Alternatywne źródła energii – co przez to rozumiemy?

Alternatywne źródła energii, o których warto wiedzieć

Alternatywne źródła energii
Alternatywne źródła energii

Zanim zaczniemy omawiać alternatywne źródła energii, warto wspomnieć nieco o tych podstawowych, czyli konwencjonalnych. Bazują one na nieodnawialnych źródłach energii, wśród których można wymienić:

  • węgiel kamienny,
  • węgiel brunatny,
  • gaz ziemny,
  • ropę naftową,
  • torf,
  • uran.

Wymienione wyżej materiały (oprócz uranu) mają zdolność do przetwarzania zawartej w nich energii chemicznej w ciepło, które wydziela się w procesie utleniania atomów węgla, wodoru i siarki. Cechą charakterystycznych tych źródeł energii jest przede wszystkim to, że nie mają zdolności do samoczynnego odnawiania się w krótkim czasie. Wykorzystuje się je znacznie szybciej niż uzupełnia zasoby. Z czasem może to być problemem, szczególnie, że z każdym rokiem zwiększa się liczba ludności na świecie, a tym samym powstaje większe zapotrzebowanie na energię.

Najtrudniej jest sklasyfikować uran do jakiejkolwiek grupy źródeł energii. Ilość tego surowca na Ziemi jest coraz mniejsza, większość znajduje się w skałach, ale w bardzo niskim stężeniu.

Nieodnawialne źródła energii występujące pod postacią paliw kopalnianych są na szeroką skalę wykorzystywane w przemyśle, energetyce oraz transporcie, a także w gospodarstwach domowych. Największą popularnością przez wiele lat cieszył się węgiel. Produktem początkowym tego materiału jest torf, z którego powstaje węgiel brunatny, a następnie przekształcany jest on w węgiel kamienny. Z biegiem czasu zauważono jednak, że podczas spalania wydzielają się z niego poważne zanieczyszczenia, takie jak dym czy sadze. Jest powszechnie wykorzystywany od XVIII wieku, czyli od okresu rewolucji przemysłowej. Dziś powoli od tego paliwa się odchodzi, ponieważ zanieczyszczenie środowiska jest na tyle duże, że szansą na zdrowe i czyste powietrze są jedynie alternatywne źródła energii.

Zastępuje go, z dużym powodzeniem gaz ziemny. Jest to zdecydowanie najbardziej ekologiczne paliwo spośród konwencjonalnych źródeł energii. Zaliczany do grona paliw kopalnianych gaz ziemny występuje w porowatych skałach osadowych. Technika pozyskiwania to otworowe wydobycie. Pierwszym obiektem zasilanym z instalacji gazowej była kopalnia węgla kamiennego w angielskim hrabstwie Cumberland, w której wykorzystano gazowe oświetlenie. Był to rok 1765, a gaz pochodził z płonącego pokładu węgla. Największym propagatorem gazu był natomiast F.A. Winsor, angielski biznesmen, który w 1813 roku założył kompanię gazową, której celem było oświetlanie ulic Londynu. Sukces inwestycji był na tyle duży, że to rozwiązanie wprowadzono również w innych krajach na całym świecie.

Paliwa kopalniane są w stanie zaspokoić zapotrzebowanie energetyczne świata w 75-85 procentach. Na razie nie zapowiada się, aby miały całkowicie zniknąć, ponieważ wiele gałęzi przemysłu jest od nich uzależnionych. Nie oznacza to jednak, że nie pojawiają się obawy, że w odległej przyszłości złoża mogą się wyczerpać. Wiele państw, w tym Polska, promują stosowanie odnawialnych źródeł energii, czyli alternatywne sposoby na ogrzewanie domu czy produkcję energii, także w trosce o środowisko. Poza tym, trzeba pamiętać, że ograniczona ilość paliw kopalnianych i duża popyt na nie jest powodem stałego wzrostu cen. Dziś koniecznością są alternatywne źródła energii i zachęcanie ludzi, aby zaczęli jeszcze chętniej z nich korzystać.

Z czego wynika popularność alternatywnych źródeł energii?

Kolektory słoneczne
Kolektory słoneczne

Od razu warto podkreślić, że alternatywne źródła energii są przyszłością. Ich popularność z każdym rokiem wzrasta. Dlaczego? Ponieważ oferują szereg korzyści, nie tylko ekologicznych, ale również ekonomicznych, co doceniają inwestorzy. Pozytywny wpływ na zdrowie, a także niewyczerpane złoża jakie oferują sprawiają, że są świetną alternatywą dla konwencjonalnych źródeł energii. Paliwa kopalniane z każdym rokiem drożeją, a ich spalanie powoduje emisję dwutlenku węgla, siarki oraz azotu. Nikogo nie trzeba przekonywać, że są to szkodliwe substancje, które oddziałują negatywnie zarówno na nasze zdrowie, jak i na środowisko.

Zalety, jakie mają alternatywne źródła energii sprawiają, że zaczynają się one cieszyć coraz większą popularnością także w Polsce. Samorządy, a także przedsiębiorcy podejmują inicjatywy mające na celu promowanie, jak i budowę infrastruktury, dzięki której produkcja zielonej, zdrowej energii jest możliwa na szeroką skalę.

Do odnawialnych źródeł energii zaliczana jest przede wszystkim energia wody, słońca, ziemi, wiatru oraz biomasa. Poprzez proces przetwarzania, może powstać albo energia cieplna, albo energia elektryczna. Najpopularniejsze systemy do pozyskiwania energii to obecnie:

  • kolektory słoneczne,
  • wiatraki,
  • elektrownie wodne,
  • spalanie biomasy.

Reasumując, do głównych zalet odnawialnych źródeł energii można zaliczyć:

  • ograniczenie negatywnego wpływu na środowisko,
  • oszczędności na zakupie konwencjonalnych źródeł energii,
  • stały dostęp do odnawialnej energii, której nigdy nie zabraknie,
  • możliwość stosowania w każdym miejscu, bez konieczności transportu energii,
  • nie trzeba budować linii przemysłowych, aby poszczególne gospodarstwa domowe mogły korzystać z energii odnawialnej.

Poznaj alternatywne źródła energii

Energia geotermalna, czyli energia prosto z ziemi

Energia geotermalna, czyli znajdująca się we wnętrzu skorupy ziemskiej jest wykorzystywana zarówno do ogrzewania domu, jak i można z niej wytworzyć energię mechaniczną lub elektryczną. Wszystko dzięki różnicy temperatury pomiędzy skałami i wodą znajdującymi się pod powierzchnią Ziemi, a wodami i powietrzem na powierzchni. Wykorzystanie energii geotermalnej do produkcji prądu jest opłacalne jedynie wtedy, gdy uda się dotrzeć do naprawdę gorącego źródła.

Wykorzystanie energii ziemi

Energia geotermalna
Energia geotermalna

Energia geotermalna odnawia się powoli. Jeżeli jednorazowo zostanie pobrana zbyt duża ilość energii cieplnej, może dojść do wychłodzenia skał lub do spadku ciśnienia w zbiorniku. Aby ją pozyskać, trzeba wykonać odwierty, podobne do tych podczas wydobywania ropy naftowej. Konieczne jest dotarcie do gorących wód geotermalnych, aby cały proces pozyskiwania energii mógł być skuteczny.

Instalacjami, dzięki którym energia geotermalna może być pobierana są:

  • gruntowe pompy ciepła,
  • głębokie odwierty pozwalające na dotarcie do warstw wodonośnych z gorącą wodą.

Ten rodzaj energii jest powszechnie wykorzystywany w ponad 64 krajach na całym świecie. Największą popularnością cieszy się na Islandii i Filipinach.

Dlaczego warto zdecydować się na korzystanie z energii geotermalnej?

To źródło energii nie jest szkodliwe dla środowiska, ponieważ nie powoduje jego zanieczyszczenia podczas działania. Energia geotermalna jest zaliczana do zasobów lokalnych, dlatego można z niej korzystać w pobliżu własnego domu. Dla osób wrażliwych na estetyczne aspekty znaczenie ma również to, że elektrownie geotermalne nie zniekształcają krajobrazu, ponieważ nie są w ogóle widoczne na powierzchni, tak jak na przykład elektrownie wiatrowe. Wiele osób docenia również to, że zasoby geotermalne są dostępne niezależnie od warunków pogodowych, w przeciwieństwie do energii słonecznej czy wiatrowej.

Niestety, alternatywne źródła energii mają to do siebie, że także posiadają pewne wady. W przypadku energii geotermalnej trzeba wspomnieć, że tylko w niewielu miejscach panują dogodne warunki do jej pełnego wykorzystania. Choć jest bardzo dobrze znana i coraz bardziej popularna, nie w każdym miejscu, w którym występuje można ją łatwo pozyskać. Inwestycja wiąże się z kompleksowymi pracami polowymi polegającymi przede wszystkim na wykonywaniu odwiertów, a to wiąże się ze sporymi nakładami finansowymi. 

Energia słoneczna, czyli energia prosto ze słońca

Największy rozwój tego alternatywnego źródła energii nastąpił na początku XXI wieku. Globalne inwestycje w obiekty mogące produkować energię z promieni słonecznych rozpoczęły się na szeroką skalę w 2014 roku. Zapotrzebowanie na energię elektryczną jest na tyle duże, że proces ten jest w nieustalającej fazie rozwoju, dlatego tego rodzaju alternatywne źródła energii na pewno będą się rozwijały z roku na rok.

Zastosowanie energii słonecznej w gospodarstwach domowych

Przez bardzo długi czas energia słoneczna była stosowana tylko w miejscach, w których korzystanie ze standardowej energii elektrycznej było niemożliwe. Powodem były bardzo wysokie koszty wytwarzania. Obecnie jednak powstają takie systemy, które pozwalają powszechnie korzystać z energii słonecznej, i to niskim kosztem.

Z pomocą energii słonecznej można obecnie ogrzewać domy. Korzystając z tego rozwiązania, właściciel jest w stanie w znaczny sposób zredukować koszty utrzymania budynku. Wystarczy, że zdecyduje się na zbudowanie domu pasywnego z wielkimi przeszkleniami od strony o najintensywniejszym nasłonecznieniu, a także zastosuje zasłony izolujące ciepło pozwalające na zatrzymanie ciepła nagromadzonego w ciągu dnia.

Energię słoneczną można wykorzystać także do produkcji ciepłej wody użytkowej. Promienie słoneczne podgrzewają wodę, która przepływała przez płaskie panele tworzące radiatory absorbujące światło.

Wykorzystać można również baterie słoneczne, czyli urządzenia elektryczne korzystające ze zjawiska fotowoltaiki, które są w stanie zamienić promienie słoneczne w energię elektryczną. Każde ogniwo pomaga w produkcji prądu. Wykorzystując odpowiednią ilość ogniw, można wyprodukować prąd o użytecznej mocy. Ogniwa powstają z cienkich warstw półprzewodników, zwykle z krzemu.

Chcesz korzystać z energii słonecznej do ogrzewania domu? Skorzystaj z kolektorów słonecznych

Dostępne są kolektory słoneczne:

  • płaskie: cieczowe, gazowe, dwufazowe,
  • płaskie próżniowe,
  • próżniowo-rurowe,
  • skupiające,
  • specjalne, czyli np. okna termiczne.

Kolektory słoneczne na szeroką skalę można wykorzystać do przygotowywania ciepłej wody użytkowej, do podgrzewania wody w basenie, a także do ogrzewania budynków (jako dodatkowe źródło ciepła).

Który rodzaj kolektorów sprawdzi się w domu jednorodzinnym? Wybór ogranicza się do urządzeń płaskich i próżniowych. Jeżeli zdecydujesz się na kolektory próżniowe, zimą mogą zostać pokryte szronem oraz lodem, co uniemożliwi sprawne przechwytywanie promieni słonecznych. W przypadku kolektorów płaskich, wystarczy niewielka ilość słońca, aby zwiększyć temperaturę powietrza pod szybą, a tym samym szron samoistnie ulegnie stopniu.Ilość ciepła dostarczanego przez kolektory zimą jest znacznie większa, jeżeli jesteś posiadaczem kolektorów płaskich.

Także latem o kolektory próżniowe trzeba dbać nieco bardziej niż o płaskie. Kolektory płaskie są w stanie odprowadzać nadmiar ciepła nocą poprzez swoją obudowę, co nie jest możliwe w przypadku rozwiązania próżniowego.

Podstawą jest, aby dobrać odpowiedniej wielkości kolektor. Do przygotowywania ciepłej wody użytkowej będzie przydatny kolektor o powierzchni 1-1,5 m2 na jednego mieszkańca domu. W przypadku chęci wspomagania podstawowego ogrzewania kolektorami słonecznymi, na 1 m2 budynku powinno przypadaćod 0,3 do 0,5 m2 kolektora.

Zastosowanie energii słonecznej w przemyśle

Od początku XXI wieku zauważalne są inwestycje państw w przemysłowe instalacje słoneczne. Mają je już Niemcy, Włochy, Wielka Brytania oraz wiele innych krajów. Rozwój fotowoltaiki przemysłowej jest bardzo szybki, a alternatywne źródła energii bardzo chętnie wykorzystywane i promowane.

Energia wiatru

Jest to energia kinetyczna pochodząca z przemieszczających się mas powietrza. Można przekształcić ją w energię elektryczną przy użyciu turbin wiatrowych. Pochodząca z wiatru energia mechaniczna może ponadto zasilać wiatraki oraz pompy wiatrowe, a także stanowić napęd w jachtach żaglowych. To właśnie przykład najstarszego wykorzystania energii wiatru pochodzący z 3200 lat p.n.e., ze Starożytnego Egiptu. Pierwsze przemysłowe turbiny wiatrowe pojawiły się natomiast w 1931 roku w ZSRR.

Energia wiatru
Energia wiatru

Energia wiatru do produkcji energii elektrycznej

Głównym elementem każdej elektrowni wiatrowej jest turbina wiatrowa, która pozwala na produkcję energii elektrycznej z wiatru. Turbina jest zbudowana z wirnika znajdującego się na bardzo wysokiej wieży, który połączony jest z generatorem prądu. Współcześnie dostępne wirniki mają średnice 164 metrów i są umieszczane na wysokości 187 metrów. Dzięki nim możliwa jest produkcja 7 MW mocy. Trzeba podkreślić, że turbiny nie pracują przez cały czas z pełną mocną, ponieważ siła wiatru jest zmienna.

Problem dużych wahań i przerw w działaniu elektrowni wiatrowych minimalizuje połączenie energii wiatru z energią słoneczną. Te dwa alternatywne źródła energii pracujące razem mogą zaspokoić spore zapotrzebowanie na energię elektryczną, jednocześnie nie szkodząc środowisku.

Rozwój energetyki wiatrowej najszerszej rozpoczął się na początku XXI wieku. W 2015 roku specjalistami w produkcji energii z wiatru były Stany Zjednoczone, Chiny, Niemcy i Hiszpania.

W Polsce, a także w wielu krajach powstają tzw. farmy wietrzne, czyli sztuczne wyspy zlokalizowane w okolicach morza. Dlaczego ta lokalizacja jest najlepsza? Prędkość wiatru na terenach nadmorskich jest dwukrotnie większa niż na lądzie. Elektrownie wiatrowe tam umieszczone są w stanie produkować 8 razy więcej energii elektrycznej, niż instalacje zlokalizowane na lądzie.

Energia wiatru – opłacalność inwestycji

Początkowa inwestycja wiąże się z dużymi nakładami finansowymi, ale podczas eksploatacji nie ma już żadnych dodatkowych opłat. To przekonuje inwestorów to stawiania na energię wiatru. Nie ma ryzyka, że ceny pójdą w górę, tak jak w przypadku paliw kopalnianych. Jedynym kosztem może tu być powiększanie średnicy turbin i zwiększanie wysokości wież, na których będą umieszczane. Wraz z rozwojem inwestycji trzeba będzie myśleć o coraz większych powierzchniach do produkcji energii elektrycznej.

Trzeba mieć świadomość, że wiatr jest czystą energią, która nie generuje żadnych dodatkowych kosztów, oprócz inwestycji w wiatraki. Mogą na takie rozwiązanie zdecydować się nawet prywatni inwestorzy, jeżeli na ich terenie dostęp do prądu sieciowego jest mocno utrudniony lub sami chcą produkować energię elektryczną. Inwestując w małe turbiny wiatrowe staną się niezależni od sieci energetycznej.

Energię pochodzącą z wiatru można natychmiast wykorzystać, a jej przetwarzanie w energię elektryczną nie stanowi większego problemu. Podczas produkcji mogą pojawić się problemy czysto techniczne, związane ze zmienną naturą wiatru. Warto umieścić je w takim miejscu, aby nie przeszkadzały w życiu codziennym, ponieważ generują podczas swojej pracy dość duży hałas. Ich eksploatacja jest możliwa nieprzerwanie maksymalnie do 20 lat.

Energia wodna

Wykorzystywana jest przede wszystkim energia mechaniczna płynącej wody. Można z niej pozyskać energię elektryczną. Jest bardzo dobrze znana od wielu lat, ponieważ wykorzystywano ją do napędzania młynów, tartaków, a także wielu innych zakładów przemysłowych, zanim powstały maszyny elektryczne.

Energia wodna jest znacznie tańsza niż produkowana przez paliwa kopalniane czy energię jądrową. W niektórych krajach jest wykorzystywana także ze względu na chęć ochrony środowiska.

Elektrownie wodne – co warto o nich wiedzieć?

Przy okazji energii wodnej, warto wspomnieć o mikro i małych elektrowniach wodnych. Prąd jest wytwarzany poprzez pracę turbin połączonych z prądnicą. Konstrukcja została zaprojektowana w taki sposób, aby odbierać jak najwięcej energii od wody. Ilość potencjalnej energii jest uzależniona od wysokości spadku wody.

Wiele osób utożsamia elektronie jako wielkie budynki znajdujące się na przełomach największych rzecz. Oczywiście takie obiekty również istnieją, ale dostępne są także rozwiązania znacznie mniejsze. Obecnie dostępna technologia umożliwia tworzenie małych elektrowni wodnych, z których mogą korzystać pojedyncze gospodarstwa domowe. Wymagania w przypadku takich inwestycji są niewielkie, ponieważ można je budować nawet na rzekach o małym spadku i przepływie wody. Nie jest tu także wymagane podłączenie do sieci elektrycznej.

Zdania o tym, czyto rozwiązanie jest bezpieczne dla środowiska są podzielone. Niektórzy ekolodzy uważają, że praca turbin może być niebezpieczna dla znajdujących się w rzece ryb. Zwolennicy tego rozwiązania uważają jednak, że spiętrzanie rzeki w wyniku działania elektrowni wodnych może zapobiegać ewentualnym powodziom poprzez zatrzymywanie nadmiaru wody.

Inwestycja w elektrownie wodne jest opłacalna, ponieważ nie wymaga skomplikowanej obsługi, a można pozyskać naprawdę dużą ilość prądu. Na pewno jednak trzeba liczyć się ze sporymi kosztami inwestycyjnymi. Malutka mikroelektrownia wodnao mocy kilkunastu kilowatów to wydatek co najmniej kilkuset tysięcy złotych. Zwrot inwestycji nastąpi po długim czasie, ale można uzyskać satysfakcję z uniezależnienia się od tradycyjnych sieci energetycznych.

Dlaczego warto zdecydować się na elektrownię wodną?

  • Możliwość samodzielnego produkowania czystej energii elektrycznej, a tym samym uniezależnienie się od tradycyjnych dostawców prądu.
  • Prosta obsługa.
  • Energia wodna może stanowić dodatkowe źródło energii, w przypadku uszkodzenia sieci przemysłowej.
  • System jest bezpieczny dla środowiska, a także pomaga regulować poziom wód i zapobiega powodziom w okolicy.

Biomasa, czyli materiał pochodzenia roślinno-zwierzęcego

Pellet
Pellet

Czym jest biomasa? Są to odpady z produkcji rolnej, osady ściekowe, odpady przemysłowe oraz komunalne. Jest to najstarsze źródło odnawialne znane człowiekowi. Materiał ten można bezpośrednio spalić lub przekształcić na biopaliwa, takie jak:

  • stałe: słoma, siano, trawy, brykiet, pellet,
  • ciekłe: bioetanol, biodiesel,
  • gazowe: mieszaniny gazowe wytwarzane w procesie fermentacji suchej oraz mokrej.

W Polsce największą popularnością wśród materiałów o charakterze biomasy cieszy się wierzba wiciowa. Z jednego hektara uprawy może powstać tyle energii, co po spaleniu około 12 ton węgla.

Wykorzystanie biopaliw

Płynne biopaliwa można stosować do napędzania samochodów, a z bulw ziemniaków i ziaren roślin po procesie fermentacji powstaje etanol (wartość energetyczna: 30 MJ/kg). Z oleju rzepakowego, a także ze zużytego oleju spożywczego może powstać biodiesel. W warstwach mułu na torfowiskach i na wysypiskach śmieci tworzy się w sposób naturalny biogaz. Ten materiał można wykorzystać do ogrzewania domu, a także do zasilania pojazdów.

Dlaczego warto zdecydować się na biomasę?

Produkcja biomasy w mniejszym stopniu zanieczyszcza środowisko niż wydobywanie paliw kopalnianych. Takie alternatywne źródła energii zapewniają dostęp do bezpiecznej energii i przyczyniają się do rozwoju przemysłu rolnego. Wykorzystanie biomasy ogranicza ilość odpadów komunalnych oraz rolnych.

Niestety, wzrost popularności biomasy może przełożyć się na zwiększenie cen żywności, ze względu na przeznaczanie przez rolników większych powierzchni na sadzenie roślin pod biomasę, zamiast na standardowe uprawy. Wartość energetyczna surowca nie jest również aż tak duża, w porównaniu do innych odnawialnych źródeł energii. Ponadto, niektóre materiały dostępne są jedynie sezonowo.

Jeżeli alternatywne źródła energii znajdują się w kręgu Twoich zainteresowań, sprawdź te ciekawostki!

  • Największa elektrownia wodna – Chiny – rzeka Jangcy. Aby mogła powstać, przesiedlono 1,3 mln ludzi i zatopiono obszar 17 dużych miast, 140 miasteczek i 3000 wsi.
  • Największa morska farma wiatrowa – Anglia – London Array. Działa od 2013 roku i składa się ze 175 turbin.
  • Największa elektrownia słoneczna – USA, pustynia Mayove – Ivanpha. Składa się ze 173 500 luster.
  • Islandia jest krajem, w którym energia geotermalna jest wykorzystywana do ogrzewania ponad 90% domów. Wszystko dlatego, że na Półwyspie Reykiawik , znajduje się bogata w mikroelementy woda geotermalna.
  • Rośliny energetyczne wykorzystywane do produkcji biomasy nie potrzebują żyznych gleb, są odporne na choroby i warunki atmosferyczne, a po wysuszeniu dają jeszcze więcej energii. Oprócz wierzby wiciowej, sadzone są również m.in. miskant, kukurydza zwyczajna oraz trzcina cukrowa.