Obnovitelné zdroje energie

Obnovitelné zdroje energie (OZE)

Kvôli zisteným informáciam o sklenníkových plynoch, globálnom oteplovaní, ktoré spôsobujú fosílne palivá (ropa, uhlie) sa vdnešnej dobe uvažuje o ,,zelených“ energiách, ktoré neubližujú Zemi, ktoré ju neznečisťujú. Preto sa v dnešnej dobe sa veľmi rozširujú pojmy ako ekológia zelená energia, obnovitelné zdroje energie a pod.. OZE sú zdroje energie, ktoré sú obnovitelné a dajú sa znova využiť bez vyčerpania  napr.( voda, vietor , slnko, geotermálne teplo atď.) Taktiež aj tieto energie ako aj fosílne palivá sú rozdielne. Teraz napíšem pár príkladov na OZE a ich rozdieli vo využití, spracovaní a množstva energie, ktorú môžu poskytnut atď.

Zaujímavosti ku OZE:

V roku 2006, približne 18 percent celkovej svetovej spotreby energie pochádzalo z obnoviteľných zdrojov energie; 13 % z tradičnej biomasy spôsobmi akým je spaľovanie dreva. Vodná energia bola ďalším najväčším obnoviteľným zdrojom, poskytujúca 3%, nasledovaná horúcou vodou na vykurovanie ktorá prispela 1,3 percentami. Moderné technológie, ako geotermálna, veterná, slnečná a energia oceánu spolu tvorili asi 0,8% konečnej spotreby energie. Technický potenciál pre ich využitie je veľký, presahujúci všetky ostatné dostupné zdroje.

Energia dopadnutá zo slnka na Zem za jednu minútu je väčšia ako energia z fosílnych palív spotrebovaná za jeden rok. Energia vetra prúdiaceho Spojenými štátmi by mohla vyprodukovať viac ako 16 biliónov GJ elektriny, čo je 1,5 násobok ich celoročnej spotreby. Tropické oceány absorbujú 560 triliónov gigajoulov (GJ) solárnej energie každý rok, čo je 1600 násobok celosvetovej spotreby energie. Fotosyntéza vo vegetácii v spojených štátoch je 50 biliónov GJ, čo je 60% národnej spotreby.

Obnoviteľné zdroje sú často kritizované za ich nespoľahlivosť a neestetickosť, avšak trh s obnoviteľnými zdrojmi sa napriek tomu rozrastá.

Zahŕňajú široké a rôznorodé pole technológií, pričom postavenie jednotlivých zdrojov na trhu sa s časom môže výrazne meniť. Niektoré technológie sú už rozvinuté a ekonomicky samostatné ( napríklad vodná alebo geotermálna energia ), kým ďalšie stále potrebujú istý stupeň vývoja ( najmä v oblasti technológií, napríklad zdokonalenie generátorov, zvýšenie efektívnosti premeny ) aby sa stali konkurencieschopnými aj bez dotácií.

Slnečná energia:

Slnečná energia je hnacím strojom života na Zemi. Zohrieva atmosféru a Zem, vytvára  vietor, zohrieva oceány, spôsobuje odparovanie vody dáva silu vodným tokom, rastlinám aby  mohli rásť a z dlhodobého hľadiska vytvára aj fosílne palivá. Slnečná energia z nej  pochádzajúce obnoviteľné zdroje energie – veterná, vodná a biomasa môžu byť využité na  výrobu všetkých foriem energie, ktoré dnes ľudstvo využíva.  Každý rok dopadá zo Slnka na Zem asi 10 tisíckrát viac energie, ako ľudstvo za toto  obdobie spotrebuje. Množstvo dopadajúcej slnečnej energie na územie Slovenska je asi 200násobne  väčšie, ako je súčasná spotreba primárnych energetických zdrojov u nás. Je to obrovský, doposiaľ  takmer úplne nevyužitý potenciál. Využívanie slnečnej energie je dnes najčistejším spôsobom využívania energie vôbec a na rozdiel od iných zdrojov (aj obnoviteľných) sú dopady na okolité životné prostredie zanedbateľné. V tomto kontexte pojem „solárna energia“ odkazuje na energiu, ktorá je získaná z priameho slnečného žiarenia. Skladá sa z tepelnej a svetelnej energie. Väčšina ľudí si pod týmto pojmom představuje solárne panely, ktoré vídať čoraz častejšie. Môže sa povedať, že slnečná energia bude zrejme najviac stála a najšetrnejšia k prírode.  Existuje množstvo spôsobov aplikácie solárnej energie:

• Výroba elektriny využitím fotovoltaických článkov.
• Výroba elektriny využitím koncentrovanej slnečnej energie.
• Výroba elektriny ohrievaním uzavretého vzduchu, ktorý poháňa turbínu v solárnych vežiach s prúdom vzduchu smerom nahor ( Solar updraft tower ).
• Ohrievanie budov priamo, využijúc pasívneho solárneho návrhu budov .
• Ohrievanie potravín pomocou solárnych pecí.
• Ohrievanie vody v rodinných domoch využitím fototermálnych článkov.
• Výroba tepla a chladu využitím solárnych "komínov".
• Výroba elektriny na obežnej dráhe Zeme využitím solárnych satelitov.
• Solárna úprava (najmä chladenie) vzduchu.

Premena slnečnej energie na tepelnú:

Solárny kolektor:

Zariadenie na premenu slnečnej energie na tepelnú. Slnečné teplo tu ohrieva čierny povrch kolektora. Prenos energie do rúrky s kvapalinou prebieha na veľmi veľkú vzdialenosť, následkom čoho sú problémy s výmenou tepla pri nízkych a premenlivých hustotách toku energie. Pre oblasť Slovenskej republiky je celková doba slnečného svitu, t. j. bez oblačnosti, 1600 – 2000 hodín ročne.

Využitie solárnych kolektorov:

• prípravu teplej vody v domácnostiach, priemysle a komerčných budovách
• ohrev vody pre bazény celoročne
• vykurovanie priestorov (budovy, skleníky, sauny)
• sušenie rastlín

Slnečná pec:

Slnečná pec je technologické zariadenie pracujúce na princípe sústreďovania slnečnej energie pomocou sústavy zrkadiel do jedného bodu. Teplota ktorú možno takýmto spôsobom dosiahnuť je okolo 3 000 °C.

Premena slnečnej energie na elektrickú:

Panel z Fotovoltaických článkov

Zariadenie, ktoré premieňa slnečnú energiu priamo na elektrickú. Tieto články sa nachádzajú napr. v kalkulačkách, hodinkách. Fotovoltaický článok je vlastne veľkoplošná polovodičová dióda, na ktorej vzniká napätie. Podstatou celej premeny slnečného žiarenia na elektrickú energiu je vnútorný fotoelektrický jav. Svetlo dopadajúce na polovodičový materiál v ňom zvyšuje koncentráciu nosičov náboja oproti stavu bez osvetlenia. Dopadajúce fotóny, ktoré sú polovodičovým materiálom prijaté, odovzdaním svojej energie vytvárajú elektróny a diery. Elektróny a diery separované PN prechodom sú potom zberané do vonkajšieho obvodu, kde je ich prítomnosť registrovaná ako elektrické napätie alebo jednosmerný prúd. Využívajú sa aj vo vesmírnych sondách. Fotovoltaiku možno použiť aj ako tieňací prvok pre okná.

Princíp činnosti slnečnej prúdovej veže:

Slnečná prúdová veža pracuje na princípe kombinácie troch zložiek. Efektu komína, skleníkového efektu a veternej turbíny.

Vzduch nahromadený v priestore podobnému obrovskému skleníku, ktorý je umiestnený dookola základne vysokého komína je ohrievaný slnečným žiarením, následkom čoho zohriaty vzduch uniká hore komínom. Vzniknuté prúdenie vzduchu poháňa turbíny produkujúce elektrickú energiu. Úspešný 50 kW výskumný prototyp pracoval v španielskom Ciudad Real v rokoch 1980 – 89. Od roku 2001 sa pracuje na projekte 1 000 m vysokej veže v Austrálii.

Veterná energia:

Energia vetra je formou slnečnej energie, ktorá vzniká pri nerovnomernom ohrievaní  zemského povrchu. Slnko vyžaruje smerom k Zemi energiu rovnajúcu sa 100 000 000 000 000 kWh. Z tejto hodnoty sa približne 1 až 2 % mení na energiu vetra. Je to 50 až 100-krát  viac ako energia, ktorú premenia všetky rastliny na Zemi na živú biomasu. Vietor, keďže je  prítomný všade, bol človekom využívaný od nepamäti. Navyše táto energia je príťažlivá aj dnes, pretože jej využívanie neprodukuje žiadne odpady, neznečisťuje ovzdušie a nemá negatívny vplyv na zdravie ľudí. Vietor ako primárny zdroj energie je zadarmo a je ho možné využiť decentralizovane takmer v každej časti sveta.

Veterná energia vykazuje najrýchlejší rast spomedzi všetkých obnoviteľných zdrojov a napriek tomu poskytuje len menej ako 0,5% celosvetovej energie.

Globálne, dlhodobý energetický potenciál veternej energie sa odhaduje na 5-násobok súčasnej energetickej produkcie, alebo 40 násobok súčasných požiadaviek. Samozrejme by to vyžadovalo veľké množstvo pôdy pre veterné turbíny, najmä vo veterných oblastiach. Skúsenosti s prímorskými zdrojmi vykazujú až o 90% vyššie priemerné rýchlosti vetra v porovnaní s vnútrozemskými, z čoho vyplýva že práve tieto oblasti by mohli prispieť významnejšie v rozvoji veterných elektrární. Toto číslo možno zvýšiť aj stavaním turbín vo vyšších nadmorských výškach. Avšak aj veterná energia má svoje nevýhody- zahubovanie vtáctva.

Intenzita vetra blízko zemského povrchu je premenlivá a nedokáže zabezpečiť nepretržitú dodávku elektriny, pokiaľ nie je kombinovaná s inými zdrojmi energie alebo akumulačnými systémami. Niektoré odhady tvrdia, že 1000 kW veterná turbína dokáže zaručiť len 333 kW nepretržitého výkonu. Aj keď tento fakt sa môže vývojom technológií zmeniť mierne k lepšiemu, obrancovia veternej energie navrhujú radšej spojenie s inými zdrojmi alebo využívanie uskladňovacích technológií. Najvhodnejšie použitie by bolo v systéme s dostatočnou výkonovou rezervou akou je vodná elektráreň, alebo náhradným zdrojom, napríklad odsoľovacia elektráreň, z titulu zmiernenia ekonomického dopadu nestability vetra.

Veterná turbína:

Sú to vo svojom slova zmysle moderné veterné mlyny, ktoré vyrábajú elektrickú energiu.

Malé veterné turbíny:

Malé veterné turbíny sa vo svete využívajú väčšinou ako samostatné energetické zdroje. V niektorých prípadoch sú však aj tieto malé systémy pripájané na verejnú elektrickú sieť, čo umožňuje majiteľovi takéhoto systému znížiť náklady na nákup elektriny a súčasne v prípade prebytku dodávať ním vyrobenú elektrinu do siete. Odber a dodávanie do siete sa vykonáva pomocou automatických prepínačov. Meradlo spotreby elektriny je zvyčajne zapojené tak, že pri dodávaní elektriny do siete sa točí naopak.

Používanie malých veterných turbín sa pre izolovaných užívateľov ukázalo výhodnejšie ako používanie napr. naftových generátorov alebo predlžovanie elektrického vedenia. Výhodou je, že veterné systémy sú nielen relatívne malé, ale je ich možné rýchlejšie vybudovať. V mnohých krajinách je predĺženie elektrického vedenia k odberateľovi o jeden kilometer drahšie ako náklady na vybudovanie malého veterného systému. Hoci veterné turbíny sa vyznačujú vyššími investičnými nákladmi ako napr. naftové generátory, ich prevádzka je prakticky bezplatná a majiteľovi odpadajú problémy so zháňaním a dopravou paliva.

O tom, že malé veterné systémy sú obľúbené aj v menej rozvinutých krajinách svedčí aj príklad z Mongolska, kde je inštalovaných až 50 tisíc takýchto zariadení.

Veľké veterné turbíny:  

Používajú sa skôr spoločne s ostatnými ako veterná farma.

Veterné farmy s nízkou rýchlosťou vetra by mali v nasledujúcich rokoch predstavovať jednu tretinu celkovej globálnej veternej energie. Nová turbína otvára možnosti celému radu potenciálnych lokalít, vďaka čomu bude možné dosiahnuť vyššie výnosy v čoraz dôležitejšom segmente nízkorýchlostnej veternej energie.
Tento nový typ veternej turbíny je veľmi vhodný pre krajinu s takými klimatickými podmienkami a rýchlosťou vetra, aké má práve Slovensko.

Zaujímavosti o veternej energii:

Americký vedec Howard Fuller Jr. zostrojil model “bezlopatkovej” veternej turbíny. Je vylepšením Teslovho vynálezu z roku 1913. Model novej turbíny má zachovať vysokú efektívnosť pri znížení hluku, prevádzkových nákladov a ohrozenia divého vtáctva.
Technológia turbíny je kompletne uzavretá do malej kompaktnej jednotky. Lopatky nahradilo množstva kovových diskov, od ich počtu závisí výkon. Prúdenie vzduchu spôsobí ich roztočenie, čím sa uvedie do pohybu hnací hriadeľ. Konštrukčná forma má poskytnúť maximálnu efektívnosť premeny veternej na mechanickú energiu, informuje portál Business Green. Bezlopatková veterná turbína má priniesť výrazne nižšie prevádzkové náklady. Ak sa napríklad turbína umiestni na vrchol vysokej budovy, generátor elektrickej energie môže zostať na prízemí. Odpadá tak potreba náročnej a nebezpečnej údržby vo výškach

Fullerova veterná turbína” je efektívna v rôznych teplotných hladinách plynu. Môže tak nájsť uplatnenie aj v geotermálnej energii. Ak geotermálny zdroj neprodukuje paru v požadovanej teplote, vyžije sa systém veternej turbíny. Ten je schopný pracovať aj pri prúdení plynu v nižších teplotách. Spoločnosť Solar Aero Research získala pre technológiu patent, ktorý ukončil šesť rokov výskumných prác. V súčasnosti prebiehajú rokovania o predaji licencie po celom svete, v roku 2011 sa plánuje so začiatkom komerčnej výroby.

Veterné elektrárne v USA konkurujú zemnému plynu:

V roku 2010 sa v Spojených štátoch vybudovalo 5115 MW kapacity veterných elektrární. To je asi polovina toho, čo bolo postavené v rekordnom roku 2009. Do roku 2011 však veterná energetika vstúpila s 5600 MW rozostavenou kapacitou. Elektrina vyrobená v veterných elektrárňách sa vďaka tomu stala konkurečnoschopná s energiou  zo zemného plynu.

Čína stavia najväčšiu pobrežnú veternú farmu:

Čína sa rychlo stává vedúcou svetovou silou v oblasti veternej energie. Už dnes je najväčším výrobcom veterných turbín na svete. Očakává sa, že do roku 2020 vzráste ich podiel veterných elektráreň o 500% až 1000%, zatiaľ čo podiel energie z tepelných elektráreň klesne. V roku 2009 mala Čína celkom inštalovaných 29 GW veterných turbín. Teraz sa začíná budovať najväčší pobrežnú veternú farmu na svete v Pochajskom zálivu niekolko hodín od hlavného mesta Peking.