Enersol 2012

Možnosti a obmedzenia využitia zdrojov energií

Erik Strišovský

Možnosti a obmedzenia využívania zdrojov energií

• Ekonomické požiadavky-úspešne zaistiť palivá a energie pre základné potreby a ekonomický rast, podporovať vedecký a technologický výskum

• Ekologické požiadavky- vyhnúť sa jadrovým nehodám a nebezpečným odpadom, limitovať vplyv na globálne otepľovanie, nepoškodzovať životné prostredie.

• Bezpečnostné požiadavky-minimalizovať konflikty pri zdrojoch surovín, vyhnúť sa šíreniu jadrových zbraní, zvýšiť bezpečnosť zdrojov proti teroristickým útokom

• Trh so surovinami a globálne otepľovanie sú celosvetové problémy-závisí od nich budúcnosť ľudstva

Ciele EU a Slovenska

• Energetická smernica 20-20-20:• predstavuje pre krajiny EU záväzok- znížiť do roku 2020

emisie skleníkových plynov a celkovú spotrebu energie najmenej o 20 percent a okrem toho, aby aspoň 20 percent energie bolo z obnoviteľných zdrojov.

• Obnoviteľné nefosílne prírodné energetické zdroje sú podľa Energetického zákona:

• energia vetra, energia slnečného žiarenia, geotermálna energia, energia vody, energia pôdy, energia vzduchu, energia biomasy, energia skládkových plynov, energia kalového plynu a energia bioplynu

Obnoviteľné zdroje energie

• Sú také, ktorých zásoby sa reálne nedajú vyčerpať, alebo sa pravidelne obnovujú.

• Patria sem nevyčerpateľné zdroje ako energia vetra, slnka a vodná, geotermálna, či prílivová energia, pravidelne môžeme obnovovať energiu biomasy

• Sú schopné zabezpečiť trvalo udržateľný rozvoj ľudstva, teda že neobmedzíme budúce generácie, nezničíme prírodu a jej ekosystémy

• Možno ich viac decentralizovať podľa miestnych potrieb a podmienok

Výhody obnoviteľných zdrojov

• Nevyčerpateľný a trvalo udržateľný zdroj

• Minimálny dopad na životné prostredie

• Minimálne odpady a emisie

• Decentralizácia energetických zdrojov

• Znížená závislosť od cudzích zdrojov

• Sebestačnosť

• Ekonomická a sociálna výhodnosť

Nevýhody obnoviteľných zdrojov

• Zatiaľ vysoké investičné nároky• Dlhá návratnosť investícií v porovnaní s

efektívnosťou• Fosílne palivá sú zatiaľ lacnejšie a je pre

nich zabezpečená infraštruktúra a technológie

• Nestály zdroj energie závislý od atmosférických podmienok

• Energetická kapacita

Neobnoviteľné zdroje

• Sú to fosílne palivá/ uhlie, ropa, plyn, suroviny, energia jadra/, ktoré na Zemi vznikali pred miliónmi rokov a postupne ich ťažíme viac a viac, že už o niekoľko sto rokov ich zásoby vyčerpáme/údaje kedy sa to stane sú rôzne/.

• Spotreba energie vo svete rastie rýchlejšie, zdroje sa vyčerpávajú a ťažba je sprevádzaná nebezpečenstvom pre človeka, devastáciou prírody, vznikom odpadov, emisií a celkovým globálnym otepľovaním, zvyšovaním rozdielov v životnej úrovni ľudí na rôznych kontinentoch a štátoch..

Klady a nedostatky

• Najviac používané• Dostatočný a

regulovateľný výkon• Veľká účinnosť• Nízka cena, kým sú

zdroje

• Emisie• Odpady• Globálne otepľovanie• Míňajúce sa zásoby• Závislosť krajín od

surovín• Ohrozenie budúcich

generácií

Geotermálna energia

• Je najstaršou energiou na Zemi, pretože ju Zem získala pri svojom vzniku z materskej hmloviny, následnými zrážkami kozmických telies a aj rádioaktívnym rozpadom niektorých prvkov v zemi.

• Geotermálna energia nie je v pravom slova zmysle obnoviteľným zdrojom energie, pretože má pôvod v horúcom jadre Zeme, z ktorého uniká teplo cez vulkanické pukliny v horninách prostredníctvom zemetrasení, zemských vrásnení, sopkami, gejzírmi a horúcimi prameňmi.

• Vzhľadom na obrovské, takmer nevyčerpateľné zásoby tejto energie, býva zaraďovaná medzi obnoviteľné zdroje.

• Teplota jadra Zeme sa odhaduje na viac ako 4 000 °C a v desaťkilometrovej vrstve zemského obalu, ktorá je dostupná súčasnej vŕtacej technike, sa nachádza dostatok energie na pokrytie spotreby energie ľudstva na obdobie niekoľko tisíc rokov.

• Teplo sa šíri zo žeravého zemského jadra k povrchu. Teplotný nárast sa pohybuje od 20 do 40 °C na vertikálny kilometer. V hĺbke asi 2 500 metrov sa často nachádza voda teplá až 200 °C.

Využitie geotermálnej energie

• Spôsoby využitia geotermálnej energie:

• hĺbkovým spôsobom sa využíva najmä vysokopotenciálové teplo Zeme

• povrchovým spôsobom sa využíva najmä nízkopotenciálové teplo Zeme pomocou tepelných čerpadiel.

Výhody

• Obnoviteľný zdroj• Nezaťažuje životné

prostredie• Možnosť kombinácie so

slnečnou energiou• Slnečnými kolektormi

zohriať vodu a naplniť ňou podzemné priestory do zásoby a čerpať teplú vodu, keď ju potrebujeme, ak sme pôvodné zdroje vyčerpali

• Hlboké vrty a náročná technika

• Termálne zdroje nie sú tam, kde je to potrebné

• Sprievodné nebezpečenstvo -jedovaté plyny, aktívne nestále územie/ zemetrasenia, sopky...

Slnečná energia-hnací motor života na Zemi

• Jej zdrojom je Slnko. • Dopadá na Zem vo forme tepelnej a svetelnej energie elektromagnetického

žiarenia vlnových dĺžok od 0,28 až do3 mikrometrov. Má pôvod vo fúznej protón- neutrónovej reakcii, ktorá prebieha pri teplote až 14 miliónov stupňov Celzia, pričom na povrchu Slnka je len 6000 stupňov.

• Vedci predpokladajú, že Slnko má ešte energiu na viac ako 5 miliárd rokov/jadrovým palivom na Slnku je syntéza jadier vodíka na jadrá hélia/.

• Na Zem dopadá 14000 krát viac energie zo Slnka ako sa v súčasnosti spotrebováva. Problém je len v jej využití.

• Ohrieva povrch Zeme, oceány a atmosféru, vytvára vietor, spôsobuje odparovanie vody, poháňa vodné toky, dodáva životnú energiu

• Zo slnečnej energie pochádzajú aj fosílne palivá a ostatné obnoviteľné zdroje energie – veterná a vodná, aj energia biomasy. Ľudstvo však fosílne zdroje spotrebováva rýchlejšie, za pár generácií sa vyčerpajú.

• Slnečná energia sa prejavuje ako tepelná/svetlo/, mechanická/vietor/ a chemická/fotosyntéza/

Využitie slnečnej energie

• Aktívne:• pomocou slnečných kolektorov, kvapalinových plochých, trubicových a bazénových na výrobu

teplej vody • teplovzdušných na výrobu tepla• fotovoltaických panelov a solárno-termických elektrární na výrobu elektriny• Pasívne: • úpravou konštrukcií domov na príjem slnečného žiarenia s cieľom zohrievať, chladiť a

osvetľovať/záhrady, balkóny, okná /• Nepriame využitie energie Slnka• - energiou vody –využitie spádu alebo prietoku• - energiou vetra – využitie prúdenia vzduch, vplyvom rozdielu teplôt• - využitie stúpajúceho prúdu teplého vzduchu (nad púšťou)• -využitie vlnenia morskej hladiny• - energiou morských prúdov spôsobených rozdielnou teplotou a salinitou• Priame využitie energie Slnka• 1.fotovoltaika, je priama premena slnečného žiarenia na elektrickú energiu• 2.fotothermika, je využitie tepelného žiarenia na ohrev látok rôzneho skupenstva• ◦solárne panely• ◦slnečná pec• ◦slnečnáelektráreň

Klady a nedostatky slnečnej energie

• Obnoviteľný zdroj energie• Stála cena tepla po dobu

životnosti zariadení asi 20- až 30 rokov

• Nezávislosť od dodávateľov energií a rastu cien

• Žiadne negatívne ekologické vplyvy na prostredie

• Zanedbateľné prevádzkové náklady

• Relatívne pomerne vysoká účinnosť

• Podpora štátu a eurofondov

• Pomerne vysoké vstupné investičné náklady

• Systémy nepokryjú potrebu počas celého roka, závislosť od počasia

• / na Slovensku asi 9 mesiacov/, od sklonu lúčov

• Najefektívnejšie pracujú v oblasti teplôt do 100 stupňov Celzia

• Závislosť od frekvencie a intenzity žiarenia

• Obmedzené zásoby minerálov, z ktorých sa vyrábajú kolektory, solárne panely, citlivé povrchy na poškodenie, znečistenie

• Ak nie sú na strechách, zaberú veľa miesta

Perspektívy

• Zvládnuť nové technológie výroby polovodičových článkov s väčšou absorpciou/, aby pracovali na väčšom rozsahu frekvencií, čím by sa zväčšilo množstvo vyrobenej energie

• Objaviť nové materiály, ktoré by pri rozpade produkovali energiu

• Kombinovať solárne články a fotovoltaické panely tak, aby zohrievali vodu a aj vyrábali elektrinu

• Inštalovať panely na strechy ako doplnkové zdroje/ napr. na našu školu/

Veterná energia

• Energia vetra je len jedna z foriem slnečnej energie, ktorá vzniká pri nerovnomernom ohrievaní zemského povrchu v dôsledku rozdielu tlaku zohrievaných oblastí vzduchu v zemskej atmosfére.

• Asi 1 až 2 % energie, ktorú Slnko vyžiari na Zem, sa mení na energiu vetra. Je to 50 až 100-krát viac ako energia, ktorú premenia všetky rastliny na Zemi na živú biomasu.

• Aj keď vietor, ako primárny zdroj energie je zadarmo a je takmer všadeprítomný, ekonomicky výhodne ho možno využiť iba obmedzene v lokalitách s vhodnými poveternostnými charakteristikami.

• Energiu vetra využívame veternými kolesami na odporovom princípe a veternými turbínami na vztlakovom princípe

• Možno ju premeniť na • elektrickú veternými turbínami• mechanickú veternými mlynmi• tepelnú v kombinácii s tepelným čerpadlom

Využitie veternej energie

• Potenciál veternej energie na Slovensku sa odhaduje na úrovni asi 4 000 GWh ročne, čo sú asi 4 % celkovej spotreby elektriny v SR

• (t.j. asi 1 % celkovej spotreby energie v SR).• U nás sa však na rozdiel od iných krajín EÚ –

najmä Rakúska, Dánska alebo Nemecka - veterná energia zatiaľ takmer nevyužíva

• / denne sa zo školy pozeráme na nekrútiacu sa turbínu na Furči/.

•

Veterná energia

• Klady• Jednoduchá a lacná výroba elektriny,• Vie vyrobiť až 100 kW energie na 1

turbínu• Jednoduchá inštalácia veterných

turbín za krátky čas• Nové typy turbín už nepotrebujú silný a

stály vietor, ale majú nižšiu účinnosť• Už ich možno stavať aj na vysokých

budovách, kde môžu napájať klimatizačné zariadenia

• Pri úzkej spolupráci s meteorológmi /početnosť dní s vetrom/možno regulovať ich zapojenie

• Inštalácia na odľahlých miestach/ viacúčelové využitie ako energetický zdroj, na čerpanie vody, na napájanie telekomunikačných zariadení, na prípravu teplej vody aj v kombinácii so solárnymi zdrojmi/

• Nedostatky• hlučné, neestetické, ohrozujú vtákov,

netopiere, ľudia ich nechcú v blízkosti obydlí, spôsobujú stroboskopický efekt/ligotanie/

• rentabilita a efektivita veterných elektrární veľmi závisí od poveternostných podmienok/ problém námraza/ a členitosti terénu,

• potrebujú veľa miesta na stavbu, rozostupy musia byť

• mechanické časti veterných turbín kladú veľké nároky na ich konštrukciu a kvalitu použitých materiálov

• výstavba veternej elektrárne je kapitálovo pomerne náročná

• problémy so spätným vplyvom na napájaciu sústavu, do ktorej sú pripojené

Perspektívy

• Inštalovať malé turbíny na doplnkovú výrobu energie, pohon klimatizačných jednotiek na budovách, inštalovať turbíny aj do vyšších polôh, vo výške1 km už je prúdenie bez prekážok, hľadať nové technológie na bezhlučný chod.

Biomasa

Je to každý nefosílny organický zdroj založený na fotosyntéze a slnečnom žiarení obsahujúci viazanú chemickú energiu:všetka vodná a suchozemská vegetácia drevo a drevný odpad v rôznych formách, poľnohospodárske plodiny a odpad z nich, odpady zo živočíšnej a potravinárskej produkcie,biologicky rozložiteľné frakcie priemyselného a komunálneho odpadu.

• Vzniká vďaka slnečnej energii a z energetického pohľadu slúži ako jej akumulátor, je to zakonzervovaná energia.

• Vyrábajú sa z nej plyny, oleje, palivá

Výhody a nevýhody využitia biomasy

• Výhody:• Dá sa ňou energia pomerne

jednoducho a dlhodobo skladovať• Nízke výrobné náklady. • Náhrada ropy a zemného plynu• Zníženie odpadov• Možnosť malých a miestnych

prevádzok na výrobu biomasy

• Nevýhody• Nízka účinnosť premeny na

energiu.• Z hektára poľa sa dá za rok získať

biomasa s energetickým obsahom 40 až 90 MWh, podľa typu plodiny.

• To je menej než 1 % slnečného žiarenia, ktoré na túto plochu za rok dopadne.

• Ďalšie škody pri spracovaní, nepriaznivý vplyv na životné prostredie spaľovaním, ťažbou, záber pôdy, doprava, odpady..

• Problém s CO2• Menej poľnohospodárskych

plodín, zvýšenie ich ceny• Sezónnosť, nutnosť robiť zásoby

Perspektívy

• Nájsť nové suroviny a plodiny, zlepšiť technológie spracovania, pestovať alebo aj ťažiť z mora riasy, hľadať biologické suroviny vyrábané baktériami, ktoré konzumujú cukor.

• Orientovať na túto oblasť bioinžinierstvo. Lepšie spracovávať každý odpad.

Vodná energia

• Voda je na Zemi a v jej atmosfére v neustálom pohybe. V dôsledku žiarenia zo Slnka sa odparuje z vodných plôch, vytvára oblaky pary a padá k Zemi vo forme dažďa alebo snehu.

• Množstvo energie obsiahnutej v zemskom vodnom cykle je obrovské, ale jej využitie nie je vždy jednoduché.

• Voda je obnoviteľný energetický zdroj, ktorého využívanie nezaťažuje atmosféru žiadnymi emisiami.

• Dá sa využiť na okamžité pokrytie spotreby energie (výroba elektriny v prietokovej elektrárni) a je možné ju využiť aj na uskladňovanie energie (v prečerpávacej elektrárni, ktorá v čase menšej spotreby "ukladá" energiu čerpaním vody do zásobnej nádrže nad turbínami).Potrebný je výškový rozdiel.

Využitie energie vody

• Po vyrobení vodnej turbíny na začiatku 19. storočia sa začala rýchlo presadzovať výroba elektriny v rôznych druhoch vodných elektrární.

• Malé vodné elektrárne môžu výborne dopĺňať iné obnoviteľné energetické zdroje na lokálnej a regionálnej úrovni, ak sú vhodne a citlivo navrhnuté.

• Veľké vodné diela sú investične náročné a výrazne negatívne ovplyvňujú životné prostredie a komunity.

• Najnovšie technológie výroby elektriny z vody využívajú energiu morského prílivu, morských vĺn alebo teplotného rozdielu vody v oceánoch.

• Z týchto druhov vodnej energie len energia morského prílivu nie je výsledkom aktivity Slnka, ale je spôsobovaná príťažlivou silou Mesiaca. Pôsobí na vodnú masu a spôsobuje príliv a odliv. To sa využíva v zálivoch, kde sa zdvíha hladina najvyššie. Táto voda sa uzavrie a pri odlive sa pustí k turbínam a tak vytvorený rozdiel hladín ich roztočí.

• Energia morských vĺn je priamym dôsledkom sily vetra, ktorý je spôsobovaný činnosťou Slnka.

Výhody a nevýhody• Obnoviteľný zdroj• Vlastné toky• Činnosť možno regulovať, teda

aj zastaviť prietok, meniť výkon podľa potreby-energetické špičky

• Nádrže sú viacfunkčné/ ochrana pred povodňami, zásobárne vody v čase sucha/

• Neznečisťuje životné prostredie

• Možno ich inštalovať v odľahlých oblastiach

• Nízke prevádzkové náklady vzhľadom na dlhú životnosť

• Zabezpečiť výškový rozdiel hladín

• Na mieste nádrží je záber pôdy

• Nebezpečenstvo povodní v prípade nehôd

• Ohrozenie živočíchov a rastlinstva priechodnosťou a únikom mazadiel, turbínami, eróziou, zmenou okolia krajiny

• Vysoké investičné náklady

Perspektívy

• Rozširovať vodné nádrže už nie je veľmi kam, skôr viac prečerpávať ešte do vyšších polôh a robiť malé vodné elektrárne ako doplnkové miestne zdroje s veľkým ohľadom na životné prostredie.

Úspora energie tým, že ju nebude treba

vyrobiť • Energiu šetríme už pri nákupe spotrebičov• Vyberať spotrebiče podľa energetickej triedy

uvedenej na energetických štítkoch• A až G energetická trieda/ od najviac po

najmenej úsporné/A+,A++ viac úsporné• Politické ekologické rozhodnutie• Zákaz klasických žiaroviek• 1.9.2009-všetky matné žiarovky a priesvitné od

80 W vyššie• 1.9.2010-žiarovky nad 65 W • 1.9.2011-žiarovky nad 45 W • 1.9.2012- všetky ostatné žiarovky

Ako šetriť

• Energiu potrebujeme• Musíme ňou šetriť, teda znižovať energetickú

náročnosť všetkej činnosti• Využívať obnoviteľné a alternatívne zdroje podľa

vhodnosti pre región až na jednotlivého spotrebiteľa

• Úloha pre každého občana/učíme sa to v škole/• Nahradzovať zastarané zdroje a spotrebiče

efektívnejšími napr.žiarovka-žiarivka-LED• Minimalizovať negatívny vplyv energetických

zdrojov a spotrebičov na životné prostredie

• Stránky na internete druhy energií a ich úspora

• http://ec.europa.eu/geninfo/legal_notices_sk.htm

• (zdroj: Wikipedia.org)

• Enviromentální vzdělávaní, výchova, osvěta SOŠ a SOU Uničov, Moravské nám.681

Zdroje

Environmentálne prínosy• Lokálne zlepšenie ovzdušia - znižovanie emisií z fosílnych palív • Ochrana klímy - zníženie globálnych emisií CO2• Úspory energie• Využitie miestnych zdrojov• Využitie obnoviteľných zdrojov• Sociálne prínosy energetickej sebestačnosti• Ekonomické prínosy energetickej sebestačnosti• Tok financií v regióne, príjmy obce z daní právnickych a fyzických osôb a z predaje energie• Nezávislosť na svetových cenách energie, energetická bezpečnosť • Priaznivé ceny energie a jej úspora • Podpora miestnych producentov napr. dreva či iných palív • Vylúčiť zbytočnú spotrebu energie• Efektívne využívať existujúcu energiu a nahradiť ju vhodnejšími druhmi energie• Solárnou energiou ako zdrojom elektriny a tepla• Drevom na výrobu tepla• Pestovať a spracovávať biomasu, biopalivá• Vyrábať elektrinu v bioplynových staniciach, v kogeneračných jednotkách,spracovávať bioodpady• Veterná energia• Vodná energia• Tepelné čerpadlá