SZKOŁA PODSTAWOWA W LIGOWIE opr. mgr Małgorzata

SZKOŁA PODSTAWOWA W LIGOWIE
opr. mgr Małgorzata Grudzińska
Odnawialne źródła energii
Odnawialne źródła energii są to źródła wykorzystujące w procesie przetwarzania nie zakumulowaną energię słoneczną w
rozmaitych postaciach, w szczególności energię rzek, wiatru, biomasy, energię promieniowania słonecznego" Ustawa
Prawo Energetyczne z kwietnia 1997 roku (Dz. U. nr 54. póz. 348).
Powyższa definicja nie zawiera wszystkich odnawialnych źródeł energii o mniejszym znaczeniu dla Polski np. energia fal i
pływów morskich, niskotemperaturowych źródeł ciepła [1). Wymienione źródła energii, minio że są niewyczerpalne, nie
nadają się do użytkowania w sposób ciągły. Czas ich wykorzystywania zależy od stopnia nasłonecznienia, liczby dni
słonecznych w roku, od prędkości i częstotliwości wiatru, pory roku itp. Źródła te działają z przerwami, w trakcie, których
ulegają odnowieniu, dlatego nazywa się je źródłami odnawialnymi [2). Odnawialne źródła energii nie zużywają się w
procesie ich użytkowania, a ich wykorzystanie nie zuboża przyszłych pokoleń w zasoby energetyczne i walory środowiska
naturalnego. Prawo energetyczne i przepisy wykonawcze precyzują, jakie technologie i procesy przetwórcze w krajowych
warunkach mają znaczenie praktyczne.
Są to: elektrownie wodne, elektrownie wiatrowe, kolektory słoneczne, termiczne ogniwa woltaiczne, instalacje do
pozyskiwania biogazu zodpadów rolniczych, osadu z oczyszczalni ścieków oraz ze składowiskodpadów komunalnych oraz
ciepłownie i elektrociepłownie na biopaliwa, stałe (drewno, słoma), a także ciepłownie geotermalne [2).
Energia wodna
Już w I w. n. e. woda poruszała koła wodne, które napędzały żarna w młynach. Jednak dopiero aż 1000 lat później wodę
zaczęto wykorzystywać do innych zadań, co było przyczyną rozwoju przemysłu w dolinach rzecznych, nadających się do
energetycznego wykorzystania. Koła wodne poruszały młyny, ciężkie młoty w kuźniach, piły w tartakach. Przemysł we
wczesnej fazie rozwoju był nierozerwalnie związany z wodą, aż do czasu wynalezienia maszyny parowej [3).
Obecnie potężne turbiny napędzają generatory wielkich elektrowni wodnych, które produkują duże ilości energii
elektrycznej. W niektórych krajach np. w Norwegii, większość energii to energia wodna. Elektrownie wodne wykorzystują
mechaniczną energię wody płynącej [2).
Energia słoneczna
Słońce jest podstawowym źródłem energii, praktycznie mewy czerpalnym. Światło i ciepło emitowane przez Słońce
dociera do nas każdego dnia. W ciągu miliarda lat swojego istnienia słońce oddało do otoczenia tylko około pięćdziesiątą
część swojej energii. Energia słoneczna dociera do różnych miejsc na kuli ziemskiej w różnych ilościach. Zależy to od
szerokości geograficznej, pory roku oraz stopnia zachmurzenia.
Do niedawna człowiek wykorzystywał tą energię w nieznacznym stopniu. Dopiero od pewnego czasu zaczęto próby
zamiany jej na energię elektryczną [2). Rozwój energetyki słonecznej skoncentrowany jest na technologiach
wykorzystujących konwersję fototermiczną i fotowoltaiczną. Konwersję fotowoltaiczną uważa się za najdoskonalszy
sposób przetwarzania energii słonecznej. W produkcji energii elektrycznej zeSłońca w Europie największą rolę mogą
odgrywać systemy fotowoltaiczne sprzężone z siecią energetyczną. Systemy autonomiczne bez sprzężenia z siecią
energetyczną, w których energia elektryczna jest magazynowana w baterii akumulatorów nie mają w Europie perspektyw
w masowej produkcji energii elektrycznej. Systemy takie stosuje się np. do zasilania schroniskwysokogórskich, stacji
przekaźnikowych, stacji pomiarowych, znaków drogowych i budek telefonicznych przy autostradach [4).
Pomimo nieszkodliwości energii słonecznej dla środowiska jest ona dostępna okresowo. Przeważnie można ją
wykorzystywać przez jedną trzecią doby, a i w tym czasie intensywność światła zmienia się. Zatem energię słoneczną
trzeba magazynować wtedy, gdy jest bardziej dostępna, aby użyć jej np. nocą.
„Wady" energii słonecznej uzupełnia wodór. Słoneczno - wodorowe połączenie nazywane jest słoneczno - wodorowym
systemem energetycznym. Energia słoneczna i wodór idą z sobą w parze. Są nieszkodliwe dla środowiska, nie
wytwarzają zanieczyszczeń, kwaśnych deszczy i nie wywołują efektu cieplarnianego, a wodór jest bardzo wydajnym
paliwem, wytwarzającym najmniej odpadów [5).
Innym rodzajem urządzeń wykorzystujących energię słoneczną są kolektory słoneczne. Służą do ogrzewania wody i
powietrza. Kolektory dzieli się na trzy zasadnicze rodzaje: skupiające, płaskie, rurowe. Działanie kolektorów skupiających
polega na koncentrowaniu przez nie promieni słonecznych, odbitych od parabolicznie wklęsłej powierzchni tych
kolektorów, w punkcie stanowiącym ognisko paraboli. W punkcie tym zachodzi przemiana energii promieniowania
słonecznego na energię cieplną.
Kolektory płaskie, dzięki prostej budowie są najbardziej rozpowszechnione. Stosowane są przede wszystkim w rolnictwie,
gdzie służą do nagrzewania wody do celów bytowych i do ogrzewania pomieszczeń mieszkalnych i produkcyjnych, do
podgrzewania wody w basenach kąpielowych i pojemnikach do hodowli ryb.
Kolektory rurowe są stosowane do suszenia ziarna w silosach.
Sposoby wykorzystania energii słonecznej są jeszcze różnorakie. Od długiego czasu trwają różne próby skonstruowania
elektrycznego samochodu na baterie słoneczne. Ogniwa słoneczne dawno już znalazły zastosowanie w technikach
podboju kosmosu [2).
Biogaz
Coraz większe zapotrzebowanie na energię także w rolnictwie spowodowało poszukiwanie innych niż dotychczas źródeł.
W celu umożliwienia rolnikom korzystania z gazu do celów domowych i gospodarczych zaczęto stosować wytwornice
biogazu. W dużych gospodarstwach hodowlanych w Chinach, Indii i na Bliskim Wschodzie instalacje biogazu są dość
liczne, jednak bardzo prymitywne. W Polsce opracowano i wybudowano także kilkanaście instalacji wytwarzania biogazu
na potrzeby rolników [2).
Obornik słomiasty
W rolnictwie istnieją inne możliwości znalezienia odpadowych czy też ubocznych produktów, które mogłyby dostarczyć
dodatkową energię. W instytucie Budownictwa, Mechanizacji i Elektryfikacji zainicjowano wykorzystanie obornika
słomiastego. Jako źródło energii może on być stosowany od wiosny do jesieni. W procesie fermentacji wytwarza się
ciepło. Do wykorzystania ciepła służy instalacja wytwarzająca ciepło z obornika słomiastego.
Energia pływów
W swym dolnym biegu rzeki są zbyt leniwe, aby budować na nich elektrownie wodne. Alternatywne źródło energii mogą
tam stanowić pływy morskie. Siła pływów, podobnie jak w zwykłej elektrowni wodnej, obraca turbinę połączoną z
generatorem. Jednak w niewielu miejscach budowa takiej elektrowni jest opłacalna, gdyż te elektrownie cechują się
małą rentownością. Jedną z istniejących, położona we Francji nad rzeką Rauce,ma moc zaledwie 100 MW, czyli jedna
dziesiąta tego co duża elektrownia węglowa [3).
Energia fal
Innym źródłem energii może być falowanie morza, wielkie fale oceaniczne niosą ogromne ilości energii. Problemem jest
jednak jej efektywne pozyskanie. Do tego celu stosuje się różne rozwiązania np. pływach poruszany w górę i w dół, w
miarę falowania powierzchni wody. Ruch ten napędza pompę, która dostarcza wodę pod ciśnieniem na turbinę, zasilającą
generator [3).
Energia geotermalna
Naukowcy pracują nad efektywnym zużytkowaniem energii geotermalnej, czyli ciepła pochodzącego z naszej planety, a
wydobywającego się na powierzchnię ziemi w postaci gejzerów oraz gorących źródeł. Na świecie znajduje się już około
150 zakładów przetwarzających energię cieplną z wnętrza ziemi, przede wszystkim w Islandii, we Włoszech, w Nowej
Zelandii oraz Stanach Zjednoczonych [3).
Energia wiatru
Wiatr powstaje w wyniku przemieszczania się mas powietrza na skutek nierównomiernego rozkładu ciśnienia
spowodowanego nierównomiernym ogrzaniem Ziemi przez Słońce. Ruch mas powietrza odbywa się od wysokiego
ciśnienia do niskiego i jest tym większy, im większa jest różnica ciśnień. Przeważnie kierunek ruchu powietrza jest
równoległy do powierzchni Ziemi, chociaż w zależności od ukształtowania terenu czasami może przebiegać np. z góry w
dół. Ukształtowanie terenu może powodować lokalne zmiany kierunku i siły wiatru, tworząc zawirowania i turbulencje.
Na podstawie długoletnich badań stwierdzono, że prędkość i kierunek wiatru charakteryzują zmiany dobowe i roczne.
Nocą zazwyczaj prędkość wiatru jest mniejsza, rano wzrasta i maksymalne wartości osiąga po południu i później maleje.
Roczne wahania związane są z porami roku, najsilniejsze wiatry wieją w okresie jesienno-zimowym i wiosennym tj. od
października do maja, prędkość wiatru spada w okresie lata.
Energia wiatru zależy od jego prędkości. Im większa prędkość wiatru, tym większa energia. Ocenia się, że łączny
światowy potencjał energii wiatru jest około 5000 razy większy od energii uzyskiwanej rocznie ze spalania węgla, a z l
m2 powierzchni ziemi nawet przy niewielkich średnich rocznych prędkościach wiatru (4-5m /s), można uzyskać moc
około 250-750 KW i odpowiednio 500-1600 kwh/rok [6).
Ten ogromny potencjał wiatru jest odnawialny, co oznacza, że nie wyczerpuje się jak tradycyjne źródła energii jak:
węgiel, ropa naftowa czy gaz ziemny. Do celów energetycznych można wykorzystać przedział w zakresie prędkości od 4
do 30 m/s. Przy bardzo silnym wietrze zasoby energetyczne są tak duże, że turbina wiatrowa nie jest w stanie jej
przetworzyć bez uszkodzenia konstrukcji.
Energia wiatrowa wykorzystywana była już w VI wieku naszej ery. Persowie mełli ziarno używając młynów wiatrowych, w
XVIII wieku na ziemiach polskich stało ponad 20 tysięcy wiatraków pracujących jako młyny. W niektórych krajach młyny
wiatrowe są jeszcze powszechnie używane. Karierę w niektórych regionach robią, napędzane wiatrem, pompy łopatkowe,
pompujące wodę ze studni, często bardzo głębokich. Tak dzieje się w Australii i RPA.
Siłę wiatru wykorzystuje się także w żegludze morskiej do poruszania żaglowców, do wypompowywania nadmiaru wód z
kanałów np. w Holandii. Dawni żeglarze, nieświadomi kierunków wiatrów przeważających na danym terenie, mogli swą
niewiedzą przypłacić życiem. Żeglarzom wypuszczającym się na dalekie oceany sprzyjają wiatry globalne, będące
wynikiem ogólnej cyrkulacji mas powietrza w atmosferze wiatr jest siłą napędową dla balonów i szybowców. Ogromne
znaczenie madla specyficznych dziedzin sportu np. bojerów, serfingu czy chociażbymiłośników latawców [7).
Zanim zelektryzowano wieś wiele wiatraków na Podkarpaciu służyło do mielenia zboża. Obecnie ta energia bywa
wykorzystywana do celów grzewczych. W zależności od inwencji i możliwości finansowych twórców, siłownie wiatrowe
dają właścicielom nawet do 40% ciepła potrzebnego doogrzewania domów. Wydajność tych siłowni zależy od ich
usytuowania w terenie [8). Doskonałe warunki naturalne wytwarzają się w przełęczachmiędzy pasmami górskimi, gdzie
tworzy się coś w rodzaju naturalnego tunelu, w którym wieją względnie stabilne i silne wiatry. Przy samej powierzchni
Ziemi wiatr jest wyhamowywany przez nierówności terenu i rośliny. Im wyżej tym prędkość wiatru jest większa. Takie
naturalne tunele doskonale nadają się do budowania elektrowni wiatrowych.
Przełęcz usytuowana pomiędzy wysokimi na około 3000 m grzbietami gór San Jacinto i San Gorgonio, tworzy tunel
wiatrowy (jeden z największych w Kalifornii), o szczytowej mocy wiejącego tam wiatru szacowanej na 3300 MW.
Zarejestrowano, że wiatry o prędkości ponad 56 km/h często wieją tam nieprzerwanie przez ponad 300 godzin. W
Stanach Zjednoczonych jest wiele podobnych miejsc, gdzie są instalowane elektrownie wiatrowe. Przykładem mogą być:
przełęcz Hltamont, około 50 km na wschód od San Francisko, czy przełęcz Tehachapi około 120 km na północny wschód
od Los Angeles.
W przełomie rzeki Columbia, rozdzielającej stany Oregon i Waszyngton, gdzie latem wieją stabilne wiatry od oceanii (a
zimą odwrotnie) pracuje około 5000 elektrowni wiatrowych [9).
Literatura
1.Praca zbiorowa „Źródła, technologie wykorzystania energii odnawialnej
w Polsce" Przegląd Komunalny 2000r., nr l, s. 87 - 88.
2. Gaszyński L. „O nowych źródłach energii konieczności i
bezpieczeństwo ich użytkowania" WSiP, Warszawa 1993r.
3. „Świat wiedzy" Energetyka; Energia jądrowa, energia słoneczna, energia wiatru i fal. s. 181 188, s. 217 - 220.
4. Lipiński M. Pozyskiwanie energii elektrycznej ze słońca. PAN IGSMiE, Kraków 1998r.
5. Backkris J., Nejat T., Smith D. Słońce i wodór-niewyczerpalne źródła
energii. Sposób ocalenia Ziemi. PL1, Warszawa 1993r.
6. Soliński I. Energetyczne i ekonomiczne aspekty wykorzystania energii wiatrowej. Wyd. PAN – IGSMiE.
7. Janiuk R., Skrok K. Inne źródła energii. Podręcznik Chemia, WSiP
1995r.
8. Skrzypczyk Z. „Ogrzewanie wiatrem" Aura l998r. nr 12, s.33.
9. Chmielewski J. „Pomyślne wiatry" - Młody Technik 1998r. nr 8, s. 16-20