ALTERNATYWNE SPOSOBY
POZYSKIWANIA ENERGII
KLAUDIA ROGULSKA
Zadanie edukacyjne realizowane w ramach projektu pt.
Naukowy zawrót głowy - czyli co chemia i geografia ma wspólnego z fizyką?
Alternatywne sposoby pozyskiwania energii
Konie mechaniczne – czyli jak opisać energię?
• Koń mechaniczny (J. Watt) – energia potrzebna
do podniesienia 33000 funtów na wysokość 1 stopy
w czasie 1 minuty (współcześnie równy 746 W)
• 1 J – energia potrzebna do podniesienia
1 kg substancji na wysokość 1 m
• 1 cal. – energia potrzebna do podgrzania 1 g wody
o 1 stopień (1 cal. = 4,19 J)
• 1 W – jednostka mocy określająca zużycie energii
w jednostce czasu (J/s) - 1 kWh = 1000 W * 3600 s = 3,6 MJ
• Ekwiwalent ton ropy naftowej (Toe) – 1 Toe – 41,87 GJ
Pożywienie Ilość Energia
[kJ/g]
Energia
[kJ]
Masło Łyżeczka 31 466
Czekolada 2 kawałki 22 890
Chleb Kromka 11 647
Hamburger Porcja 11 1121
Lody Porcja 8 374
Kurczak pieczony Porcja 9 815
Mleko Szklanka 3,8 945
Banan Sztuka 1,9 176
Jabłko Sztuka 1,5 223
Alternatywne sposoby pozyskiwania energii
Skąd czerpać energię?
Alternatywne sposoby pozyskiwania energii
Skąd czerpać energię – nośniki pierwotne
Alternatywne sposoby pozyskiwania energii
Skąd czerpać energię– wykorzystanie paliw kopalnych
Kraj
Liczba
mieszkańców
[mln]
Całkowite roczne
zużycie energii
pierwotnej
[Toe]
Roczne zużycie energii
pierwotnej na 1
mieszkańca
[Toe]
Europa (OECD) 519 1746 3,4
USA 273 2270 8,3
Brazylia 168 179,7 1,07
Chiny 1254 1088,3 0,87
Indie 997 480,4 0,48
Afryka 775 490 0,63
Świat 5921 9774 1,65
Alternatywne sposoby pozyskiwania energii
Zużycie energii pierwotnej na świecie
Alternatywne sposoby pozyskiwania energii
Zasoby paliw kopalnych
Nośnik energii Rok wyczerpania
Węgiel 2200
Ropa naftowa 2050
Gaz 2060
Uran 2200
Alternatywne sposoby pozyskiwania energii
Wytwarzanie energii elektrycznej
Alternatywne sposoby pozyskiwania energii
Zużycie energii elektrycznej
Kraj
Liczba
mieszkańców
[mln]
Roczne zużycie
energii elektrycznej
[mld kWh]
Roczne zużycie energii
elektrycznej na
1 mieszkańca [kWh]
Norwegia 4,5 33,60 7467
Szwecja 8,9 41,86 4703
Francja 60,0 126,98 2116
Niemcy 83,0 131,28 1582
Czechy 10,2 14,07 1379
Grecja 10,6 13,49 1273
Słowacja 5,4 5,7 1056
Hiszpania 40 45,47 1137
Portugalia 10,1 9,53 944
Polska 38,7 20,81 538
Rumunia 22,4 7,88 352
Alternatywne sposoby pozyskiwania energii
Zużycie energii w Polsce
Alternatywne sposoby pozyskiwania energii
Porównanie
Pierwotne źródła energii Naturalne procesy
przemiany energii Techniczne procesy przemiany energii
Słońce
Woda Parowanie, topnienie
lodu i śniegu, opady Elektrownie wodne
Wiatr Ruch atmosfery Elektrownie wiatrowe
Energia fal Elektrownie falowe
Promieniowanie
słoneczne
Prądy oceaniczne Elektrownie wykorzystujące prądy
oceaniczne
Nagrzewanie
powierzchni Ziemi i
atmosfery
Elektrownie wykorzystujące ciepło
oceanów
Pompy ciepła
Promieniowanie
słoneczne
Kolektory i cieplne elektrownie słoneczne
Fotoogniwa i elektrownie słoneczne
Fotoliza
Biomasa Produkcja biomasy Ogrzewanie i elektrownie cieplne
Urządzenia przetwarzające
Ziemia Rozpad izotopów Źródła geotermalne Ogrzewanie i elektrownie geotermalne
Księżyc Grawitacja Pływy wód Elektrownie pływowe
Alternatywne sposoby pozyskiwania energii
Energia wody
Zalety:
• oszczędność paliw naturalnych
• niezanieczyszczanie środowiska spalinami i pyłami
• niskie koszty eksploatacji i wytwarzania energii elektrycznej
• możliwość magazynowania energii
• małe elektrownie wodne polepszają bilans hydrologiczny i hydrobiologiczny
Wady:
• ingerencja w środowisko naturalne
• 2-3 krotnie większe nakłady inwestycyjne
• zamulanie rzeki, sedymentacja zawiesin
• okresowe ograniczenia zasobów wodnych
Alternatywne sposoby pozyskiwania energii
Energia wiatru – możliwości wykorzystania w Polsce
Średnia prędkość wiatru:
Lato – 3,4 m/s
Zima – 3,8 m/s
Opłacalność produkcji:
Małe turbiny wiatrowe – 4 m/s
Duże elektrownie wiatrowe– 5,5 m/s
Alternatywne sposoby pozyskiwania energii
Energia wiatru
Zalety:
• oszczędność paliw naturalnych
• niezanieczyszczanie środowiska spalinami i pyłami
• dostęp do darmowego nośnika energii
• nowe miejsca pracy (1000MW ~ 5000-7000 miejsc pracy)
• zagospodarowanie nieużytków
Wady:
• konieczność zastosowanie „magazynów” energii
• wysokie nakłady inwestycyjne
• zagrożenie dla ptaków
• rozproszenie
• źródło hałasu
• zakłócanie fal ultradźwiękwowych
Alternatywne sposoby pozyskiwania energii
Energia promieniowania słonecznego – możliwości wykorzystania w Polsce
Alternatywne sposoby pozyskiwania energii
Energia promieniowania słonecznego – sposoby wykorzystania
Energia cieplna Energia elektryczna
Alternatywne sposoby pozyskiwania energii
Energia promieniowania słonecznego – ogrzewanie
Zalety:
• najmniejszy negatywny wpływ na środowisko
• nieograniczone zasoby
• możliwość konwersji na inne formy energii
Wady:
• zmienność w skali dziennej i rocznej
• zależność natężenia promieniowania słonecznego
od kąta padania, zapylenia powietrza itp.
• wysoki koszt urządzeń umożliwiających konwersję
• rozproszenie instalacji
Alternatywne sposoby pozyskiwania energii
Energia promieniowania słonecznego – wytwarzanie energii elektrycznej
Zalety:
• bezpośrednia konwersja na energie elektryczną
• brak produktów ubocznych
• brak transportu
Wady:
• niewielka sprawność 4-8 %
• wysoki koszt produkcji energii elektrycznej
• wykorzystywanie w produkcji ogniw fotowoltaicznych
toksycznych związków
• wysokie koszty sprzętu dodatkowego
Alternatywne sposoby pozyskiwania energii
Energia geotermalna – możliwości wykorzystania w Polsce
Źródła geotermalne
Ogólne – 80%
Opłacalne – 40%
Alternatywne sposoby pozyskiwania energii
Energia geotermalna
Zalety:
• ogromne zasoby
• preferowane wykorzystanie do wytwarzania energii cieplnej
Wady:
• możliwość emisji siarkowodoru, radonu, tlenku węgla (IV)
• zasolenie wód geotermalnych (korozja urządzeń)
• koszt wytwarzania energii elektrycznej 50% większy
od energii cieplnej
Alternatywne sposoby pozyskiwania energii
Biomasa
Zalety:
• znaczne ograniczenie emisji zanieczyszczeń
• rozwój lokalnego rynku produkcji i dostaw
• niski koszt wytworzenia energii cieplnej
• częściowe uniezależnienie od tradycyjnych nośników energii
Wady:
• wysokie koszty pozyskania, przetworzenia i transportu
• możliwość erozji gleb i zmniejszenia bioróżnorodności
• pyły powstające w wyniku spalenia mogą
uszkadzać kotły
• problem - produkować żywność
czy rośliny energetyczne
Alternatywne sposoby pozyskiwania energii
Biogaz i piopaliwa
Zalety:
• zmniejszenie negatywnego wpływu metanu na środowisko
• zdecentralizowanie produkcji
• koszty produkcji energii porównywalne z kosztami produkcji metodami
konwencjonalnymi
Wady:
• konieczność ścisłego przestrzegania reżimu procesu fermentacji
• zwiększone nakłady inwestycyjne
• wartość energetyczna biopaliw mniejsza
niż odpowiedników wytwarzanych
z ropy naftowej
Alternatywne sposoby pozyskiwania energii
Wytwarzanie energii elektrycznej – porównanie metod
Źródło energii
Paliwo potrzebne do
wytworzenia 1000 MW
energii elektrycznej w roku
Porównanie
Biomasa 2000 km2 upraw 3 jeziora Genewskie
Wiatr 2700 wiatraków 486 km2
Ogniwa fotowoltaiczne 23 km2 paneli słonecznych 2555 boisk piłkarskich
Biogaz 20 mln świń
Gaz ziemny 1,2 * 109 m3 47 piramidy Cheopsa
Ropa 1 400 000 ton 10 000 000 baryłek ropy
Węgiel 2 500 000 ton 26 250 wagonów
Rozszczepienie jąder 35 ton UO2 210 ton rud uranu
Synteza termojądrowa 100 kg D lub 150 kg T 2850 m3 wody morskiej i
10 ton związków litu
Alternatywne sposoby pozyskiwania energii
Literatura i cytowane prace
1. W. Lewandowski, Proekologiczne źródła energii odnawialnej, WNT 2002
2. G. Jastrzębska, Odnawialne źródła energii i pojazdy proekologiczne, WNT 2009
3. A. Czerwiński, Akumulatory, baterie ogniwa, WKŁ 2005
4. www. paa.gov.pl
5. www.efda.org
6. www.iea.cyf.gov.pl
Dziękuję za uwagę
Top Related