ALTERNATYWNE SPOSOBY POZYSKIWANIA ENERGII

Transkrypt

1 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?

2 Konie mechaniczne czyli jak opisać energię? Koń mechaniczny (J. Watt) energia potrzebna do podniesienia 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

3 Skąd czerpać energię? Pożywienie Ilość Energia [kj/g] Energia [kj] Masło Łyżeczka Czekolada 2 kawałki Chleb Kromka Hamburger Porcja Lody Porcja Kurczak pieczony Porcja Mleko Szklanka 3,8 945 Banan Sztuka 1,9 176 Jabłko Sztuka 1,5 223

4 Skąd czerpać energię nośniki pierwotne

5 Skąd czerpać energię wykorzystanie paliw kopalnych

6 Zużycie energii pierwotnej na świecie Kraj Liczba mieszkańców [mln] Całkowite roczne zużycie energii pierwotnej [Toe] Roczne zużycie energii pierwotnej na 1 mieszkańca [Toe] Europa (OECD) ,4 USA ,3 Brazylia ,7 1,07 Chiny ,3 0,87 Indie ,4 0,48 Afryka ,63 Świat ,65

7 Zasoby paliw kopalnych Nośnik energii Rok wyczerpania Węgiel 2200 Ropa naftowa 2050 Gaz 2060 Uran 2200

8 Wytwarzanie energii elektrycznej

9 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, Szwecja 8,9 41, Francja 60,0 126, Niemcy 83,0 131, Czechy 10,2 14, Grecja 10,6 13, Słowacja 5,4 5, Hiszpania 40 45, Portugalia 10,1 9, Polska 38,7 20, Rumunia 22,4 7,88 352

10 Zużycie energii w Polsce

11 Porównanie Pierwotne źródła energii Woda Wiatr Słońce Promieniowanie słoneczne Biomasa Naturalne procesy przemiany energii Parowanie, topnienie lodu i śniegu, opady Ruch atmosfery Energia fal Prądy oceaniczne Nagrzewanie powierzchni Ziemi i atmosfery Promieniowanie słoneczne Produkcja biomasy Techniczne procesy przemiany energii Elektrownie wodne Elektrownie wiatrowe Elektrownie falowe Elektrownie wykorzystujące prądy oceaniczne Elektrownie wykorzystujące ciepło oceanów Pompy ciepła Kolektory i cieplne elektrownie słoneczne Fotoogniwa i elektrownie słoneczne Fotoliza Ogrzewanie i elektrownie cieplne Urządzenia przetwarzające Ziemia Rozpad izotopów Źródła geotermalne Ogrzewanie i elektrownie geotermalne Księżyc Grawitacja Pływy wód Elektrownie pływowe

12 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

13 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

14 Energia wiatru Zalety: oszczędność paliw naturalnych niezanieczyszczanie środowiska spalinami i pyłami dostęp do darmowego nośnika energii nowe miejsca pracy (1000MW ~ miejsc pracy) zagospodarowanie nieużytków Wady: konieczność zastosowanie magazynów energii wysokie nakłady inwestycyjne zagrożenie dla ptaków rozproszenie źródło hałasu zakłócanie fal ultradźwiękwowych

15 Energia promieniowania słonecznego możliwości wykorzystania w Polsce

16 Energia promieniowania słonecznego sposoby wykorzystania Energia cieplna Energia elektryczna

17 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

18 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

19 Energia geotermalna możliwości wykorzystania w Polsce Źródła geotermalne Ogólne 80% Opłacalne 40%

20 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

21 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

22 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

23 Źródło energii Alternatywne sposoby pozyskiwania energii Wytwarzanie energii elektrycznej porównanie metod Paliwo potrzebne do wytworzenia 1000 MW energii elektrycznej w roku Porównanie Biomasa 2000 km 2 upraw 3 jeziora Genewskie Wiatr 2700 wiatraków 486 km 2 Ogniwa fotowoltaiczne 23 km 2 paneli słonecznych 2555 boisk piłkarskich Biogaz 20 mln świń Gaz ziemny 1,2 * 10 9 m 3 47 piramidy Cheopsa Ropa ton baryłek ropy Węgiel ton wagonów Rozszczepienie jąder 35 ton UO ton rud uranu Synteza termojądrowa 100 kg D lub 150 kg T 2850 m 3 wody morskiej i 10 ton związków litu

24 Literatura i cytowane prace 1. W. Lewandowski, Proekologiczne źródła energii odnawialnej, WNT G. Jastrzębska, Odnawialne źródła energii i pojazdy proekologiczne, WNT A. Czerwiński, Akumulatory, baterie ogniwa, WKŁ www. paa.gov.pl Dziękuję za uwagę