1. UVOD

Energija je osnovni preduvjet tokova proizvodnje i progresa uopće. Energija ne može ni nastati ni nestati već samo prelaziti iz jednog oblika u drugi. Uz pojam energije se često koristi i pojam snage. To je veličina koja pokazuje koliko je energije pretvoreno u druge oblike (izmijenjeno), odnosno koliko je rada obavljeno u određenom vremenu.

Energetika je privredna djelatnost koja se bavi proučavanjem i iskorištavanjem različitih izvora energije te proizvodnjom električne energije. Elektrana je postrojenje za proizvodnju električne energije koja se istovremeno troši na mjestu proizvodnje ili prenosi preko elektroenergetske mreže do mjesta potrošnje.

Obnovljive izvore energije možemo podijeliti u dvije glavne kategorije: tradicionalne obnovljive izvore energije poput biomase i velikih hidroelektrana, te na takozvane "nove obnovljive izvore energije" poput energije Sunca, energije vjetra, geotermalne energije itd. Iz obnovljivih izvora energije dobiva se 18% ukupne svjetske energije (2006), ali je većina od toga energija dobivena tradicionalnim iskorištavanjem biomase za kuhanje i grijanje - 13 od 18%.

Od velikih hidroelektrana dobiva se dodatnih 3% energije. Prema tome, kad izuzmemo tradicionalne obnovljive izvore energije jednostavno je uračunati da takozvani "novi izvori energije" proizvode samo 2,4% ukupne svjetske energije. 1,3% otpada na instalacije za grijanje vode, 0,8% na proizvodnju električne energije i 0,3% na biogoriva. Taj udio u budućnosti treba znatno povećati jer neobnovljivih izvora energije ima sve manje, a i njihov štetni utjecaj sve je izraženiji u zadnjih nekoliko desetljeća.

Sunce isporučuje Zemlji 15 tisuća puta više energije nego što čovječanstvo u sadašnjoj fazi uspijeva potrošiti, ali usprkos tome neki ljudi na Zemlji se smrzavaju. Iz toga se vidi da se obnovljivi izvori mogu i moraju početi bolje iskorištavati i da ne trebamo brinuti za energiju nakon fosilnih goriva.

2. OBLICI ENERGIJE

2.1. Potencijalna energija

Potencijalna energija se definira rad koji se obavi protiv dane sile promjenom pozicije promatranog objekta u odnosu na neku referentnu poziciju. Ime „potencijalna energija“ dolazi iz pretpostavke da se takva energija može lako pretvoriti u koristan rad. Ovo nije sasvim točno za sve sustave, ali pomaže kod shvaćanja potencijalne energije. Dvije najočitije vrste potencijalne energije su gravitacijska potencijalna energija i elastična potencijalna energija.

Gravitacijska potencijalna energija je energija povezana s gravitacijskom silom i djeluje između bilo koja dva objekta koji imaju masu. Proporcionalna je masi objekata, a obrnuto proporcionalna udaljenosti između objekata. Elastična potencijalna energija je potencijalna energija elastičnog objekta poput opruge, katapulta i sličnog. Nastaje kao posljedica sila koje pokušavaju objekt vratiti u izvorni položaj, a to su najčešće elektromagnetske sile u atomima i molekulama koje tvore objekt. Primjer iskorištavanja gravitacijske potencijalne energije su velike hidroelektrane kod kojih se potencijalna energija vode pretvara u kinetičku energiju kojom se tada pokreće turbina generatora električne energije.

2.2 Kinetička energija

Kinetička energija ili energija kretanja je energija potrebna da se neki objekt ubrza na neku brzinu, odnosno energija objekta kod određene brzine u odnosu na neki referentni objekt. Prema klasičnoj mehanici kinetička energija proporcionalna je masi objekta i kvadratu brzine kretanja objekta. Kod brzina usporedivih s brzinom svjetlosti kinetička energija se više ne može računati formulama koje vrijede u normalnoj klasičnoj mehanici, nego se mora upotrijebiti teorija relativnosti. Energija objekta koji se kreće brzinom usporedivom s brzinom svjetlosti računa se Lorentz-ovim transformacijama prema kojima objekt koji bi se kretao brzinom svjetlosti mora imati beskonačnu energiju, pa je samim time i nemoguće ubrzati objekt na brzinu svjetlosti. Primjer iskorištavanja kinetičke energije su recimo pretvaranje energije vjetra u električnu energiju u vjetrenjačama.

2 od 9

2.3. Toplinska energija

Toplinska energija je energija nasumičnog gibanja mikroskopskih čestica koje tvore objekt, tj. energetski udio sustava koji se povećava s temperaturom. Toplinska energija prelazi sa jednog objekta na drugi zbog razlike u temperaturi. Toplina se prenosi na tri osnovna načina: kondukcijom, konvekcijom i zračenjem. Kondukcija topline je spontani prijelaz toplinske energije kroz tvar iz toplijeg dijela u hladniji dio u svrhu izjednačavanja temperaturnih razlika. Konvekcija je strujanje kapljevina ili plinova kod kojeg topliji fluid struji prema hladnijem i predaje toplinu okolini. Toplije tijelo zrači jačim elektromagnetskim zračenjem jer što je neko tijelo toplije atomi koji čine to tijelo imaju sve veću energiju i titranje električnih naboja je intenzivnije. Tim zračenjem se toplina može prenositi s jednog tijela na drugo. Toplinska energije se može direktno koristiti za grijanje ili posredno za dobivanje ostalih oblika energije. Tako se toplinska energija spremljena unutar Zemlje – geotermalna energija - može koristiti za generiranje električne energije.

2.4. Električna energija

Električna energija je oblik potencijalne energije u polju Kulonove sile u kojem se čestice istog naboja međusobno odbijaju, a čestice suprotnih naboja se međusobno privlače. Električna energija nedvojbeno je trenutno najvažniji oblik energije koji koristi čovječanstvo jer se relativno jednostavno transportira i što je najvažnije – jednostavno se može pretvoriti u ostale korisne oblike energije poput kinetičke i toplinske energije. Električna energija se trenutno najvećim dijelom proizvodi iz fosilnih goriva i to uglavnom iz ugljena. Budući da fosilna goriva imaju negativne posljedice na okoliš i nisu neiscrpna, sve se više koriste alternativne metode proizvodnje električne energije poput iskorištavanja energije Sunca, energije vode, geotermalne energije, energije vjetra i drugih.

2.5. Kemijska energija

Kemijska energija može se definirati kao rad koji obave električne sile prilikom preslagivanja električnih naboja – protona i elektrona – u kemijskim

3 od 9

procesima. Ako se kemijska energija sustava smanji u kemijskoj reakciji to znači da je razlika emitirana u okolinu u obliku svijetlosti ili topline, a ako se kemijska energija poveća to znači da je sustav iz okoline uzeo određenu količinu energije i to najčešće u obliku svijetlosti ili topline. Vatra je jedan oblik prelaska kemijske energije u toplinu i svjetlost, a može nastati samo ako su zadovoljena tri osnovna uvjeta za lančanu reakciju: prisutnost dovoljne količine kisika, prisutnost gorivog materijala i prisutnost dovoljne količine topline. Primjer iskorištavanja kemijske energije su fosilna goriva koja izgaranjem oslobađaju toplinu koja se onda direktno preko pritiska pretvara u kinetičku energiju ili se koristi za grijanje neke tekućine u svrhu isparavanja te tekućine i dobivanja kinetičke energije. Elektrana na ugljen primjer je pretvaranja kemijske energije u električnu energiju.

2.6. Nuklearna energija

Nuklearna energija je energija koja se dobiva postupcima nuklearne fuzije i nuklearne fisije. Nuklearna fuzija je spajanje dva ili više laka atoma u jedan teži uz oslobađanje određene količine energije u obliku raznih zračenja. Nuklearna fisija je također oslobađanje određene količine energije u obliku raznih zračenja, ali dobiva se cijepanjem teških atoma na dva ili više manja atoma. Kod oba postupka uvijek je masa prije reakcije veća od mase nakon reakcije, a razlika u masama pretvorena je u energiju po Einstein-ovoj formuli E=mc2. Energija Sunca posljedica je neprestane nuklearne fuzije koja se odvija u jezgri zvijezde i u obliku zračenja dolazi do površine i onda zrači u svemir. Istraživanja mogućeg iskorištavanja nuklearne fuzije na zemlji su još u početnoj fazi u obliku međunarodnog ITER projekta, ali za sad nema naznaka da bi se nuklearna fuzija mogla u skorijoj budućnosti koristiti na zemlji. Ali je zato nuklearna fisija dovoljno jednostavan proces koji se široko iskorištava u nuklearnim reaktorima za proizvodnju električne energije.

4 od 9

3. PODJELA PREMA POGONSKOM STROJU ILI ENERGIJI, KOJA SE U ELEKTRANI PRETVARA U ELEKTRIČNU ENERGIJU

3.1. Nuklearne elektrane

Nuklearne elektrane mogu se smatrati i kao podvrsta termoelektrana, budući da je osnovna funkcionalna razlika jedino u načinu dobivanja vodene pare. Toplinsku energiju osigurava kontrolirana lančana reakcija nuklearnog goriva. Nuklearna elektrana je elektrana koja kao izvor energije koristi toplinu dobivenu u nuklearnom reaktoru, a po svemu ostalom se ne razlikuje bitno od termoelektrane koja koristi fosilno gorivo. Dobivanje električne energije u nuklearnim elektranama temelji se na oslobađanju toplinske energije pri cijepanju jezgre u reaktoru.

Nuklearne se elektrane razlikuju prema tipu nuklearnog reaktora od kojih je najčešći reaktor hlađen i moderiran običnom vodom pod tlakom.

Značajke uporabe nuklearne energije:

· Električna energija proizvedena u nuklearnim elektranama jedna je od najjeftinijih proizvedenih u nisko-ugljičnim tehnologijama;

· Pouzdanost proizvodnje električne energije iz nuklearnih elektrana vrlo je visoka, primjerice za moderne nuklearne elektrane faktor nazivnog opterećenja iznad je 90%;

· Sigurnost rada modernih nuklearnih elektrana, uz primjenu sveobuhvatnog i efikasnog regulatornog okvira, iznimno je visoka.

3.2. Termoelektrane

Termoelektrane su energetska postrojenja koje energiju električnu dobivaju sagorijevanjem fosilnih goriva, kao što su ugljen, plin i nafta, a glavna primjena i svrha termoenergetskih postrojenja je proizvodnja pare koja će pokretati turbinu, a potom i generator električne energije.

Osnovna namjena im je proizvodnja i transformacija primarnih oblika

5 od 9

energije u koristan rad, koji se kasnije u obliku mehaničke energije dalje iskorištava za proizvodnju električne energije. Mehanička energija je proizvedena uz pomoć toplinskog stroja koji transformira toplinsku energiju. Imamo pretvaranje kemijske energije u toplinsku koja se pak različitim procesima predaje nekom radnom mediju. Radni medij pak služi kao prijenosnik te energije, često izgaranjem goriva, u energiju vrtnje.

3.3. Energija vjetra - vjetroelektrane

Iskorištavanje energije vjetra je najbrže rastući segment proizvodnje energije iz obnovljivih izvora. U zadnjih nekoliko godina turbine na vjetar znatno su poboljšane. Najbolji primjer je njemačko tržište turbina na kojemu se prosječna snaga od 470 kW (1995.) povećala na 1280 kW (2001.). Ovo povećanje snage postiglo se odgovarajućim povećanjem veličine turbina gonjenih vjetrom. Trenutno su u razvoju turbine koje će moći generirati snagu između 3 i 5 MW. Neki proizvođači već su predstavili svoje prototipove u tom razredu snage. Osim naziva vjetroelektrane, koristimo i nazive vjetrenjače, vjetrogenerator, električne turbine na vjetar i slično.

3.4. Energija sunca

Sunce je nama najbliža zvijezda te, neposredno i posredno, izvor gotovo sve raspoložive energije na Zemlji. Sunčeva energija potječe od nuklearnih reakcija u njegovom središtu, gdje temperatura doseže 15 milijuna stupnjeva C. Radi se o fuziji, kod koje spajanjem vodikovih atoma nastaje helij, uz oslobađanje velike količine energije. Svake sekunde na ovaj način u helij prelazi oko 600 milijuna tona vodika, pri čemu se masa od nekih 4 milijuna tona vodika pretvori u energiju. Ova se energija u vidu svjetlosti i topline širi u svemir pa tako jedan njezin mali dio dolazi i do Zemlje.

3.5. Energija vode - hidropotencijal

Energija vode (hidroenergija) je najznačajniji obnovljivi izvor energije, a ujedno i jedini koji je ekonomski konkurentan fosilnim gorivima i nuklearnoj energiji. U posljednjih 30-ak godina proizvodnja energije u hidroelektranama je utrostručena, ali je time udio hidroenergije povećan za samo 50% (sa 2.2% na

6 od 9

3.3%). Korištenje hidroenergije ima svoja ograničenja. Ne može se koristiti posvuda jer podrazumijeva obilje brzo tekuće vode, a poželjno je i da je ima dovoljno cijele godine, jer se električna struja ne može jeftino uskladištiti. Da bi se poništio utjecaj oscilacija vodostaja grade se brane i akumulacijska jezera. To znatno diže cijenu cijele elektrane, a i diže se razina podzemnih voda u okolici akumulacije. Razina podzemnih voda ima dosta utjecaja na biljni i životinjski svijet, pa prema tome hidroenergija nije sasvim bezopasna za okoliš. Veliki problem kod akumuliranja vode je i zaštita od potresa. Procjenjuje se da je iskorišteno oko 25 % svjetskog hidroenergetskog potencijala. Većina neiskorištenog potencijala nalazi se u nerazvijenim zemljama, što je povoljno jer se u njima očekuje znatan porast potrošnje energije. Najveći projekti, planirani ili započeti, odnose se na Kinu, Indiju, Maleziju, Vijetnam, Brazil, Peru...

3.6. Bioenergija

Biomasa je obnovljiv izvor energije, a čine ju brojni proizvodi biljnog i životinjskog svijeta. Može se izravno pretvarati u energiju izgaranjem te tako proizvesti vodena para za grijanje u industriji i kućanstvima te dobivati električna energija u malim termoelektranama. Fermentacija u alkohol zasad je najrazvijenija metoda kemijske konverzije biomase. Bioplin nastao fermentacijom bez prisutnosti kisika sadrži metan i ugljik te se može upotrebljavati kao gorivo, a ostali suvremeni postupci korištenja energije biomase uključuju i pirolizu, rasplinjavanje te dobivanje vodika. Oblici korišten ja bioenergije su: energija od drva, bioplin, biogorivo i sl.

Glavna je prednost biomase u odnosu na fosilna goriva manja emisija štetnih plinova i otpadnih voda. Dodatne su prednosti zbrinjavanje i iskorištavanje otpada i ostataka iz poljoprivrede, šumarstva i drvne industrije, smanjenje uvoza energenta, ulaganje u poljoprivredu i nerazvijena područja i povećanje sigurnosti opskrbe energijom. Predviđa se da će do sredine stoljeća u svijetu udjel biomase u potrošnji energije iznositi između 30 i 40 posto.

3.7. Hidroelektrane

Hidroelektrane su energetska postrojenja u kojima se potencijalna energija vode pomoću turbine pretvara u mehaničku (kinetičku) energiju, koja se u električnom generatoru koristi za proizvodnju električne energije.

Hidroelektranu u širem smislu čine i sve građevine i postrojenja koje služe

7 od 9

za prikupljanje (akumuliranje), dovođenje i odvođenje vode (brana, zahvati, dovodni i odvodni kanali, cjevovodi itd), pretvorbu energije (turbine, generatori), transformaciju i razvod električne energije (rasklopna postrojenja, dalekovodi) te za smještaj i upravljanje cijelim sustavom (strojarnica i sl).

Iskorištavanje energije vodnog potencijala ekonomski je konkurentno proizvodnji električne energije iz fosilnih i nuklearnog goriva, zato je hidroenergija najznačajniji obnovljivi izvor energije (predstavlja 97% energije proizvedene svim obnovljivim izvorima). Hidroenergija, za razliku od ostalih načina iskorištavanja obnovljivih izvora energije, nema problema s nedostatkom potrebne tehnologije već nedostatkom potrebnih lokacija. Mnoge od najboljih lokacija širom svijeta su već iskorištene. Za razliku od kapitalnih projekata kojih je sve manje, još uvijek je dovoljno projekata malih hidroelektrana, kod kojih su rizici lošeg utjecaja na okoliš mnogo manji, a energetske potrebe i sigurnost investicije mnogo veće.

8 od 9

4. ZAKLJUČAK

Moderni stil života podrazumijeva sve veću upotrebu energije u svrhu postizanja sve veće učinkovitosti i komfora, pa je upotreba energije svakim danom sve veća. Trenutno se većina energetskih potreba čovječanstva namiruje upotrebom vrlo štetnih fosilnih goriva, a u budućnosti će se ta goriva morati zamijeniti čišćim izvorima energije u obliku obnovljivih izvora energije ili nuklearne energije. Kao što se iz članka može vidjeti, dostupne energije ima i više nego dovoljno za pokrivanje svih mogućih budućih energetskih potreba, samo je potrebno pronaći načine čistog i sigurnog iskorištavanja raznih izvora energije, naravno uz postupno smanjenje utjecaja naftnih lobija koji svakom prilikom miniraju sve izvore energije koje oni financijski ne kontroliraju.

Zbog sve većeg utjecaja na svakodnevni život i kvalitetu života energija je postala glavni strateški resurs razvijenih država. U povijesti su se razni ratovi pokretali zbog nedostatka vode, nedostatka hrane, otklanjanja izravne opasnosti, iz vjerskih pobuda ili zbog jednostavnog povećanja teritorija. Da bi se održala stabilna opskrba energijom u zadnje vrijeme se pokreće sve više ratova kojima se pokušavaju osvojiti područja bogata energetskim resursima, pa tako energetsko bogatstvo zapravo nekim državama nanosi puno zla. Najaktualniji primjer je okupacija naftom bogatog Iraka od strane SAD-a u svrhu kontrole nafte. Ta okupacija i povećana potreba zemalja u razvoju ostatku svijeta je donijela znatno povećanje cijena svih naftnih proizvoda što se kasnije posredno odrazilo na cijene gotovo svih proizvoda. Novi i obnovljivi izvori energije će u budućnosti vjerojatno postati primarni izvori energije i time će ratovi za energiju postati prošlost i samim time svijet bi trebao postati mirnije mjesto.

9 od 9