ALTERNATYWNE SPOSOBY - zsn.szkolybulhaka.pl · Alternatywne sposoby pozyskiwania energii Porównanie Pierwotne źródła energii Naturalne procesy przemiany energii Techniczne procesy

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


Skąd czerpać energię?


Skąd czerpać energię – nośniki pierwotne


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


Zużycie energii pierwotnej na świecie


Zasoby paliw kopalnych

Nośnik energii Rok wyczerpania

Węgiel 2200

Ropa naftowa 2050

Gaz 2060

Uran 2200


Wytwarzanie energii elektrycznej


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


Zużycie energii w Polsce


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


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


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


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


Energia promieniowania słonecznego – możliwości wykorzystania w Polsce


Energia promieniowania słonecznego – sposoby wykorzystania

Energia cieplna Energia elektryczna


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


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


Energia geotermalna – możliwości wykorzystania w Polsce

Źródła geotermalne

Ogólne – 80%

Opłacalne – 40%


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


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


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


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


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

Documents

ALTERNATYWNE SPOSOBY - zsn.szkolybulhaka.pl · Alternatywne sposoby pozyskiwania energii Porównanie Pierwotne źródła energii Naturalne procesy przemiany energii Techniczne procesy