Artykuł pt. "Podstawowe źródła energii i ich charakterystyka" jest rozszerzoną formą jednej jednostki lekcyjnej z przedmiotu "Użytkowanie energii elektrycznej" realizowanej w klasie drugiej liceum profilowanego o profilu elektrotechnika. Obejmuje zagadnienia omawiane z tego przedmiotu jako wiadomości wstępne przybliżające uczniom obecnie znane i wykorzystywane źródła energii. Syntetyczny podział tych źródeł na dwie grupy (źródła odnawialne i nieodnawialne) z krótką charakterystyką stanowi pewnego typu usystematyzowanie pozwalające na kolejnych lekcjach rozszerzać je w miarę potrzeb programowych. Artykuł może być wykorzystany także na innych przedmiotach, takich jak np.: technika, ochrona środowiska czy nawet godziny do dyspozycji wychowawcy.
Energia to wielkość fizyczna występująca w wielu postaciach w przyrodzie. Służy człowiekowi do zaspokajania różnych potrzeb i realizacji różnych celów. Z punktu widzenia stopnia przetworzenia wyróżniamy energię pierwotną, występującą w sposób naturalny w przyrodzie w postaci np. węgla, ropy naftowej czy gazu i energię wtórną, którą stanowią przetworzone nośniki energii pierwotnej np. benzyna, energia elektryczna, koks. Ze względu na wyczerpywalność zasobów nośników energii dzielimy ją na:
energię pochodzącą ze źródeł odnawialnych, czyli takich, które samoczynnie regenerują się w czasie eksploatacji. Do tej kategorii należy energia słoneczna, energia wiatru, energia rzek, energia geotermalna i biomasa.
energię pochodzącą ze źródeł nieodnawialnych, czyli takich, których zasoby są ograniczone i ulegają stopniowemu wyczerpywaniu w miarę eksploatacji. Do tej kategorii zaliczamy wszystkie paliwa kopalne takie jak: ropa naftowa, gaz ziemny, węgiel kamienny i brunatny oraz paliwa jądrowe
Charakterystyka odnawialnych źródeł energii
Energia słoneczna
Wynika z nieprzerwanego padania na Ziemię promieni słonecznych. Ze względu na aktualne możliwości oraz koszt wykorzystania jest ciągle w małym stopniu. Jedną z form wykorzystania energii Słońca jest tzw. pasywne ogrzewanie słoneczne. Przez odpowiednią konstrukcje budynków uzyskujemy możliwość większego dogrzania różnych pomieszczeń użytkowych. Bardziej efektywne są aktywne technologie słoneczne takie jak: specjalne kolektory przekazujące energię wodzie lub powietrzu czy ogniwa fotowoltaliczne połączone w panele o różnej powierzchni. Aby wytworzyć energię na większą skalę buduje się cieplne elektrownie słoneczne. Stosuje się tu system luster skupiających energię słoneczną z powierzchni kilku hektarów na kotle wytwarzających parę wodną do zasilania turbin parowych napędzających generatory prądotwórcze. Są to elektrownie eksperymentalne, jak na razie bardzo drogie i ekonomicznie nieopłacalne.
Energia wiatru
Kiedyś powszechnie wykorzystywana do napędu wiatraków mielących mąkę ale, także np. w Holandii do przepompowywania wody z terenów depresyjnych. Obecnie wiatraki przeżywają swój renesans w formie elektrowni wiatrowych budowanych na bazie wież stalowych z umieszczonych na nich turbinami wiatrowymi o różnej mocy. Niestety bardzo szpecącymi krajobraz oraz hałasującymi.
Energia rzek
Wykorzystuje się tu energię potencjalną rzek spływających z wyżej położonych terenów czyli różnicę między energią górnego a dolnego biegu rzeki. Strumień rzeki jest przepuszczany przez turbinę wodną w sposób kontrolowany. Turbina ta napędza generator prądotwórczy. Takie elektrownie są niezwykle ekologiczne i jednocześnie regulują stosunki wodne czyli poprawiają warunki uprawowe oraz zaopatrzenie ludności w wodę.
Energia geotermalna
Wykorzystuje się tu energię wód wydobytych na powierzchnię ziemi pochodzących z jej wnętrza. Budowa naszej planety ma taką cechę, że im dalej w głąb Ziemi tym bardziej wzrasta temperatura wody w niej zawartej. W celu jej pozyskania wykonuje się specjalne odwierty. Jeśli woda jest bardzo gorąca to stosuje się ją do produkcji energii elektrycznej a jeśli ma niższą temperaturę to przeważnie jako czynnik grzewczy np. do ogrzewania różnych obiektów.
W niektórych miejscach na kuli ziemskiej, gdzie jest zwiększona aktywność wulkanów, gorąca woda zalega bardzo płytko np. Islandia jest znana z gorących źródeł wypływających na powierzchnię ziemi - zwanych gejzerami.
Energia z biomasy
Biomasa obejmuje szeroki zakres materiałów energetycznych, z których należałoby wymienić takie jak:
Biomasa roślinna (słoma, specjalne uprawy energetyczne, odpady drewna), które są spalane bezpośrednio lub zgazowywane
Śmieci komunalne eksploatowane analogicznie
Rośliny oleiste, z których wytwarzany jest olej opałowy
Trzcina cukrowa lub inne podobne rośliny, z których w drodze fermentacji produkuje się alkohol etylowy będący dodatkiem do paliw silnikowych
Gnojowica i osady ściekowe, z których w drodze beztlenowej fermentacji metanowej otrzymuje się biogaz służący np. do zasilania silników spalinowych
Wysypiska komunalne jako źródło biogazu wysypiskowego
Charakterystyka nieodnawialnych źródeł energii
Ropa naftowa
Ropa naftowa nie nadaje się do bezpośredniego zastosowanie jako paliwo. Po wydobyciu jest oczyszczana a następnie rozkładana na różne frakcje w rafineriach tak że w końcowym efekcie uzyskuje się benzyny, oleje napędowe, opałowe oraz naftę. Benzyny i oleje napędowe służą do zasilania silników spalinowych, oleje opałowe do opalania kotłów a nafta w wielu dziedzinach przemysłu
Węgiel
Węgiel jest paliwem dość kłopotliwym w transporcie i użytkowaniu np. kotły w elektrowniach zaopatrywane są w wysokosprawne paleniska zasilane pyłem węglowym. Węgiel musi być rozdrabniany na pył. Do tego potrzeba energii. Z kominów ulatniają się spaliny zawierające dodatkowe także siarkę. Aby chronić środowisko należy budować kosztowne instalacje eliminujące zanieczyszczenia środowiska. Spalany w małych, domowych kotłowniach nie podlega oczyszczaniu i takie spaliny zanieczyszczają środowisko toksycznymi spalinami i pyłami w sposób niekontrolowany,
Gaz ziemny
Przeważnie towarzyszy pokładom ropy naftowej ale występuje też samodzielnie. W złożach gaz znajduje się pod pewnym ciśnieniem, wobec tego po wykonaniu odwiertów, tak jak w przypadku ropy naftowej, sam wydobywa się na powierzchnię ziemi. Po wydobyciu poddaje się go oczyszczaniu z ciał stałych i płynnych a następnie wprowadza do rurociągu. Zalicza się go do bardzo "wygodnych" paliw zarówno pod względem transportu jak i eksploatacji. W krajach wysoko rozwiniętych jest dominującym czynnikiem energetycznych wśród innych paliw.
Energia jądrowa
Źródłem tej energii są kopalne rudy uranowe, których zasoby energetyczne w świecie szacuje się jako zbliżone do węglowych. Paliwem dla elektrowni jest izotop uranu U-235 pozyskiwany w kosztownym procesie przetwarzania ogromnych ilości rud uranowych, w których jego zawartość stanowi zaledwie 0,5-0,7 procent. Wywarzanie energii odbywa się kosztem kontrolowanej reakcji jądrowej. Ciepło wytworzone w wyniku tej reakcji wytwarza parę wodną poruszającą zespołem prądotwórczym.
Podsumowanie
Ten skrótowy przegląd podstawowych źródeł energii ma za zadanie wywołać szersze zainteresowanie źródłami energii, ich aktualnymi zasobami w Polsce i świecie, technologiami wydobycia i przetwarzania, opłacalnością ich eksploatacji, wpływem na naturalne środowisko i wieloma innymi sprawami, które będą aktualne przez najbliższe lata. Uważam, że każdy człowiek powinien mieć możliwość obiektywnej oceny pozytywów i negatywów dowolnego nośnika energii na tyle aby mógł nią gospodarować w sposób świadomy i odpowiedzialny. Dodatkowo powinien mieć wyrobiony pogląd na temat ewentualnego rozwoju energetyki jądrowej czy elektrowni opartych na źródłach odnawialnych tak, aby nie ulegał totalnej krytyce, która między innymi nie dopuściła do rozwoju energetyki jądrowej w Polsce.
Krzysztof Wiśniewski
Zespół Szkół Ponadgimnazjalnych nr 6
w Siedlcach |
