OBNOVLJIVI VIRI ENERGIJE

STVARNO KAZALO: 0 UVOD.................................................................................................................. 3 1 Biomasa (les) ...................................................................................................... 5 2 Vetrna energija .................................................................................................... 7 3 Hidroenergija ....................................................................................................... 8 4 Sončna energija .................................................................................................. 9 5 Geotermalna energija ........................................................................................ 11 6 Energija valov.................................................................................................... 12 7 Energija bibavice ............................................................................................... 13 8 Solna energija (princip osmoze) ........................................................................ 14

KAZALO SLIK Slika 1: Kotel na lesno biomaso.................................................................................. 5 Slika 2: Polena............................................................................................................ 5 Slika 3: Sekanci .......................................................................................................... 5 Slika 4: Briketi............................................................................................................. 5 Slika 5: Peleti.............................................................................................................. 5 Slika 6: Potencial sončne energije neposredno preko sevanja na Zemljo nekajkrat presega vse človeške potrebe po energiji................................................................. 10 Slika 7: V Sloveniji nimamo resnih potencialov za izkoriščanje energije bibavice .... 13 Slika 8: Princip delovanja Solne elektrarne .............................................................. 14 Slika 9: Prvi prototip solne elektrarne v Tofte na Norveškem ................................... 15

0 UVOD

Obnovljivi viri energije so tisti viri energije, ki izkoriščajo naravne procese in se v naravi nenehno pojavljajo v (skoraj) neomejenih količinah:

- biomasa (les, biodizel, rastlinska olja, bioplin…); - veter (izkoriščanje zračnih tokov); - voda (hidroenergija); - sonce (neposredno sončno obsevanje Zemlje); - geotermalna energija (izkoriščanje toplotnih tokov Zemlje); - valovi (izkoriščanje energije morskih tokov); - bibavica (plima in oseka); - solna energija (princip osmoze). Obnovljivi energetski viri se na splošno tako iz fizičnih kot iz ekonomskih razlogov

uporabljajo na mestih, kjer so ti viri na razpolago. Večina obnovljivih virov izhaja iz sprotnega sončevega sevanja, izjema sta energija bibavice in geotermalna energija. Biomasa je uskladiščena sončna energija. Veter je gibanje zraka, ki ga povzroči porušeno razmerje med zračnim tlakom nad toplim in hladnim delom površja. Valove povzročajo viharji z močnimi vetrovi na oceanih in morjih. Geotermalna energija je posledica toplotnih procesov v notranjosti Zemlje. Energija bibavice je posledica vpliva težnostne sile lune in sonca ter kinetične energije Zemlje, kar povzroča plimo in oseko morja. Solna energija nastane zaradi razlike v tlaku med slano in sladko vodo.

Slovenija in Evropska unija sta si na področju izkoriščanja obnovljivih virov

energije visoke cilje. V Evropski uniji naj bi do leta 2020 povečali delež obnovljivih virov v celotni energetski porabi na 20 odstotkov (v Sloveniji na 25 %). Z obnovljivimi viri bomo v Evropski uniji zmanjšali odvisnost od fosilnih goriv, pri katerih smo danes odvisni predvsem od uvoza in politični odnosov (primer: nedavni spor med Ukrajino in Rusijo glede dobave zemeljskega plina). Posledično bomo zmanjšali izpuste toplogrednih plinov in s tem prispevali k varovanju okolja ter zagotavljanju trajnostnega energetskega razvoja posameznih regij in držav. V svetovnem merilu je Evropska unija vodilna na področju tehnologije obnovljivih energetskih virov, z letnimi prihodki v višini 20 milijard EUR in 300.000 novih delovnih mest. Evropa se zavzema za nižjo ceno čiste energije in vodilno vlogo industrije EU v hitro rastočem sektorju tehnologij z nižjimi emisijami ogljika.

Za spodbujanje rabe energije iz obnovljivih virov energije se je Slovenija zavzela

že v Resoluciji o Nacionalnem energetskem programu (Uradni list RS, št. 57/2004), prednost obnovljivim virom energije pred konvencionalnim pa je zapisana tudi v Energetskem zakonu (Uradni list RS, št. 24/2007).

Za spodbujanje uporabe obnovljivih virov v Sloveniji, je bil sprejet tudi Pravilnik o

spodbujanju učinkovite rabe energije in rabe obnovljivih virov energije, z dne 19.9.2008 (Uradni list RS, št. 89/2008), prav tako je Vlada republike Slovenije sprejela Sklep o cenah in premijah za odkup električne energije od kvalificiranih proizvajalcev električne energije, z dne 30.6.2008 (Uradni list RS, št. 65/2008).

Izkoriščanje obnovljivih virov energije je danes ena najpomembnejših slovenskih in evropskih energetskih prioritet, ki ima tudi velik gospodarski vpliv. Pretvarjanje energij iz obnovljivih virov v koristno energijo pomeni zagotavljanje in odpiranje novih delovnih mest, diverzifikacijo energetskih virov, ki vodi v zmanjšanje energetske odvisnosti ter zagotavljanje energetske samozadostnosti regij. Povezave: http://www.ove.si/ http://zakonodaja.gov.si/rpsi/r00/predpis_ZAKO1550.html http://zakonodaja.gov.si/rpsi/r05/predpis_NACP45.html http://www.energetika.net/ http://www.izvorienergije.com/ http://www.aure.si/ http://www.modra-energija.si/

1 Biomasa (les) Biomasa je organska snov, katero lahko uporabimo za proizvajanje energije. Obravnavamo jo lahko kot uskladiščeno sončno energijo, katero lahko pretvarjamo v toplotno, mehansko ali električno energijo.

Trenutno najbolj uporabljana biomasa je lesna biomasa in sicer v obliki lesa iz gozda, odpadnega industrijskega lesa in odpadnih lesenih proizvodov. S kurjenjem biomase pridobimo toplotno energijo, ki jo lahko pretvorimo v električno oziroma mehansko energijo. Biomasa je četrta najbolj izkoriščena energija na svetu, z njo proizvedemo 7 do 10 % energije na svetu, večinoma kot toploto. Energijo biomase izkoriščamo že od kar je človek izumil ogenj. Lesna biomasa je obnovljiv vir energije, ker ga ob pravilni uporabi ne zmanjka (se obnavlja) in nima vplivov na okolje, saj je CO2 nevtralna (CO2, ki se sprošča pri zgorevanju lesa bi se v naravi emitiral v okolje z gnitjem ).

Lesno biomaso lahko uporabljamo centralno za vsakega uporabnika posebej ali pa v toplarni, kjer daljinsko ogrevamo več objektov. Kurjenje poteka v kotlih, ki so namenjeni za kurjenje lesne biomase. Sodobni kotli na lesno biomaso imajo izkoristek večji od 90 %.

Slika 1: Kotel na lesno biomaso

Naravni les lahko kot energent najdemo v več oblikah:

1. polena, 2. sekanci (koščki lesa, žagovina), 3. peleti (suh lesni prah stisnjen v čepke) in 4. briketi (žagovina ipd. stisnjena v valje).

Slika 2: Polena

Slika 3: Sekanci

Slika 4: Briketi

Slika 5: Peleti

V Sloveniji je okoli 60 % površin pokritih z gozdovi (v Evropi sta z gozdovi bogatejši le Finska in Švedska), zato je les naravno bogastvo. Za energetske namene se v Sloveniji porabi okoli 1,2 mio. m3 lesa, kar predstavlja le 4 % energije proizvedene pri nas. 70 % te energije se porabi za ogrevanje hiš, 30 % za energetske potrebe v industriji. Prednosti izkoriš čanja biomase:

• je obnovljiv vir energije, • prispeva k nujnemu čiščenju gozdov, • zmanjšuje onesnaževanje in • v Sloveniji jo je v izobilju.

Slabosti izkoriš čanja biomase: • visoka cena tehnologije in • ljudje se ne zavedajo pomena obnovljivih virov energije.

Povezave: http://www.biomasa.zgs.gov.si/ http://www.mitraka.com http://www.ove.si/ http://www.kwb.at/ http://www.izvorienergije.com/ http://www.aure.si/ http://www.se-f.si/uploads/0X/ZT/0XZTpumarIFz2--Le92JOA/biomasa_les.pdf http://www.aure.gov.si/eknjiznica/V5-biomasa.pdf

2 Vetrna energija

Že v preteklosti smo izkoriščali vetrno energijo za pogon mlinov in za črpanje vode. Danes izkoriščamo vetrno energijo predvsem za proizvodnjo električne energije. Energetski objekt, ki pretvarja vetrno energijo v električno energijo imenujemo vetrna elektrarna.

Vetrna elektrarna je sestavljena iz: • listov oziroma lopatic z rotorjem, • aero ohišja (v ohišju je generator električne energije, zobniško gonilo,

menjalnik hitrosti, zavora, gornja in spodnja pogonska gred, sistem za spreminjanje smeri, na ohišju pa sta nameščena anemometer in smernik vetra) in

• stebra (v katerim je upravljalnik krmila in motor krmila). Za smotrno delovanje vetrne elektrarne potrebujemo področje, kjer veter piha

s konstantno hitrostjo nad 6 m/s. Največji izkoristek elektrarne je, ko piha veter med 15 m/s in 25 m/s. Ko veter preseže 25 m/s se elektrarne samodejno ustavijo. Poznamo vetrne elektrarne z uporovnimi in z vzgonskimi tipi turbin. Večji koeficient moči razvijejo turbine, ki delujejo na principu vzgona. V zadnjem času se uveljavljajo tudi tako imenovane mestne vetrne elektrarne, katerih lastnosti so male moči in slab izkoristek. Uporabljajo se predvsem kot dopolnilna tehnologija za proizvodnjo električne energije, ki jo porabimo na kraju proizvodnje.

V Evropi smo v zadnjih 8 letih povečali potencial vetrne energije iz 1 % v letu 2000 celotne proizvedene energije na 4 % celotne proizvedene energije v letu 2008. Največji delež vetrnih elektrarn v Evropi imajo v Nemčiji, kar 40 %, sledita ji Španija z 27 % in Danska s 5 %. Finska naj bi v naslednjih desetletjih zgradila vetrne elektrarne, ki bi proizvajale od 4 do 5 tisoč MW energije. Kljub velikemu vetrnemu potencialu na področju primorske imamo v Sloveniji trenutno inštaliranih le nekaj manjših elektrarn.

Prednosti izkoriš čanja vetrne energije:

• čista energija (brez odpadkov ali nevarnih kemičnih snovi), • hitra gradnja in • nizki stroški obratovanja.

Slabosti izkoriš čanja vetrne energije:

• visoki stroški izgradnje, • šum oz. hrupnost rotorjev, • vetrnice motijo krajinsko podobo in • nevarnost za ptice.

Povezave: http://www.ewea.org http://www.ove.si http://www.urban-wind.org http://www.energetika.net http://www.izvorienergije.com/energija_vjetra.html

3 Hidroenergija

Voda je eden izmed najpomembnejših obnovljivih virov na svetu, saj kar petino energije dobimo iz hidroenergije. V Sloveniji proizvedemo z hidroenergijo kar 24,5 % električne energije. Kinetično energijo vode pretvarjamo v električno energijo. Ko sonce seva na Zemljo, voda neprestano kroži. Kroženju vode pravimo hidrološki krog. Voda, ki teče skozi turbine elektrarne je del hidrološkega kroga, zato jo uvrščamo med obnovljive vire energije. Je ekološko neoporečna saj njena pretvorba v električno energijo ne onesnažuje okolja. Pretvorba hidroenergije v električno energijo poteka v hidroelektrarnah. Količina pridobljene energije je odvisna tako od količine vode, kot od višinske razlike vodnega padca.

Med male hidroelektrarne uvrščamo elektrarne, katerih inštalirana moč je do 10 MW. Z njihovo izgradnjo ne posežemo močno v okolje. V Sloveniji imamo takega vodnega potenciala zelo veliko, saj imamo dosti hitrih potokov in manjših alpskih rek. Male hidroelektrarne lahko oddajajo električno energijo v omrežje ali pa so samostojne in napajajo manjše število uporabnikov.

Povezave: http://www.ove.si/ http://www.zdmhe.si/si/hidroenergia2008/razpis/index.html http://www.modra-energija.si/ http://www.izvorienergije.com/energija_vode.html http://www.ekostran.si http://www.focus.si/ http://www.energetika.net

4 Sončna energija Sončno sevanje je trajen vir energije, ki ga lahko neposredno pretvorimo v enosmerno električno energijo, brez onesnaževanja okolja z izkoriščanjem fotonapetostnega pojava. Sončno energijo lahko uporabimo za gretje, hlajenje in neposredno za pretvorbo v električno energijo. Toplotno energijo lahko pridobivamo s pomočjo kolektorjev, ki ogrevajo vodo ali zrak s katerim ogrevamo objekte ali sanitarno vodo. Pri neposrednem pretvarjanju sončne energije v električno uporabljamo fotovoltaične sisteme. Fotovoltaični modul je sestavljen iz sončnih celic, pretvorba pa je odvisna od tipa sončnih celic in pogojev delovanja. Izkoristek modulov je do 40 %, vendar se za komercialno prodajo uporabljajo moduli z izkoristkom do 18 %. Sončne celice se izdelujejo iz polprevodniških materialov. V zadnjem času se najbolj uporabljajo monokristali ali polikristali silicija ter amorfni silicij ali kadmijev telurid. Poznamo dve vrste fotonapetostnih sistemov:

• Otočne elektrarne, ki niso priključene na električno omrežje. Namenjene so za napajanje objektov, kjer ni električnega omrežja. Zraven imajo nameščene akumulatorje, ki omogočajo določeno avtonomijo sistema.

• Elektrarne priključene na omrežno napetost, ki višek električne energije prodajajo distribucijskim podjetjem po višji, subvencionirani, ceni.

Boljši zajem sončne energije omogočajo sistemi za sledenje sonca. Ločimo dve vrste:

• Enoosni – dnevni, pri njih se moduli obračajo od vzhoda proti zahodu s tem pa proizvedemo od 15 do 20 % več energije.

• Dvoosni, pri njih moduli sledijo soncu, istočasno pa se spreminja tudi njihov naklon, zato, da je sprejemna površina vedno pravokotna na vpadni žarek. S pomočjo tega sledenja zagotovimo 30 do 35 % več energije.

Prednosti:

• nimajo mehansko gibljivih delov, ki bi prinašali dodatne izgube, • namestimo jih lahko blizu porabnika, • zelo primerni so za odročne porabnike električne energije (npr.: planinske

koče), • imajo majhno težo, • ne onesnažujejo okolja in ne povzročajo hrupa, • ne potrebujejo dodatnih izvorov napajanja, • potrebujejo majhno vzdrževanje, • možna izvedba moči od 1µW do nekaj sto MW, • dobre dinamične karakteristike in • material za izdelavo je lahko dostopen.

Slabosti: • zelo visoka cena oziroma visoki stroški proizvodnje električne energije, • proizvodnja električne energije odvisna od intenzitete svetlobe, • potreba po dodatnih akumulatorjih in • nizek izkoristek.

Povezave: http://pv.fe.uni-lj.si/ http://www.pv-platforma.si/ http://www.ove.si/ http://www.energetika.net

Slika 6: Potencial sončne energije neposredno preko sevanja na Zemljo nekajkrat presega vse človeške potrebe po energiji

5 Geotermalna energija

Geotermalna energija je toplotna energija akumulirana v notranjosti zemlje. Izkoriščamo jo z zajemom vodnih oziroma parnih vrelcev ali s hlajenjem vročih kamenin.

Ločimo visokotemperaturne, pri katerih je temperatura vode nad 150 °C in jih uporabljamo za proizvodnjo električne energije in nizkotemperaturne, pri katerih je temperatura vode pod 150 °C in jih uporabljamo za o grevanje (stanovanjskih objektov, bazenov, daljinsko ogrevanje, itd).

Energijo geotermalnih virov uporabimo za ogrevanje sekundarne vode. Toplotno energije te vode pa prenesemo na površje in jo pretvorimo v želeno energijo (električno, mehansko ali toplotno). Izrabo plitkih geotermalnih virov lahko izkoriščamo tudi s pomočjo toplotnih črpalk (voda - voda). Prednosti:

• Čista energija, saj ne onesnažuje ozračja, • na voljo je kadarkoli, ni odvisna od vremenskih razmer in podnebja ter • dolgoročen vir energije.

Slabosti:

• Velika investicija za vrtine, • usedanje tal, ki nastaja zaradi praznjenja vodonosnikov (lahko preprečimo z

vračanjem energijsko osiromašene vode), • onesnaževanje površinskih voda (zaradi spuščanja odpadne termalne vode v

površinske vode se le-te ogrevajo, zraven se poveča vsebnost škodljivih snovi),

• čeprav vemo, da je geotermalna energija prisotna na določenem območju, ni nobenih zagotovil, da jo bomo lahko izrabljali.

Povezave: http://www.modra-energija.si/ http://www2.arnes.si/~rmurko2/GEOTERMALNA.HTM http://www.ove.si/ http://geothermal.marin.org/GEOpresentation/ http://www.izvorienergije.com/geotermalna_energija.html http://www.geosonda.com/

6 Energija valov

V energiji valov se združuje moč vetra, vode in obale. Valove povzročajo viharji z močnimi vetrovi na oceanih in morjih. Te vrste elektrarn pretvarjajo kinetično energijo valov v mehansko energijo, ki se nato pretvori v električno energijo. Elektrarne izkoriščajo, nihajoče navpično gibanje valov, krožno gibanje vodnih delčkov znotraj vala, spreminjanje razdalje med vodno gladino in morskim dnom in s tem povezane spremembe tlaka ali butanje valov ob obalo. Ti sistemi so lahko plavajoči ali pa pritrjeni na morsko dno ali obalo. Poznamo:

• Osnovni princip: Na obali so na poševni betonski konstrukciji nameščene posebne zapore, ki odvajajo vodo skozi dotočne kanale prek zbiralnika na turbino in spet nazaj v morje.

• Plavajoče račke: Valovanje povzroča nihanje in rotacijo plovcev, ki so pritrjeni na plavajočo betonsko platformo. Rotacijsko gibanje se uporablja za pogon črpalke, ki tlači olje na tlak 150-200 barov. Ta energija se uporablja za pogon hidravličnega motorja, ki poganja generator.

• OWC naprave: Ta naprava izkorišča nihanje vodnega stolpca kot posledico valovanja. Zgrajeni so ob obali na skalnatih območjih, ker morajo biti zelo stabilni. Sama zgradba je dokaj enostavna, tako kot tudi princip delovanja. Ko pride val, se nivo vode v betonskem zalivu dvigne, zrak potuje skozi turbino, nato se turbina obrne in deluje tudi, ko val odteka, saj gre zrak iz komore in zopet poganja turbino.

• Tapchan: Sistem je zgrajen iz bazena, ki je nekaj metrov dvignjen od gladine in ima v bazen napeljan konusni kanal, po katerem je tudi dobila ime. Po kanalu se voda zaradi valovanja dviguje in polni bazen. Kinetična energija vode se tako spreminja v potencialno. Voda iz rezervoarja preko turbine teče nazaj v morje.

• Lopf: Zgleda kot »morska žaga« z generatorjem na eni strani na drugi strani pa je zasidran v morje.

Povezave: http://www2.arnes.si/~rmurko2/VALOVI.htm http://www.genspot.com/video-24330/energija-iz-oceanskih-valov.aspx http://www.swellfuel.com/

7 Energija bibavice Energija bibavice je oblika hidroenergije, ki izkorišča pretok vode skozi turbino, kateri se ustvarja zaradi spreminjanja višine vodne gladine pri plimi in oseki. Bibavica je posledica vpliva težnostne sile lune in sonca ter kinetične energije zemlje. Velike podvodne turbine izkoriščajo kinetično energijo bibavice tam, kjer je razlika med plimo in oseko nad 5 m. Najlažja izvedba elektrarne za izkoriščanje bibavice je, da se zaliv pregradi in se tako izkoriščam razlika med nivojema plime in oseke. Zaliv za pregrado je v bistvu akumulacijski bazen. Energija bibavice ima ogromen potencial za izkoriščanje, saj je na svetu ogromno površin z oceani in morji, vendar je malo mest, kjer obala dopušča izgradnjo teh elektrarn in je bibavica zadosti velika. Prednosti:

• bibavica je predvidljiv pojav, zato točno vemo, kdaj se bo proizvajala energija, • ne izpušča toplogrednih plinov in • je okolju prijazna

Slabosti:

• malo primernih mest za izgradnjo teh elektrarn, • veliki začetni stroški za izgradnjo teh elektrarn, • velik poseg v okolje pri izgradnji elektrarne, • elementi elektrarne so bolj obremenjeni zaradi slane vode, • elektrarna obratuje samo 10 ur na dan, kadar je plima dviguje oziroma oseka

spušča

Slika 7: V Sloveniji nimamo resnih potencialov za izkoriščanje energije bibavice Povezave: http://www.izvorienergije.com/energija_oceana.html http://www.ove.si http://www.ekostran.si http://www2.arnes.si/~rmurko2/PLIMOVANJE.htm

8 Solna energija (princip osmoze) Najpomembnejši princip pridobivanja energije iz soli je naravni pojav osmoza. Pri tem sladka voda skozi pol prepustno membrano prodira v slano vodo in povzroči tlak, ki poganja turbino katera žene generator, ki proizvaja električno energijo. Morsko in sladko vodo dovajajo v ločenih ceveh preko filtrov, ki filtrirajo delce humusa in druge delce, ki lahko blokirajo membrano. Voda se nato hrani v zbiralnike sladke in morske vode, ki sta ločena z membrano. Sol iz morske vode prehaja skozi pol prepustno membrano v sladko vodo, kar povzroča povečanje tlaka na morsko stran membrane. Ta tlak je ekvivalenten tlaku na vodnem stolpu, ki je visok 120 metrov in ga je mogoče izkoristiti v turbini za proizvodnjo električne energije. Elektrarnam, ki uporabljajo tak princip proizvajanja električne energije pravimo solne elektrarne.

Slika 8: Princip delovanja Solne elektrarne (vir: http://www.statkraft.de/pub/innovation/tecnology/os motic_power/how_osmotic_power_works.asp )

Solne elektrarne se gradijo tam, kjer se sladke vode izlivajo v morje, pod pogojem, da je koncentracija soli v morju dovolj visoka, saj se tam sproščajo ogromne količine energije. Za razliko od hidroelektrarn in vetrnih elektrarn, na solne elektrarne ne vplivajo vremenska nihanja. Globalni potencial solne energije je ocenjen na okoli 1600-1700 TWh, kar je enakovredno rabi električne energije na Kitajskem v letu 2002. Samo na Norveškem bi bilo sposobno ustvariti 12 TWh električne energije na leto, kar je enakovreden 10 % skupne rabe energije na Norveškem. Na Norveškem jugozahodno od Osla v vasici Tofte na južnem obronku Oslofjorda, je podjetje Statkraft v sodelovanju z SINTEF ter s finančno podporo Enova in raziskovalnega sveta Norveške, leta 2008 začelo postavljati prvi prototip solne elektrarne, ki izkorišča princip osmoze. Do leta 2015 ima Statkraft cilj, da razvijejo moč membrane za solno elektrarno takšne zmogljivosti, da bo moč smotrna za komercialno izkoriščanje.

Slika 9: Prvi prototip solne elektrarne v Tofte na Norveškem (vir: http://www.statkraft.de/Images/Osmotic%20ENG_tcm4-9 654.pdf )

Solne elektrarne lahko zgradimo pod zemljo, npr. v kleti industrijske zgradbe, v hidroelektrarni ali v parku ter tako zmanjšamo vizualni učinek elektrarn na okolje in hkrati ne posežemo v preoblikovanje naravnega okolja, kot to naredijo velike hidroelektrarne. Solne elektrarne ne izpuščajo toplogrednih izpustov v ozračje ali voda, in ne vplivajo na favno ali floro reke ali morskega dna. Če bodo izboljšali izkoristek membrane bodo solne elektrarne postale pomemben vir proizvodnje čistih, obnovljivih virov energije. Viri in povezave: http://www.rtvslo.si/znanost-in-tehnologija/solna-elektrarna-norveski-ponos/77456 http://www.statkraft.de/pub/innovation/osmotic_power/features_articles/index.asp http://www.statkraft.de/Images/Osmotic%20ENG_tcm4-9654.pdf