Niekonwencjonalne źródła energii

Zużycie energii w świecie w ostatnim półwieczu zwiększyło się ponad czterokrotnie. Duży udział mają w tym w pewnym stopniu gospodarstwa domowe, ale przede wszystkim silnie rozwijająca się gospodarka krajów uprzemysłowionych.

Energia stanowi siłę napędową gospodarki każdego kraju. Wobec małej, jak dotychczas, wydajności innych źródeł energii, wśród podstawowych działań, które pozwolą uniknąć katastrofy ekologicznej, a jednocześnie zaspokoją potrzeby energetyczne świata, wymienia się oszczędne gospodarowanie we wszystkich dziedzinach. Nadzieje wiąże się z tzw. niekonwencjonalnymi źródłami energii, czyli takimi, które wykorzystują odnawialne źródła energii. Wszystkie dotychczasowe rozwiązania są mało wydajne i niezwykle kosztowne. W ostatnich kilku latach produkcja energii ze źródeł odnawialnych rozwija się 10-krotnie szybciej niż przemysł paliw kopalnych. Do niekonwencjonalnych źródeł energii zalicza się: energię wiatru, energię geotermalną, energię słoneczną, energię pływów morskich, energię biomasy, oraz energię biogazów.

Energię wiatru dostarczają elektrownie wiatrowe, które budowane są na terenach o dużej rocznej liczbie dni z wiatrem, a więc na obszarach górskich, czy nadmorskich. Wiatr jako niewyczerpywalne źródło czystej ekologicznie energii znajduje coraz szersze zastosowanie. Potencjał wiatru jest przetwarzany jest na energię elektryczna dzięki zastosowaniu silnika wiatrowego z generatorem prądotwórczym. Ponad 90 % światowej produkcji energii wiatru przypada na Stany Zjednoczone (Kalifornia).

Udział energii wiatrowej w produkcji energii elektrycznej w Danii wynosi 7 % i jest najwyższy na świecie. Duży udział w produkcji energii elektrycznej w stosunku do całości wyprodukowanej energii mają także Holandia, Chiny, Wielka Brytania i Stany Zjednoczone. Największa elektrownia wiatrowa znajduje się w Chinach. Polska dysponuje około 40 turbinami wiatrowymi. Korzyści ekologiczne i ekonomiczne wynikające z wykorzystania energii wiatru zależą od właściwej lokalizacji. Wymaga to szczegółowej i kompleksowej analizy zarówno aspektów technicznych, jak i ekologicznych i finansowych.

Turbiny wiatrowe wykorzystywane do produkcji energii elektrycznej

• Energia elektryczna pozyskana z wiatru jest ekologicznie czysta, gdyż w procesie jej wytwarzania nie dochodzi do spalania paliwa. W niektórych krajach budowane są elektrownie wiatrowe, składające się z wielu ustawionych obok siebie turbin. Jednak opinia publiczna często bywa nieprzychylna takim inwestycjom ze względu na złe komponowanie się turbin w krajobrazie.

• Energia geotermalna to naturalne ciepło wnętrza naszej planety zgromadzone w skalach i wypełniających je wodach. Ten rodzaj energii jedynie w 0,3 % pokrywa zapotrzebowanie energetyczne. Elektrownie geotermalne wykorzystują parę wodną o temperaturze kilkuset stopni Celsjusza, która wydobywa się z litosfery. Przy wydobyciu gorącej cieczy wydostaje się również szkodliwy siarkowodór, który musi zostać zneutralizowany. Neutralizacja tego związku jest kosztowna. Najwięcej elektrowni geotermalnych znajduje się we Włoszech, Nowej Zelandii, Islandii, Stanach Zjednoczonych, Rosji i Japonii. Największe elektrownie wykorzystujące źródła geotermalne to The Geysers Fields w Stanach Zjednoczonych, oraz Larderello we Włoszech.
  
  Najbardziej znanym miejscem wykorzystania jest sztuczny geologiczny zbiornik ciepła w Los Alamos (USA), utworzony w skalach o temperaturze 200°C, na głębokości 2000 m. W Islandii, oraz Rosji energię geotermalną stosuje się także do ogrzewania mieszkań. W Polsce źródła geotermalne wykorzystywane są np. na Nizinie Szczecińskiej (Pyrzyce). Istnieją także sztuczne geologiczne zbiorniki ciepła powstające w suchych gorących skałach. Technologia pozyskiwania energii geotermalnej z gorących skał została udoskonalona przez kraje wysoko rozwinięte. Obecnie coraz powszechniej stosowane są pompy cieplne umożliwiające korzystanie z energii geotermalnej niskotemperaturowej. Energia geotermalna niskotemperaturowa występuje poniżej głębokości l do 1,5 m. w skalach i wodach je wypełniających. Pompy cieplne uruchamiane energią elektryczną lub gazową pozwalają na zamianę niskich temperatur uzyskiwanych z ziemi (10°C - 30°C) temperatury przydatnej w ciepłownictwie (45°C - 80°C). Energia geotermalna jest coraz częściej stosowana zarówno na świecie jak i w Polsce, co spowodowane jest wzrastającym zainteresowaniem energią niekonwencjonalną.

• Energia słoneczna pochodzi z promieni słonecznych docierających do powierzchni naszej planety. Ten rodzaj energii jest uważny za najbezpieczniejszy. Najkorzystniejsze warunki do wykorzystywania energii słonecznej posiadają kraje odznaczające się wysokim nasłonecznieniem, a więc państwa strefy zwrotnikowej, podzwrotnikowej i podrównikowej. Potencjał energetyczny pochodzący z energii słonecznej jest minimalnie wykorzystywany, jednakże udział tego rodzaju energii w światowej strukturze produkcji energii metodami niekonwencjonalnymi stopniowo rośnie. Koszty budowy elektrowni są bardzo wysokie. Największa elektrownia heliotermiczna znajduje się w Stanach Zjednoczonych na pustyni Mohave. Energia słoneczna wykorzystywana jest na większą skalę do ogrzewania wody w mieszkaniach. Do produkcji energii słonecznej używa się tzw. ogniw fotowoltaicznych. Ogniwa te są instalowane na dachach.

  • Działanie ogniwa słonecznego jest oparte na zjawisku fotowoltaicznym. Polega ono na powstaniu siły elektromotorycznej w wyniku napromieniowania półprzewodnika. Ogniwa takie przemieniają w energię elektryczną nie tylko bezpośrednie promieniowanie Słońca, lecz także promieniowanie rozproszone, przy zachmurzeniu. Najszybciej produkcja energii z tego źródła rośnie w Niemczech w Japonii, oraz w Stanach Zjednoczonych, Holandii, Włoszech. Ogniwa fotowoltaiczne stosowane są od dłuższego czasu w zegarkach, czy kalkulatorach. Ponad 90 % domów na Cyprze, oraz 80 % domów w Izraelu ogrzewa wodę za pomocą energii słonecznej. Zasoby energii słonecznej są nieograniczone. Co roku do powierzchni Ziemi dociera 15 tysięcy razy więcej energii, niż jest w stanie zużyć cała populacja ludzka.

  • Energia pływów morskich jest pozyskiwana z elektrowni zlokalizowanych w ujściach rzek i zatokach morskich, gdzie spiętrzenie wód podczas przypływu jest największe. Elektrownie te wykorzystują przypływy i odpływy morza, lub oceanu. Ujście rzeki wpływającej do morza i wysokie jej brzegi umożliwiają budowę zapory, pozwalającej na wpłynięcie wód morskich w dolinę rzeki podczas przypływu i wypuszczenie ich poprzez turbiny wodne do morza podczas odpływu. Największa na świecie elektrownia pływowa pracuje we Francji, przy ujściu rzeki La Rance do kanału La Manche (koło Cherbourga). Elektrownie wykorzystujące pływy morskie zlokalizowane są także w Kanadzie, Chinach i w Rosji.

  • Energia biomasy powstaje na drodze procesu fotosyntezy. Na skutek fotosyntezy energia słoneczna jest akumulowana w biomasie organizmów roślinnych. Przyrost biomasy roślin zależy od intensywności nasłonecznienia biologicznie zdrowej gleby i wody. Może być ona przekształcona na inne formy energii podczas spalania biomasy. Ogólnie z 1 ha użytków rolnych zbiera się rocznie 10-20 ton biomasy, czyli równowartość 5-10 ton węgla. Szczególnie cenne energetycznie są słomy rzepakowa, bobikowa i słonecznikowa, które nie znajdują zastosowania w rolnictwie. Spalanie biomasy jest uważane za korzystniejsze dla środowiska niż spalanie paliw kopalnych, gdyż zawartość szkodliwych pierwiastków w biomasie jest niższa, a powstający się w procesie spalania dwutlenek węgla wytworzony został w nieodległej przeszłości z dwutlenku węgla zawartego w biosferze. Wadą biomasy stosowanej do spalania jest wydzielanie się szkodliwych substancji podczas spalania białek i tłuszczy.

  • Energia biogazów powstaje w wyniku wykorzystywania gazów wytwarzających się w zbiornikach z gnojowicą, bądź na wysypiskach śmieci. Materia organiczna, w warunkach beztlenowych, pod wpływem działania pewnych bakterii, przechodzi szereg procesów biochemicznych wytwarzając przy tym gaz. Na świecie znajduje się kilkaset biogazowi. Powstające w nich gazy wykorzystywane są najczęściej do produkcji energii elektrycznej, lub do ogrzewania mieszkań. Jako surowce w produkcji biogazu mogą być wykorzystywane także odpady komunalne po wyselekcjonowaniu składników organicznych.

  Mała wydajność oraz wysokie koszty niekonwencjonalnych źródeł energii przemawiają za tym, że przynajmniej do 2020 r. podstawowym źródłem produkcji energii  będzie energetyka oparta na paliwach kopalnych. Odnawialne źródła energii będą odgrywały raczej niewielką, ale powoli rosnącą rolę w zaspokojeniu potrzeb energetycznych świata.