Odnawialne i nieodnawialne źródła energii i jej oszczędzanie

Energia elektryczna jest obecnie niezbędna – bez niej nie można byłoby na przykład przeczytać tego tekstu na ekranie komputera czy tabletu. Energią elektryczną zasilane są telefony komórkowe oraz mnóstwo innych urządzeń, które ułatwiają nam pracę. Skąd wziąć tyle energii, by móc z nich wszystkich korzystać?

RagDaS3tNLdPW

Ilustracja przedstawia elektrownie wiatrową, która jest umiejscowiona na Morzu Północnym. Na ilustracji widoczne są wysokie turbiny wiatrowe ustawione w rzędach. Każda z nich wyposażona jest w trzy skrzydła. Kształtem przypominają wiatraki. Ich podstawa zanurzona jest w oceanie. Pomiędzy rzędami turbin widoczne są o połowę niższe stacje, których podstawy również zanurzone są w oceanie.

1. Nieodnawialne źródła energii i skutki ich wykorzystania

Energię elektryczną tradycyjnie uzyskuje się podczas spalania paliw kopalnychpaliwa kopalnepaliw kopalnych, takich jak węgiel kamienny, węgiel brunatny, ropa naftowa oraz gaz ziemny. Paliwa te zawierają węgiel i jego związki. Są pochodzenia organicznego – powstały z obumarłych szczątków roślin, które przetrwały wiele milionów lat pod powierzchnią ziemi. W warunkach beztlenowych oraz pod ogromnym ciśnieniem uległy one przekształceniu do takiej formy, w jakiej oglądamy je dzisiaj. Te źródła energii, nazywane konwencjonalnymi, zaliczane są do nieodnawialnych zasobów przyrody.

R1S0CcPmjw4kb

Diagram przedstawia zasoby paliw kopalnych na świecie. Udokumentowanych zasobów węgla wystarczy na 95 lat, a szacowanych na 470 lat więcej. Udokumentowanych zasobów gazu wystarczy na 70 lat, a szacowanych na 75 lat więcej. Udokumentowanych zasobów ropy naftowej wystarczy na 42 lata, a szacowanych na 21 lat więcej.

Pozyskiwanie energii elektrycznej z paliw kopalnych jest stosunkowo wydajne, ponieważ w ciągu wielu lat korzystania z tych surowców opracowano efektywne technologie. Energetyka oparta na węglu nie jest obojętna dla środowiska. Zarówno jego wydobycie, jak i spalanie mają niekorzystny wpływ na przyrodę. W przypadku odkrywkowych kopalni węgla brunatnego niszczone są krajobrazy na ogromnych obszarach. Powstaje też wiele odpadów: skał wydobytych wraz z węglem oraz pyłów i popiołów – produktów jego spalania. Ponadto podczas uzyskiwania energii z węgla uwalniane są do atmosfery ogromne ilości dwutlenku węgla, tlenków siarki i innych zanieczyszczeń mających niekorzystny wpływ na środowisko i nasze zdrowie. Dostępne do eksploatacji złoża węgla i innych paliw z czasem się wyczerpują – trzeba je wydobywać z coraz większych głębokości, co podnosi koszt ich pozyskiwania. Należy też liczyć się z tym, że wkrótce złoża się skończą i trzeba będzie szybko zastąpić je innymi surowcami. Przykładowo w Polsce płytkie pokłady węgla kamiennego są na wyczerpaniu, a eksploatacja głębiej położonych złóż jest zbyt droga, by opłacało się je wydobywać.

R7R00NC3L2nLM

Diagram przedstawia ilość paliw potrzebnych do uzyskania 1 kWh energii. W przypadku gazu jest to 1,8 kg, paliw ciekłych 3,0 kg, a węgla 4,6 kg.

Innym surowcem do produkcji energii elektrycznej jest uran wykorzystywany w elektrowniach jądrowych. Szacuje się, że światowe zasoby tego surowca wystarczą na około 300 lat. Pozyskiwanie energii z uranu jest bezpieczne dzięki bardzo restrykcyjnym przepisom dotyczącym procesów technologicznych i stale doskonalonym metodom produkcji. Problemem są radioaktywne odpady, które zwykle zostają zabetonowane w stalowych beczkach, a następnie umieszczone w najgłębszych sztolniach nieczynnych kopalni soli. Odpady z elektrowni jądrowych muszą być bezpiecznie składowane przez dziesiątki tysięcy lat, zanim przestaną emitować szkodliwe promieniowanie.

2. Odnawialne źródła energii: zalety i wady

Odnawialne źródła energii to wiatr, energia słoneczna, energia wody czy pochodząca z wnętrza Ziemi energia geotermalnaenergia geotermalnaenergia geotermalna. Energia wiatru jest zamieniana w energię elektryczną w elektrowniach wiatrowych. Energia słoneczna przekształcana jest w energię elektryczną za pomocą ogniw fotowoltaicznych lub w energię cieplną przy użyciu kolektorów słonecznych. Energia z płynącej wody zamieniana jest w elektrowniach wodnych na energię elektryczną. Natomiast energia geotermalna to energia pozyskiwana ze skał, wody i gruntu, która wykorzystywana jest do produkcji energii elektrycznej, a także do ogrzewania wody i budynków mieszkalnych. Źródła te się nie wyczerpią, a elektrownie pozyskujące taką energię nie zanieczyszczają środowiska. Jednak oparta na nich energetyka nie jest pozbawiona wad.

W przypadku elektrowni wiatrowych ilość uzyskanej energii zależy od siły wiatru, więc działają one tylko wtedy, gdy wieje. Są one także opłacalne w krajach, gdzie wiatr jest stały i silny. Ponadto turbiny wiatrowe zajmują duże powierzchnie, zmieniają krajobraz i stosunkowo często wymagają kosztownych remontów.

Elektrownie wodne często budowane są w górach, gdzie spadek terenu pozwala na wykorzystanie energii płynącej wody. Ich wadą jest to, że stanowią barierę dla organizmów wodnych, a także, jeśli są budowane na zaporach, zmieniają naturalny bieg rzeki. Oprócz znacznej ingerencji w środowisko naturalne, wadami elektrowni elektrycznych są również zamulenia rzek i zbiorników wodnych oraz częste zanieczyszczenia wód podziemnych i gruntowych, a ilość energii wytwarzanej w hydroelektrowniach zależy od poziomu wody, który w warunkach obserwowanych zmian klimatycznych jest bardzo zmienny. Z drugiej jednak strony ich budowa, poza pozyskiwaniem energii, może przynosić dodatkowe korzyści polegające na spiętrzaniu wody i tworzeniu zbiorników retencyjnych, które gromadzą ją na czas suszy.

Najmniej szkodliwe dla środowiska są elektrownie słoneczne i geotermalne. Ogniwa słoneczne są jednak opłacalne przy dużym nasłonecznieniu. Z kolei energia wnętrza Ziemi może być wykorzystywana tylko w tych rejonach, gdzie stosunkowo płytko (do 10 km pod ziemią) znajdują się skały lub wody gromadzące ciepło.

Warunki naturalne w Polsce pozwalają przede wszystkim na pozyskiwanie energii wody i energii geotermalnej.

RPwBq72mJCrFm

Fotografia przedstawia z daleka zabudowania przemysłowe w górzystym krajobrazie. Za nimi zbiornik wodny, na pierwszym planie zwały ziemi. Wokół zakładu jest pusto. Z trzech wysokich, białych kominów ulatniają się kłęby pary wodnej. Z mniejszych kominów unosi się biały dym.

RDK6fAbOggkhi

Fotografia przestawia rzędy baterii słonecznych na piasku. Baterie ustawione są pod kątem ku słońcu. Stoją w oddaleniu, żeby cień jednych nie padał na inne. Ogniwa są ciemne, błyszczące, tworzą kratkowany wzór.

RIJfhwzTdx34J

Fotografia przestawia kilkadziesiąt jasnych turbin wiatrowych na tle gór. Stoją gęsto ustawione, wśród rudej trawy. Jest słoneczny dzień, błękitne niebo z obłokami.

R1b9ACx1FTYWc

Fotografia przedstawia widok na zaporę wodną. Na pierwszym planie spod tamy wypływa woda, ujęta w betonowe koryto. Po obu stronach słupy i linie wysokiego napięcia. Za tamą błękitna rzeka, z obudowanymi brzegami. Nad nimi wznoszą się brązowo – fioletowe górskie stoki.

Przyszłość energetyki musi być oparta na odnawialnych źródłach energiienergia odnawialnaodnawialnych źródłach energii, ponieważ ich pozyskanie i przetworzenie na ogół nie prowadzi do skażenia środowiska, a instalacje raczej nie wymagają skomplikowanej obsługi czy konserwacji. Dzięki kilku rodzajom odnawialnych źródeł energii niemal każde miejsce na Ziemi mogłoby czerpać z nich energię elektryczną. Na przykład tereny pustynne o dużym nasłonecznieniu są doskonałe do budowy elektrowni słonecznych, bogata w gorące źródła Islandia korzysta z energii geotermalnej, a Szkocja – z energii wiatru.

3. Zużycie energii w gospodarstwie domowym

Zapotrzebowanie na energię elektryczną zależy od liczby osób w rodzinie, liczby urządzeń elektrycznych, czasu ich pracy oraz ilości zużywanej przez nie energii. Obecnie dąży się do tego, by urządzenia pobierały jak najmniej energii, a przy tym osiągały dobre efekty w pracy. Stare urządzenia są na ogół energochłonne, np. kupiona 10 lat temu lodówka zużywa 3 razy więcej energii niż lodówka nowa, o podobnych właściwościach.

Sprzętowi elektrycznemu nadaje się klasy energetyczne i zaopatruje w etykiety energetyczne. Klasa energetyczna G oznacza urządzenie najmniej efektywne, pochłaniające dużo energii. Najmniej energii zużywają urządzenia klasy A, zwłaszcza najbardziej efektywne z nich: A+++. Etykiety energetyczne zawierają także informację, ile energii takie urządzenie zużywa w ciągu roku. Są to dane szacunkowe i podaje się je w kWh (kilowatogodzinach).

Średnie roczne zużycie energii elektrycznej w Polsce to ok. 1900 kWh w czteroosobowym gospodarstwie domowym. Najwięcej energii pochłaniają ogrzewanie elektryczne oraz lodówka.

4. Sposoby oszczędzania energii

Oszczędzanie energii elektrycznej oznacza mniejsze zużycie surowców energetycznych oraz mniejsze szkody w środowisku. Pozwala także zmniejszyć domowe wydatki. Najprostszym sposobem, aby to osiągnąć, jest włączanie urządzeń elektrycznych tylko wtedy, gdy są potrzebne, a gdy się zużyją, zastąpienie ich bardziej energooszczędnymi odpowiednikami (dotyczy to również żarówek).

Warto pamiętać, że wiele urządzeń elektrycznych pozostawianych w tzw. trybie czuwania (stand‑by), tak jak wyłączony pilotem telewizor, także pobiera prąd. Może to być nawet 30% energii pobieranej w czasie pracy.

Informacje na tabliczkach znamionowych pozwalają określić, które z urządzeń elektrycznych zużywają najwięcej prądu. Należy do nich lodówka, która pracuje całą dobę. Zużywa więcej energii, gdy jest często otwierana, nieszczelna, a zamrażalnik jest mocno oszroniony. Koszt eksploatacji takiej lodówki w stosunku do lodówki właściwie użytkowanej może wzrosnąć o 300 – 500 zł rocznie.

Urządzeniem o dużej mocy jest czajnik elektryczny. By oszczędzać energię, należy za każdym razem nalewać do niego tylko taką ilość wody, jaka jest w danym momencie potrzebna. Z kolei pralkę i zmywarkę należy włączać wtedy, gdy są wypełnione w całości.

Nie należy też pozostawiać włączonego telewizora czy światła w pomieszczeniach, z których nikt nie korzysta. Tradycyjne żarówki warto zastępować diodami LED, które zużywają około 20 razy mniej energii.

R1NHLVIM2mG3j

Ilustracja przedstawia schematycznie sposoby ograniczenia zużycia energii. W dużym zielonym kole napis: JAK OSZCZĘDZAĆ ENERGIĘ W DOMU? Od niego kropkowane linie prowadzą do mniejszych kół z niebieskimi symbolicznymi rysunkami i podpisami. W kole u góry symbole pasków i liter. Im krótszy pasek i bliższa początkowi alfabetu litera, tym lepsza klasa energetyczna. Podpis: kupuj urządzenia z oznaczeniem klasy energetycznej A++. Rysunek pralki z podpisem: uruchamiaj pralkę, gdy jest pełna. Rysunek koła z pionową kreską. Podpis: wyłączaj urządzenia elektryczne, gdy z nich nie korzystasz. Rysunek przechylonego czajnika elektrycznego, kropla wpada do filiżanki. Podpis: gotuj tyle wody, ile aktualnie potrzebujesz.

Podsumowanie

• Węgiel, ropa naftowa, gaz ziemny oraz uran to nieodnawialne źródła energii elektrycznej; pozyskana z nich energia jest tania.

• Odnawialne źródła energii to energia promieniowania słonecznego, energia wiatru, energia geotermalna oraz energia pochodząca z przepływu wody; źródła te nie zanieczyszczają środowiska oraz nie wyczerpują się, ale pozyskana z nich energia nie jest pozbawiona wad.

• Do wad odnawialnych źródeł energii należy m.in. ingerencja w naturalne środowisko oraz zmiana krajobrazu.

• W Polsce większość energii pochodzi ze spalania węgla.

• W Polsce są dobre warunki do korzystania z energii płynącej wody i energii geotermalnej.

• Oszczędzanie energii elektrycznej w gospodarstwie domowym ma wpływ na stan atmosfery Ziemi, zasoby środowiska oraz domowy budżet.

• Oszczędzanie energii polega na korzystaniu z wydajnych urządzeń elektrycznych i używaniu ich w racjonalny sposób.

Praca domowa

Słownik

Zadania

31

Ćwiczenie 5

Przeanalizuj poniższy wykres przedstawiający energię i moc uzyskiwaną z odnawialnych źródeł energii, a następnie sformułuj wniosek dotyczący zmian w bilansie energetycznym świata w latach od 1992 do 2018.

R1duUeadYD948

Wykresy przedstawiają ilość produkowanej energii podanej w gigawatach. Na osi X zaznaczono lata od 1992 do 2018. Na osi y ilość produkowanej energii w gigawatach od 0,1 do 1000. Wykres żółty oznacza elektrownie słoneczne, wykres niebieski – elektrownie wiatrowe, a wykres czerwony – elektrownie geotermalne. Według wykresu żółtego ilość energii pochodzącej ze słońca wyprodukowanej w 1993 roku wynosiła 0,1 gigawata. Wartość 1 gigawata osiągnięto w 2002 roku, w 2007 roku osiągnięto wartość 10 gigawatów, w 2012 roku osiągnięto wartość 100 gigawatów, a w 2018 roku osiągnięto wartość ok. 800 gigawatów. Według wykresu niebieskiego ilość energii pochodzącej z wiatru wyprodukowanej w 1992 roku wynosiła 5 gigawatów. Wartość 10 gigawatów osiągnięto w 1998 roku, wartość 15 gigawatów w 2002 roku, wartość 100 gigawatów w 2007 roku, a w 2018 roku osiągnięto wartość ok. 800 gigawatów. Wykres czerwony jest wypłaszczony i nie wzrasta tak jak żółty i niebieski. Według czerwonego wykresu ilość energii geotermalnej wyprodukowanej w 1992 roku wynosiła ok. 9 gigawatów. Wartość 10 gigawatów osiągnięto w 2005 roku, a w 2018 roku osiągnięto wartość ok. 20 gigawatów.

Zapoznaj się z poniższą tabelą przedstawiającą energię i moc uzyskiwaną z odnawialnych źródeł energii, a następnie sformułuj wniosek dotyczący zmian w bilansie energetycznym świata w latach od 1992 do 2018.

Rok	Ilość produkowanej energii [GW]
	w elektrowniach wiatrowych	w elektrowniach słonecznych	w elektrowniach geotermalnych
1992	5	0,1	9
1996	9	0,2	9
2000	40	0,8	10
2004	80	5	10
2008	100	20	10
2012	400	100	10
2016	600	400	15
2018	800	800	20

RZKQosgOEtMVB

(Uzupełnij).

Wskazówki i klucze odpowiedzi

Pokaż podpowiedź

Zastanów się, który rodzaj energii zaczęto wykorzystywać w podanych latach najintensywniej.

Pokaż odpowiedź

W latach od 1992 do 2018 odnawialne źródła energii wykazywały tendencję wzrostową w udziale produkcji energii odnawialnej. W tym czasie najintensywniej zaczęto wykorzystywać energię pochodzącą ze Słońca.