Alternatywne Źródła Energii - Katalog

Odnawialne źródła energii:

• energia wiatru,
• energia promieniowania słonecznego,
• energia geotermalna,
• energia prądów i pływów morskich,
• energia fal morskich,
• energia spadku rzek,
• energia cieplna oceanów (maretermiczna),
• energia pozyskiwana z biomasy,
• energia pozyskiwana z biogazu wysypiskowego,
• energia pozyskiwana z biogazu powstałego w procesach odprowadzania lub oczyszczania ścieków, albo rozkładu składowanych szczątek roślinnych i zwierzęcych

Nieodnawialne źródła energii:

• wodór,
• energia magneto-hydro-dynamiczna,
• ogniwa paliwowe,
• energia termojądrowa
• energia z łupków i piasków bitumicznych

Energia geotermalna

Geotermalne ciepło zapoczątkowane zostało z połączenia rozżarzonego pyłu oraz gazu więcej niż 4 biliony lat temu.
Ciepło geotermalne ziemi dzielimy na ciepło współczesne oraz ciepło pierwotne. Ciepło współczesne powstawaje we wnętrzu ziemi, w wyniku rozpadu pierwiastków promieniotwórczych takich jak tor, uran czy potas. Ciepło pierwotne jest to ciepło powstawałe w trakcie formowania się naszej planety W jądrze ziemi które znajduje się na głębokości 6400 km temperatura może wynosić nawet 5000 °C.
Ciepło geotermalne przepływa na zewnątrz planety nieprzerwanym strumieniem. Ciepło przekazywane jest do warstwy skał, zwanej płaszczem.
Kiedy temperatura oraz ciśnienie jest odpowiednio wysokie niektóre skały płaszcza topią się, przekształcając się w magmę.

Magma jest lżejsza od otaczającej ją skały, przez co przedostaje sie na zewnątrz skorupy ziemskiej, niosąc ciepło z wnętrza. Magma pokonująca całą drogę do powierzchni ziemi staje się lawą. Kiedy jednak magma pozostaje pod skorupą ziemską, podgrzewa otaczające ją skały oraz wodę, nawet do 371 stopni celcjusza. Część podgrzanej wody przedostaje się przez pęknięcia oraz szczeliny na zewnątrz, tworząc gorące źródła(hot springs) i gejzery.
Może się jednak przytrafić że gorąca woda jest zatrzymywana i więziona w pęknięciach oraz porowatych skałach, takie naturalne nagromadzenia gorącej wody nazywane są geotermalnymi rezerwuarami(geothermal reservoir).

Możemy używać gorącą wodę oraz podgrzaną parę wodną wydostającą się z wnętrza ziemi w celu wytworzenia z nich użytecznej energii, zwanej energią geotermalną.
Woda opadowa wnika w głąb ziemi, gdzie w kontakcie z młodymi intruzjami lub aktywnymi ogniskami magmy, podgrzewa się do znacznych temperatur. W wyniku tego wędruje do powierzchni ziemi jako gorąca woda lub para wodna(Rys.2).
Wody geotermalne zawierają rozpuszczone substancje mineralne, których skład i ilość zależą między innymi od głębokości zalegania i temperatury oraz warunków geologiczno-strukturalnych zbiornika. Warunki te mają wpływ na mieszanie się wód podziemnych o różnym pochodzeniu. Od stopnia mineralizacji zależy też sposób zagospodarowania wód geotermalnych.

Starożytni rzymianie używali gorących źródeł, po to aby podgrzewać swoje domy oraz łaźnie. Taka "magiczna woda" została również użyta w celach medycznych oraz do gotowania. W 1864 roku hotel w stanie Oregon w USA, podgrzewał pokoje przy użyciu geotermalnej energii z podziemnych gorących źródeł.

Zasoby energii geotermalnej

Są 4 rodzaje zasobów energii geotermalnej:

• Zasoby hydrotermalne
• Zasoby geopresyjne(geopresured)
• Gorąca sucha skała(Hot dry rock - HDR)
• Magma

Do tej pory pozyskiwanie energii z zasoby hydrotermalnych jest najbardziej ekonomiczne.

Zasoby hydrotermalne

Powstają w szczelinach oraz porach skałach z gorącej wody i/lub pary. Skały te znajdują się na głębokości od 100 metrów do 4,5 kilometra pod powierzchnią ziemi. Zasoby geotermalne są w postaci gorącej pary lub gorącej wody, w zależności od oddziałującej na nie temperatury oraz ciśnienia. Niektóre z zasobów sa podgrzewane przez stopione gorące skały do temperatury od 180 stopni do 350 stopni Celcjusza.

Są 3 podstawowe składniki zasobu hydrotermalnego - źródło ciepła(takie jak gorąca stopiona skała), warstwa wodonośna zawierająca wodę i nad nią nieprzepuszczalna skała uszczelniająca warstwę wodonośną. Energię możemy pozyskać przez wwiercenie się do warstwy wodonośnej i pobranie z niej podgrzanej wody lub pary wodnej.
Energię pobiera się przez wykonywanie 2 odwiertów. Jednego w celu wydobycia wód ogrzanych (otwór czerpalny) i drugiego, znajdującego się w pewnej odległości od otworu czerpalnego, przez który wtłaczana jest woda, od której odebrano ciepło (np. przez zakład ciepłowniczy) z powrotem do złoża.
Wysokotemperaturowe źródła są używane do wytwarzania energii elektrycznej, natomiast źródła niskotemperaturowe używane są do wytwarzania bezpośredniego ciełej wody.

Zasoby geopresyjne

Składają się z gorącej solanki nasyconej metanem znajdująceej się we wnętrzu ziemi. Znajdują się one w dużych i głęboko położonych warstwach wodonośnych gdzie ciśnienie jest ogromne. Metan oraz woda jest uwięziona w warstwie osadów na głębokości od 4 km do 6 km. Temperatura wody jest w przedziale od 90 stopni celcjusza do 200 stopni celcjusza. Głównym miejscem występowania zasobów geopresyjnych jest Zatoka meksykańska.

Gorąca sucha skała(HDR)

Jest to podgrzewana formacja geologiczna nie zawierająca w ogóle wody. Zasób ten jest praktycznie nieograniczony i jest najbardziej dostępny. Potencjał do pozyskiwania energii z tego rodzaju żródła jest bardzo duży.
W jakis sposób pobierana jest energia gorących suchych skał można zobaczyć na rysunku 3.

Magma

Magma lub stopione skały są największym z geotermalnych źródeł. Jednakże dostęp do niego jest ograniczony z powodu dużych głębokości znajdowania się tego zasobu - 3 km do 10 km i głębiej. Temperatura wynosi od 700 do 1200 stopni Celcjusza. Złoże to nie zostało do tej pory odpowiednio zbadane pod względem możliwości pobierania z niego ciepła.

Zalety energii geotermalnej:

• Energia geotermalna jest zasobnym źródłem energii
• Geotermalne technologie maja mały wpływ na środowisko naturalne. Nie emitują do środowiska NO_X-ów(tlenków azotu), wprowadzają mało tlenków siarki, i emituja 1000-2000 razy mniej CO2(dwutlenku węgla), niż elektrownie konwencjonalne.
• Elektrownie geotermalne są wysoce niezawodne oraz zaprojektowane są w taki sposób aby pracowały przez 24h/dobę.
• Zmniejsza użycie konwencjonalnych paliw
• Elektorwnie takie wymagają mniejszego nakładu fiannsowego na infrastrukturę, wyposażenie oraz obsługę niż elektrownie konwencjonalne
• Elektrownie zajmują mało miejsca

Wady energii geotermalnej:

• Podczas eksploatacji elektrowni wytwarzane są zanieczyszczenia takie jak, dwutlenek węgla, tlenki siarki, siarkowodór oraz metan. Jednakże nowoczesne technologie ograniczają emisje tych zanieczyszczeń do minimum.
• Może powodować osuwanie się ziemi
• Produkcja energii geotermalnej jest powiązana ze wzrostem aktywności sejsmicznej na danym terenie, jednakże jest to temat dyskuyjny, gdyż elektrownie są usytuowane na terenach gdzie jest możliwe trzesienie ziemi.
• Budowa elektrowni zwiększa hałas na danym terenie jednakże podczas samej eksploatacji hałas jest minimalny

Rozwój geotermalnej elektryczności

Dzieki geotermii można produkować bezpośrednio energię elektryczną lub używać jej do celów grzewczych.

Ogrzewanie budynków

Hydrotermalne zasoby nisko- oraz średnio- temperaturowe(20-120 stopni Celcjusza) są używane do bezpośredniego zastosowania w postaci dostarczania ciepła w sektorach mieszkalnych, handlowych oraz przemysłowych. Do zakresu zastosowania zalicza się: ogrzewanie powierzchni, ogrzewanie wody, ogrzewanie szklarni, ogrzewanie akwariowe, dehydratacja jedzenia, w pralniach oraz w zakładach tekstylnych. Takie zastoswania sa powszechne w Islandii, USA, Japoni, Francji oraz w wielu innych krajach. Większość domów na Islandii jest ogrzewane za pomocą geotermalnej sieci centralnego ogrzewania.

Bezpośrednie systemy ogrzewania geotermalnego zazwyczaj składają się z urządzenia produkcyjnego(tj. studnia) które wydobywa ciepłą wodę na powierzchnię, systemu mechanicznego(tj. rury, pompy, system kontroli oraz wymiennik ciepła) który przenosi energię cieplną tam gdzie jest ona potrzebna, oraz z systemu powrotnego(tj. studnia injekcyjna, zbiornik zapasowy) który przyjmuje schłodzony płyn. Wymienniki ciepła są wymagane z uwagi na zasolenie oraz zawartość części stałych w płynie geotermalnym.

Pompy ciepła są często stosowane w dostarczaniu energii cieplnej. Geotermalne pompy ciepła są urządzeniami działającymi w taki sam sposób jak lodówka, jednak mogą przenosić ciepło w oba kierunki. Dlatego urzadzenie to może korzystać z relatywnie stałej temperatury wnętrza ziemi zarówno przy ogrzewaniu jak i chłodzeniu. W lato ciepło jest pobierane z domu i wpuszczane do ziemi. W zimę natomiast ciepło jest zabierane z ziemi i transportowane do wnętrza budynku. Takie systemy sa używane często w Szwajcarii oraz krajach skandynawskich. Używanie geotermalnych pomp ciepła umożliwiazastosowanie geotermalnych zasobów już o temperaturze 20 stopni ciepła. Takie zastosowanie pomp ciepła w połączeniu z energią geotermalną przynosi kożyści ze względu na korzyści energetyczne oraz konsumpcję energii w domach oraz budynkach handlowych.

Produkcja energii elektrycznej

Wysoko-temperaturowe geotermalne zasoby mogą być używane do produkowania z nich energii elektrycznej.
Energię elektryczną w elektrowniach uzyskuje się przez doprowadzenie gorącej wody pod wysokim ciśnieniem z odwiertów do generatorów, gdzie rozszerza się zmieniając w parę, która napędza turbiny. Technologia produkcji energii opiera się na tzw. „ zamkniętej pętli ”. Para wodna po przejściu przez turbiny zamieniana jest z powrotem w ciecz, która znowu paruje przy kontakcie z gorącymi rurami doprowadzającymi wodę, zamykając obieg. Dzięki temu podczas produkcji energii nic nie jest emitowane do atmosfery. Pierwsze próby uzyskania energii elektrycznej ze żródeł geotermalnych odbyły się w 1904 roku we Wloszech. Pierwsza geotermalna elektrownia otworzona została w 1921 roku w Kalifornii. W wielu miejscach na świecie geotermalna elektryczność jest konkurencyjna w stosunku do elektryczności uzyskiwanej z konwencjonalnych źródeł. Aktualnie największy udział geotermalnej energi mają USA, Filipiny, Indonezja, Meksyk, Włochy, Nowa Zelandia.

Zasoby geotermiczne w Polsce

Polska posiada stosunkowo duże zasoby energii geotermalnej, możliwe do wykorzystania dla celów grzewczych. Jednak z powodu wysokich kosztów odwiertów, najbardziej korzystne wydaje się wykorzystanie wód geotermalnych w obrębie niecki podhalańskiej, a także okręgu grudziądzko-warszawskiego oraz szczecińskiego.

Jak dotąd na terenie Polski funkcjonuje osiem geotermalnych zakładów ciepłowniczych(Rys.4):

• Bańska Niżna (4,5 MJ/s, docelowo 70 MJ/s)
• Pyrzyce (15 MJ/s, docelowo 50 MJ/s)
• Stargard Szczeciński (14 MJ/s)
• Mszczonów (7,3 MJ/s)
• Uniejów (2,6 MJ/s)
• Słomniki (1 MJ/s)
• Lasek (2,6 MJ/s)
• Klikuszowa (1 MJ/h)