Produkcja energii ze źródeł nieodnawialnych i odnawialnych

Nie w każdym regionie Polski wytwarza się energię elektryczną i cieplną z tych samych źródeł. Wpływają na to zarówno uwarunkowania przyrodnicze, jak i pozaprzyrodnicze. Niniejszy materiał pomoże Ci porównać energetykę w dwóch województwach: pomorskim i łódzkim oraz wyjaśnić przyczyny podobieństw i różnic w rozwoju tej gałęzi przemysłu.

Rr0rMXqR2JwsV

Zdjęcie przedstawiające farmę wiatrową. Na pierwszym planie, pośród pól uprawnych, stoją cztery białe wiatraki na wysokich, zwężających się nieco ku górze słupach. Posiadają po trzy długie śmigła, na których namalowano biało‑czerwone pasy. Dookoła krajobraz nizinny, w oddali pośród pól ustawione kolejne wiatraki.

1. Warunki rozwoju energetyki

Wyróżnia się energetykę konwencjonalnąenergetyka konwencjonalnaenergetykę konwencjonalną (opartą o spalanie paliw) i niekonwencjonalnąenergetyka niekonwencjonalnaniekonwencjonalną (alternatywną). Wykorzystują one nieodnawialnenieodnawialne źródła energiinieodnawialne i odnawialne źródła energii.odnawialne źródła energii (OZE)odnawialne źródła energii. Schemat zależności między tymi pojęciami przedstawiono poniżej.

R1OvttQNdnPls

Grafika przedstawiająca podział źródeł energii. U góry grubymi literami wyszczególnione jej dwa główne rodzaje – energetykę konwencjonalną i energetykę niekonwencjonalną. Pod energetyką konwencjonalną dopisek „spalanie paliw”, które podzielono na spalanie paliw nieodnawialnych i odnawialnych. Te dwa rodzaje wyszczególniono pod strzałkami poprowadzonymi w lewo i w prawo pod napisem „spalanie paliw”. Następnie do paliw nieodnawialnych zaliczono: węgiel kamienny, węgiel brunatny, gaz ziemny, ropę naftową. Do paliw odnawialnych zaliczono: biopaliwa – biomasę stałą, biomasę ciekłą i biogazy; paliwa z odpadów komunalnych. Z prawej strony grafiki, pod napisem „energetyka niekonwencjonalna” zamieszczono dopisek „wykorzystanie energii”, a po nim wymieniono poszczególne jej rodzaje, czyli energię reakcji jądrowych, wód płynących, wód termalnych, wiatru, promieni słonecznych i ciepła otoczenia. Wszystkie powyższe źródła energii niekonwencjonalnej (z wyjątkiem energii reakcji jądrowych), a także odnawialne paliwa energetyki konwencjonalnej wyróżniono na schemacie zielonym polem. Umieszczono pod nim dopisek: „odnawialne źródła energii”.

Zakładami przemysłowymi wytwarzającymi (właściwie: przetwarzającymi) energię są: elektrownieelektrownieelektrownie, ciepłownieciepłownieciepłownie i elektrociepłownieelektrociepłownieelektrociepłownie. Badania wykazują, że większa efektywność wykorzystania surowców energetycznych występuje, kiedy wytwarza się energię elektryczną i cieplną w jednym procesie technologicznym (czyli w elektrociepłowni).

Produkcja energii uzależniona jest od warunków przyrodniczych i pozaprzyrodniczych. Do warunków przyrodniczych zaliczają się: występowanie surowców energetycznych, energia wiatru, wód, ciepła z wnętrza Ziemi i usłonecznienieusłonecznienieusłonecznienie. Do warunków pozaprzyrodniczych należą m.in.: liczba ludności, rozwój przemysłu i usług, rozwój sieci transportowej do przemieszczania surowców, zasoby finansowe państwa (budowa wielu elektrowni jest bardzo kosztowna) i nastawienie społeczeństwa.

Elektrownie cieplne

Głównym surowcem energetycznym Polski jest węgiel, gdyż mamy niewielkie złoża innych surowców energetycznych. Nie musimy być zatem uzależnieni od partnerów zagranicznych. Wykorzystuje się głównie węgiel kamienny, które największe złoża zlokalizowane są na Górnym Śląsku. Jego wydobycie prowadzone jest też w jednej kopalni na Lubelszczyźnie. Surowiec ten może być swobodnie transportowany (przede wszystkim koleją) do innych regionów naszego kraju, lecz należy uwzględnić koszty transportu. Lokalizacja elektrowni opalanych węglem kamiennym jest uzależniona od zasobów wody (do chłodzenia), dlatego często buduje się je nad rzekami. Jeśli chodzi zaś o węgiel brunatny, to traci on znacznie na jakości podczas transportu, więc elektrownia cieplna opalana węglem brunatnym musi być zlokalizowana w miejscu jego wydobycia i transportowana na krótkie odległości specjalnymi taśmociągami. Funkcjonowanie elektrowni węglowych w oparciu o złoża krajowe jest tanie i dość efektywne. Z drugiej strony negatywnie oddziałuje na środowisko przyrodnicze, a w konsekwencji na człowieka. Szczególną uwagę zwraca się na emisję dwutlenku węgla, który jest odpowiedzialny za wzrost efektu cieplarnianego na Ziemi. Dlatego też - w miarę rozwoju technologicznego - wykorzystuje się coraz częściej nowe technologie, mniej uciążliwe dla środowiska. Dla przykładu, spaliny z elektrowni są kierowane bezpośrednio do specjalnej oczyszczalni spalin. Sprzyja temu polityka państwowa i polityka UE, która ustala cele osiągnięcia minimalnego udziału procentowego OZE w produkcji energii elektrycznej. Spalanie ropy naftowej i gazu ziemnego powoduje znaczne mniejsze zanieczyszczenie środowiska. Surowce te mogą być transportowane rurociągami lub drogą morską.

RE1fpGxtEDTBJ

Na zdjęciu znajduje się obszar pokryty budynkami fabrycznymi i halowymi. Za nimi widocznych jest siedem szerokich, cylindrycznych kominów, duże bloki elektrowni i dwa wysokie kominy pomalowane w poziome pasy czerwono‑białe. Ze wszystkich kominów wydobywa się gęste kłęby białego dymu. W widać pola i jasne niebo.

Elektrownie wodne

Woda jest odnawialnym źródłem energii. Aby hydroenergetyka była opłacalna, elektrownie wodne należy budować albo na obszarach górskich (gdzie rzeki mają duże spadki i występują większe opady atmosferyczne; są tam również zlokalizowane głębokie doliny, które przegrodzone tamami tworzą jeziora o dużej pojemności) albo na szerokich rzekach nizinnych (mających duży przepływprzepływprzepływ). W Polsce hydroenergetyka jest słabo rozwinięta z uwagi na niewielką powierzchnię obszarów górskich i niedostateczny przepływ rzek nizinnych. Osobnym typem elektrowni wodnych są elektrownie szczytowo‑pompowe. Posiadają one połączone ze sobą dwa zbiorniki wodne położone na różnych wysokościach (zbiornik górny i zbiornik dolny). W okresie małego zapotrzebowania na energię elektryczną (np. nocą) woda z dolnego zbiornika pompowana jest do górnego zbiornika (pobierając z sieci energię, która wówczas jest tania). Z kolei w okresie dużego zapotrzebowania na energię (w tzw. godzinach szczytu, np. w ciągu dnia) wykorzystuje się spadek wody spływającej z górnego zbiornika do dolnego, która napędza turbinę prądotwórczą. Praca tej elektrowni, mimo że musi ona pobrać prąd sieci podczas pompowania wody z dolnego zbiornika do górnego, jest opłacalna, gdyż energia elektryczna jest skupowana w okresie, kiedy jest najtańsza (najczęściej nocą), a sprzedawana w okresie najwyższego zapotrzebowania, zatem w wyższej cenie. Z uwagi na fakt pompowania wody, nie można traktować tego źródła energii jako OZE.

R8Q0Qs7Ql02St

Grafika przedstawiająca zasadę działania elektrowni wodnych szczytowo‑pompowych. Składa się z dwóch mniejszych obrazków. Pod obrazkiem po lewej stronie umieszczono podpis: „zrzut wody”. Ukazuje on przepływ wody w trakcie dnia ze zbiornika górnego w kierunku zbiornika dolnego. Pomiędzy zbiornikami naniesiono pas zieleni porośnięty drzewami, oraz zaprezentowano przekrój terenu. Zbiorniki połączone są wąskim kanałem, pośrodku którego zamontowana jest turbina. Oznaczono kierunek przepływu wody w stronę dolnego zbiornika. Prawy obrazek analogiczny do poprzedniego, jednak tym razem ukazano zasadę działania elektrowni nocą (w prawym górnym rogu umieszczono Księżyc, na poprzednim obrazku – Słońce). Kierunek przepływu wody jest odwrotny do poprzedniego, woda płynie z dolnego zbiornika w kierunku zbiornika górnego. Pod obrazkiem podpis: „pompowanie wody”.

R1cLErhW3RrcM

Zdjęcie przedstawia widok z lotu ptaka na zbiornik elektrowni wodnej. Położony u podnóża niewielkich wzniesień. Jest podłużny, o regularnych kształtach. Dookoła tereny pokryte lasem.

Elektrownie wiatrowe

Wykorzystują one odnawialne źródło energii, czyli wiatr, i są uzależnione od jego siły i kierunku. Energię produkują zarówno pojedyncze wiatraki, jak i ich skupiska, czyli farmy. Można je lokalizować wyłącznie w miejscach wyznaczonych przez gminy (w których powstają farmy) w planach zagospodarowania przestrzennego. Nie mogą się one znajdować w bliskim sąsiedztwie zabudowań, lotnisk i na terenie parków narodowych. W Polsce najwięcej farm powstaje nad morzem oraz w centralnej Polsce, gdzie warunki energetyczne wiatru są najkorzystniejsze. Z jednej strony farmy nie wytwarzają zanieczyszczeń, z drugiej jednak ingerują one w krajobraz oraz wpływają negatywnie na człowieka w jego bliskim sąsiedztwie. Rozwój energetyki wiatrowej jest współfinansowany ze środków UE, dlatego jest opłacalny dla obywateli.

Elektrownie słoneczne

Polska odznacza się mało korzystnymi warunkami do rozwoju energetyki słonecznej z uwagi na niskie usłonecznienie, małą liczbą dni słonecznych i niewielki kąt padania promieni słonecznych. Mimo to ten typ energetyki w Polsce rozwija się m.in. w wyniku większej efektywności instalacji, licznych programów i dotacji oraz możliwości przyłączenia do sieci energetycznej i zmniejszenia tym samym rachunków za prąd. Instalacje fotowoltaiczne przetwarzają energię słoneczną na energię elektryczną, a kolektory słoneczne – na energię cieplną wykorzystywaną do podgrzewania wody w kranach i ogrzewania pomieszczeń.

R8esA2jWp9ZYD

Zdjęcie przedstawiające zbliżenie na panel fotowoltaiczny. Ma powierzchnię kilku metrów kwadratowych i grubość około dziesięciu centymetrów. Umieszczony jest pod niewielkim kątem na metalowym stelażu. Ma czarny kolor z połyskiem, biegnie po nim siatka srebrnych, cienkich linii, tworząca wzór w postaci niewielkich prostokątów.

Energia geotermalna (naturalnego ciepła Ziemi)

Uzależniona jest ona od występowania wód termalnych (geotermalnych). W Polsce występują obszary o wysokiej temperaturze wód podziemnych, jednakże część z nich zlokalizowana jest na dużej głębokości. Wykorzystuje się je głównie do produkcji energii cieplnej w ciepłowniach geotermalnych (geotermiach).

2. Warunki rozwoju energetyki na przykładzie województwa pomorskiego i województwa łódzkiego

Prezentacja multimedialna

Indeks górny Gromar sp. z o. o., licencja CC BY‑SA 3.0 Indeks górny koniec^{Gromar sp. z o. o., licencja CC BY‑SA 3.0}

3. Rola OZE w województwie pomorskim i w województwie łódzkim

Udział OZE w produkcji energii elektrycznej w Polsce wzrasta. W 2021 r. wynosił 17,0% (a naszym celem było osiągnięcie poziomu 15% w 2020 r.). Unia Europejska planuje, że do 2030 r. odsetek ten w całej Wspólnocie będzie wynosił 40%. W województwie łódzkim w 2021 r. był on znacznie niższy niż średnio w Polsce z uwagi na bardzo duży udział elektrowni cieplnej Bełchatów i mimo nieustannego wzrostu wynosił jedynie 5,5%. Z kolei w województwie pomorskim wynosił aż 60%, czemu sprzyjają m.in. brak konwencjonalnych elektrowni oraz korzystne warunki wiatrowe. Stosunkowo niewielka moc elektrowni cieplnych podyktowana jest tu brakiem surowców energetycznych, natomiast energia wiatru odgrywa dominującą rolę w strukturze zainstalowanej mocy elektrowni wykorzystujących OZE w obu analizowanych województwach.

4. Energia jądrowa

W Polsce nie mamy elektrowni jądrowej (atomowej), choć kilkadziesiąt lat temu były plany jej budowy w województwie pomorskim. W związku z wypadkiem jądrowym na Ukrainie z 1986 r. i licznymi obawami wstrzymano budowę tej elektrowni. W ostatnich latach ponownie podjęto wątek budowy elektrowni jądrowej w Polsce, w 2023 r. ruszyły badania środowiskowe w dwóch lokalizacjach (Lubiatowo‑Kopalino i Żarnowiec), gdzie planowane są pierwsze reaktory jądrowe.

Podsumowanie

• W województwie łódzkim występują duże zasoby węgla brunatnego, a województwo pomorskie jest ubogie w surowce energetyczne.

• W województwie pomorskim istnieją korzystniejsze warunki do rozwoju energetyki wodnej niż w województwie łódzkim.

• Oba analizowane województwa odznaczają się podobnymi warunkami do rozwoju energetyki wiatrowej. Najkorzystniejsze pod tym względem są północne fragmenty tych województw.

• Województwo łódzkie charakteryzuje się korzystniejszymi warunkami rozwoju energetyki słonecznej niż województwo pomorskie.

• W województwie łódzkim istnieją znaczne zasoby wód termalnych, w przeciwieństwie do województwa pomorskiego.

• W województwie pomorskim występują wszystkie rodzaje elektrowni funkcjonujących w Polsce, lecz ponad połowa wytwarzanej energii elektrycznej pochodzi z OZE, zwłaszcza z energetyki wiatrowej. Oprócz tego zlokalizowane są tam elektrownie cieplne opalane węglem kamiennym, gazem ziemnym i olejem opałowym transportowanych z innych części Polski lub importowanych. Mniejszą rolę w strukturze produkcji energii elektrycznej odgrywają tam pozostałe typy elektrowni.

• W strukturze produkcji energii elektrycznej województwa łódzkiego dominującą rolę odgrywa Elektrownia Bełchatów wykorzystująca węgiel brunatny. OZE stanowią jedynie nieco ponad 5%. W niektórych miejscowościach do podgrzewania wody, ogrzewania mieszkań i w celach rekreacyjno‑leczniczych wykorzystuje się wody termalne (geotermalne).

Słownik

Ćwiczenia

2

Ćwiczenie 4

Na poniższym wykresie przedstawiono udział województwa pomorskiego i łódzkiego w strukturze mocy elektrowni wykorzystujących poszczególne źródła energii w Polsce w 2019 r. (wg URE). Dopasuj do odpowiedniego źródła energii powód danej różnicy.

RGnCdiTUugDiW

Ilustracja przedstawiająca wykres słupkowy prezentujący udział województwa pomorskiego i łódzkiego w strukturze mocy elektrowni wykorzystujących poszczególne źródła energii w Polsce w dwa tysiące dziewiętnastym roku. Przedstawiono dane dla czterech źródeł energii, oznaczono je kolejnymi literami alfabetu od A do D. Wartości dla województwa pomorskiego przedstawiono kolorem turkusowym, a dla województwa łódzkiego pomarańczowym. Na wykresie umieszczono poziome linie oznaczające kolejne wartości, poprowadzone co dwa procent. Po lewej stronie oznaczenie „procent łącznej mocy w Polsce”. Wartości dla źródła energii oznaczonego literą A: województwo pomorskie – dwanaście procent, województwo łódzkie – dziesięć procent; Wartości dla źródła energii oznaczonego literą B: województwo pomorskie – trzy procent, województwo łódzkie – półtora procent; Wartości dla źródła energii oznaczonego literą C: województwo pomorskie – trzy procent, województwo łódzkie – dziewięć procent; Wartości dla źródła energii oznaczonego literą D: województwo pomorskie – pół procent, województwo łódzkie – cztery procent.

RzreWG79ut0KA

A Możliwe odpowiedzi: 1. energia wiatru, 2. energia biomasy, 3. energia słoneczna, 4. energia wody B  Możliwe odpowiedzi: 1. energia wiatru, 2. energia biomasy, 3. energia słoneczna, 4. energia wody C  Możliwe odpowiedzi: 1. energia wiatru, 2. energia biomasy, 3. energia słoneczna, 4. energia wody D  Możliwe odpowiedzi: 1. energia wiatru, 2. energia biomasy, 3. energia słoneczna, 4. energia wody

A Możliwe odpowiedzi: 1. energia wiatru, 2. energia biomasy, 3. energia słoneczna, 4. energia wody B  Możliwe odpowiedzi: 1. energia wiatru, 2. energia biomasy, 3. energia słoneczna, 4. energia wody C  Możliwe odpowiedzi: 1. energia wiatru, 2. energia biomasy, 3. energia słoneczna, 4. energia wody D  Możliwe odpowiedzi: 1. energia wiatru, 2. energia biomasy, 3. energia słoneczna, 4. energia wody

2

Ćwiczenie 5

Bilans energetyczny to zestawienie produkcji i zużycia energii elektrycznej na danym obszarze. Może być dodatni, ujemny lub zerowy. Poniżej przedstawione dane dotyczące bilansu energetycznego w województwie pomorskim i województwie łódzkim w 2021 r. (na podstawie BDL GUS). Uzupełnij zdania, wybierając odpowiednie wyrażenia.

R8yzoQBDoH9ME

Ilustracja przedstawiająca wykres słupkowy prezentujący dane dotyczące bilansu energetycznego dla dwóch województw w dwa tysiące dziewiętnastym roku. Na wykresie nie podano nazw województw pod konkretnymi słupkami – oznaczono je literami A i B. Wartość produkcji energii elektrycznej przedstawiono kolorem turkusowym, a zużycie energii elektrycznej kolorem pomarańczowym. Na wykresie umieszczono poziome linie oznaczające kolejne wartości, poprowadzone co pięć tysięcy gigawatogodzin. Po lewej stronie oznaczenie „tysięcy GWh”. Wartości podane dla województwa A: produkcja energii elektrycznej – trzydzieści trzy procent, zużycie energii elektrycznej – trzynaście procent. Wartości podane dla województwa B: produkcja energii elektrycznej – pięć procent, zużycie energii elektrycznej – dziewięć procent.

R18U5cg8wJmwf

Dodatni bilans energetyczny, który oznaczono na wykresie literą 1. pomorskiego, 2. A, 3. B, 4. łódzkiego, dotyczy województwa 1. pomorskiego, 2. A, 3. B, 4. łódzkiego. Natomiast ujemny bilans energetyczny, który oznaczono na wykresie literą 1. pomorskiego, 2. A, 3. B, 4. łódzkiego, dotyczy województwa 1. pomorskiego, 2. A, 3. B, 4. łódzkiego.

Dodatni bilans energetyczny, który oznaczono na wykresie literą 1. pomorskiego, 2. A, 3. B, 4. łódzkiego, dotyczy województwa 1. pomorskiego, 2. A, 3. B, 4. łódzkiego. Natomiast ujemny bilans energetyczny, który oznaczono na wykresie literą 1. pomorskiego, 2. A, 3. B, 4. łódzkiego, dotyczy województwa 1. pomorskiego, 2. A, 3. B, 4. łódzkiego.

31

Ćwiczenie 8

W ostatnich latach często porusza się temat budowy w niedalekiej przyszłości farmy wiatrowej na Morzu Bałtyckim (podobnej np. jak na poniższym zdjęciu). Wyjaśnij, z jakich powodów w województwie pomorskim korzystniejsza jest budowa farm wiatrowych na morzu niż na terenach lądowych.

R106JImX6d7Zc

Zdjęcie przedstawia farmę wiatrową na morzu. Białe wiatraki stojące w rzędach na wysokich, zwężających się nieco ku górze słupach. Posiadają po trzy długie śmigła. U podstawy są pomalowane na żółto, u dołu zamieszczono również niewielkie podesty. Na zdjęciu rozległe morze, w kilku rzędach, w znacznych odległościach od siebie, ustawionych jest kilkadziesiąt turbin. Na pierwszym planie do podstawy jednej z nich podpływa niewielki statek.

Rd2rU1iOlThlo

(Uzupełnij).

Wskazówki i klucze odpowiedzi

Pokaż podpowiedź

Przypomnij sobie, jakie warunki decydują o lokalizacji farm wiatrowych i jakie czynniki je ograniczają. Pojawiły się one m.in. w ćwiczeniu 3.

Pokaż odpowiedź

• ograniczona powierzchnia terenów do lokalizacji inwestycji (z uwagi na ustaloną odległość od zabudowy itp.) na terenach lądowych

• dość duża powierzchnia obszarów cennych przyrodniczo na terenach lądowych (ograniczenia w lokalizacji inwestycji)

• duża prędkość wiatru na Bałtyku

Bibliografia

Borgosz‑Koczwara M., Herlender K., (2008), Bezpieczeństwo energetyczne a rozwój odnawialnych źródeł energii, Energetyka 3, s. 194‑197.

Materiały Konferencyjne Konferencji „Wykorzystanie odnawialnych źródeł energii w Euroregionie Nysa”, SIPH, Świdnica, grudzień 2007.

Skoczkowski T., Bielecki S., (2016), Odnawialne źródła energii – problemy i perspektywy rozwoju w Polsce, Przegląd elektrotechniczny 92.3: 190‑195.

Notatnik