Ekologia i energia odnawialna

Ekologia i energia odnawialna

Odnawialne źródła energii – źródła energii, których wykorzystywanie nie wiąże się z długotrwałym ich deficytem, ponieważ ich zasób odnawia się w krótkim czasie. Takimi źródłami są między innymi wiatr, promieniowanie słoneczne, opady, pływy morskie, fale morskie i geotermia. Przeciwieństwem ich są nieodnawialne źródła energii, czyli źródła, których zasoby odtwarzają się bardzo powoli bądź wcale: ropa naftowa, węgiel, gaz ziemny i uran.

Odnawialne źródła energii zaspokajały w 2014 roku 9,3% zapotrzebowania ludzkości na energię według BP], a według EIA – 11%, podczas gdy zgodnie z metodologią REN21, uwzględniającą dodatkowo ok. 9% użycia przez tradycyjne opalanie drewnem i innego typu biomasą, wskaźnik ten wyniósł 19%. Od początku XXI wieku światowe inwestycje w odnawialne źródła energii rosną w sposób wykładniczy. Jest to spowodowane z jednej strony spadkiem ich cen, a z drugiej strony dopłatami wprowadzanymi przez wiele państw. Inwestycje te są przedmiotem toczącej się debaty. Zwolennicy odnawialnych źródeł energii wskazują na problemy związane ze spalaniem paliw kopalnych, stanowiących źródło ponad 85% energii dla ludzkości: zanieczyszczenie środowiska, globalne ocieplenie i wyczerpywanie się zasobów. Ich przeciwnicy wskazują na wysokie koszty, niestabilność produkowanej energii, dodatkowe koszty ekologiczne i wątpliwy wpływ na zużycie paliw kopalnych.
W Polsce odnawialne źródła energii zaspokajają około 4,6% zapotrzebowania na energię. Głównymi źródłami są: biomasa (2,2%), wiatr (1,8%) oraz hydroenergetyka (0,6%).

Kolektor słoneczny – urządzenie do konwersji energii promieniowania słonecznego na ciepło. Energia słoneczna docierająca do kolektora zamieniana jest na energię cieplną nośnika ciepła, którym może być ciecz (glikol, woda) lub gaz (np. powietrze).

Kolektory można podzielić na:

  • płaskie:
    • cieczowe,
    • gazowe,
    • dwufazowe,
  • płaskie próżniowe,
  • próżniowo-rurowe (nazywane też próżniowymi, w których rolę izolacji spełniają próżniowe rury),
  • skupiające (prawie zawsze cieczowe),
  • specjalne (np. okno termiczne, izolacja transparentna).

Kolektor płaski składa się z:

  • przezroczystego pokrycia (najczęściej ze szkła strukturalnego)
  • absorbera (najczęściej blachy miedzianej pokrytej powłoką selektywną),
  • wymiennika ciepła (najczęściej rurki miedziane przylutowane do absorbera),
  • izolacji (przeważnie wełna mineralna).

Większość kolektorów płaskich może być stosowana ponad 25 lat. Podstawowym zastosowaniem tej technologii jest montowanie jej w budynkach mieszkalnych, w których zapotrzebowanie na ciepłą wodę ma duży wpływ na rachunki za energię. Technologia może być również wykorzystywana do ogrzewania pomieszczeń, szczególnie jeśli budynek znajduje się poza siecią lub jeśli występują przerwy w dostawach energii.

Kolektory słoneczne najpowszechniej wykorzystywane są do:

  • podgrzewania wody użytkowej,
  • podgrzewanie wody basenowej,
  • wspomagania centralnego ogrzewania,
  • chłodzenia budynków,
  • ciepła technologicznego.

Do celów tych służą cieczowe kolektory płaskie i próżniowe. Schemat prostej instalacji do podgrzewania ciepłej wody użytkowej zawiera:

  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. pompę,
  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).

Fotowoltaika (PV) – dziedzina nauki i techniki zajmująca się przetwarzaniem światła słonecznego na energię elektryczną czyli inaczej wytwarzanie prądu elektrycznego z promieniowania słonecznego przy wykorzystaniu zjawiska fotowoltaicznego.

Fotowoltaika znajduje obecnie zastosowanie, mimo stosunkowo wysokich kosztów, w porównaniu z tzw. źródłami konwencjonalnymi, z dwóch głównych powodów: ekologicznych (wszędzie tam, gdzie ekologia ma większe znaczenie niż ekonomia), oraz praktycznych (promieniowanie słoneczne jest praktycznie wszędzie dostępne).

Głównym surowcem do produkcji ogniw fotowoltaicznych jest wafel krzemowy, lecz nie amorficzny, ale krystaliczny. Pojedyncze ogniwo jest w stanie wygenerować prąd o mocy 1-6,97 W. W celu maksymalizacji uzyskiwanych efektów, ogniwa łączone są w moduły fotowoltaiczne (grupy ogniw w urządzeniu). Ogniwa są najczęściej produkowane w panelach o powierzchni 0,2 – 1,0 m². Ogniwa te, przede wszystkim, są stosowane w technice kosmicznej. Ich zaletami są bezobsługowość oraz duża żywotność, gwarantowana na 25 lat. Oprócz tego są stosowane jako źródło zasilania samodzielnych urządzeń np. boi sygnalizacyjnych, świateł drogowych itp. Zaczynają również docierać do budowli i budynków, zwłaszcza tych oddalonych od sieci energetycznych.

Ogniwa fotowoltaiczne wykorzystywane są również w elektronice użytkowej (kalkulatory, lampy ogrodowe, oświetlanie znaków drogowych), zasilaniu układów telemetrycznych w stacjach pomiarowo rozliczeniowych gazu ziemnego, ropy naftowej oraz energii elektrycznej, zasilanie automatyki przemysłowej i pomiarowej, a także produkcji energii w pierwszych elektrowniach słonecznych. Ogniwa tego typu wykorzystywane są również w użytku domowym. Mylone są one często z kolektorami słonecznymi, które odróżniają się tym, że przekształcają energię promieniowania słonecznego w ciepło.

Fotowoltaika przeżywa intensywny rozwój: Na koniec 2006 roku na całym świecie zainstalowano 1 581 MW paneli fotowoltaicznych a skumulowana moc wynosiła 6 890 MW. Pięć lat później w roku 2011 zainstalowane zostało aż 27 650 MW baterii słonecznych a moc skumulowana urosła do 67 350 MW. Liderem w mocy zainstalowanych paneli fotowoltaicznych są Niemcy (32 380 MW mocy paneli słonecznych). Dla porównania, potencjał polskich konwencjonalnych elektrowni to około 38 000 MW.

Fotowoltaika, jako dziedzina zajmująca się wytwarzaniem energii elektrycznej ze źródła odnawialnego, za jakie w czasowej mikroskali zwykliśmy uważać Słońce, obecnie bardzo dynamicznie się rozwija i należy przypuszczać, że w niedalekiej przyszłości będzie coraz powszechniej stosowana.

Energia wiatru – energia kinetyczna przemieszczających się mas powietrza, zaliczana do odnawialnych źródeł energii. Jest przekształcana w energię elektryczną za pomocą turbin wiatrowych, jak również wykorzystywana jako energia mechaniczna w wiatrakach i pompach wiatrowych, oraz jako źródło napędu w jachtach żaglowych. W 2014 roku energia wiatru dostarczyła ludzkości 706 TWh, czyli 3% światowego zapotrzebowania na energię elektryczną. Największy udział w krajowej produkcji energii elektrycznej miała w Danii (41,4%), Portugalii (22,6%), Hiszpanii (18,8%) i Irlandii (20,4%). W Polsce w 2014 roku energia wiatru dostarczyła 7,7 TWh, czyli 4,8% zapotrzebowania na energię elektryczną.

Produkcja energii elektrycznej

Najpowszechniej stosowanym urządzeniem do produkcji energii elektrycznej z energii wiatru jest turbina wiatrowa, stanowiąca główny element elektrowni wiatrowej. Turbina składa się z wirnika zamontowanego na wysokiej wieży i połączonego z generatorem prądu. Ponieważ wiatry wiejące przy powierzchni Ziemi mają zwykle niewielką prędkość, moc generowanego prądu można zwiększać zarówno zwiększając średnicę wirnika, jak i wysokość wieży. Ograniczeniem jest wytrzymałość materiałów, z których zbudowana jest turbina. Największe współcześnie budowane turbiny mają wirniki o średnicy 164 metrów zamontowane na wieży o wysokości 187 metrów i umożliwiają wytwarzanie 7 MW mocy.

Ponieważ siła wiatru jest zmienna, turbiny wiatrowe przez większość czasu nie pracują z pełną dostępną mocą. Stosunek wytwarzanej energii do teoretycznie możliwej do wytworzenia przez daną turbinę (współczynnik wydajności) wynosi zwykle 20–40%, a najwyższe wyniki uzyskują turbiny umieszczone w szczególnie dogodnych miejscach. Przykładowo 1 MW turbina o współczynniku wydajności 35% wytwarza w ciągu roku 1 × 0.35 × 24 × 365 = 3066 MWh, zamiast teoretycznie możliwych 1 × 24 × 365 = 8760 MWh.

Moc generowana przez turbiny może gwałtownie się zmieniać z godziny na godzinę w zależności od siły wiatru. Dodatkowo ulega zmianom dobowym i rocznym. Ponieważ odbiorcy energii elektrycznej nie chcą być uzależnieni od takich zmian, duże elektrownie wiatrowe muszą być wspomagane bądź przez klasyczne elektrownie, bądź przez systemy magazynowania energii takie jak elektrownia szczytowo-pompowa lub CAES. Wykorzystanie energii słonecznej równocześnie z wiatrową może częściowo niwelować ten problem. Wyże baryczne charakteryzują się czystym niebem i stosunkowo słabymi wiatrami przy powierzchni, natomiast niże baryczne są zwykle bardziej wietrzne i bardziej pochmurne. Podobnie na wielu obszarach najsilniejsze wiatry wieją w zimie, gdy energii słonecznej jest najmniej.

Energetyka wiatrowa

Od początku XXI wieku energetyka wiatrowa rozwija się w tempie 20–30% rocznie. Moc elektrowni wiatrowych wybudowanych do 2000 roku wynosiła 18 GW, a do 2014 wzrosła do 370 GW. W 2014 roku elektrownie wiatrowe dostarczyły ludzkości 706 TWh, czyli 3% światowego zapotrzebowania na energię elektryczną.
Produkcja energii elektrycznej z elektrowni wiatrowych w TWh rocznie w wybranych krajach.
W 2014 roku krajami produkującymi najwięcej energii z elektrowni wiatrowych były USA (184 TWh), Chiny (158 TWh), Niemcy (56 TWh) i Hiszpania (52 TWh). Krajami w których energetyka wiatrowa dostarczała największy procent energii elektrycznej były Dania (41,4%), Portugalia (22,6%), Irlandia (20,4%) i Hiszpania (18,8%).

Lampy hybrydowe

Latarnia hybrydowa zasilana jest z dwóch źródeł: generatora wiatrowego i modułów fotowoltaicznych. Wyposażona jest w akumulator stanowiący magazyn energii elektrycznej. Jako źródło światła zazwyczaj stosuje się diody LED. Zalety latarni hybrydowych to między innymi brak opłat za energię elektryczną, autonomia pracy lampy (nie jest wymagane przyłączenie do sieci energetycznej) oraz wysoka trwałość źródła światła sięgająca 20 lat.

Źródło:  Wikipedia

Przydatne linki

  • http://www.oze.pl/
  • http://odnawialnezrodlaenergii.pl/
  • http://www.cire.pl/

Ostatnia aktualizacja: 17 marca, 2016 - 14:39