Podsumowanie projektu edukacyjnego„Szkoła pełna energii”

Alternatywne źródła energiiAlternatywne 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. Są to przede wszystkim:

Małe elektrownie wodne wiatrak / turbina wiatrowa koło wodne / energia prądów morskich, pływów i falowania kolektor słoneczny / ogniwa fotowoltaiczne biogaz biomasa energia geotermiczna energia słoneczna energia powietrzna / energia wiatru energia wodna

Energia wodnaEnergia wodna – wykorzystywana gospodarczo energia mechanicznapłynącej 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.

Energia wodna

Energia geotermalna

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 geotermalna w Polsce

Polska ma bardzo dobre warunki geotermalne, gdyż 80% powierzchni kraju jest pokryte przez 3 prowincje geotermalne: centralnoeuropejską, przedkarpacką i karpacką. Temperatura wody dla tych obszarów wynosi od 30-130 °C (a lokalnie nawet 200 °C), a głębokość występowania w skałach osadowych od 1 do 10 km. Naturalny wypływ zdarza się bardzo rzadko (Sudety – Cieplice, Lądek Zdrój). Możliwości wykorzystania wód geotermalnych dotyczą 40% obszaru kraju (wydobycie jest opłacalne, gdy do głębokości 2 km temperatura osiąga 65 °C, zasolenie nie przekracza 30 g/l a także gdy wydajność źródła jest odpowiednia)[6].Powstał atlas wód geotermalnych występujących na terenie Polski pod redakcją Prof. Wojciecha Góreckiego z Wydziału Geologii Akademii Górniczo-Hutniczej, wskazujący obszary występowania wód geotermalnych na terenie Polski [7] Pierwszy w Polsce Zakład Geotermalny w Bańskiej-Białym Dunajcu powstał w latach 1989-1993. Od kilku lat z odwiertów i instalacji korzysta PEC Geotermia Podhalańska SA, która dostarcza ciepło do większości domów w Zakopanem.

Energia prądów morskich, pływów i falowania

Energia kinetyczna prądów morskich.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.

Energia pływówPływy 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 2009 r.) nie pracuje na skalę przemysłową z powodu problemów technicznych oraz niebezpieczeństwa sztormów i huraganów.

Energia falowaniaMoc 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.

Energetyka słoneczna Energetyka słoneczna – gałąź przemysłu zajmująca się

wykorzystaniem energii promieniowania słonecznego zaliczanej do odnawialnych źródeł energii.

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/m² powierzchni prostopadłej do promieniowania słonecznego. Część tej energii jest odbijana i pochłaniana przez atmosferę, do powierzchni Ziemi w słoneczny dzień dociera około 1000 W/m².

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.

Energia wiatruEnergia wiatru jest 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 Wisława z Rugii w 1271 roku.

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.

Biopaliwo

Biopaliwo - paliwo powstałe z przetwórstwa produktów organizmów żywych np. roślinnych, zwierzęcych czy mikroorganizmów.Używanie biopaliw służy zmniejszeniu uzależnienia od ropy naftowej.Metody produkcji biopaliw wytwarzanych z oleju rzepakowego, zbóż uprawnych oraz trzciny cukrowej na polu powstałym po wykarczowaniu lasu tropikalnego są poddawane krytyce. Równocześnie jednak taka metoda produkcji jest najbardziej rozpowszechniona dzięki subsydiowaniu uprawy biopaliw przez państwa.Wg niektórych szacunków produkcja i spalanie biopaliwa daje gorszy bilans energetyczny i ekologiczny niż przy produkcji i spalaniu paliw kopalnych (degradacja środowiska związana z wzrastającym areałem upraw, duże zużycie nawozów sztucznych, nieracjonalna gospodarka produktami roślinnymi).Ten ostatni aspekt jest podnoszony przez organizację Action Aid, która zarzuca państwom narzucającym obowiązek dodawania biokomponentów do paliw oraz dopuszczających import ich z krajów trzecich pogłębianie nędzy i głodu w krajach Trzeciego Świata w wyniku produkcji paliw zamiast żywności. Badania przeprowadzone na podstawie danych z lat 1989-2007 przez W.K. Kellogg Long Term Ecological Research sugerują, że uprawa roślin pod biopaliwa jest o 36% mniej efektywna energetycznie niż w celu produkcji żywności.

Biopaliwo w PolsceObowiązek dodawania biokomponentów do paliw nałożyła ustawa z dnia 2 października 2003 roku o biokomponentach stosowanych w paliwach ciekłych i biopaliwach ciekłych . Ustawa ta zabraniała wolnego rynku na biopaliwa. Rozdz. 5 art. 1.1 nakładał karę 3000 zł na kogokolwiek kto bez zezwolenia chciałby (także na własne potrzeby) wytworzyć biodiesel. Nakazywała też produkcję biopaliw, nawet gdyby to było nieopłacalne ekonomicznie oraz czasowo zabraniała importu. Zgodnie z literą ustawy, producent biopaliw to osoba fizyczna lub prawna, która posiada koncesję na wytwarzanie lub obrót paliwami ciekłymi, wydaną na podstawie przepisów ustawy z dnia 10 kwietnia 1997 r. - Prawo energetyczne.Od dnia 1 stycznia 2007 obowiązuje ustawa z dnia 25 sierpnia 2006 r. o biokomponentach i biopaliwach ciekłych . Umożliwia produkcję biopaliw zarejestrowanym rolnikom indywidualnym, jednakże w ograniczonej ilości 100 l/ha lub w energetycznym ekwiwalencie innego paliwa np. gazowego.

Biomasa

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.

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).

Biomasa jako źródło energii

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. Polega to na przetwarzaniu na inne formy energii poprzez spalanie biomasy lub spalanie produktów jej rozkładu. W wyniku spalania uzyskuje się ciepło, które może być przetworzone 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.

W Polsce na potrzeby produkcji biomasy można uprawiać rośliny szybko rosnące:

wierzba wiciowa (Salix viminalis) ślazowiec pensylwański lub inaczej malwa pensylwańska (Sida hermaphrodita) topinambur czyli słonecznik bulwiasty (Helianthus tuberosus) róża wielokwiatowa znana też jako róża bezkolcowa (Rosa multiflora) rdest sachaliński (Polygonum sachalinense).

BiogazBiogaz, 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 rozpadu gnilnego, powstający w biogazowni. W wyniku spalania biogazu powstaje wbrew przekonaniom tyle samo tlenków azotu, co w przypadku spalania paliw kopalnych.

Biogaz w PolsceDo 2013 w Polsce planuje się produkować 1 mld m3 biogazu m.in. do ogrzewania budynków. Według Ministerstwa Rolnictwa wprowadzenie tego planu poprawi bezpieczeństwo energetyczne oraz stan środowiska naturalnego.

Energia cieplna oceanu

Ziemia ma naturalny kolektor słoneczny – morza w strefie międzyzwrotnikowej. Dziennie 60 mln km2 tych mórz absorbuje z promieniowania słonecznego ilość energii równą tej zawartej w 250 miliardach baryłek ropy naftowej, czyli energię przynajmniej 4000 razy większą od aktualnie wykorzystywanej przez człowieka.OTEC jest technologią, która może wykorzystać energię słoneczną zmagazynowaną w oceanach. Ponieważ ocean jest nośnikiem zmagazynowanej energii, OTEC oferuje ciągłe zaopatrywanie w tę energię – zarówno podczas jasnych, pogodnych dni, jak i w nocy, bez względu na pogodę. Technologia ta nie zawiera żadnych kosztów i komplikacji wynikających ze sztucznych systemów magazynowania energii.

Energia cieplna oceanu

Czy OŹE to szansa dla ludzkości

Naszym zdaniem tak środowisko, w którym żyjemy, jest niszczone głównie przez przemysł oparty na energetyce konwencjonalnej wykorzystującej paliwa naturalne: węgiel, ropę naftową i gaz ziemny. Sposobem na zahamowanie dalszej jego degradacji jest nie tylko modernizacja energetyki konwencjonalnej, lecz przede wszystkim stopniowe eliminowanie paliw naturalnych i wykorzystanie nowych, niekonwencjonalnych i odnawialnych źródeł energii: wody, wiatru, biomasy, promieniowania słonecznego, ciepła wnętrza Ziemi, a także wprowadzanie materiało- i energooszczędnych technologii w przemyśle, budownictwie i gospodarstwach domowych.

Wykorzystanie OŹE na Dolnym Śląsku