W elektrowniachelektrowniaelektrowniach cieplnych energię elektryczną uzyskuje się poprzez spalanie surowców energetycznych. Elektrownie opalane węglem kamiennym dostarczają ok. 41% światowej energii elektrycznej i dominują w Republice Południowej Afryki, Polsce, Chinach, Indiach i Stanach Zjednoczonych. Elektrownie oparte na gazie ziemnym dostarczają ok. 20% energii elektrycznej i są najbardziej przyjazne dla środowiska. Występują w krajach posiadających duży udział w produkcji gazu (np. w Holandii). Elektrownie bazujące na ropie naftowej są charakterystyczne dla państw Bliskiego Wschodu, np. Arabii Saudyjskiej, gdzie dostarczają 100% potrzebnej energii. Najmniejsze znaczenie mają elektrownie opalane węglem brunatnym lokalizowane w sąsiedztwie wydobycia surowca. Najczęściej dostarczają energii krajowej. Nadal są powszechne we wschodnich Niemczech oraz w Polsce. Przyczyniają się jednak do degradacji środowiska.

Zalety elektrowni cieplnych:

• brak hałasu w czasie wytwarzania energii,

• wykorzystywanie nowoczesnych technologii przy produkcji,

• stosunkowo niskie koszty w stosunku do ilości wyprodukowanej energii.

Wady elektrowni cieplnych:

• uzależnienie lokalizacji elektrowni od złóż surowców w celu minimalizacji kosztów transportu,

• wysoki poziom zanieczyszczenia środowiska przyrodniczego,

• powodują zakłócenia fal radiowych i telewizyjnych.

RbfBmi3SQKZyG

Ilustracja przedstawia elektrownię cieplną w Bełchatowie. Kompleks rozciąga się na wielkim obszarze ziemi, obok niego znajdują się lasy. Składa się on z wielkich kominów hutniczych oraz dwóch wysokich kominów w biało‑czerwone pasy, mnóstwa budynków i hal.

Produkcja energii elektrycznej odbywa się poprzez rozszczepianie jąder atomów pierwiastków promieniotwórczych, np. uranu i toru. Rozpoczęła się ona w latach 50. XX w., lecz jej rozwój został zahamowany już pod koniec lat 80. Na świecie funkcjonują elektrownie jądrowe o łącznej mocy 372 GW, przy czym aż 108 GW przypada na Stany Zjednoczone, 63 GW – na Francję, a 43 GW – na Japonię (dane z 2007 r.). Ze Stanów Zjednoczonych pochodzi 31% światowej energii elektrycznej produkowanej w elektrowniach jądrowych (837 TWh z ok. 100 reaktorów w 2007 r.), a z Francji – 16% (440 TWh z ok. 60 reaktorów). Wysokie pozycje zajmują też Japonia, Rosja, Korea Południowa i Kanada. Biorąc pod uwagę udział elektrowni jądrowych w produkcji energii w wybranych krajach, należy podkreślić dominację tych elektrowni we Francji, na Litwie, w Belgii oraz na Ukrainie.

Zalety elektrowni jądrowych:

• niewielka ingerencja w środowisko przyrodnicze przy procesie produkcji energii,

• są alternatywą dla elektrowni cieplnych,

• zużywają niewielką ilość wysokokalorycznych pierwiastków promieniotwórczych,

• ograniczenie problemu powstawania lotnych popiołów i pyłów.

Wady elektrowni jądrowych:

• w przypadku awarii reaktora występuje globalne zagrożenia dla życia ludzi i środowiska przyrodniczego,

• wysoki koszty budowy elektrowni,

• niewielka moc,

• brak możliwości usytuowania w dowolnej lokalizacji.

RjLpmeoTH8DnQ

Ilustracja przedstawia elektrownię jądrową Cattenom we Francji. Na zdjęciu ukazano cztery kominy hutnicze z których wydobywa się biały dym oraz budynki przemysłowe. Obok znajdują się pola uprawne.

Elektrownie wodne na większą skalę rozwinęły się w Europie Zachodniej, Kanadzie, Japonii oraz w Brazylii. W 2006 r. uruchomiono najpotężniejszą elektrownię na rzece Jangcy w Chinach (Tama Trzech Przełomów) o mocy 18,2 tys. MW. Do 2006 r. za największą elektrownię wodną uznawano Itaipu na rzece Paraná na pograniczu Brazylii i Paragwaju o mocy 12,6 tys. MW. Uruchomiono ją w 1984 r. Inne wielkie elektrownie to: Grand Coulee na rzece Kolumbia w Stanach Zjednoczonych, Guri, Raul Leoni na rzece Caroní w Wenezueli, Tucuruii na rzece Tocantins w Brazylii, Sajańsko‑Szuszeńska i Krasnojarska na Jeniseju w Rosji. Na świecie zainstalowane są elektrownie wodne o łącznej mocy 889 GW, przy czym aż 126 GW przypada na Chiny, 99 GW – na Stany Zjednoczone i po 73 GW – na Brazylię i Kanadę. Z Chin, Brazylii i Kanady pochodzi niemal 40% światowej energii elektrycznej produkowanej w elektrowniach wodnych (łączna produkcja wyniosła 1228 TWh). Wysokie pozycje zajmują też Stany Zjednoczone, Rosja, Norwegia i Indie. Największy udział w produkcji energii w wybranych krajach mają elektrownie wodne w Norwegii, Brazylii, Wenezueli oraz w Kanadzie.

Zalety elektrowni wodnych:

• oszczędność paliw kopalnych,

• brak odpadów i emisji szkodliwych związków do środowiska przyrodniczego,

• zmniejszenie ryzyka powodzi przez sztuczne zbiorniki retencyjne,

• możliwe jest szybkie zatrzymanie oraz ponowne uruchomienie elektrowni.

Wady elektrowni wodnych:

• wymagają zalania dużych powierzchni i przesiedlenia mieszkańców,

• budowa pochłania duże nakłady inwestycyjne,

• ingerencja w środowisko przyrodnicze oraz zmiana krajobrazu,

• tworzenie specyficznego mikroklimatu,

• rozwój niepożądanych organizmów w zbiornikach.

R1PhiQTV93Ijx

Ilustracja przedstawia elektrownię wodną Itaipu w Ameryce Południowej. Składa się ona z wielkich wałów, przez które przedostaje się woda.

Wykorzystanie energii słonecznej uzależnione jest od liczby dni słonecznych, zachmurzenia oraz kąta padania promieni słonecznych. Najlepsze warunki do wykorzystania tego źródła energii są na obszarach międzyzwrotnikowych oraz na zboczach gór skierowanych w kierunku padających promieni słonecznych.

R18OmILdGzHg4

Na fotografii przedstawiono panele fotowoltaiczne. Są to czarne prostokąty umieszczone koło siebie, postawione na stojakach. Są one ustawione w rzędach, jeden za drugim, pod kątem ostrym do podłoża.

Wykorzystywanie energii słonecznej odbywa się poprzez bezpośrednią zamianę energii promieniowania słonecznego na energię elektryczną (baterie słoneczne składające się z szeregu fotoogniw) oraz nagrzanie wody, która parując, powoduje poruszanie się turbin.

Zalety elektrowni słonecznych:

• nieszkodliwość dla środowiska,

• brak odpadów,

• brak szczególnej konieczności ich konserwacji,

• niezmniejszająca się wraz z upływem lat wydajność.

Podstawowe wady energetyki słonecznej, skutecznie ograniczające jej rozwój:

• dobowe i sezonowe zmiany usłonecznienia (brak możliwości pobierania energii w godzinach nocnych),

• problemy związane z magazynowaniem energii słonecznej,

• wysokie koszty produkcji i instalacji ogniw słonecznych,

• duże powierzchnie zajmowane przez tego typu instalacje.

Największe elektrownie słoneczne działają obecnie w Kalifornii (na pustyni Mojave), we Francji, Włoszech oraz w Niemczech. Przydatne okazało się także zastosowanie baterii słonecznych w przestrzeni kosmicznej, gdzie promieniowanie słoneczne jest dużo silniejsze.

Lokalizacja elektrowni wiatrowych uzależniona jest głównie od występowania częstych i silnych wiatrów, wiejących ze stałą prędkością. Takie warunki występują przede wszystkim w obszarach nadmorskich oraz w górach. Minimalna prędkość wiatru, przy której korzystna jest budowa elektrowni wiatrowych, wynosi 4 m/s. Dodatkowym czynnikiem, który sprzyja lokalizacji elektrowni wiatrowych, jest możliwość tworzenia ich na obszarach o stosunkowo niewielkiej gęstości zaludnienia, na których mogą być wykorzystywane przez pojedyncze gospodarstwa.

R150R7dhaDywB

Na fotografii widać sześć wiatraków produkujących prąd podczas pracy. Znajdują się na drugim planie za polem, na którym posadzone jest zboże. Wiatraki mają trzy skrzydła w kolorze białym z czerwonymi pasami, są umieszczone na wysokich słupach.

Zalety energetyki wiatrowej:

• czystość ekologiczna (nie odbywa się spalanie żadnych paliw),

• brak jakichkolwiek odpadów,

• eksploatacja turbin wiatrowych nie jest zbyt kosztowna.

Wady elektrowni wiatrowych:

• wysokie koszty budowy,

• duża ingerencja w naturalny krajobraz,

• zajmowanie znacznych powierzchni,

• zagrożenie dla przelatujących ptaków,

• hałas.

Obecnie energetykę wiatrową na największą skalę wykorzystuje się w Niemczech, Stanach Zjednoczonych, Danii i Hiszpanii. W Polsce istnieje ponad 300 miejsc, w których do produkcji energii wykorzystuje się energię wiatru (ich łączna moc wynosi ok. 800 MW). Największe z nich zlokalizowane są w pasie polskiego wybrzeża.

Wykorzystanie pływów morza uzależnione jest od topografii i wybrzeża. Najlepsze warunki panują w zatokach morskich o stromych, wysokich brzegach, do których wpadają rzeki. Umożliwia to konstrukcję zapory, przez którą wpuszcza się wodę morską w czasie przypływu i wypuszcza podczas odpływu. Największą tego typu elektrownię zbudowano w 1967 r. we Francji u ujścia rzeki Rance. Znajdują się one również m.in. w Kanadzie, Rosji i Chinach.

Zalety elektrowni pływowych:

• brak odpadów i emisji szkodliwych związków do środowiska przyrodniczego,

• oszczędność paliw kopalnianych.

Wady elektrowni pływowych:

• nie we wszystkich krajach można je wybudować,

• zasolenie ujścia rzeki,

• erozja brzegów odcinka ujściowego,

• niekorzystny wpływ na migracje ryb.

Wykorzystanie fal morskich do produkcji energii wciąż wiąże się z pewnymi trudnościami technicznymi. Tego typu eksperymentalne konstrukcje funkcjonują obecnie w Norwegii oraz u wybrzeży Szkocji.

Zalety elektrowni fal morskich:

• brak odpadów i emisji szkodliwych związków do środowiska przyrodniczego,

• oszczędność paliw kopalnianych.

Wady elektrowni fal morskich:

• proces wykorzystania wyprodukowanej energii jest skomplikowany,

• duża zmienność wysokości fal morskich.

Wykorzystanie ciepła Ziemi uzależnione jest od głębokości zalegania i temperatury znajdujących się w głębi Ziemi wód termalnych. Temperatura wód już powyżej 120˚C pozwala na wykorzystanie ich do produkcji energii elektrycznej, a energię cieplną można pozyskiwać nawet przy niższych temperaturach. Najbardziej korzystne warunki geotermiczne panują w rejonach o zwiększonej aktywności sejsmicznej, np. w Kalifornii (USA), Włoszech, Nowej Zelandii, Islandii, Japonii. Dobrze jest, gdy gorąca woda zalega stosunkowo płytko lub gdy wydostaje się na powierzchnię w postaci gejzerów.

Oprócz pozyskiwania energii z wód termalnych stosuje się również technologię polegającą na wtłaczaniu wody pod powierzchnię, tak aby ogrzała się ona od skał o podwyższonej temperaturze.

W Polsce jest również kilka miejsc, w których energia geotermiczna jest powszechnie wykorzystywana. Jest tak m.in. w rejonie Nowego Targu, Stargardu Szczecińskiego i Pyrzyc.

Zalety elektrowni geotermicznych:

• wykorzystanie energii geotermicznej nie jest szkodliwe dla środowiska naturalnego,

• elektrownia geotermiczna integruje się w pełni z krajobrazem,

• niezależność od warunków pogodowych.

Wady elektrowni geotermicznych:

• szkodliwe gazy i minerały mogą uwolnić się do atmosfery lub wód powierzchniowych i głębinowych jako efekt uboczny korzystania z energii geotermalnej,

• w niektórych lokalizacjach potencjał do wykorzystania energii geotermalnej może być niewystarczający,

• początkowe koszty instalacji są wysokie i wymagają dużych nakładów finansowych.

R1CdO4s5Q7Qjb

Ilustracja przedstawia elektrownię geotermiczną w Islandii. Z czterech kominów wydobywa się biały dym. Obok znajdują się budynki przemysłowe, od których odchodzą wielkie rury. W oddali znajdują się góry.

Biomasa to masa materii organicznej zawarta w organizmach żywych. Wykorzystanie energii tam zawartej obejmuje m.in.:

• spalanie drewna opałowego, odpadów drzewnych, słomy,

• spalanie śmieci komunalnych,

• wytwarzanie oleju opałowego z roślin oleistych (np. z rzepaku),

• fermentację alkoholową dowolnego materiału organicznego, aby wytworzyć alkohol etylowy do paliw silnikowych,

• fermentację odpadów rolnych i spożywczych w celu wytworzenia biogazu, a następnie spalanie go w specjalnych paleniskach.

Energia biomasy jest powszechnie wykorzystywana np. w Kanadzie, Stanach Zjednoczonych i Danii. Także w Polsce powstaje coraz więcej instalacji wykorzystujących ten rodzaj energii.

Zalety elektrowni biomasy:

• niskie koszty produkcji energii,

• niska szkodliwość dla środowiska przyrodniczego,

• stały dostęp do energii,

• ponowne wykorzystywanie odpadów.

Wady elektrowni biomasy:

• paliwo zasilające elektrownię zajmuje dużą powierzchnię,

• określony przedział wilgotności,

• dużo mniejsza ilość wyprodukowanej energii niż w elektrowniach wykorzystujących paliwa kopalniane.

R11eCduDuYH3I

Widoczna jest elektrownia, gdzie wykorzystywana jest energia biomasy. Jest to szary, prostokątny, ogrodzony budynek. Posiada wysoki komin. Na terenie kompleksu jest widoczna również biały, poziomo ułożony silos.

Słownik