
spalania biogazu powstaje mniej szkodliwych tlenków azotu niż w przypadku
spalania paliw kopalnych.
Skład biogazu
Składnik
%
metan, CH4
55-75
dwutlenek węgla, CO2
25-45
azot, N2
0-0,3
wodór, H2
1-5
siarkowodór, H2S
0-3
tlen, O2
0,1-0,5
Autobus z instalacją CNG na biogaz w
Bernie w Szwajcarii.
Slide 9
Uran (U, łac. uranium) - pierwiastek chemiczny leżący w grupie aktynowców w
układzie okresowym.
Wśród pierwiastków występujących naturalnie na Ziemi ma największą liczbę
atomową (92), jest słabo promieniotwórczy .
W uranie naturalnym występują głównie dwa izotopy 235U (mniej niż 1%) i 238U
(ponad 99% ). Izotop 235U ulega rozszczepieniu spontanicznemu oraz pod
wpływem neutronów termicznych (rozszczepienie jądra atomowego) . Izotop 238U
pochłania neutrony i następnie przekształca się w 239Pu (pluton), który jest
rozszczepialny. Syntetyczny izotop 233U jest rozszczepialny, otrzymuje się go przez
bombardowanie 232Th neutronami.
Czysty uran jest srebrzystobiałym metalem o dużej gęstości (65% większej
niż gęstość ołowiu), tworzy formy alotropowe:
* alfa (rombowa) stabilna aż do 667,7 °C
* beta (tetragonalna) stabilna w zakresie 667,7 C do 774,8 °C
* gamma (regularna (kubiczna) centrowana objętościowo b.c.c) od 774,8 °C
aż do temperatury topnienia.
Sproszkowany metaliczny uran jest piroforyczny.
Krążek uranu
Slide 10
Węgiel kamienny – skała osadowa pochodzenia roślinnego, zawierająca 7597% pierwiastka węgla, powstała głównie w karbonie (era paleozoiczna) ze
szczątków roślinnych, które bez dostępu tlenu uległy uwęgleniu. Ma czarną
barwę, matowy połysk, czarną rysę.
Węgiel kamienny stosowany jest powszechnie jako paliwo. Jego wartość
opałowa waha się od 16,7 do 29,3 MJ/kg i silnie zależy od jego składu
(zawartości popiołu, siarki, wilgotności). Wartość opałowa czystego
pierwiastka węgla wynosi ok. 33,2 MJ/kg.
Slide 11
Węgiel brunatny to skała osadowa pochodzenia organicznego roślinnego powstała
w trzeciorzędzie w erze kenozoicznej ze szczątków roślin obumarłych bez dostępu
powietrza. Zawartość węgla 62-75%. Często stosowany jako paliwo. Jego wartość
opałowa waha się od 7,5 do 21 MJ/kg. Węgiel brunatny jest nieodnawialnym
źródłem energii.
Polska Norma przewiduje, że:
* zawartość wilgoci całkowitej nie powinna być wyższa niż 55%,
* zawartość piasku w węglu brunatnym w stanie roboczym nie powinna być
wyższa niż 6%,
* zawartość lignitu włóknistego (tzw. ksylitu – odmiany węgla brunatnego o
zachowanej strukturze drewna) nie powinna być wyższa niż 5%
Slide 12
Ropa naftowa (olej skalny, czarne złoto) – ciekła kopalina, złożona z mieszaniny
naturalnych węglowodorów gazowych, ciekłych i stałych (bituminów), z niewielkimi
domieszkami azotu, tlenu, siarki i zanieczyszczeń. Posiada podstawowe znaczenie dla
gospodarki światowej jako surowiec przemysłu chemicznego, a przede wszystkim jako
jeden z najważniejszych surowców energetycznych.
Slide 13
Gaz ziemny – paliwo kopalne pochodzenia organicznego, gaz zbierający się w skorupie
ziemskiej w pokładach wypełniających przestrzenie, niekiedy pod wysokim ciśnieniem.
Pokłady gazu ziemnego występują samodzielnie lub towarzyszą złożom ropy naftowej lub
węgla kamiennego.
Zawartość składników jest zmienna i zależy od miejsca wydobycia, jednak głównym
składnikiem stanowiącym ponad 90% gazu ziemnego jest zawsze metan. Oprócz niego
mogą występować niewielkie ilości etanu, propanu, butanu i innych związków
organicznych i mineralnych.
Zbiornik na gaz ziemny
Slide 14
Torf (ang. peat, fran.: tourbe, niem. Torf) – Najmłodszy węgiel kopalny.
Skała osadowa powstała w wyniku zachodzących w szczególnych
warunkach przemian obumarłych szczątków roślinnych. Szczątki drzew,
żyjących przed setkami i tysiącami lat, pochłonięte zostały przez bagna,
tworząc powłokę, która pod naporem kolejnych warstw osadów stopniowo
została sprasowana. Po usunięciu tlenu, powstał torf. W wyniku kolejnych
procesów – ciśnienia nadległych warstw osadów oraz pozbycia się resztek
tlenu, po upływie milionów lat, torf zamienia się w węgiel brunatny i
następnie w węgiel kamienny.
Wydobycie i suszenie torfu
Bryła torfu