BILANS ENRGII DLA POWIERZCHNI ZIEMI Łukasz Daros WFiIS IS gr.2 Rok 2005/2006
Plan prezentacji: Odnawialne źródła energii: energia słoneczna energia wiatru energia wody morskiej (prądów, fal, pływów) energia biomasy energia geotermiczna Nieodnawialne źródła energii: surowce kopalne (węgiel kamienny, węgiel brunatny, ropa naftowa, torf, gaz ziemny ) Podsumowanie
ENERGIA SŁONECZNA- SŁOŃCE Najbliższa gwiazda główne źródło energii docierającej do ziemi (przy przemianie wodoru w hel) 1g wodoru ->hel + 1012 J energii 4mln ton wodoru /s przemieniane w hel ( wystarczy na min.5mld lat) 62,86x106 J/s -energia wypromieniowywana z m2 3,826x1026J/s -energia z powierzchni Słońca 2x1017 J= 200x1012 kw dociera do Ziemi
ENERGIA SŁONECZNA System klimatyczny-napędzany energią dostarczaną przez promieniowanie słoneczne bilans promieniowania Ziemi
ENERGIA SŁONECZNA Bilans promieniowania dla poszczególnych części systemu Ziemi
ENERGIA SŁONECZNA Albedo: stosunek promieniowania odbitego do całkowitego padającego na daną powierzchnię Wartości od 0 (brak odbicia) do 1 (całe padające promieniowanie jest odbijane) Dla całej Ziemi=0,3 Gdyby Ziemia nie wypromieniowywała z powrotem w kosmos energii, którą dostaje od Słońca to coraz więcej energii gromadziłoby się na Ziemi i stawałaby się ona coraz cieplejsza. Tak się jednak nie dzieje. Długookresowy bilans energetyczny Ziemi jest równy zero. Oznacza to, że Ziemia oddaje z powrotem to co otrzymała
ENERGIA SŁONECZNA
ENERGIA SŁOENECZNA Promieniowanie słoneczne: 1)Słońce -źródło energii docierającej z kosmosu 2)Promieniowanie docierające do powierzchni Ziemi 3)Promieniowanie odbijane przez Ziemię 4)Promieniowanie odbijane przez chmury i aerozole 5)Promieniowanie pochłaniane przez cząsteczki gazów i cząstki
ENERGIA SŁONECZNA Ciepło wypromieniowywane przez Ziemię: 6)Ogrzana powierzchnia Ziemi jest źródłem promieniowania cieplnego 7)Energia zużywana na parowanie wody 8)Część promieniowania uchodząca bezpośrednio w kosmos 9)Chmury nie tylko odbijają, ale także pochłaniają promieniowanie 10)Cząstki stałe i gazy pochłaniające promieniowanie
ENERGIA SŁONECZNA 27.000.000.000 MW -dociera do Ziemi 0,01*1.000.000.000 MW -zapotrzebowanie Aby ją wykorzystać 745.000 km2 Ziemi należałoby pokryć panelami fotowoltaicznymi Energia słoneczna przekształcana w energię: elektryczna cieplną
ENERGIA SŁONECZNA Rola gazów cieplarnianych Wzmocnienie efektu cieplarnianego = więcej ciepła gromadzi się w pobliżu Ziemi, nie oznacza to, że więcej energii dociera do powierzchni Ziemi
EFEKT CIEPLARNIANY Efekt cieplarniany jest zjawiskiem spowodowanym zdolnością atmosfery do przepuszczania dużej części promieniowania słonecznego (głównie światła) i zatrzymywania promieniowania Ziemi (m. in. cieplnego). Dzięki temu na powierzchni Ziemi oraz w dolnych warstwach jej atmosfery jest cieplej niż byłoby, gdyby atmosfera nie istniała. Jak wynika z wyliczeń naukowców, temperatura powierzchni Ziemi pozbawionej atmosfery utrzymywałaby się w okolicy -17 C, podczas, gdy obecnie średnia temperatura na Ziemi wynosi +15 C
EFEKT CIEPLARNIANY Średnia temperatura Ziemi wzrasta z prędkością około 0,3 stopnia na dziesięć lat
ENERGIA ELEKTRYCZNA Wykorzystanie ogniw fotowoltaicznych w systemach wolnostojących (telefony na autostradzie, latarnie morskie, boje nawigacyjne) W Polsce, instalacje na dachach-> na 0,5% powierzchni (prąd i ciepło) Nie jest opłacalne budowanie wielkich powierzchniowo zespołów ogniw fotowoltaicznych
ENERGIA CIEPLNA Wpuszczanie światła, ciepła do domów (w takiej formie, w jakiej występuje-metoda pasywna) Kolektory słoneczne (wymiennik ciepła) ogrzewanie pomieszczeń podgrzewanie wody suszenie ziarna, owoców, nasion, grzybów
ENERGIA WIATRU Energia wiatru jest pochodną energii promieniowania słonecznego Energia promieniowania słonecznego ogrzewa masy powietrza atmosferycznego nierównomiernie, powoduje to tworzenie się różnicy ciśnień i w efekcie powstają ruchy cyrkulacyjne powietrza Jest wykorzystywana w gospodarstwach domowych oraz elektrowniach wiatrowych Najważniejszym czynnikiem jest duża prędkość wiatru
ENERGIA WIATRU Czynnikiem wpływającym na opłacalność elektrowni wiatrowych jest możliwość sytuowania ich na terenach o małej gęstości zaludnienia i braku sieci elektrycznej Elektrownie wiatrowe są budowane w miejscach ciągłego występowania wiatrów o odpowiednio dużej prędkości, zwykle większej niż 5-6m/s (Dania, Niemcy, Szwecja, Wielka Brytania) Największą w Europie elektrownię wiatrową uruchomiono w 1996 r. w Walii, w pobliżu Carno. Elektrownia ta wyposażona jest w 56 turbin wytwarzających prąd o mocy ponad 30 MW
ENERGIA WIATRU Międzynarodowa Agencja Energii (IEA), ocenia, że zużycie energii elektrycznej podwoi się do roku 2020. Jeżeli założy się, iż 10% tej ilości ma pochodzić z wiatru, to z tej energii należy wytworzyć 2500-3000 TWh/rok W skali światowej realistyczne jest założenie, że 20 proc. energii elektrycznej będzie wytwarzane z pomocą energii wiatru (Niemcy jako pierwsze przekroczyły 2000 MW)
ENERGIA WIATRU- POLSKA Rejonami kraju o wzmożonych prędkościach wiatru: Pobrzeże Słowińskie i Kaszubskie Suwalszczyzna Beskid Śląski i Żywiecki dolina Sanu od granic państwa po Sandomierz Polsce pracuje 29 profesjonalnych elektrowni wiatrowych o łącznej mocy 9740 kw
ENERGIA BIOMASY Biomasę określa się jako masę materii organicznej, zawartą w organizmach zwierzęcych lub roślinnych. Wyrażana jest w jednostkach tzw. świeżej masy (naturalna masa organizmów) oraz suchej masy (masa bezwodna) biomasa wykorzystywana w przemyśle energetycznym pochodzi z dwóch gałęzi gospodarki: z rolnictwa i leśnictwa
ENERGIA BIOMASY Biomasa roślinna pokrywa ok. 13% światowej produkcji energii, (Kanada pokrywała biomasą 7% potrzeb energetycznych, a USA 4% potrzeb) Z 1 ha użytków rolnych zbiera się rocznie 10-20 t biomasy Rolnictwo i leśnictwo zbierają w Polsce biomasę równoważną pod względem kalorycznym 150 mln ton węgla
ENERGIA BIOMASY Energię z biomasy można uzyskać poprzez: -spalanie biomasy roślinnej (np. drewno, odpady drzewne z tartaków, zakładów meblarskich i in., słoma) -wytwarzanie oleju opałowego z roślin oleistych (np. rzepak) specjalnie uprawianych dla celów energetycznych -fermentację alkoholową trzciny cukrowej lub ziemniaków celem wytworzenia alkoholu etylowego do paliw silnikowych
ENERGIA GEOTERMICZNA Energia geotermiczna (energia geotermalna) polega na wykorzystaniu energii pochodzącej z wnętrza Ziemi, szczególnie w obszarach działalności wulkanicznej i sejsmicznej Zasoby są zmagazynowane w warstwach skalnych. Sposób wykorzystania zasobów geotermalnych zależy od temperatury czynnika grzejnego. Przyjęto, że przy temperaturze powyżej 120-150 C opłaca się go wykorzystać do produkcji energii elektrycznej.
ENERGIA GEOTERMICZNA Na świecie wykorzystuje się różne źródła energii geotermalnej. Według aktualnego stanu wiedzy źródła energii geotermicznej można podzielić ze względu na stan skupienia nośnika ciepła, a także wysokość temperatury na następujące grupy: grunty i skały do głębokości 2500m, z których ciepło dla celów grzejnych z wykorzystaniem pomp ciepła pobierane jest przy pomocy specjalnych sond wody gruntowe jako dolne źródło ciepła dla pomp grzejnych w zastosowaniu do celów grzejnych
ENERGIA GEOTERMICZNA wody gorące i ciepłe, wydobywane przy pomocy wywierconych otworów eksploatacyjnych (w przypadku mineralizacji wody, wtłaczane są z powrotem do złoża po ich wykorzystaniu energetycznym) para wodna, wydobywana przy pomocy otworów wiertniczych znajdująca zastosowanie w elektrowniach geotermalnych do wytwarzania energii elektrycznej
ENERGIA GEOTERMICZNA gorące skały, z których energia odbierana jest przez wodę cyrkulującą pod wysokim ciśnieniem przez system szczelin naturalnych lub wytworzonych sztucznie w kompleksach skalnych, na dużych głębokościach. Energia ta wykorzystywana jest w elektrowniach goetermalnych do wytwarzania energii elektrycznej oraz do celów grzejnych Energia geotermalna możliwa w najbliższej perspektywie do pozyskania dla celów praktycznych (głównie w ciepłownictwie) zgromadzona jest w gorących suchych skałach, parach wodnych i wodach wypełniających porowate skały
ENERGIA WODY Energia wody- wykorzystywana gospodarczo energia mechaniczna płynącej wody. Współcześnie energię wodną zazwyczaj przetwarza się na energię elektryczną (często oparta na spiętrzeniach uzyskanych dzięki zaporą wodnym). Można ją także wykorzystywać bezpośrednio do napędu maszyn istnieje wiele rozwiązań, w których płynąca woda napędza np. turbinę Energia ta jest bardzo korzystne zarówno ze względu na ekologię i ekonomię
ENERGIA WODY Działanie elektrowni wodnych jest dość proste. Woda z rzek spływa z wyżej położonych terenów takich jak np. góry, czy wyżyny do zbiorników wodnych (mórz lub jezior) położonych np. na nizinach Podział elektrowni ze względu na wielkość: elektrownie duże -o mocy zainstalowanej 10 MW i więcej elektrownie małe -o mocy w przedziale 200 kw 10 MW mikroelektrownie wodne -poniżej 200 kw mocy
ENERGIA WODY
ENERGIA WODY MORSKIEJ Fal morskich- moc fal ocenia się na 3 TW, jednak wykorzystanie tej energii sprawia pewne trudności Pływów morskich- jest źródłem energii o potencjale szacowanym na 200 GW Cieplna oceanów- wykorzystuje różnicę temperatury wody na powierzchni i w głębi morza lub oceanu
SUROWCE KOPALNE- ROPA Ropa naftowa jest obecnie najważniejszym surowcem energetycznym, często określanym mianem surowca strategicznego. Jej znaczenie jako surowca energetycznego wynika z dużej kaloryczności (10 000-11 500 kcal/kg) niskich kosztów wydobycia i transportu (tankowce, rurociągi) rosnącego znaczenia jako paliwa dla rozwijającej się motoryzacji stosunkowo taniej destylacji
ROPA NAFTOWA I GAZ ZIEMNY
SUROWCE KOPALNE- GAZ Gaz ziemny jest paliwem znacznie droższym od węgla, ale równocześnie o wiele czystszym ekologicznie. Budowa elektrowni gazowych trwa krócej i wymaga mniejszych nakładów niż elektrowni węglowych
ROPA NAFTOWA I GAZ ZIEMNY
WĘGIEL KAMIENNY I BRUNATNY Węgiel kamienny jest surowcem, który zapoczątkował produkcję energii na wielką skalę, a wraz z nią rewolucję przemysłową. Jego kaloryczność waha się od 5 000 kcal/kg do 7 500 kcal/kg W drugiej połowie XX w. węgiel kamienny przestał być głównym źródłem energii w krajach wysoko rozwiniętych. Został zastąpiony tańszymi nośnikami energii
WĘGIEL KAMIENNY I BRUNATNY Węgiel brunatny ze względu na niewielką kaloryczność (1500-3000 kcal/kg), odgrywa niewielka rolę w światowej gospodarce energetycznej Nieopłacalny transport powoduje, że eksploatowany tylko w miejscach wydobywania
WĘGIEL KAMIENNY I BRUNATNY 58,1%-elektrownie na w.kamienny 34 %-elektrownie na w. brunatny 2,3%-elektrownie wodne 5,6%-elektrownie przemysłowe Produkcja energii elektrycznej w zależności od źródeł Udział węgla brunatnego w wytworzeniu energii elektrycznej w Europie (rocznie w %)
CIEKAWOSTKI Świecąca zasypka -> tlenek cynku, związek stosowany w zasypkach dla dzieci, może w przyszłości stanowić tanie źródło światła Elektryczność ze zgniłych bananów -> Australijski naukowiec stworzył generator produkujący energię elektryczną ze zgniłych bananów Wodorowe auto -> "Wodorowa" Honda nie emituje żadnych zanieczyszczeń do atmosfery. Ogniwa paliwowe wytwarzają energię elektryczną, służącą do napędu silnika samochodu, z reakcji wodoru z tlenem
Podsumowanie: Źródła energii dzielimy na odnawialne i nieodnawialne Słońce jest najlepszym możliwym źródłem energii, ale metody adaptacji tej energii na potrzeby ludzi mogą być jeszcze dużo lepsze Niebezpieczeństwo ze strony efektu cieplarnianego Państwa lepiej rozwinięte inwestują w odnawialne źródła energii Niewykorzystywanie odnawialnych źródeł energii może doprowadzić do kryzysu energetycznego
Prezentacja dostępna pod adresem: http://lucjuk.w.interia.pl/fs/fs.zip