Alternatywne źródła energii

AKADEMIA im. Jana Długosza w Częstochowie

STUDIA PODYPLOMOWE
NAUCZANIE BLOKOWE PRZEDMIOTU PRZYRODA W KLASACH IV-VI

Prowadzący zajęcia:
prof. dr hab. J. Świątek

Pracę wykonała:
mgr Małgorzata Adamczuk


Częstochowa 2007

Alternatywne źródła energii

Trudno w dzisiejszych czasach wyobrazić sobie życie bez użytkowania energii elektrycznej. Energia była, jest i będzie potrzebna ludziom w ich życiu. Jej postać, forma czy wykorzystanie może być różne, ale przede wszystkim potrzebujemy jej przy produkcji przemysłowej, transporcie, ogrzewaniu domów czy oświetleniu. Początkowo tej energii dostarczało nam środowisko w postaci zasobów naturalnych nieprzetworzonych paliw, jak np. drewna, węgla brunatnego, kamiennego, ropy naftowej czy gazu. Jednak ciągły wzrost zapotrzebowania na energię, kurczenie się zasobów kopalnianych oraz względy ekologiczne i ekonomiczne stawiają przed ludźmi nowe zadania i wyzwania w tej dziedzinie. Zwłaszcza w ostatnich latach dąży się do opracowania efektywnych metod pozyskiwania prądu ze źródeł odnawialnych takich jak: Słońce, woda, czy naturalne ciepło Ziemi. Atrakcyjność i zalety tych źródeł coraz bardziej utwierdzają się też w świadomości ich użytkowników.

Odnawialne źródło energii

Jest to źródło wykorzystujące w procesie przetwarzania energię słoneczną występującą w rozmaitych postaciach, w szczególności promieniowania słonecznego, energii wiatru, czy biomasy, a także energię kinetyczną płynącej wody i wewnętrzne ciepło Ziemi. Przy obecnym poziomie cywilizacji technicznej za odnawialne źródło energii można w pewnym sensie uznać także tę część odpadów komunalnych i przemysłowych, która nadaje się do energetycznego przetworzenia, zwłaszcza tworzywa sztuczne.

Zalety źródeł odnawialnych:
·minimalny wpływ na środowisko,
·oszczędność paliw (eliminacja zużycia węgla, ropy i gazu w produkcji energii elektrycznej),
·duże stale odnawiające się zasoby energii,
·stały koszt jednostkowy uzyskiwanej energii elektrycznej,
·możliwość pracy na sieć wydzieloną,
·rozproszone na całym obszarze kraju, co rozwiązuje problem transportu energii, gdyż mogą być pozyskiwane w dowolnym miejscu oraz eliminuje straty związane z dystrybucją i pozwoli uniknąć· budowy linii przesyłowych.
Rodzaje energii odnawialnej:
·energia wiatru,
·energia słońca,
·energia geotermalna,
·energia wody.

Energia geotermalna

Ogólnie jest to energia zgromadzona w gruntach, skałach i płynach wypełniających pory i szczeliny skalne. O energii geotermalnej mówi się przede wszystkim, gdy nośnikiem tej energii jest woda i para wodna. Energia ta biorąc pod uwagę okres istnienia cywilizacji ludzkiej, jest praktycznie niewyczerpalna w wyniku jej przenoszenia z wnętrza Ziemi przez przewodzenie i konwekcję. Energetyka geotermalna bazuje na gorących wodach cyrkulujących w przepuszczalnej warstwie skalnej skorupy ziemskiej poniżej 1000 m.
O atrakcyjności tych źródeł świadczą:
1.dostępność
2.źródła ich nie podlegają wahaniom warunków pogodowych i klimatycznych,
3.są to źródła nie ulegające wyczerpaniu,
4.obojętność
5.dla środowiska - geotermia nie powoduje wydzielania jakichkolwiek szkodliwych substancji,
6.urządzenia techniki geotermalnej nie zajmują wiele miejsca i nie wpływają prawie wcale na wygląd krajobrazu.
Wody geotermalne znajdują się pod powierzchnią prawie 80% terytorium Polski. Pomimo tak licznego występowania wód ich eksploatacja nie jest łatwa. Główną przeszkodą są zarówno warunki wydobycia jak i ekonomiczna strona tego typu przedsięwzięcia.
Jak dotąd na terenie Polski funkcjonują cztery geotermalne zakłady ciepłownicze:
1.Bańska Niżna (4,5 MJ/s, docelowo 70 MJ/s),
2.Pyrzyce (15 MJ/s, docelowo 50 MJ/s),
3.Mszczonów (7,3 MJ/s),
4.Uniejów (2,6 MJ/s).
Najbardziej popularnym sposobem wykorzystania energii geotermalnej oprócz produkcji energii elektrycznej jest budowa ciepłowni geotermalnych. Ponadto wykorzystuje się ją także w balneologii, ogrzewaniu budynków przy pomocy pomp ciepła, uprawach, przemyśle chemicznym, suszarnictwie, przetwórstwie, hodowli ryb, basenach kąpielowych, itp.
Na świecie ok. 40 krajów zużywa energii geotermalnej na potrzeby inne niż produkcja energii elektrycznej co daje sumaryczną wartość 11 400 MW. Największymi odbiorcami ciepła z energii geotermalnej są Japonia, Chiny, Węgry, b r. ZSRR, Islandia i USA. W Europie warto zwrócić uwagę na Islandię, aż 85% zapotrzebowania na ciepło pochodzi z energii geotermalnej i pokrywa aż 46% energii pierwotnej kraju.
Coraz popularniejsze stają się systemy ogrzewania domów w oparciu o energię geotermalną: pompy ciepła.

Wśród dostępnych na rynku urządzeń, które pozwoliłyby na zmniejszenie kosztów ogrzewania domów są pompy ciepła - urządzenia proekologiczne, nowoczesne i coraz bardziej przystępne inwestycyjnie.
Pompy ciepła są to urządzenia umożliwiające wykorzystanie ciepła niskotemperaturowego oraz odpadowego do ogrzewania, wentylacji i przygotowania ciepłej wody użytkowej. Zasada ich działania jest prosta i analogiczna do zasady działania lodówki. Pompa ciepła pobiera energię (ciepło) z powietrza lub ziemi z zewnątrz budynku, kumuluje je do odpowiedniej wysokości i przekazuje do wymiennika ciepła. Pozyskana energia może być przeznaczona na ogrzanie wody użytkowej lub budynku. Podstawową zaletą wyróżniającą pompy ciepła od innych systemów grzewczych jest to, że 75% energii potrzebnej do celów grzewczych czerpanych jest bezpłatnie z otoczenia, a pozostałe 25% stanowi prąd elektryczny. Powoduje to, że pompy ciepła, w obecnej chwili są najtańszymi w eksploatacji urządzeniami w porównaniu z innymi urządzenia i grzewczymi.
Energia geotermalna to naturalne ciepło Ziemi skumulowane w gruntach, skałach, wodach i parach wypełniających pory i szczeliny skalne. Występuje pod przykryciem nieprzepuszczalnych skał o niskiej przewodności cieplnej. Na powierzchnię wydobywa się dzięki przewodzeniu i konwekcji. Przypuszcza się, że energia ta jest wynikiem rozpadu pierwiastków promieniotwórczych w skorupie ziemskiej, któremu towarzyszy wydzielenie ciepła. Temperatura wnętrza Ziemi zmienia się wraz z głębokością i począwszy od jej powierzchni wzrasta o ok. 300C na każdym kilometrze. Na granicy skorupy i płaszcz ~100km Pod powierzchnią Ziemi, temperatura wynosi ~10000C. Najwięcej ciepła jest w jądrze Ziemi, gdzie temperatura sięga 40000C - 45000C.

Źródła energii geotermalnej
Pozyskujemy ją głównie poprzez wykorzystanie wód geotermalnych, które występują na głębokości od kilku do kilkunastu km pod powierzchnię Ziemi. Ich wydobycie jest ekonomicznie opłacalne do głębokości 3km. Temperatury dochodzą tam do 2000C, a woda występuje pod postacią gorącej pary. Źródła o temperaturze powyżej 1500C występują tylko w niektórych regionach naszego globu – środkowej części Azji, Afryka Wschodnie i Zachodnia, a w Europie – w łańcuchy alpejskim. W niektórych rejonach Ziemi, szczególnie na obszarach o zwiększonej aktywności sejsmicznej- np. Islandia – gorąca woda występuje na stosunkowo niewielkich głębokościach lub wypływa na powierzchnię w postaci gejzerów. Wody te są tam wykorzystywane bardzo intensywnie. Energia geotermalna w Islandii pokrywa 46% całkowitego zapotrzebowania na ciepło. Polska mimo, że leży poza obszarami wulkanicznymi, posiada bogate złoża energii geotermalnej. Ponad 80% powierzchni naszego kraju zajmują basenu geostrukturalne z licznymi zbiornikami wód geotermalnych. Największe zasoby wód podziemnych występują w basenach: szczecińsko-łódzkim, grudziądzko-warszawskim. Najbardziej obiecujący wydaje się być basen podhalański, gdzie wody mają małe zasolenie, temperatura 350C - 1200C i duże ciśnienie na wypływie. Jednak problemem przy ich pozyskiwaniu są utrudnienia techniczno-geologiczne.

Złoże wód geotermalnych dzieli się:

1.w zależności od temperatury:
- zimne – do 200C,
- ciepłe- niskotemperaturowe - 200C -200C,
- gorące – średniotemperaturowe - 350C - 800C,
- bardzo gorące – wysokotemperaturowe - 800C – 1000C,
- przegrzane – ponad 1000C.
2.w zależności od ciśnień, kształtów zbiornika i morfologii powierzchni:
- artezyjskie, z których woda poprzez otwór wiertniczy samoczynnie wypływa na powierzchnię lub ponad powierzchnię terenu,
- sub-artezyjskie, z których woda przez otwór wiertniczy podnosi się na duże wysokości, ale nie osiąga powierzchni terenu,
- grawitacyjne, z których wodę można tylko pompować z głębokości zbliżonych do głębokości złoża.
Sposób wykorzystania wód termalnych do różnych celów zależy od ich temperatury. Do produkcji energii elektrycznej wykorzystuje się wody w postaci pary o bardzo wysokiej temperaturze – powyżej 1500C. Wody o niższej temperaturze stosuje się do ogrzewania lub chłodzenia pomieszczeń, hodowli szklarniowej oraz w kąpieliskach i balneologii. Dość rzadkim zjawiskiem geotermalnym są tzw. gejzery, czyli wybuchająca z głębi Ziemi para wodna. Miejscem, gdzie po raz pierwszy odkryto gejzery jest Islandia, ich nazwa pochodzi od islandzkiego słowa „Gjosa” – co znaczy wytryskiwać, wylewać się. Proces powstawania gorących fontann opiera się na ogrzaniu wsiąkającej deszczówki i wód gruntowych przez skały magmowe, znajdujące się blisko powierzchni. Skumulowana wewnątrz woda jest przegrzana i przy niewielkich ruchach tektonicznych, znajduje ujście na powierzchnię. Wybuchy gejzerów sięgają nawet 20m. Gejzery występują tylko w kilku rejonach świata. Największe i najbardziej aktywne miejsce ich występowania to Park Narodowy Yellowstone w USA – w 9 nieckach występuje tam prawie 400 gejzerów (tyle, ile razem na pozostałych częściach kuli ziemskiej). Tam też znajduje się najwyższy gejzer Steamboat Geyser oraz Old Faithful Geyser. Ponadto skupiska gejzerów są w Islandii, Nowej Zelandii, na Kamczatce, w Japonii i Ameryce Środkowej i Południowej.

Alternatywne źródła energii

Alternatywne źródła energii - inne niż klasyczne źródła energii, jakimi są paliwa naturalne. Należą do nich: energia słoneczna, pływów, biomasy, wiatrowa energia odnawialna.

Energia słoneczna

Prace nad wykorzystaniem bezpośredniej przemiany energii słonecznej w elektryczną metodą fotowoltaiczną prowadzone są w Polsce od 1973 roku. Polega ona na powstawaniu siły elektromotorycznej w wyniku napromieniowania półprzewodnika przez promienie słoneczne. W celu wykorzystania tego zjawiska buduje się kolektory w postaci baterii słonecznych stanowiących zestaw ogniw fotowoltaicznych połączonych szeregowo, aby uzyskać odpowiednie napięcie i równolegle aby uzyskać niezbędną moc.
Oprócz kolektorów instalacje fotowoltaiczne zawierają konstrukcję wspierającą wraz z układem sterującym ruchem kolektorów, system regulacji i kontroli, urządzenie przekształcające prąd stały uzyskiwany z kolektorów w prąd zmienny i system magazynowania energii lub rezerwowe źródło energii.

Podstawowe cechy instalacji fotowoltaicznych są następujące:
żadne paliwo nie jest potrzebne, a zatem wszelkie problemy związane z transportem i magazynowaniem paliwa są wyeliminowane;
nie wymagają one intensywnego chłodzenia, zatem mogą być lokalizowane z dala od rzek;
ogniwa przekształcają także rozproszoną część promieniowania słonecznego padającego na Ziemię;
ich wydajność nie zmniejsza się wraz z upływem czasu;
żywotność wynosi 20-30 lat;
W Kalifornii na pustyni Mojave, 200 km na NE od Los Angeles, w latach 1984-1992 powstał kompleks 13 elektrowni heliotermicznych o różnej mocy. Również w Kalifornii w 1984 r. uruchomiono elektrownię Carissa Plain wytwarzającą energię elektryczną metodą helioelektryczną. Metoda ta polega na bezpośredniej przemianie energii promieniowania słonecznego w energię elektryczną za pomocą ogniw fotoelektrycznych. Ogniwa takie przemieniają w energię elektryczną nie tylko bezpośrednie promieniowanie Słońca, lecz także promieniowanie rozproszone, przy zachmurzeniu. Elektrownia helioelektryczna o mocy 300 kW pracuje także od 1983 r. na niemieckiej wyspie Pellworm leżącej na Morzu Północnym. Aktualnie w Europie największa elektrownia słoneczna pracuje we Włoszech, wytwarzając prąd o mocy 3,3 MW. Elektrownie słoneczne odznaczają się wysokimi kosztami eksploatacyjnymi, co powoduje, że większe nadzieje wiąże się z wykorzystaniem energii słonecznej w małych instalacjach, do produkcji ciepłej wody. Kolektory słoneczne umieszczone na dachu domu umożliwiają ogrzanie wody do 40°C, co przy ogrzewaniu podłogowym wystarcza do ogrzania całego domu. Pierwszy tego typu dom w Europie powstał niedawno w szwajcarskiej miejscowości – Oberburen. Większe kolektory słoneczne, instalowane m.in. w Stanach Zjednoczonych, podgrzewające wodę do temperatury 65°C. Wykorzystywane są w rolnictwie, do ogrzewania basenów kąpielowych oraz do wytwarzania ciepłej wody tam, gdzie nie ma systemów ciepłowniczych. W Szwajcarii opracowano również nowy sposób spożytkowania energii słonecznej. Na szosie w pobliżu Interlaken oddano do użytku instalację, która “zbiera” latem ciepło z rozgrzanej promieniowaniem słonecznym szosy, natomiast zimą oddaje je i podgrzewa jezdnię, przeciwdziałając jej oblodzeniu. Zasada działania instalacji jest następująca: pod jezdnią umieszczono wielką wężownicę, przez którą przepływa mieszanina wody i glikolu. Podgrzana ciecz kierowana jest do wnętrza góry, gdzie następuje oddawanie ciepła skałom za pośrednictwem 91 sond wykonanych z polietylenu. Latem, gdy temperatura asfaltu często przekracza 60°C, skały wewnątrz góry podgrzewają się do ok. 20°C. Cała góra może akumulować 200 tys. kWh energii cieplnej, którą zimą stopniowo się. Inną metodą spożytkowania energii słonecznej jest wykorzystanie fotosyntezy, tj. asymilacji przez rośliny dwutlenku węgla z powietrza, podczas której tworzy się energia biomasy. Najprostszym i powszechnie stosowanym sposobem uzyskania energii z biomasy jest jej spalanie. Dotyczy to takich surowców jak słoma, drewno opałowe i drewno odpadowe. Wysuszona 1 tona biomasy ma wartość opałową 0,7 tony węgla kamiennego. Jest to surowiec przyjazny dla środowiska, ponieważ ma małą zawartość siarki oraz zamknięty cykl obiegu. Dwutlenek węgla wydzielany przy spalaniu biomasy jest absorbowany w czasie wegetacji roślin w tej samej ilości. W 1997 r. w gminie Grabowiec na Zamojszczyźnie przekazano do użytku dużą kotłownię opalaną słomą. Biomasa zawierająca dużą ilość wilgoci (nie wysuszona) nie nadaje się do spalania, może natomiast być zużytkowana w procesie fermentacji beztlenowej (metanowej), celem uzyskania produktu zwanego biogazem. Przykładem może być zautomatyzowana i skomputeryzowana instalacja biogazu pracująca na wysypisku śmieci w Toruniu. Instalacja ta produkuje 550 kW energii elektrycznej oraz 800 kW energii cieplnej na godzinę, wykorzystywanej do ogrzewania mieszkań. Wyprodukowana w ciągu roku energia odpowiada energii uzyskanej ze spalenia 2,6 tys. ton węgla. Innym sposobem uzyskania energii z biomasy jest jej kompostowanie i ujęcie wydzielanego ciepła. W Szwecji opracowano program produkcji biomasy roślinnej, tworząc specjalne plantacje energetyczne. Obecnie uzyskuje się tam 50-70 m3 masy drewna wierzbowego wyhodowanego na powierzchni 1 ha w ciągu roku. Do tego należy dodać 4-7 ton biomasy wytworzonej z liści i korzeni tych drzew. Zwrot kosztów założenia plantacji następuje po pięciu latach.

Energia wodna

Pobieranie tej energii jest bardzo korzystne zarówno ze względu na ekologiczny, jak i ekonomiczny charakter, bowiem dostarcza ona ekologicznie czystej energii i reguluje stosunki wodne zwiększając retencję wód powierzchniowych, co polepsza warunki uprawy roślin oraz warunki zaopatrzenia ludności i przemysłu w wodę. Działanie elektrowni wodnych jest dość proste. Woda z rzek spływa z wyżej położonych terenów takich jak np. góry, czy wyżyny do zbiorników wodnych (mórz lub jezior) położonych np. na nizinach. Przepływ wody w rzece spowodowany jest różnicą energii potencjalnej wód rzeki w górnym i dolnym biegu. Energia potencjalna zamienia się w energię kinetyczną płynącej wody. Fakt ten wykorzystuje się właśnie w elektrowni wodnej przepuszczając przez turbiny wodne płynącą rzeką wodę. Energia elektryczna produkowana w elektrowniach wodnych zazwyczaj wprowadzana jest do krajowego systemu przesyłu energii.

Energia morza

Aktualnie wykorzystuje się energię pływów morskich, fal morskich oraz energię cieplną mórz. Przewiduje się wykorzystanie energii prądów morskich. Największa na świecie elektrownia pływowa, uruchomiona w 1967 r., pracuje we Francji przy ujściu rzeki La Rance do Kanału La Manche. Ma ona 24 turbiny wodne o mocy po 10 MW, a więc jej moc wynosi 240 MW. Elektrownie wykorzystujące pływy morskie pracują także w Kanadzie, Chinach i Rosji. Projektowane są w Wielkiej Brytanii, Korei Południowej i w Indiach. Elektrownie wykorzystujące energię fal morskich, napędzających turbiny wodne, pracują np. na norweskiej wyspie Toftestallen, dając moc 350 kW, oraz na wyspie Islay u wybrzeży Szwecji. Energię uzyskuje się też przez wykorzystanie różnicy temperatury wody oceanicznej na powierzchni i w głębi oceanu. Najlepsze warunki do tego celu istnieją na oceanicznych obszarach równikowych, gdzie temperatura wody na powierzchni wynosi ok. 30°C, a na głębokości 300-500 m - ok. 7°C. Wykorzystanie tej różnicy temperatury odbywa się przy zastosowaniu amoniaku, freonu lub propanu, który paruje w temperaturze wody powierzchniowej i jest skraplany za pomocą wody czerpanej z głębokości 300-500 m. Cała instalacja, wraz z generatorem, znajduje się na pływającej platformie i nosi nazwę elektrowni maretermicznej. Energia elektryczna jest przesyłana na ląd kablem podmorskim. Prąd wytwarzany w takich elektrowniach wykorzystywany jest na wyspie Bali w Indonezji (5 MW), w Japonii (10 MW), na Tahiti (5 MW) i na Hawajach (40 MW).

Energia wiatru

Energia wiatru jest dziś powszechnie wykorzystywana - w gospodarstwach domowych, jak i na szerszą skalę w elektrowniach wiatrowych. Stosowanie tego typu rozwiązań nie jest bardzo kosztowne, ze względu na niezbyt skomplikowaną budowę urządzeń jak i tanią eksploatację. Najważniejszym czynnikiem jest duża prędkość wiatru, gdyż zwiększenie średnicy łopatek jest ograniczone względami konstrukcyjnymi do 100m. Nie mniej ważna niż prędkość wiatru jest jego stałość występowania w danym miejscu, gdyż od niej zależy ilość wyprodukowanej przez silnik wiatrowy energii elektrycznej w ciągu roku - a to decyduje o opłacalności całej inwestycji. Z tego względu elektrownie wiatrowe są budowane w miejscach ciągłego występowania wiatrów o odpowiednio dużej prędkości, zwykle większej niż 6m/s. Są to zazwyczaj rejony nadmorskie i podgórskie. Roczny czas wykorzystania mocy zainstalowanej elektrowni wiatrowej wynosi 1000-2000h/a i rzadko kiedy przekracza 2500h/a. Wady elektrowni wiatrowych, to zapotrzebowanie na wielkie powierzchnie, hałas, zeszpecenie krajobrazu i ujemny wpływ na ptactwo; odległość od domów mieszkalnych przy mocy wiatrowych zespołów prądotwórczych 300kW, powinna być większa niż 300m. Od czasu kryzysu energetycznego (1973 r.) powstało na świecie tysiące instalacji wykorzystujących wiatr do produkcji energii elektrycznej. O opłacalności tych instalacji decyduje duża prędkość wiatru i stałość jego występowania w danym miejscu. Dlatego elektrownie wiatrowe są zazwyczaj budowane na terenach nadmorskich i podgórskich. W Europie - Dania, Niemcy, Szwecja i Wielka Brytania - znajdują się w czołówce państw wykorzystujących wiatr do produkcji energii elektrycznej. Dania eksploatuje już ponad 5 tys. wiatraków, które w 1997 r. zaspokajały 6,5% zapotrzebowania na prąd. Na wybrzeżach Danii ma powstać dalsze pięć kompleksów elektrowni wiatrowych liczących 500 wiatraków. W ten sposób zrealizowana zostanie uchwała rządu zakładająca, że do roku 2008 energia wiatru pokryje 15% zapotrzebowania energetycznego kraju. W Niemczech, w landzie Szlezwik-Holsztyn wiatraki są od dawna elementem krajobrazu. Do końca 1996 r. 1000 zespolonych elektrowni wiatrowych dostarczyło 6% zapotrzebowania energetycznego w tym rejonie. W Szwecji k. Malmo pracuje elektrownia wiatrowa o mocy 3. Największą w Europie elektrownię wiatrową uruchomiono w 1996 r. w Walii, w pobliżu Carno. Elektrownia ta wyposażona jest w 56 turbin wytwarzających prąd o mocy ponad 30MW.

Energia zawsze była i będzie potrzebna ludziom. Pojawia się w naszym życiu, w najróżniejszych formach. Potrzebujemy jej przy produkcji przemysłowej, transporcie, ciepłownictwie, do oświetlania domów i do korzystania z lodówki, itd. Energię można otrzymywać z wielu źródeł, np. z dość tradycyjnych, takich jak: drewno, ropa, węgiel, czy gaz ziemny. Otrzymuje się z nich energię podczas procesu spalania co powoduje np. wydzielanie do atmosfery substancji szkodliwych będących pozostałościami po procesie spalania. Dawniej pozyskiwano energię z wiatru i wody we młynach, co było sposobem bardzo ekologicznym… jak widać historia lubi się powtarzać i znowu wracamy do podobnych sposobów pozyskiwania energii, lecz w wydaniu bardziej wydajnym i uniwersalnym. Kryzys energetyczny spowodował wzrost ceny otrzymania energii z tradycyjnych źródeł, zaczęto interesować się niekonwencjonalnymi źródłami. Niekonwencjonalne źródła energii można podzielić na:
odnawialne – energia słoneczna, energia wiatru, pływów morskich, fal morskich i energia cieplna oceanów (meratermizna),
nieodnawialne – wodór, energia magneto-hydro-dynamiczna, ogniwa paliwowe, energia pozyskiwana z biogazów,
wewnętrzna (geotermiczna) - można zaliczyć do jednej jak i drugiej grupy, gejzery są źródłem nieodnawialnym, energia gorących skał zaś jest energią odnawialną.

Rodzaje ograniczeń w stosowaniu niekonwencjonalnych źródeł energii:
technologiczne – ze względu na postać ich występowania i możliwości praktycznego wykorzystania,
ekonomiczne – związane z dużymi kosztami ich stosowania,
polityczne lub prawne – związane z możliwościami dywersji w przypadku elektrowni jądrowych,
społeczne – społeczna akceptacja to najważniejszy problem energetyki jądrowej. Wiążą się z nim dodatkowe koszty i przedłużająca się budowa elektrowni, co tym samym jeszcze bardziej je zwiększa. W krajach takich jak Francja, gdzie energetyka jądrowa jest powszechnie akceptowana, elektrownie jądrowe budowane są szybko, co sprawia, że wygrywają bez trudu konkurencję z elektrowniami innych typów.
Aby dobrze przedstawić alternatywne źródła energii należy przedstawić konwencjonalne i ich wpływ na środowisko naturalne oraz ludzi.

Elektrownie i elektrociepłownie, energia elektryczna i cieplna

Elektrownia, ogólnie mówiąc to zakład przemysłowy lub zespół urządzeń wytwarzający energię elektryczną z różnych form energii pierwotnej. Elektrownia oddająca na zewnątrz, na potrzeby odbiorców duże ilości ciepłą nosi nazwę elektrociepłowni. Ze względu na postać energii pierwotnej elektrownie dzieli się ogólnie na: elektrociepłownie cieplne klasyczne i elektrociepłownie cieplne jądrowe tzw. jądrowe oraz wodne (w tym szczytowo-pompowe). 60% światowej energii elektrycznej dostarczają klasyczne elektrownie cieplne, 20% elektrownie jądrowe, zaś 16% elektrownie wodne. To, że energia elektryczna jest najcenniejszą postacią energii finalnej, że jest ekologicznie czysta, że łatwo ją przesyłać i przetwarzać w różne postacie energii użytkowej rozumie cały świat. Nic więc dziwnego, że zapotrzebowanie na nią wszędzie rośnie. W krajach rozwiniętych udział energii elektrycznej w energii finalnej wzrasta coraz szybciej. Wzrost produkcji energii elektrycznej w latach 1980-1990 wynosił średnio rocznie we Francji 5.0%, w Szwecji 4.3%, w Japonii 4.0%, w Norwegii 3.8%, w USA 2.8%, w Niemczech 1.6%, w Wielkiej Brytanii 1.1%. Średnio na świecie – 3.65%, przy czym średni roczny wzrost w latach 1980-1984 zwiększył się, w latach 1985-1990 do 3.9%. Z przytoczonych danych wynika, że nawet przy ustabilizowanym wzroście zapotrzebowania na energię elektryczną na poziomie 3.5% rocznie, wszystkie kraje świata w 2010 r. będą zużywały o 70% więcej energii elektrycznej niż obecnie. Tak więc energia elektryczna i co za tym idzie elektrownie elektryczne są najbardziej pożądane.

Oddziaływanie na środowisko

Elektrownie i elektrociepłownie mają znaczący wpływ na powietrze atmosferyczne, glebę i wody, a za ich pośrednictwem na rośliny, zwierzęta, ludzi, konstrukcje metalowe (korozja). Na środowisko naturalne oddziałują przede wszystkim:
produkty spalania paliw – pochodzące z obiegu paliwowego elektrowni. Należą do nich: spaliny zawierające popiół lotny (pył), dwutlenek siarki, tlenek azotu, tlenek i dwutlenek węgla, żużel spod kotłów, odpady i ścieki z instalacji odsiarczania spalin (pylenie występuje również w procesach transportu, składowania i rozładunku paliw),
hałas – towarzyszący przy rozładowaniu, kruszeniu węgla, wytarzany przez wentylatory, sprężarki,
ścieki przemysłowe – wytwarzane są przy uzdatnianiu wody do obiegu parowego i do obiegu chłodzącego oraz z instalacji odsiarczania spalin, a także podgrzewanie wody w rze4kach (jeziorach) w przypadku otwartego obiegu chłodzenia turbin. Chłodzenie w obiegu zamkniętym – wentylatorowe – jest źródłem hałasu,
obieg elektryczny – poprzez hałas transformatorów i silników oraz oddziaływanie pól elektromagnetycznych ma także niekorzystny wpływ na środowisko naturalne.
Do atmosfery dostają się zanieczyszczenia pochodzące z licznych zakładów przemysłowych (w tym elektrowni kondensacyjnych, elektrociepłowni, kotłowni), ze zmotoryzowanego transportu oraz innych źródeł będących następstwem działalności ludzkiej. Wszystkie te zanieczyszczenia nazywa się antropogennymi w odróżnieniu od zanieczyszczeń wydzielających się ze źródeł naturalnych. Źródłami naturalnymi są: wulkany, pustynie, pożary lasów i stepów, powierzchnie mórz i oceanów (kryształki soli morskich), erozja gleb i skał, przemiany fizyczno-chemiczne (cząsteczki utworzone z zanieczyszczeń gazowych powstałych w wyniku rozkładu substancji organicznych).

Aby zapobiec znacznemu zagrożeniu środowiska ze strony energetyki, spowodowanemu wydzieleniem dużych ilości zanieczyszczeń gazowych (SO2, NOx) oraz pyłowych, są stosowane następujące środki działania:
wzbogacanie paliw,
odpylacze o dużej skuteczności,
wysokie kominy i koncentracja spalin (w jednym kominie) w celu zwiększenia wyniesienia smugi dymu,
instalacje do odsiarczania spalin,
ograniczanie powstawania tlenków azotu oraz ich emisji,
sieci kontrolno-alarmowe,
spalanie paliwa interwencyjnego (w okresie niekorzystnych warunków meteorologicznych),
utylizacja odpadów,
nowe technologie energetyczne jak, np. energetyka jądrowa, kotły fluidalne, zagazowanie węgla,

Skutki zanieczyszczenia powietrza atmosferycznego są wielorakie: choroby ludzi i zwierząt, niszczenie konstrukcji budowlanych, korozję metali, straty światła słonecznego wynikające stąd zwiększenie zużycia energii elektrycznej na oświetlenie, straty transportu lotniczego i samochodowego w wyniku pogorszonej widoczności. Wpływ elektrowni na wody powierzchniowe przejawia się zarówno w znaczeniu ilościowym jak i jakościowym. W elektrowni woda jest wykorzystywana w procesach produkcji energii elektrycznej do wytwarzania pary (obieg parowo-wodny) oraz do ochładzania pary (obieg chłodzący skraplacze). Obieg parowo-wodny wymaga uzupełnienia wodą o wysokiej jakości, natomiast obieg chłodzący potrzebuje dużej ilości wody. Woda chłodząca skraplacze odprowadza do otoczenia znaczne ilości ciepła. Ochładzanie wody podgrzanej powoduje powstawanie strat bezzwrotnych wody, wpływając na bilans wody w przyrodzie, oraz oddziałuje na środowisko, wprowadzając zmiany w ekosystemach wód powierzchniowych. Użytkowanie wody przez elektrownie wpływa na organizmy żywe w sposób pośredni w wyniku odprowadzania ciepła do wód powierzchniowych. Organizmy żywe przepływające przez urządzenia i przewody obiegu chłodzącego są narażone na uszkodzenia mechaniczne, szok termiczny i działanie chemiczne. Zanieczyszczenie atmosfery i tlenu wpływa pośrednio na rozwój lasy. Naruszona bowiem zostaje równowaga chemiczna i zmieniony odczyn pH w środowisku glebowym. Działanie bezpośrednie jak oparzenia tkanki roślinnej oraz ograniczenie intensywności fotosyntezy wskutek dużego zapylenia powierzchni liści, nie występuje, jeżeli są stosowane elektrostatyczne odpylacze spalin (elektrofiltry) i wysokie kominy. W sposób pośredni na lasy oddziałuje dwutlenek siarki oraz tlenki azotu. Polska leży na węglu, to nasze „czarne złoto”, jednak koszt jego wydobycia rośnie. Musimy eksploatować coraz głębsze pokłady ze wszystkimi tego konsekwencjami dla życia ludzkiego oraz środowiska naturalnego. Spalaniu węgla towarzyszy emisja pyłów i szkodliwych gazów. W przypadku braku urządzeń oczyszczających, spalenie 1mln ton węgla kamiennego średniej jakości powoduje emisję ok. 20 000t pyłów, 35 000t SO2, 6000t NOx, a także 2 mln ton CO2, którego nie potrafimy się pozbyć. Poza tym na wysypiska trafia ok. 300 000t popiołów. W Polsce w 1994 r. spaliliśmy 108 mln ton węgla kamiennego, w tym 32 ml ton w piecach domowych oraz lokalnych kotłowniach, ponadto 66 mln ton węgla brunatnego, który jest źródłem kilkakrotnie większej ilości popiołów niż węgiel kamienny. O ile pyły usuwano w 97%, to całkowita redukcja szkodliwych gazów wynosiła tylko 25%, a w przypadku przemysłu paliwowo-energetycznego nie przekraczała 3%. Największym zagrożeniem środowiska jest emisja dwutlenku siarki i tlenków azotu powodująca kwaśne deszcze, które niszczą życie w akwenach, dewastują olbrzymie obszary lasów i powodują korozję konstrukcji metalowych i niszczenie budynków. Roczne straty z tego powodu w Europie sięgają wielu miliardów dolarów. Nie do oszacowania są ogromne straty spuścizny kulturalnej – zniszczone pomniki, rzeźby i budowle, w szczególności z piaskowca oraz marmuru. A jak wycenić straty na zdrowiu?... Z powodu negatywnego wpływu na środowisko naturalne tradycyjnych elektrowni cieplnych bada się i wprowadza nowe techniki pozyskiwania energii elektrycznej tj. wykorzystanie energii słonecznej i pochodnych (wiatru, biomasy), fal i pływów (przypływów i odpływów) wodnych, geotermicznej, energii magnetohydrodynamicznej (MHD), czy ogniw paliwowych. Badanie prowadzone są także w celu poprawy efektywności dotychczasowych, konwencjonalnych źródeł energii.

Elektrownie jądrowe

W elektrowni jądrowej następuje w procesie rozszczepiania jąder atomów uranu, plutonu lub toru wyzwolenie energii cieplnej, którą wykorzystuje się do wytworzenia pary wodnej. Energia cieplna tej pary zostaje przemieniona w energię mechaniczną w procesie rozprężenia pary zachodzącego w turbinie, a dalej następuje przemiana energii kinetycznej w energię elektryczną w napędzanym przez łopatki turbiny generatorze prądu. Reakcja rozszczepienia jądra uranu, plutonu lub toru następuje wówczas gdy po zderzeniu neutronu z jądrem pierwiastka następuje pochłonięcie neutronu. W wyniku rozszczepienia jądra pierwiastka ciężkiego (jakim jest uran, pluton i tor) powstają dwa jądra pierwiastków lżejszych, wydzielając w skutek ubytku masy energię cieplną i wyzwalając od 0 do 8 neutronów. Wykorzystanie tej energii cieplnej jest celem eksploatacji reaktorów energetycznych. Część pozostałej energii wydziela się w postaci promieniowania gama, dalsza jej część wydziela się z opóźnieniem jako promieniowanie beta i gama produktów rozszczepienia. Obieg technologiczny elektrowni jądrowej dzieli się na:
obieg pierwotny – obejmuje rozszczepianie atomów, wytwarzanie energii cieplnej w reaktorze jądrowym i przekazanie jej w wymienniku do obiegu wtórnego,
obieg wtórny – obejmuje wszystkie dalsze ogniwa procesu technologicznego wytwarzania energii elektrycznej.
Podstawowym źródłem w elektrowniach jądrowych: amerykańskiej w Three Island w 1979 r. i radzieckiej w Czarnobylu w 1986 r. wywołały wiele kontrowersji. Koncern ABB zaprojektowały elektrownię jądrową z reaktorem PIUS a koncern Westinghouse nazwał bezpieczny reaktor jądrowy kryptonimem AP-600. Oba reaktory charakteryzują się tym, że bezpieczeństwo ich pracy osiągnięto przez odwrócenie dotychczasowych zasad projektowania: zamiast powiększenia liczby urządzeń i stosowania wyrafinowanych układów bezpieczeństwa zastosowano tzw. pasywny (bierny system bezpieczeństwa). Polega on na tym, że reaktor jest bezpiecznie odstawiany przy jakimkolwiek zaburzeniu w jego pracy – bez urządzeń pomocniczych, a jedynie przez działanie sił grawitacji (np. naturalne chłodzenie powietrzne). Rozwiązania techniczne zastosowane przy projektowaniu elektrowni jądrowych z reaktorami PIUS i AP-600 wydają się tworzyć nową erę całkowicie bezpiecznej energetyki jądrowej. Obiegi wtórne w elektrowni jądrowej to obieg parowy, wodny i elektryczny, które są w zasadzie identyczne jak w elektrowni konwencjonalnej. Dodatkowe wymagania co do elementów tych obiegów dotyczą zwiększonej niezawodności działania, wynikającej z specyfiki elektrowni jądrowej.

Wpływ elektrowni na środowisko

Elektrownia jądrowa podczas eksploatacji wywiera wpływ na środowisko poprzez:
wydzielenie produktów promieniotwórczych do atmosfery,
wydzielenie produktów promieniotwórczych do wód zrzutowych,
wydzielenie ciepła odpadowego do wody chłodzącej.
Kopalnie uranu i zakłady wzbogacania uranu są źródłem zanieczyszczeń środowiska substancjami radioaktywnymi. Radioaktywne są odpady z tych zakładów – hałdy ich powinny być pokrywane asfaltem lub chlorkiem poliwinylu. Podczas produkcji paliwa jądrowego również powstają odpady radioaktywne – ciekłe i w postaci aerozolu. Pierwszą barierę ochronną przed promieniotwórczymi produktami rozszczepiania są koszulki, w których umieszczane są tzw. pastylki paliwowe. Ich zadaniem jest odprowadzanie ciepła wytworzonego w paliwie do wody chłodzącej i uniemożliwienie przedostania się produktów rozszczepienia na zewnątrz. Wypalone paliwo jądrowe wskutek swej promieniotwórczości niebezpieczne dla człowieka. Z tego względu musi być ono trwale usunięte do przestrzeni, gdzie jego promieniowanie jest niegroźne, bądź długo przechowywane w sposób bezpieczny, bądź wreszcie przerobione na produkty bezpieczne dla otoczenia. Pierwszy sposób to gromadzenie wypalonego paliwa w głębokich, wyeksploatowanych kopalniach soli, np. w Niemczech lub pod dnem mórz, np. Szwecja. Drugi sposób polega na przechowywaniu wypalonego paliwa w zbiornikach wodnych lub w zbiornikach betonowych, chłodzonych powietrzem. Przerób wypalonego paliwa jądrowego ma na celu usunięcie produktów rozszczepienia i odzyskanie nie wypalonego uranu i plutonu, pozostałego w paliwie. Wypalone paliwo jest przerabiane w specjalnych zakładach przetwórczych, do których paliwo jest transportowane po jego wstępnym wystudzeniu na terenie elektrowni. Przerób wypalonego paliwa jądrowego w celu uzyskania uranu i plutonu jest procesem radioaktywnym. Głównym źródłem radioaktywności są produkty korozji pojemników, w których przechowuje się wypalone paliwo jądrowe przed jego przerobieniem. Potencjalnym źródłem skażenia środowiska może być transport materiałów promieniotwórczych, takich jak: wypalone elementy paliwowe i zestalone odpady wysoko aktywne. Transport koncentratów uranu i wypalonego paliwa jądrowego jest obwarowany szczegółowymi przepisami, mającymi na celu wyeliminowanie niebezpieczeństw ich promieniowania podczas drogi. Wypalone paliwo jądrowe – dużo bardziej niebezpieczne niż koncentraty uranu – musi być przewożone w pojemnikach stalowych, które zapewniają eliminację promieniowania na zewnątrz pojemników i ich szczelność nawet przy bardzo ciężkich wypadkach drogowych i pożarze. Transport pojemników następuje koleją lub samochodami. Działanie na rzecz ochrony środowiska wokół elektrowni jądrowej mają na celu zapobieżenie przedostaniu się na zewnątrz elektrowni jądrowej izotopów promieniotwórczych zarówno podczas normalnej eksploatacji, jak i podczas potencjalnej awarii. Nuklidy (tj. atomy określonego rodzaju scharakteryzowane przez skład jądra) promieniotwórcze powstają w licznych procesach wewnątrz reaktora jądrowego. Powstają one w wyniku wzajemnego oddziaływania neutronów z materiałami reaktora. Większość powstałych nuklidów promieniotwórczych powstaje wewnątrz paliwa i w materiale reaktora. Większa część tych nuklidów promieniotwórczych ulega rozpadowi promieniotwórczemu albo pozostaje wewnątrz reaktora. Jedynie znikoma ich ilość dostaje się do atmosfery w postaci gazów i do zbiorników wodnych w postaci odpadów ciekłych. Natomiast nuklidy w postaci odpadów stałych są składowane w specjalnie do tego przygotowanych pomieszczeniach. Poszczególne nuklidy promieniotwórcze różnią się okresem półrozpadu, a także ilościami, które po wchłonięciu przez oddychanie lub przez przewód pokarmowy mogą być odłożone w różnych narządach ciała oraz szybkością wydalania z organizmu. W celu uwzględnienia rodzaju promieniowania i jego skutków biologicznych wprowadzono pojęcie równoważnika dawki. Operowanie równoważnikiem dawki pozwala dodawać dawki napromieniowania wywołane przez różne rodzaje promieniotwórczości, sprowadzając je do wspólnego mianownika pod względem skutków biologicznych. Równoważnik dawki jest więc dawką pochłoniętą z uwzględnieniem potencjalnej możliwości spowodowaną uszkodzeń tkanki ciała przez różne rodzaje promieniowania. Należy pamiętać, że aktywność odpadów z energetyki jądrowej maleje stukrotnie w ciągu 600 lat, podczas gdy naturalne pierwiastki promieniotwórcze mają czas połowicznego rozpadu rzędu miliardów lat. Można powiedzieć, że w skali tysięcy lat energetyka jądrowa, zużywając uraz, a w przyszłości również tor, będzie obniżać, a nie zwiększać zagrożenie ludzkości promieniowaniem jonizującym. Warto w tym miejscu jeszcze raz przypomnieć, że w popiołach usuwanych rocznie na wysypiska z elektrowni węglowej o mocy 1000 MW(e) znajduje się średnio ponad 3 tony uranu oraz ok. 7 ton toru i substancje te nie są w żaden sposób zabezpieczone. Poza tym człowiek jest poddawany promieniowaniu kosmicznemu i ziemskiemu, a także promieniowaniu zawartych w jego ciele pierwiastków promieniotwórczych. Wybór lokalizacji elektrowni jądrowej następuje na podstawie raportu bezpieczeństwa lokalizacji, zawierającego charakterystykę terenu lokalizacji pod względem demograficznym, meteorologicznym, geologiczno-inżynierskim, hydrogeologicznym, komunikacyjnym, hydrotechnicznym, sejsmologicznym itp. oraz dane o napromieniowaniu ludności w otoczeniu elektrowni spowodowane eksploatacyjnym odprowadzaniem materiałów promieniotwórczych z elektrowni.

Rodzaje awarii mogących wystąpić w elektrowni jądrowej

Są one dzielone na trzy kategorie:
awarie przeciętne – prowadzące, co najwyżej do wyłączenia reaktora, po usunięciu awarii reaktor wznawia pracę,
awarie rzadkie – nie powodujące jednak utraty szczelności obiegu pierwotnego lub odbudowy bezpieczeństwa i nie stanowiące zagrożenia na obszarze leżącym poza strefą ochronną,
maksymalna awaria projektowa – przy której może wystąpić wydzielenie maksymalnej określonej w raporcie bezpieczeństwa ilości produktów rozszczepienia, ale możliwe być musi wyłączenie i wychłodzenie reaktora.
Strefę ochronną tworzy się wokół każdego obiektu jądrowego w celu zmniejszenia zagrożenia radiologicznego. W przypadku elektrowni jądrowej wyposażonej, w co najmniej jeden reaktor o mocy cieplnej powyżej 1500 MJ/s obszar strefy ochronnej ustala się na dwie pod strefy o różnym stopniu ograniczeń dotyczących sposobu zagospodarowania, np. granice pod strefy pierwszej ustala się w odległości nie mniejszej niż 2km od budynku reaktora, zaś granice pod strefy drugiej ustala się w odległości dwukrotnie większej niż granice pod strefy pierwszej. Na obszarze i pod strefach elektrowni jądrowej zabronione jest przebywanie ludzi (pobyt stały lub czasowy) lokalizacja, budowa oraz użytkowanie stałych i tymczasowych budynków niezwiązanych z działalnością jądrowego, a także prowadzenie produkcji rolnej lub leśnej przeznaczonej dla ludzi. Na obszarze drugim pod strefy elektrowni jądrowej jest zabronione przeznaczanie nowych terenów por zabudowę mieszkaniową oraz lokalizacja innych inwestycji, przekraczających potrzeby ludności zamieszkującej na tym obszarze. Ochrona przed promieniowaniem polega na minimalizacji czasu napromieniowania, stosowaniu odpowiednich osłon i wreszcie zachowaniu należytej odległości od źródła promieniotwórczości, gdyż moc dawki promienia jonizującego jest odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości od źródła promieniowania. Rozwiązania projektowe zapewniają, przy właściwej eksploatacji, ograniczenie do minimum możliwości awarii obejmującej swymi skutkami otoczenie elektrowni jądrowej. W czasie eksploatacji elektrowni powstają znaczne ilości różnorodnych odpadów ciekłych (ścieków). Przed odprowadzeniem do kanalizacji i następnie do wód powierzchniowych (jezioro, rzeka), ścieki te są poddawane specjalnej obróbce, zapewniającej nie przekraczanie dopuszczalnych wartości skażeń i zanieczyszczeń.

Gospodarka odpadami stałymi

Odpady stałe powstające w czasie eksploatacji elektrowni jądrowej, ze względu na stężenie substancji promieniotwórczych dzieli się na:
wysoko aktywne – do których należą części wewnętrzne reaktorów znajdujące się w strefie promieniowania neutronowego, zużyte filtry do oczyszczania gazu i powietrza,
średnio aktywne – do których zalicza się części konstrukcyjne obiegu pierwotnego takie jak: rurociągi, armatura izolacja termiczna, wkłady filtracyjne niektórych układów wentylacyjnych, części pomp, odpady metalowe, wymienialne elementy układu pomiarów i automatyki,
nisko aktywne – którymi są części konstrukcyjne i drobne wyposażenie układów pomocniczych obiegu pierwotnego, skażona odzież i obuwie specjalne, drewno, tworzywo sztuczne, odpady budowlane,
Odpady stałe wysoko aktywne przechowuje się stale w pomieszczeniach w pobliżu basenu wypalonego paliwa. Pozostałe odpady stałe średnio i nisko aktywne przekazuje się do budynku zestalania odpadów. W budynku tym są one przechowywane od 3 do 5 lat w celu obniżenia aktywności. Po tym okresie, dla zmniejszenia ich objętości odpady są cięte lub prasowane i zestalane w asfalcie lub w beczkach lub prostopadłościennych pojemnikach. W ten sposób przygotowane i opakowane odpady okresowo magazynuje się na terenie elektrowni, następnie wywozi do składowiska odpadów promieniotwórczych.

Gospodarka odpadami ciekłymi

W wyniku pracy układów oczyszczania ścieków promieniotwórczych powstają następujące odpady ciekłe:
koncentrat po wyparny,
zużyte wysoko aktywne jonity,
zużyte nisko aktywne jonity.
Promieniowanie jonizujące nie jest wykrywalne zmysłami człowieka. Zagrożenie stwierdza się za pomocą przyrządów dozymetrycznych. Przyrządy te są przystosowane do pomiarów dawek lub wykrywania skażeń promieniotwórczych. Zasadniczym elementem układy pomiarowego, przekształcającym promieniowanie jonizujące w prąd elektryczny jest detektor promieniowania. Detektorami są: komory jonizujące, licznik Geigera-Mullera, liczniki scyntylacyjne. Wśród przyrządów dozymetrycznych wyróżnia się wskaźniki promieniowania, monitory i dawkomierze. Elektrownia jądrowa nie ma większości najgłośniejszych urządzeń występujących w elektrowniach konwencjonalnych, takich jak młyny, wentylatory kotłowe, urządzenia nawęglania itp. Ponadto ze względu na zaostrzone wymagania co do bezpieczeństwa jądrowego (specjalne wykonanie budynków, szersze strefy ochronne i inne) hałas jest mniej uciążliwy dla otoczenia. Źródłami hałasu w elektrowni jądrowej są urządzenia maszynowni, chłodni kominowe (jeśli występują) oraz wydmuchy pary wodnej z zaworów bezpieczeństwa i stacji zrzutowych. Dodatkowymi źródłami hałasu są wyciągowe wentylatory wentylacji technologicznej oraz wentylatory instalacji do oczyszczania gazów aktywnych. Jak dotąd nie produkujemy energii elektrycznej z ekologicznie czystego źródła jakim jest reakcja rozszczepienia uranu przeprowadzona w sposób kontrolowany w rektorze jądrowym. Miernikiem naszego zacofania w tej dziedzinie jest fakt, iż w 34 krajach świata funkcjonuje kilkaset bloków jądrowych (432 w 1995 r.) dając średni udział 17% w całości dostawy energii. Aż w 15 krajach udział energii elektrycznej z elektrowni jądrowych stanowi co najmniej 30%. Japonia ponad 50 reaktorów, Szwajcaria nie posiada ani jednej elektrowni na węgiel! Cała energetyka oparta jest na elektrowniach wodnych i jądrowych. Poza tym istnieje jedna elektrownia konwencjonalna na olej. Wszyscy nasi sąsiedzi (prócz Białorusi) posiadają elektrownie jądrowe.

Elektrownie na gaz ziemny

Gaz ziemny jest paliwem znacznie droższym od węgla, ale równocześnie o wiele czystszym ekologicznie. Budowa elektrowni gazowych trwa krócej i wymaga mniejszych nakładów niż elektrowni węglowych. Sprawność elektrowni gazowo-parowych jest prawie o 20% wyższa i wobec tego mniejsze jest zużycie wody niezbędnej do chłodzenia. W porównaniu z elektrownią węglową emisja szkodliwych substancji przez elektrownię gazową – przy wytwarzaniu tej samej ilości energii elektrycznej – jest mniejsza: CO2 o 50%, SO2 o 99.9%, NOx o 75%, pyłów o 99.6%.

Elektrownie wodne

Energetykę wodną można podzielić na trzy rodzaje: wykorzystujące potencjał energetyczny, szczytowo-pompowe przechowujące energię wytworzoną w innych elektrowniach (w Polsce elektrowniach cieplnych; węglowych) w okresach małego zapotrzebowania (w nocy) by oddać ją w okresach zapotrzebowania szczytowego.

Elektrownie wiatrowe

Najnowocześniejsze i najwydajniejsze elektrownie wiatrowe znajdują się na północy kraju niedaleko Lisewa. Pierwsza z nich powstała w 1991 r. produkcji duńskiej, wirnik o 3 łopatkach długości, 12 m umieszczony jest na wysokości 33m. posiada moc 150kW. Można powiedzieć, że ok. 100 okolicznych domów ma prąd z powietrza. W pierwszym roku uzyskano ok. 260 MWh. Gdyby tę wartość wytworzyć w elektrowni cieplnej, przyniosłoby to również skutki w postaci: 1200-2100 kg dwutlenku siarki, 800-1550 kg tlenków azotu, 200-300 ton dwutlenku węgla czy 10-18 ton popiołu. Obecnie pracują 3 takie elektrownie wiatrowe. Przy bardzo dużej ilości turbin (farmy) pojawia się inny problem – hałas.

Korektory słoneczne

Uśredniony po szerokościach geograficznych, porach roku, itp. strumień energii słonecznej na powierzchni Ziemi wynosi ok. 164 W/m – jest to dobowa wartość średnia. Jeżeli uwzględnić tylko 8-godzinny „dzień pracy” Słońca od 8 rano do 4 po południu, to dla miejscowości na szerokości geograficznej 40 o wspomnianą wartość ta wyniesie ok. 600 W/m2. W ciągu „dnia pracy” Słońce dostarczy wtedy 4.8 kWh/m2, co odpowiada mniej więcej energii 0.5 litrów benzyny na m2 na dzień. Oczywiście, Niceo większa jest ta wartość latem, a mniejsza zimą. No i, oczywiście, nocą, Noe otrzymujemy nic z owej darmowej energii. Wyobraźmy sobie, że udało nam się zbudować domek jednorodzinny, którego powierzchnia dachu, nadająca się do zamontowania jakiegoś urządzenia przetwarzającego energię słoneczną w energię cieplną i elektryczną, wynosi 100 m2. Powiedzmy, że na początek chcemy Słońcem ogrzać nasz dom, wodę do kąpieli i zmywania naczyń. Do ogrzania pomieszczeń potrzeba, podczas normalnej zimy, nie jakiejś zimy stulecia, ok. 100 kWh dziennie. Jeżeli przyjąć, że do naszego ogródka dociera 4.8 kWh/m2 i podgrzewamy dom za pomocą płaskiego korektora, w którym promieniowanie ogrzewa krążący w cienkich rurkach płyn niezamarzający, to przy ok. 50-procentowej sprawności potrzebujemy na to ok. 45 m2. Podobnie, aby podgrzać 400 litrów z 100C do 500C, potrzeba będzie dodatkowo 20 m2. Ponieważ urządzenie nasze nie będzie działać w nocy, dobrze by było zgromadzić zapas energii. Najefektywniejszym termodynamicznie sposobem jest jej magazynowanie w podgrzanej wodzie. Można oszacować, że potrzeba na to ok. 20 ton wody. Dwie duże cysterny na domek! A co z resztą cywilizacyjnych urządzeń, tj. kuchenki mikrofalowe, telewizor, komputer?...

Energia geotermiczna

Wraz ze zbliżaniem się do wnętrza Ziemi zwiększa się temperatura. W niektórych miejscach gorące skały leżą bardzo blisko powierzchni Ziemi, ogrzewając podziemnie źródła, które wytryskują na powierzchnię w postaci gorących źródeł, gejzerów lub samej pary i które można wykorzystać do produkcji energii elektrycznej. Pierwsza elektrownia geotermiczna powstała w 1904 r. w Larderello w północnych Włoszech., gdzie wydobywająca się na powierzchnię para miała temperaturę 1860C. Parę doprowadzono rurami do turbin, które zasilały prądnicę. W Nowej Zelandii, na Filipinach, w Kalifornii i w Meksyku zbudowano elektrownie wykorzystujące energię cieplną Ziemi w miejscach, do których ciepło dociera na powierzchnię w sposób naturalny. W większości jednak trzeba wywiercić otwory w głąb Ziemi. Czasami energię Ziemi wykorzystuje się nawet tam, gdzie nie ma wody lecz tylko gorące, suche skały, których ciepła można używać tylko wtedy, kiedy do wnętrza Ziemi wpompuje się wodę, aby odzyskać ją w postaci pary, która napędza turbiny wytwarzając energię elektryczną, nowo zbadanym źródłem energii geometrycznej są kornwalijskie granity. Ok. 1980 m w głąb Ziemi pod miejscowością Camborne w Kornwalii temperatura skał dochodzi do 1860C. Do wydobycia tej energii trzeba będzie wywiercić dwa otwory. Do pierwszego będzie pompowana zimna woda, a gorąca woda pod ciśnieniem będzie wypływała drugim otworem. Wysokie ciśnienie zapobiega wrzeniu wody, lecz po jej wydostaniu się na powierzchnię zacznie się zamieniać w parę wodną zdolną do napędzania turbin.

Inne…

Walijska firma Dulas produkuje słoneczne układy zasilania lodówek i wyposażenia szpitalnego, wiele szpitali w Erytrei może dzięki nim pracować. Angielski inżynier Baylis zbudował proste radio zasilane ręcznie napędzanym dynamem, wystarczy 25s nakręcania na godzinę pracy radia. W RPA pewna firma produkuje 20tys. takich odbiorników miesięcznie. Samochody na prąd elektryczny? Tradycyjne nie mają większego sensu, ale… kilka miesięcy temu amerykańska firma ADL ujawniła swój silnik samochodowy oparty na ogniwie paliwowym tzn. na takim w którym energia chemiczna zamieniana jest bezpośrednio na elektryczną (wodór + tlen = woda + prąd ze sprawnością 70-80%). Idea zaspokojenia naszych potrzeb poprzez bezpośrednie wykorzystanie energii słonecznej nie daje spokoju marzycielom. W Montrealu zebrali się entuzjaści kosmicznej elektrowni słonecznej. Byłoby to gigantyczne urządzenie zawieszone na orbicie geostacjonarnej, przez całą dobę przetwarzające energię słoneczną w mikrofale, w których strumień skierowany byłby do odbiornika na Ziemi i następnie przetworzony w energię elektryczną, delegacja NASA przedstawiła na konferencji aż 30 pomysłów. W tzw. realistycznym wariancie stacja kosmiczna miałaby zaledwie 50 km2, a stacja odbiorcza na Ziemi 70 km2. na pierwszy rzut oka pomysł wydaje się wspaniały. Ale jaka byłaby maksymalna sprawność takiego urządzenia? Okazuje się, że każdy z etapów przetwarzania energii w tym urządzeniu, z energii słonecznej w elektryczną, następnie w mikrofale i znowu, już na Ziemi, w elektryczność, ma sprawność poniżej 30%. Tak, więc zaledwie 3% energii słonecznej dotrze w ten sposób z orbity do odbiorcy na Ziemi. Energia z biomasy, czyli pozyskiwanie gazu z odpadów organicznych. Metoda ta jest często wykorzystywana np. w Arabii, gdzie z odchodów zwierząt pozyskuje się gaz służący np. do oświetlania. Rozwój tak znienawidzonej przez skrajne ruchy ekologiczne cywilizacji energochłonnej przeniósł do lamusa historii wielkoprzemysłową klasę robotniczą i uwolnił człowieka od ciężkiej pracy fizycznej. Było to możliwe, ponieważ wyczerpywaniu się prymitywnie dostępnej energii słonecznej towarzyszyły odkrycia naukowe pozwalające wykorzystywać nowe źródła energii, zdeponowane w Ziemi. Nie ulega wątpliwości, że proces wyczerpywania się paliw kopalnych stanie się prędzej czy później dramatycznym problemem cywilizacji. Oszczędniejsze zużywanie energii, próby racjonalizacji jej zużycia, sięganie po dostępne w małej skali lokalne źródła, jak choćby wspomniane wcześniej bezpośrednie ogrzewanie domów słońcem, wszystko to może odrobinę opóźnić ten problem, ale go nie rozwiąże. Na razie zużywamy depozyt energii z przeszłości, który jest jednak skończony. Ludzkość, by się rozwijać, musi sięgnąć po inne, niezwiązane ze strumieniem energii słonecznej źródła energii. Sytuacja energetyczna Polski prowadzi do wniosku, że pilnym problemem jest zastępowanie węgla, jako źródła energii finalnej, energią elektryczną i gazem ziemnym, co oznacza, że do 2010 r. należy, co najmniej podwoić wytwarzanie energii elektrycznej oraz znacznie zwiększyć dostawy gazu ziemnego. Do tego czasu należy przeprowadzić modernizację elektrowni i elektrociepłowni węglowych, a przede wszystkim zainstalować systemy oczyszczania gazów odlotowych. Sprawność usuwania szkodliwych gazów powinna przy tym wzrosnąć z obecnych 3% do 80-90%. W przeciwnym razie presja sąsiednich krajów europejskich wynikająca z umów międzynarodowych dotyczących poszanowania środowiska naturalnego będzie tak wielka, że zostaniemy zmuszeni do rezygnacji z elektrowni węglowych. Musimy budować elektrownie gazowe, a także gazowo-parowe, które są o wiele bardziej proekologiczne od węglowych. Niestety, ich funkcjonowanie zależeć będzie od importu gazu, co uzależni naszą energetykę od Rosji, jeżeli nie zapewnimy jego dostaw z innych rejonów świata. Trzeba więc podjąć działania w sprawie budowy energetyki jądrowej. W moim przekonaniu rozwój energetyki jądrowej i stopniowa likwidacja siłowni węglowych jest wariantem nie tylko najlepszym ze względów ekologicznych, ale również opłacalnym ekonomicznie. Te względy, jak również wyczerpywanie się zasobów paliw organicznych, spowodują, że XX! Wiek będzie wiekiem energetyki jądrowej.

Słów kilka o największej w Polsce elektrowni szczytowo-pompowej w Żarnowcu…

W początkowych planach miała współpracować z elektrownią jądrową. Jej moc wynosi 800/716 MW. Sztuczny zbiornik na szczycie wzgórza morenowego o pojemności prawie 14 mln metrów sześciennych i powierzchni 135 hektarów (bardziej obrazowo 130 boisk piłkarskich) znajduje się 100 metrów powyżej Jeziora Żarnowieckiego, do którego spuszczana jest woda 4 rurami (średnica pozwalająca na wjazd autobusu). Dno zbiornika górnego jest wylane asfaltem. Przecieki z niego mogłyby zakończyć się tragicznie. Woda ze zbiornika górnego w godzinach szczytowego poboru mocy spuszczana jest rurami w dół, na końcu trafia na turbinę z generatorem i wytwarza prąd, trwa to ok. 4,5-5 godzin. Najczęściej nocą, gdy zapotrzebowanie na prąd elektryczny w sposób naturalny radykalnie spada, przeprowadza się cykl odwrotny. Silnik napędzający turbinę (w poprzednim cyklu pełnił rolę generatora) pobiera energię elektryczną z sieci, o tej porze jest jej nadmiar i należałoby odstawić bloki w elektrowniach cieplnych, co jest i nieekonomiczne i kłopotliwe technicznie, elektrownia szczytowo-pompowa akurat odbiera nadmiar mocy. W ciągu 6 godzin zbiornik jest ponownie napełniony. Energia pływów polega na przetwarzaniu energii przypływów i odpływów. Jeżeli stan wody zmienia się o kilka metrów w ciągu doby, to jest możliwość czerpania energii z tego ruchu. Gdy nadchodzi przypływ ogromne masy wody są kierowane odpowiednimi kanałami na turbiny, które zamieniają energię kinetyczną na elektryczną. Podobnie jest podczas odpływu. Taki sposób pozyskiwania energii jest mało wydajny i istnieje jedna taka elektrownia na świecie. Jest to we Francji nad rzeką Rance i ma ona zaledwie 100 MW. Istnieje jeszcze możliwość pozyskania energii z fal, lecz poważnym problemem jest efektywne wykorzystanie tej możliwości. Testuje się obecnie różne rozwiązania, zwykle znajdujące się w fazie eksperymentalnej. W jednym z eksperymentalnych urządzeń pływak porusza się w górę i w dół, w miarę falowania powierzchni wody. Ruch ten napędza pompę, która dostarcza wodę pod ciśnieniem na turbinę zasilającą generator. Niedawno na wyspie Islay w Szkocji wybudowano elektrownię wykorzystującą energię fal morskich. Jej moc całkowita wynosi 180 kW. Działa na zasadzie oscylującego słupa wody. Wpółzanurzona, otwarta u dołu komora wypełniona jest do pewnej wysokości wodą, ponad którą znajduje się powietrze. Gdy fala przechodzi, podnosi się słup wody w komorze, co zmusza znajdujące się nad nim powietrze do przepływania na zewnątrz i do wewnątrz komory. Ruch ten napędza turbinę, połączoną z generatorem.


Podsumowanie

Zapotrzebowanie na energię w społeczeństwie przełomu XX i XXI wieku jest olbrzymie. Trudno w dzisiejszych czasach wyobrazić sobie życie bez użytkowania energii elektrycznej. Energia ta obecnie jest nam tak samo niezbędna do życia jak woda i powietrze. Samo słowo energia pochodzi od greckiego słowa „energeia” i oznacza działalność. Energia elektryczna jest energią układu ładunków elektrycznych wzajemnie oddziałujących na siebie. Siły elektrostatyczne i elektrodynamiczne między naładowanymi cząstkami powodują ich przyciąganie lub odpychanie. Wykorzystanie energii elektrycznej polega na celowym uporządkowaniu tych elementarnych oddziaływań. Niezbędne do tego jest dysponowanie ciałami różniącymi się między sobą pod względem potencjału elektrycznego. W dobie tak daleko posuniętego rozwoju techniki, gdzie wszystkie urządzenia napędzane są za pomocą energii elektrycznej, a sama energia elektryczna stanowi główną gałąź gospodarki każdego kraju – musimy poszukiwać nowych jej źródeł. Aby nie dopuścić do zaistnienia sytuacji, w której by nam jej zabrakło, gdyż miałoby to tragiczne skutki dla nas i dla naszego otoczenia. z powodu braku surowców umożliwiających wyprodukowanie energii w konwencjonalny sposób i ze względu na niedostateczny rozwój niekonwencjonalnych metod jej pozyskiwania, nastąpiłoby załamanie w dziedzinie produkcji i co się z tym bezpośrednio wiąże – handlu – nastąpiłby kryzys w gospodarce który miałby tragiczne skutki, szczególnie dla państw wysoko uprzemysłowionych. Proszę sobie wyobrazić brak możliwości dostarczenia pożywienia i innych środków niezbędnych dla prawidłowego funkcjonowania ludzi np. do Nowego Jorku zamieszkiwanego przez 7.3 mln ludzi. Nowoczesne szpitale wyposażone w sprzęt najnowszej generacji przeznaczony do ratowania ludzkiego życia, który bez energii elektrycznej nie jest w stanie poprawnie funkcjonować, czy brak oznakowania świetlnego na skrzyżowaniach w dużych miastach z rozbudowaną infrastrukturą komunikacyjną. Służby takie jak policja czy straż pożarna nie byłyby w stanie dotrzeć na czas do potrzebujących pomocy, wywołałoby to nasilenie fali kradzieży i rozbojów. Nastąpiłby całkowity paraliż i to paraliż w skali globalnej. Taka wizja przyszłości nie stanowi jedynie przypuszczeń i domysłów, ma ona swoje realne podstawy. W okresie ostatnich lat 80-tych zużycie energii na świecie wzrosło 10-krotnie, choć liczba ludzi zwiększyła się tylko 2,5 krotnie. Wzrost jednostkowego zużycia w przeliczeniu na jednego mieszkańca Ziemi rośnie nadal. Coraz większe są również potrzeby energetyczne związane z produkcją żywności. Obecnie by sprostać wymaganiom ludności całego świata, której przybywa w tempie 90 mln na rok, większość energii pozyskuje się z paliw pochodzenia organicznego, czyli:

węgla – z niego pochodzi około 30% energii produkowanej na świecie. Na Ziemi pozostały jeszcze bogate złoża tego surowca. Szacuje się, że stosunkowo niewielkim kosztem będzie można wydobyć około 910 miliardów ton, natomiast przy większym nakładzie finansowym liczba ta osiągnie nawet 1800 miliardów. Jednakże przy utrzymaniu obecnego zużycia tego paliwa, węgiel powinien nam wystarczyć na zaledwie 200 lat,

ropy naftowej – stanowi ona najważniejsze źródło energii na świecie, gdyż zaspokaja obecnie aż 40% zapotrzebowania na energię. Złoża tego cennego surowca znajdują się na całym globie, skoncentrowana jest zaledwie w kilku miejscach. 65% roby naftowej należy do krajów Bliskiego Wschodu (na terenie samej Arabii Saudyjskiej znajduje się około 300 bilionów baryłek ropy naftowej – 1 baryłka to 156 litrów – co stanowi Ľ wszystkich złóż na świecie). Na terenie pozostałych krajów azjatyckich znajduje się kolejne 4% zasobów. W Ameryce Łacińskiej znajduje się 14% światowych złóż a USA ma do dyspozycji 4% tych zasobów. Szacuje się, że przy obecnym stanie jej zużywania za ok. 40 lat wyczerpią się jej złoża.

gazu ziemnego – uzyskuje się z niego około 20% wytwarzanej na świecie energii. Można go znaleźć w sąsiedztwie ropy naftowej.
Złoża te są ograniczone i w zastraszającym tempie maleją. Lecz nie jest to jedyne zagrożenie dla nas i dla naszego otoczenia. z użytkowaniem konwencjonalnych źródeł wiążą się skutki uboczne. Surowce te spalamy zużywając jednocześnie wyprodukowany przez miliony lat tlen i w zamian dostarczamy do atmosfery dwutlenek węgla oraz coraz większe ilości metanu. Oba te gazy potęgują naturalny proces cieplarniany, co prowadzi do zagrożenia klimatycznego naszej planety. W praktyce oznacza to zwiększenie ilości katastrof związanych z powodziami, huraganami i tym podobnymi zjawiskami atmosferycznymi. Także emisja znacznych ilości tlenków azotu i siarki ma negatywny skutek dla naszego otoczenia. związki te odpowiedzialne są za występowanie kwaśnych deszczów niszczących faunę i florę oraz budowle, przyśpieszających także korozję metali. Emisja pyłów, zrzuty ścieków technologicznych, dewastacja terenu, pylenie wtórne na składowiskach odpadów paleniskowych (popiół, żużel) oraz hałas to kolejne negatywne skutki użytkowania konwencjonalnych źródeł energii. Ogromne zagrożenie stanowią również nieszczelne rurociągi z paliwami, gazociągi, wypadki górnicze czy katastrofy tankowców. Taka wizja przyszłości nie stanowi pozytywnej perspektywy dla rozwoju cywilizacji, stanowić może jedynie nową wizję apokalipsy, do której doprowadzą sami ludzie poprzez swój brak wiedzy i pogoń za tańszymi a nie zawsze lepszymi dla Ziemi rozwiązaniami. Dlatego też powinniśmy już teraz zacząć pracować nad odpowiednimi uświadomieniem społeczeństwa i nad rozwojem alternatywnych sposobów pozyskiwania energii, co przy zbliżającym się nieuchronnym wyczerpaniu zasobów naturalnych (40 lat do wyczerpania ropy naftowej) jest już koniecznością. Możemy temu zapobiec, istnieją już technologie umożliwiające produkcję energii w sposób ekologiczny a zarazem ekonomiczny. Energię taką możemy pozyskiwać dzięki: elektrowniom wodnym, elektrowniom wiatrowym, biomasie, elektrowniom słonecznym, ciepłu geotennalnemu oraz wykorzystując energię atomową. Źródła te charakteryzują się:
minimalnym bądź nawet żadnym wpływem na środowisko (przy prawidłowym użytkowaniu),
oszczędnością paliw (eliminacja zużycia węgla, ropy naftowej i gazu w produkcji energii elektrycznej),
ogromnymi, stale odnawiającymi się zasobami energii (nie dotyczy energii jądrowej),
stałym kosztem jednostkowym uzyskiwanej energii elektrycznej,
stanowią energetykę bardzo elastyczną, wykorzystującą różnorodne lokalne źródła energii,
rozproszeniem na całym obszarze kraju, co rozwiązuje problem transportu energii, gdyż może ona być pozyskiwana w dowolnym miejscu, co eliminuje również straty związane z dystrybucją i pozwala uniknąć budowy linii przesyłowych. Jednakże mimo tych zalet nie wszystkie alternatywne źródła energii cieszą się aprobatą jej odbiorców – czyli społeczności ludzkiej.
Energia atomowa budzi wiele kontrowersji wśród społeczeństwa a nawet samych naukowców, wiąże się to z możliwością wykorzystania energii atomowej do produkcji broni masowego rażenia, oraz problemu związanemu z przechowywaniem odpadów radioaktywnych. Dyskusje te zostały spotęgowane przez wydarzenie, które miało miejsce na Ukrainie 26 kwietnia 1986 r. w Czarnobylu, a mianowicie awaria reaktora w elektrowni atomowej. Doszło do niej na skutek błędu człowieka, wyłączenia systemów awaryjnych w trakcie bezpieczeństwa pracy reaktora, nastąpiła utrata kontroli nad reaktorem. Skutki tego błędu były straszne, wiele osób zginęło na skutek promieniowania. Ocenia się, że u kilku tysięcy ludzi bezpośrednio narażonych na duże dawki, wywiąże się (w przeciągu 10-20 lat) choroba nowotworowa. Znaczącym skutkiem tego błędu jest również skażenie terenu. Substancje promieniotwórcze rozprzestrzeniały się skażając głównie Białoruś, Ukrainę, Rosję, ale i również kraje skandynawskie oraz kraje Europy Środkowej i Wschodniej. Mimo tych niewątpliwie słusznych „przeciw” istnieje również duża grupa czynników „za”, które warto poważnie rozważyć. Przede wszystkim jest to niesłychanie ekonomiczne rozwiązanie – z tony uranu 235 można uzyskać więcej energii niż z 12 milionów baryłek ropy naftowej, przy czym należy zaznaczyć iż złoża uranu są olbrzymie i w przypadku dalszego pozytywnego rozwoju technologii pozyskiwania energii z uranu 238 jego zasoby wystarczyłyby na tysiące lat. Ponadto prawidłowo funkcjonująca elektrownia atomowa nie jest szkodliwa dla środowiska. W chwili obecnej staramy się odejść od tego sposobu pozyskiwania energii ze względu na opinie publiczną, która woli rozwiązanie przyszłego problemu energetycznego odnaleźć w bardziej bezpieczniejszych źródłach takich jak np. energia wiatru. Ludzie już stosunkowo dawno zauważyli możliwość pozyskiwania energii z wiatru. Historia mówi o tym, iż w VI wieku naszej ery, Persowie mełli ziarno używając młynów wiatrowych. W VIII wieku naszej ery powstały pierwsze wiatraki w Holandii. Jednak największe znaczenie miały one w XVI i XVII wieku. Po wynalezieniu maszyny parowej ich znaczenie zmalało, aby mogły przeżyć ponowny renesans pod koniec XX wieku. Ich liczba wzrasta, a ich produkcja jest obecnie tak duża, że stanowią np. trzeci główny produkt eksportowy takich „wiatrakowych potęg” jak Dania. Ich liczba w tym kraju wynosi ok. 4000 sztuk. W chwili obecnej wiatraki są używane przeważnie do produkcji energii elektrycznej. Energia elektryczna pozyskana z wiatru jest ekologicznie czysta, gdyż w procesie jej wytwarzania nie dochodzi do spalania paliwa. Aby uzyskać 1 MW mocy wirnik turbiny takiego wiatraka powinien mieć średnicę ok. 500 metrów. Ponieważ duża konwencjonalna elektrownia ma moc nawet do 100 MW to jej zastąpienie wymagałoby użycia wielu wiatraków. W niektórych krajach budowane są elektrownie wiatrowe, składające się z wielu ustawionych obok siebie turbin. Jednak opinia publiczna często bywa nieprzychylna takim inwestycjom ze względu na to iż „szpecą krajobraz”. Dlatego też przyszłość takich elektrowni nie jest pewne. Jednakże niewielkie pojedyncze turbiny są doskonałym źródłem energii w miejscach oddalonych od cywilizacji, gdzie brak jest połączenia z krajową siecią. W krajach takich jak Australia czy USA wiatraki są używane już od kilkudziesięciu lat przez rolników i w nie małym stopniu przyczyniły się one do rozwoju i bogactwa tych krajów. Obecnie używanych na skalę nie przemysłową jest około miliona tego typu urządzeń w różnych zakątkach tego świata. O ich sukcesie zadecydowały:
niskie koszty eksploatacji,
ekologiczna technologia,
niski koszt początkowy w porównaniu z innymi urządzeniami do wytwarzania energii.
Nowoczesny wiatrak jest zupełnie zautomatyzowany, co znacznie upraszcza jego obsługę. Do poprawnego działania instalacji wystarczy już wiatr o prędkości 3-5 m/s przy czym wiatraki uzyskują optimum przy prędkości 15’’ 20 m/s. Innym źródłem taniej i ekologicznej energii może być tzw. biomasa. Biomasa są to suche rośliny. Na ogół jet to słoma bądź drewno z drzew szybko rosnących jak np. wierzba. Przy ich spalaniu emisja CC.2 jest równa ilości tego związku jaką pobrała roślina w czasie wzrostu, co w bilansie końcowym wychodzi na „0”. Jako źródło energii biomasa jest również, przy racjonalnej gospodarce, odnawialna (w przeciwieństwie do pokładów ropy czy gazu). Nie ma również problemu z utylizacją popiołu, gdyż jest znakomitym nawozem. Jest to paliwo stosunkowo wydajne; dwie tony suchej biomasy w postaci słomy lub drewna, są równoważne energetycznie tonie węgla kamiennego. Również ze względów ekonomicznych warto się zastanowić nad zmianą dotychczasowego paliwa; wytwarzanie energii cieplnej przy pomocy biomasy jest tańsze o 200%-300%. Zwrot kosztów inwestycji w odpowiedni piec waha się od 2-4 lat. Obecnie w Polsce mnóstwo biomasy marnuje się; produkujemy rocznie ok. 25 min. ton słomy z czego gnije bądź jest spalane na polach 8-12 min. ton. Dodajmy do tego drewno, które mogłoby wyrosnąć na polach stojących odłogiem to otrzymamy stosunkowo dużą ilość paliwa. Paliwo to może być stosowane w systemach grzewczych, ale również po zamontowaniu turbiny i instalacji towarzyszącej można produkować prąd elektryczny. Biomasa i elektrownie wiatrowe stanowią bardzo dobrą alternatywę dla konwencjonalnych metod pozyskiwania, ale nie jedyną. Równie ekologiczne i ekonomiczne są elektrownie słoneczne. Ludzie podobnie jak z energią wiatru już dawno dostrzegli możliwość praktycznego wykorzystania energii jaką niosą ze sobą promienie słoneczne – 400 lat p.n.e. Grecy wykorzystywali promienie słoneczne skupione w szklanej kuli wypełnionej wodą do rozniecania ognia. Około 30% energii słonecznej docierającej do Ziemi jest odbijana przez atmosferę, 20% jest przez nią pochłaniane, a tylko 50% dociera do powierzchni Ziemi. E „zaledwie” 50% to aż 27*1.000.000.000 MW, przy czym należy zaznaczyć że zapotrzebowanie ludzkości w energię (nie tylko elektryczną, również mechaniczną i cieplną) wynosi 0,01*1.000.000.000 MW. Energia ta jest praktycznie nie wyczerpywana, a jej pozyskiwanie jest nie szkodliwe dla środowiska. Niestety źródło to ma wadę. Aby zaopatrzyć całą Ziemię w energię pochodzenia słonecznego, należałoby pokryć 745.000 km2 jej powierzchni panelami fotowoltaicznymi. Rozwiązaniem tego problemu jest rozmieszczenie paneli na dachach budynków, które mają one zaopatrywać w energię. Energii promieniowania słonecznego nie musimy jednak przetwarzać tylko w energię elektryczną. Istnieje również możliwość wykorzystywania tej energii w sposób pasywny. Polega to na zastosowaniu takiej architektury domu (lub innego budynku), aby wpuścić do pomieszczenia maksymalnej ilości światła bądź ciepła w takiej formie, w jakiej występują. Dzięki temu zbędne są skomplikowane urządzenia i instalacje przetwarzające energię słoneczną w prąd elektryczny lub ciepło. Równie olbrzymie jak zapasy energii słonecznej są zapasy energii zgromadzonej w wodzie. Energię tą ludzie od dawien wykorzystywali dla własnych potrzeb. Historia kół wodnych sięga aż do I wieku naszej ery, służyły one wpierw do napędzania żaren w młynach, 1000 lat później ludzie zaczęli wykorzystywać energię wody do innych celów – napędzania miechów i ciężkich młotów w kuźniach, piły w tartakach i wiele temu podobnych urządzeniach. Dziś ich nowoczesne odpowiedniki w postaci turbin są wykorzystywane do napędzania potężnych generatorów elektrowni wodnych. Ta gałąź przemysłu nosi nazwę hydroenergetyki. Nowoczesne hydroelektrownie wykorzystują olbrzymie zapory oraz zbiorniki wodne dzięki czemu powstaje duża różnica poziomów, co gwarantuje stały spad wody z dużej wysokości. Energię tą można pozyskiwać również dzięki falowaniu morza. Wielkie fale oceaniczne niosą ze sobą olbrzymią ilość energii, lecz pojawia się tu problem natury technicznej – nie istnieją jeszcze urządzenia pozwalające na ich efektywne wykorzystanie – niedawno wybudowana elektrownia w szkockim mieście Islay wykorzystująca energię fal morskich ma moc zaledwie 180 kW. Naukowcy są zdania, że przy maksymalnym wykorzystaniu energii wód Ziemi można by uzyskać aż 2,25 mld kW energii elektrycznej. Nie wykorzystywane zasoby energii wodnej znajdują się przede wszystkim w Afryce, Azji oraz Ameryce Południowej. Największe na świecie elektrownie wodne wybudowano na rzekach: Parana na granicy pomiędzy Paragwajem a Brazylią (moc 12,6 min. kW), Kolumbia, w USA oraz na Jeniseju w Rosji. Kolejnym nie konwencjonalnym źródłem energii zasługującym na rozpatrzenie jest energia wnętrza Ziemi – energia geotermalna, czyli naturalne ciepło wnętrza naszej planety zgromadzone w skalach i wypełniających je wodach. Jest to stosunkowo młoda metoda pozyskiwania energii, gdyż po raz pierwszy energię geotermalną zastosowano do produkcji elektryczności dopiero w 1904 r. w Larderello (Włochy). Eksploatacje tzw. wodno-dominujących studni geotermalnych rozpoczęto uruchomieniem w 1958 r. siłowni o mocy 50 MW w Nowej Zelandii. Większość obecnie pracujących studni geotermalnych pochodzi z lat 70 i 80 tego stulecia. Najbardziej znanym miejscem wykorzystania jest sztuczny geologiczny zbiornik ciepła w Los Alamos (USA), utworzony w skalach o temperaturze 2000C, na głębokości geotermalnej niskotemperaturowej. Energia geotermalna niskotemperaturowa występuje poniżej głębokości 1 do 1,5 m w skalach i wodach je wypełniających. Pompy cieplne uruchamiane energią elektryczną lub gazową pozwalają na zamianę niskich temperatur uzyskiwanych z Ziemi (450C - 800C). powszechność występowania energii geotermalnej pozwala żywić nadzieje, że w przyszłości stanie się ona głównym źródłem ogrzewania budynków wolnostojących, odległych od scentralizowanych systemów ciepłowniczych, tak jak to jest obecnie w USA, Szwajcarii, Szwecji i w wielu innych rozwiniętych krajach świata. Aktualnie w Polsce wody geotermalne wykorzystuje się do celów ciepłowniczych zaledwie w dwóch miejscach: w Banskiej Niżnej koło Zakopanego i w Pyrzycach koło Szczecina. Szacuje się, że Polska powinna pokrywać około 15% swoich potrzeb energetycznych. Jednakże ten sposób pozyskiwania energii nie jest tak ekologiczny jak energia wiatru czy słońca. Eksploatacja energii geotermalnej powoduje poważne problemy ekologiczne, z których najważniejszy polega na kłopotach wiązanych z emisją szkodliwych gazów uwalniających się z geopłynu. Inne potencjalne zagrożenie dla zdrowia powoduje radon, produkt rozpadu radioaktywnego uranu, wydobywający się wraz z parą ze studni geotermalnej. Ograniczenie szkodliwego oddziaływania tego gazu na środowisko naturalne stanowi otwarty, nie rozwiązany do tej pory problem techniczny. Podsumowując należy stwierdzić, że ludzkość znajduje się na dobrej drodze – drodze dalszego rozwoju metod pozyskiwania energii z niekonwencjonalnych źródeł. Przy czym należy dodać, iż ze względu na stosunkowo niski poziom rozwoju technologicznego – co powoduje podniesienie kosztów produkcji – obecnie alternatywne źródła energii opłaca się stosować jedynie lokalnie. Stosunkowo duży koszt budowy elektrowni zasilanych źródłami odnawialnymi jest spowodowany koniecznością stosowania trudnych technicznie, jeśli chodzi o budowę urządzeń, co spowodowane jest z kolei uwzględnieniem zmieniających się warunków atmosferycznych. Dopiero w niedalekiej przyszłości, gdy nastąpi odpowiedni rozwój technologiczny, będą one mogły być wykorzystywane na szerszą skalę. Mimo olbrzymich zasobów, jakie niesie ze sobą energia odnawialna, nie możemy zapominać o racjonalizacji użytkowania energii w naszym codziennym życiu. Przemawia za tym m.in. fakt, że w krajach rozwijających się mieszka 75% ludności świata, a zużywa jedynie 20% paliw i energii. Kolejnym argumentem potwierdzającym konieczność stosowania alternatywnych źródeł energii jest fakt, iż roczna produkcja energii elektrycznej prze odnawialne źródło o mocy 160 kW zapobiega wyemitowaniu do atmosfery zanieczyszczeń:
dwutlenek siarki 2.000 kg,
dwutlenek azotu 1.500 kg,
dwutlenek węgla 250.000 kg,
pyły i żużle 17.500 kg.

W świetle powyższych argumentów należy stwierdzić, iż przy obecnych perspektywach rozwoju technologicznego i niewątpliwie pozytywnym aspekcie, jakim jest ekologiczność niekonwencjonalnych źródeł energii przejście na ten system w niedalekiej przyszłości będzie nie tylko nieuniknione i opłacalne.


BIBLIOGRAFIA

Zdzisław Jarzębski, Energia słoneczna konwersja fotowoltaiczna, PWN, Warszawa 1990 r.
http://www.mojaenergia.pl/strony/1/i/250.php
http://www.agroswiat.pl/go/_info/?id=623 - 64k
http://www.southamerica.art.pl grafika
http://www.nepirc.pl
http://www.awm-cyklo.pub.pl Elektrownia geotermalna w ...
http://www.biolog.pl/content-95.html