ŚWIĘTOKRZYSKI PORTAL EWE

REGIONALNA BAZA WIEDZY

Home » Odnawialne Źródła Energii » Rodzaje Odnawialnych Źródeł Energii

 

 

Energia wodna (zwana też hydroenergią)

Hydroenergia jest prawdopodobnie najstarszym i najczęściej wykorzystywanym przez człowieka źródłem energii odnawialnej. Siła drzemiąca w płynącej, bądź spadającej wodzie była od wieków przetwarzana i wykorzystywana gospodarczo. Przed wynalezieniem maszyn elektrycznych i upowszechnieniem elektroenergetyki energię wodną powszechnie wykorzystywano do napędu młynów, tartaków, kuźni i foluszów. Odbywało się to za pośrednictwem kół wodnych, których najprostsza odmiana – tzw. koło podsiębierne, została opisana już w III w p.n.e. Zasada działania koła wodnego jest równie prosta jak jego budowa. Zbudowane jest ono z drewnianego lub metalowego koła, wyposażonego w łopatki, czarki lub przegrody tworzące powierzchnię napędową. Tak skonstruowane koło po umieszczeniu w nurcie rzeki przekształca energię wody na energię mechaniczną. Ze względu na sposób dostarczania strumienia wody, wyróżniamy trzy typy kół wodnych. Obok wspomnianego koła podsiębiernego istnieją również koła śródsiębierne i nasiębierne. Obecnie energię wodną najczęściej przetwarza się na energię elektryczną za pomocą elektrowni wodnych i zainstalowanych w nich silników zwanych turbinami. Turbiny wodne zbudowane są z metalowych wirników wyposażonych, podobnie jak koła wodne, w łopatki. Tak skonstruowany wirnik pod wpływem przepływu wody obraca się przetwarzając energię wody na energię mechaniczną. Ta z kolei za sprawą sprzężonej z turbinom prądnicy wykorzystywana jest do produkcji energii elektrycznej. Do najczęściej stosowanych typów turbin należą: turbina Kaplana, Francisa oraz Peltona. Hydroelektrownie wykorzystują zarówno energię przepływających wód śródlądowych (elektrownie przepływowe) jak i energię ich spadku powstałego w wyniku piętrzenia. Do tej kategorii zaliczamy: elektrownie na zbiornikach o okresowym regulowaniu przepływu, elektrownie w kaskadzie zwartej, a także elektrownie pompowe i elektrownie z członem pompowym. Oprócz wymienionych istnieją również elektrownie wykorzystujące energię fal morskich (tzw. elektrownie maremotoryczne), elektrownie przetwarzające energię przemieszczających się mas prądów morskich oraz obiekty wykorzystujące energię przypływów i odpływów mórz (elektrownie pływowe). Energia wody jest najbardziej wydajnym źródłem OZE. Sprawność jej przekształcania może przekraczać 80%. Do jej parametrów charakterystycznych należą: spad, czyli różnica wysokości z jakiej woda opada na łopatki turbiny oraz prędkość jej przepływu. Parametry te zależą od szeregu czynników, m.in. warunków geograficznych, hydrologicznych oraz zastosowanych technologii.

Energia wiatru

Eneria wiatru to nergia drzemiąca w ruchu powietrza, który wywołany jest różnicą gęstości ogrzanych mas powietrza i ich przemieszczaniem się ku górze. Wytworzone wówczas podciśnienie powoduje zasysanie jego zimnych mas. Przepływ powietrza następuje z obszaru o wyższym ciśnieniu do obszaru o ciśnieniu niższym. Można zatem powiedzieć, że energia wiatru jest energią pochodzenia słonecznego, ponieważ Słońce ogrzewa powietrze. Szacuje się, że około 1 do 2% energii słonecznej docierającej do Ziemi ulega przemianie na energię kinetyczną wiatru. Prędkość i siła wiatru zależy od różnicy ciśnienia pomiędzy dwoma punktami. Im różnica ta jest większa, tym większa będzie prędkość wiatru. Ruch powietrza następuje przeważnie w kierunku równoległym do powierzchni Ziemi, jednak przy odpowiednim ukształtowaniu terenu może mieć on odmienny przebieg np. góra-dół. Z punktu widzenia możliwości wykorzystania wiatru do celów energetycznych charakteryzują go trzy wielkości: prędkość, kierunek oraz powtarzalność. Prędkość wiatru wzrasta wraz z wysokością, najmniejsza jest natomiast przy ziemi, co wynika z działania sił tarcia. Kierunek wiatru określa kierunek z jakiego dociera wiatr. Powtarzalność to z kolei suma godzin, w trakcie których wiatr wieje w ciągu roku z określoną prędkością. Energia wiatru przekształcana jest na energię elektryczną za pomocą turbin wiatrowych, wykorzystywana bywa również jako energia mechaniczna w wiatrakach i pompach wiatrowych. Turbiny wiatrowe wyposażone są w wirniki z łopatami. Napływający na nie wiatr wprawia wirnik w ruch. Obracający się wirnik przekazuje następnie energię mechaniczną do generatora. Generator, zwany też prądnicą, przetwarza ją z kolei na energię elektryczną. W zależności od ustawienia osi wirnika turbiny wiatrowe dzielimy na: turbiny o pionowej oraz poziomej osi obrotu. Sprawność wykorzystania energii wiatru przez elektrownie wiatrowe wynosi ok. 30% (podobną sprawność osiągają elektrownie węglowe). Energia wiatru jest szeroko dostępna, odznacza się jednak dużą zmiennością, zarówno w czasie jak i przestrzeni. Na siłę energii wiatru znaczący wpływ ma ukształtowanie oraz sposób zagospodarowania terenu.

Energia słoneczna

Energia słońca ściślej energia promieniowania słonecznego, jest najbogatszym źródłem energii, jakim dysponuje ludzkość, a zarazem warunkiem koniecznym, by człowiek w ogóle mógł żyć i funkcjonować. Energię Słońca można wykorzystać do celów grzewczych oraz produkcji energii elektrycznej. W pierwszym przypadku odbywa się to przy zastosowaniu systemów, które mechanicznie przekazują ciepło za pomocą cieczy roboczych: olei, wody lub powietrza. Spośród wszystkich sposobów przetwarzania promieniowania słonecznego jest to obecnie najbardziej efektywny, zarówno w ujęciu energetycznym jak i ekonomicznym, sposób wykorzystania energii słonecznej. Sprawność konwersji energii słonecznej w ciepło użyteczne, które może być użyte do ogrzewania pomieszczeń (c.o.) lub produkcji ciepłej wody użytkowej (c.w.u.) sięga aż 80%. Do tego celu wykorzystuje się kolektory słoneczne. Ze względu na budowę wyróżniamy dwa typy tych urządzeń: kolektory płaskie i próżniowe. Kolektory płaskie składają się z absorbera wykonanego przeważnie z blachy miedzianej lub aluminiowej, rzadziej stalowej, do której przytwierdzone są rurki miedziane. To właśnie przez nie przepływa wspomniana ciecz robocza. Całość pokryta jest warstwą wysokoselektywną, odznaczającą się wysokim współczynnikiem absorpcji promieniowania słonecznego oraz niskim współczynnikiem emisji promieniowania podczerwonego. Absorber chroni się dodatkowo przed utratą ciepła poprzez umieszczenie go w szczelnej komorze wyizolowanej od spodu płytą poliuretanową, bądź wełną mineralną. Wszystkie wymienione elementy zamknięte są we wnętrzu metalowej ramy, która przykryta jest szybą. Drugi typ kolektorów stanowią kolektory próżniowe. Absorber znajduje się w nich we wnętrzu połączonych ze sobą szklanych rurek, w środku których panuje próżnia. Kolektory tego typu charakteryzują się nieco większą sprawnością, zwłaszcza w okresach wiosennych i jesienno-zimowych, co wynika ze zdolności pochłaniania rozproszonej energii słonecznej. Ważną cechą energii słonecznej jest zdolność do wytworzenia siły elektromotorycznej w ciałach stałych, np. krzemowych płytkach. Zjawisko to nosi nazwę efektu fotowoltaicznego i znalazło zastosowanie w drugim przypadku zastosowania energii słonecznej – produkcji energii elektrycznej. W procesie tym biorą udział panele fotowoltaiczne. Ich podstawowym elementem są ogniwa fotowoltaiczne (PV). Typowe ogniwo PV to płytka półprzewodnika z krzemu krystalicznego lub polikrystalicznego. Pod wpływem absorpcji promieniowania słonecznego na zaciskach ogniw powstaje napięcie. Po dołączeniu obciążenia następuje przepływ prądu elektrycznego. Sprawność tego typu instalacji jest stosunkowo niewielka i wynosi maksymalnie 30%. Jest to jednak bardzo perspektywiczna technologia, dlatego fotowoltaika jest obecnie jedną z najszybciej rozwijających się gałęzi przemysłu energetycznego. Cechą charakterystyczną energii słonecznej, podobnie jak energii wiatru jest jej duża zmienność. Ilość docierającego do powierzchni Ziemi promieniowania słonecznego podlega wahaniom w zależności od pory dnia, roku, orientacji względem Słońca oraz strefy klimatycznej.

Energia geotermalna (zwana inaczej energią geotermiczną lub geotermią)

Geotermia to energia cieplna wnętrza Ziemi, nagromadzona w skałach, wodach oraz parach. Wnętrze Ziemi do głębokości ok. 5 km zawiera bowiem energię cieplną rzędu 140 milionów EJ. Jest to blisko pięćdziesięciokrotnie większa ilość energii, niż ta która dociera do powierzchni ziemi w ciągu roku ze Słońca. Początkowo ciepło wewnętrzne Ziemi pochodziło z kontrakcji grawitacyjnej występującej w czasie formowania planety. Obecnie najwięcej ciepła (45-90%) pochodzi z rozpadu radioaktywnych izotopów potasu, uranu, a także toru. Geotermię zalicza się do odnawialnych źródeł energii ponieważ jej źródło – gorące wnętrze kuli ziemskiej – jest praktycznie niewyczerpalne. O energii geotermalnej mówi się przede wszystkim w przypadku, gdy nośnikiem ciepła jest woda, bądź para wodna. W celu wydobycia wód geotermalnych na powierzchnię wykonuje się odwierty do głębokości ich zalegania. Następnie należy w pewnej odległości od otworu czerpalnego wykonać drugi odwiert. Nim woda geotermalna po odebraniu ciepła będzie wtłaczana z powrotem do złoża. Istnieją dwa sposoby wykorzystania wód geotermalnych: bezpośredni, w którym woda doprowadzana jest systemem rur, oraz pośredni – polegający na oddaniu ciepła chłodnej wodzie w obiegu zamkniętym. Energię geotermiczną stosuje się jako podstawowe źródło ciepła w układach centralnego ogrzewania, a także do produkcji energii elektrycznej. W tym drugim przypadku jest to opłacane jedynie w sytuacji, gdy woda w źródle jest szczególnie gorąca. Światowa produkcja energii elektrycznej wytworzonej za pomocą geotermii oparta jest na źródłach o temperaturze przekraczającej 100°C. Możliwe jest wówczas bezpośrednie zastosowanie turbiny parowej. Obecnie coraz większą popularnością cieszy się technologia układów binarnych umożliwiająca wykorzystanie źródeł ciepła o temperaturze minimalnej rzędu 90°C. Wody o niższej temperaturze nie nadają się jednak do wytwarzania energii elektrycznej z przyczyn technicznych. Wymagałoby to bowiem zastosowania ogromnych wymienników ciepła do uzyskania nawet niewielkiej ilości energii elektrycznej. Wody geotermalne są z reguły silnie zasolone, co jest powodem trudnych warunków pracy wymienników ciepła oraz innych elementów armatury instalacji geotermicznych.

Biomasa

Biomasa to cała obecna na Ziemi materia organiczna, a więc wszelkiego rodzaju substancje pochodzenia roślinnego i zwierzęcego ulegające biodegradacji. Tradycyjnie przez biomasę rozumie się odpady oraz pozostałości pochodzące z gospodarstw domowych i przemysłu. Coraz częściej prowadzi się jednak uprawy tzw. roślin energetycznych, które odznaczają się dużym przyrostem rocznym, wysoką wartością opałową, znaczną odpornością na choroby i szkodniki, a także stosunkowo niewielkimi wymaganiami glebowymi. Niezwykle istotny czynnik stanowi również możliwość mechanizacji prac agrotechnicznych na etapie zakładania plantacji, a także zbioru plonu. W skład biomasy wchodzą węglowodany, skrobia oraz lignina. Węglowodany wraz ze skrobią stanowią pokarm dla zwierząt i ludzi, są też surowcami do produkcji etanolu, który może być wykorzystany energetycznie. Reszta składników biomasy nie posiada właściwości odżywczych. Lignina, celuloza oraz hemiceluloza jest natomiast bardzo dobrym surowcem energetycznym. Najwydajniejszym sposobem pozyskiwania energii z biomasy jest jej spalanie. Może się to odbywać na drodze spalenia bezpośredniego, jako biogaz lub biopaliwo. Uzyskane w tym procesie ciepło wykorzystuje się następnie do wytwarzania energii elektrycznej. Produktem ubocznym jego wytworzenia jest dwutlenek węgla (CO2). Nie jest to jednak dwutlenek węgla szkodliwy dla środowiska i nie powoduje efektu cieplarnianego. Wynika to z faktu, że pozostaje on w obiegu zamkniętym za sprawą procesu fotosyntezy. W porównaniu z węglem kamiennym, biomasa posiada większą zawartość tlenu i wodoru, mniejszą węgla. Dla przykładu wartość opałowa słomy żółtej wynosi 14,3 MJ/kg, drewna opałowego 13 MJ/kg, natomiast węgla 29,3 MJ/kg. Wynika z tego, że jedna tona węgla kamiennego pod względem energetycznym równoważy się z dwiema tonami drewna lub słomy. Biomasa jest obecnie jednym z najtańszych źródeł energii odnawialnej, a jej produkcja może odbywać się samoczynnie, bądź być wspomagana przez odpowiednie zabiegi jak nawożenie czy walka ze szkodnikami. O przynależności biomasy do OZE świadczy fakt, że jest ona dostępna cyklicznie, w regularnych odstępach czasu. Jej powstawanie będzie przebiegać samoistnie, dopóki słońce będzie emitować energię słoneczną, a gleba spełniać niezbędne wymogi wegetacyjne.

1W tym serwisie wykorzystywane są pliki cookies. Stosujemy je w celach zapamiętywania ustawień i zbierania anonimowych danych dla celów statystycznych. Użytkownik ma możliwość samodzielnej zmiany ustawień dotyczących cookies w swojej przeglądarce internetowej.