|
Радови ученика 8. разреда
|
Kıtaların Kayması Simülasyonu.. İyi Seyirler. ( Serdar GÜNGÖR ) | ||
Алтернативни извори енергије
Да би се добио било који облик енергије потребни су енергетски извори (енергетици).
Човечанство је успело да у 20-ом веку потроши скоро све залихе фосилних горива које су се милионима година таложиле у земљи, својим неодговорним понашањем загади реке, ваздух, земљу. Процена је да ће фосилних горива бити до краја овог века, а с обзиром на повећање броја становника на земљи и повећаве захтеве за енергијом, њихове залихе ће се изцрпети и раније.
Занимљивост
Све залихе нафте у свету биће исцрпљене 22. октобра 2047. године, и то у 20.58 сати, наведено је на европском енергетском Интернет порталу www.енергy.еу. Према прорачунима које су обавили стручњаци портала, на основу сада познатих резерви и тренутне потрошње, резерве појединих фосилних горива биће потрошене врло брзо.
Прво ће, процењује се, нестати нафте - већ кроз мање од четири деценије. Следећи у реду "угрожених енергената" је природни гас, чије би резерве требало да буду потрошене 12. новембра 2068. године у 9.25 ујутру, док ћеугља бити до 19. маја 2140. у 20.05, наводи се на порталу. У саопштењу се наглашава да су овако прецизне "сатнице" дате да би се јавности што драматичније представило стање на сектору необновљивих извора енергије и указало на потребу што хитнијег преласка на обновљиве.
Обновљиви извори енергије представљају енергетске ресурсе који се користе за производњу електричне или топлотне енергије, односно сваки користан рад, а чије резерве се константно или циклично обнављају.
Сам назив обновљиви потиче од чињенице да се енергија троши у износу који не премашује брзину којом се ствара у природи. Неки пут се међу обновљиве изворе енергије сврставају и они извори за које се тврди да су резерве толике да се могу експлоатисати милионима година. Ово је у супротности са необновљивим изворима којима су резерве процењене на десетине или стотине година, док је њихово стварање трајало десетинама милиона година.
Да би се добио било који облик енергије потребни су енергетски извори (енергетици).
Човечанство је успело да у 20-ом веку потроши скоро све залихе фосилних горива које су се милионима година таложиле у земљи, својим неодговорним понашањем загади реке, ваздух, земљу. Процена је да ће фосилних горива бити до краја овог века, а с обзиром на повећање броја становника на земљи и повећаве захтеве за енергијом, њихове залихе ће се изцрпети и раније.
Занимљивост
Све залихе нафте у свету биће исцрпљене 22. октобра 2047. године, и то у 20.58 сати, наведено је на европском енергетском Интернет порталу www.енергy.еу. Према прорачунима које су обавили стручњаци портала, на основу сада познатих резерви и тренутне потрошње, резерве појединих фосилних горива биће потрошене врло брзо.
Прво ће, процењује се, нестати нафте - већ кроз мање од четири деценије. Следећи у реду "угрожених енергената" је природни гас, чије би резерве требало да буду потрошене 12. новембра 2068. године у 9.25 ујутру, док ћеугља бити до 19. маја 2140. у 20.05, наводи се на порталу. У саопштењу се наглашава да су овако прецизне "сатнице" дате да би се јавности што драматичније представило стање на сектору необновљивих извора енергије и указало на потребу што хитнијег преласка на обновљиве.
Обновљиви извори енергије представљају енергетске ресурсе који се користе за производњу електричне или топлотне енергије, односно сваки користан рад, а чије резерве се константно или циклично обнављају.
Сам назив обновљиви потиче од чињенице да се енергија троши у износу који не премашује брзину којом се ствара у природи. Неки пут се међу обновљиве изворе енергије сврставају и они извори за које се тврди да су резерве толике да се могу експлоатисати милионима година. Ово је у супротности са необновљивим изворима којима су резерве процењене на десетине или стотине година, док је њихово стварање трајало десетинама милиона година.
|
Велика коцка представља укупну енергију сунчевог зрачења која у току једне године падне на земљину површину, док су мале коцке укупне резерве фосилних горива и уранијума. Најмања коцка (плаве боје) представља укупне годишње потребе човечанства за енергијом. Из односа запремина ових коцки се без икаквог компликованог рачунања и анализа може јасно закључити колико је енергија сунчевог зрачења које пада на земљу неупоредиво већа од свих осталих залиха које постоје у природи. Та бесплатна енергија нам се налази на дохват руке и само треба да је искористимо.
Сва енергија на земљи у ствари потиче од Сунца. Енергија ветра настаје услед сунчевог загревања ваздуха. Исти је случај са енергијом плиме и таласа. Геотермална енергија је део енергије Сунца која се налази у Земљи још од њеног настанка. Највећа количина сунчеве енергије се претвара у органске материје путем фотосинтезе. Сва фосилна горива су настала путем фотосинтезе. Алтернативни извори енергије производе само 2,4% укупне светске енергије. |
Природни и технички потенцијал обновљивих извора енергије довољан је да задовољи свеукупне енергетске захтеве светске популације, јер је њихов природни дневни потенцијал 20.000 пута већи од дневне потрошње нуклеарних и фосилних горива. Како се ради о релативно младим технологијама, експлоатације и примене појединих обновљивих извора, постоји огроман потенцијал за њихова даља технолошка усавршавања и нове примене.
Обновљиви извори енергије су енергија Сунца, ветра, воде, геотермалних извора и биомасе.
Енергија Сунца
Соларна енергија је енергија сунчевог зрачења коју примећујемо у облику светла и топлоте којом нас наша звезда свакодневно обасипа. Сунце је највећи извор енергије на Земљи. Осим непосредног зрачења које греје Земљину површину и ствара климатске услове у свим појасевима, ово зрачење је одговорно и за стално обнављање енергије ветра, морских струја, таласа, водних токова и термалног градијента у океанима. Енергија сунчеве радијације више је него довољна да задовољи све веће енергетске захтеве у свету. У току једне године, сунчева енергија која доспева на земљу 10.000 пута је већа од енергије неопходне да задовољи потребе целокупне популације наше планете.
Сунчева енергија потиче од нуклеарних реакција у његовом средишту, где температура достиже 15 милиона °С. Ради се о фузији, код које спајањем водоникових атома настаје хелијум, уз ослобађање велике количине енергије. Сваке секунде на овај начин у хелијум прелази око 600 милиона тона водоника, при чему се маса од неких 4 милиона тона водоника претвори у енергију. Ова се енергија у виду светлости и топлоте шири у свемир а један њен мали део долази и до Земље. Нуклеарна фузија одвија се на Сунцу већ око 5 милијарди година, колика је његова процењена старост, а према расположивим залихама водоника може се израчунати да ће се одвијати још толико. Под оптималним условима, на површини Земље може се добити 1kW/m2 , а стварна вредност зависи од локације, годишњег доба, доба дана, временских услова итд. У Србији је просечна вредност дневне инсолације на хоризонталну површину 3-4,5kWh/m2. Европа није на врло погодном подручју за експлоатацију, али упркос томе у Европи је директно искоришћавање сунчеве енергије у великом порасту.
Основни принципи директног искоришћавања енергије Сунца су:
Фотонапонске ћелије
Фотонапонске ћелије су полупроводнички елементи који директно претварају енергију сунчевог зрачења у електричну енергију. Фотонапонске ћелије састоје се од два слоја - позитивног и негативног, а разлика потенцијала између та два слоја зависи од интензитета соларног зрачења. Соларна енергија стиже на Земљу у облику фотона. Приликом пада на површину соларне ћелије ти фотони предају своју енергију панелу и на тај начин избијају негативно наелектрисане електроне из атома. Избијени електрони крећу се према другој (негативној) страни панела и на тај начин долази до разлике потенцијала, тј генерише се електрична енергија. Фотонапонске ћелије граде се претежно од силицијума, а силицијум је један од најзаступљенијих елемената на Земљи.
Соларна енергија је енергија сунчевог зрачења коју примећујемо у облику светла и топлоте којом нас наша звезда свакодневно обасипа. Сунце је највећи извор енергије на Земљи. Осим непосредног зрачења које греје Земљину површину и ствара климатске услове у свим појасевима, ово зрачење је одговорно и за стално обнављање енергије ветра, морских струја, таласа, водних токова и термалног градијента у океанима. Енергија сунчеве радијације више је него довољна да задовољи све веће енергетске захтеве у свету. У току једне године, сунчева енергија која доспева на земљу 10.000 пута је већа од енергије неопходне да задовољи потребе целокупне популације наше планете.
Сунчева енергија потиче од нуклеарних реакција у његовом средишту, где температура достиже 15 милиона °С. Ради се о фузији, код које спајањем водоникових атома настаје хелијум, уз ослобађање велике количине енергије. Сваке секунде на овај начин у хелијум прелази око 600 милиона тона водоника, при чему се маса од неких 4 милиона тона водоника претвори у енергију. Ова се енергија у виду светлости и топлоте шири у свемир а један њен мали део долази и до Земље. Нуклеарна фузија одвија се на Сунцу већ око 5 милијарди година, колика је његова процењена старост, а према расположивим залихама водоника може се израчунати да ће се одвијати још толико. Под оптималним условима, на површини Земље може се добити 1kW/m2 , а стварна вредност зависи од локације, годишњег доба, доба дана, временских услова итд. У Србији је просечна вредност дневне инсолације на хоризонталну површину 3-4,5kWh/m2. Европа није на врло погодном подручју за експлоатацију, али упркос томе у Европи је директно искоришћавање сунчеве енергије у великом порасту.
Основни принципи директног искоришћавања енергије Сунца су:
- соларни колектори – припремање топле или вруће воде и загревање простора
- соларни зидови - загревање простора
- фотонапонске ћелије - директна конверзија сунчеве енергије у електричну енергију
- фокусирање сунчеве енергије - употреба у великим енергетским постројењима
Фотонапонске ћелије
Фотонапонске ћелије су полупроводнички елементи који директно претварају енергију сунчевог зрачења у електричну енергију. Фотонапонске ћелије састоје се од два слоја - позитивног и негативног, а разлика потенцијала између та два слоја зависи од интензитета соларног зрачења. Соларна енергија стиже на Земљу у облику фотона. Приликом пада на површину соларне ћелије ти фотони предају своју енергију панелу и на тај начин избијају негативно наелектрисане електроне из атома. Избијени електрони крећу се према другој (негативној) страни панела и на тај начин долази до разлике потенцијала, тј генерише се електрична енергија. Фотонапонске ћелије граде се претежно од силицијума, а силицијум је један од најзаступљенијих елемената на Земљи.
|
|
|
|
Једина Нобелова награда коју је добио Алберт Ајнштајн била је за истраживање соларне енергије.
фокусирање сунчеве енергије (Концетратори Сунчеве светлости)
Фокусирање сунчеве енергије употребљава се за погон великих генератора електричне енергије. Данас се користе концентроване соларне термалне електране. Састоје се од огледала и резервоара флуида који се загрева и такав пролази кроз турбине или топлотне моторе. Соларно зрачење се усмерава, употребом поља огледала, у једну тачку у којој се радни флуид загрева на високу температуру. Овако загрејана течност користи се покретање турбина које затим покреће генераторе електричне енергије. Ово је основни начин рада у данашњим соларним електранама.
фокусирање сунчеве енергије (Концетратори Сунчеве светлости)
Фокусирање сунчеве енергије употребљава се за погон великих генератора електричне енергије. Данас се користе концентроване соларне термалне електране. Састоје се од огледала и резервоара флуида који се загрева и такав пролази кроз турбине или топлотне моторе. Соларно зрачење се усмерава, употребом поља огледала, у једну тачку у којој се радни флуид загрева на високу температуру. Овако загрејана течност користи се покретање турбина које затим покреће генераторе електричне енергије. Ово је основни начин рада у данашњим соларним електранама.
Проблем код фокусирања је велики потребни простор за електрану, али то се решава тако да се електрана инсталира нпр. у пустињи, где је снага сунчевог зрачења најизраженија. Велики проблем је и цена огледала и система за фокусирање.
Енергија ветра
Енергија ветра је енергија која потиче од снаге ветра. Представља обновљиви извор енергије, који се вековима користи за добијање механичке, а у новије време и електричне енергије.
Искоришћавање енергије ветра је најбрже растући сегмент производње енергије из обновљивих извора. Енергетске кризе, смањење залиха фосилних горива и енормно загађивање планете утицали су да се индустрија за производњу ветрогенератора у свету, последњих 30 година, развијала скоро истом динамиком као и индустрија рачунарске опреме, и данас се сматра врло стабилном и перспективном.
Претварање енергије ветра у електичну енергију врши се помоћуветрогенератора. Ветрогенератор претвара кинетичку енергију ветра помоћу лопатица ротора, преносног механизма и електрогенератора у електричну енергију. Енергија добијена из ветра зависи од средње брзине ветра. Ветрогенератор не може да трансформише целокупну кинетичку енергију ветра који струји кроз површину коју обухватају краци ротора. Модерни ветрогенератори почињу да производе електричну енергију већ при брзини ветра од 2,5 м/с, а заустављају се из безбедносних разлога при брзини од 25 м/с.
Енергија ветра је енергија која потиче од снаге ветра. Представља обновљиви извор енергије, који се вековима користи за добијање механичке, а у новије време и електричне енергије.
Искоришћавање енергије ветра је најбрже растући сегмент производње енергије из обновљивих извора. Енергетске кризе, смањење залиха фосилних горива и енормно загађивање планете утицали су да се индустрија за производњу ветрогенератора у свету, последњих 30 година, развијала скоро истом динамиком као и индустрија рачунарске опреме, и данас се сматра врло стабилном и перспективном.
Претварање енергије ветра у електичну енергију врши се помоћуветрогенератора. Ветрогенератор претвара кинетичку енергију ветра помоћу лопатица ротора, преносног механизма и електрогенератора у електричну енергију. Енергија добијена из ветра зависи од средње брзине ветра. Ветрогенератор не може да трансформише целокупну кинетичку енергију ветра који струји кроз површину коју обухватају краци ротора. Модерни ветрогенератори почињу да производе електричну енергију већ при брзини ветра од 2,5 м/с, а заустављају се из безбедносних разлога при брзини од 25 м/с.
Као добре стране искоришћавања енергије ветра истичу се висока поузданост рада постројења, нема трошкова за гориво и нема загађивања околине. Лоше стране су високи трошкови изградње и промењивост брзине ветра због чега се не може гарантовати испоручивање енергије.
|
|
|
Енергија океана
Не само да свету треба енергија, већ треба енергија из обновљивих, еколошки прихватљивих извора енергије који не узрокују еколошке проблеме као што су глобално загревање и загађење ваздуха. Један од тих нових обновљивих извора енергије свакако би могла бити и енергија океана чија ће важност сигурно бити пуно већа у будућности.
Океани покривају више од 70% Земљине површине те тиме представљају врло интересантан извор енергије који би у будућности могао давати енергију како домаћинствима, тако и индустријским постројењима. Тренутно је енергија океана извор енергије који се врло ретко користи јер тренутно постоји мали број електрана које користе енергију океана, а осим тога те су електране још увек малих димензија тако да је део енергије који се односи на енергију океана уствари занемарив на глобалној скали. Како обновљиви сектор добија све веће значење с њиме би требао такође порасти и искоришћавање, овог у најмању руку, занимљивог извора енергије. Постоје три основна типа искоришћавања енергије океана:
- енергија таласа
- енергија плиме и осеке
- коришћење температурне разликe воде у океанима
Велики проблем код таквог искоришћавања енергије је да електране треба градити на пучини јер у близини обале таласи слабе. То знатно повећава цену градње, али настају и проблеми преноса енергије до корисника. Резултати у тренутној фази доспели су тек до прототипова и демонстративних уређаја.
|
|
|
Биоенергија
Биомаса
Биомаса је обновљив извор енергије, а чине је бројни производи биљног и животињског света. Може се директно претварати у енергију сагоревањем те тако произвести водена пара за грејање у индустрији и домаћинствима и добијати електрична енергија у малим термоелектранама. Биогас настао ферментацијом без присуства кисеоника садржи метан и угљеник и може се употребљавати као гориво.
Главна предност биомасе у односу на фосилна горива је мања емисија штетних гасова и отпадних вода. Додатне предности су сакупљање и искоришћавање отпада и остатака из пољопривреде, шумарства и дрвне индустрије, смањење увоза енергента, улагање у пољопривреду и неразвијена подручја и повећање сигурности снабдевања енергијом.
Биомаса је биоразградиви део производа, отпада и остатака произведених у пољопривреди (укључујући материје биљног и животињског порекла), у шумарству и сродним индустријама, као и биоразградиви део индустријског и комуналног отпада.
Биомаса је обновљив извор енергије, а чине је бројни производи биљног и животињског света. Може се директно претварати у енергију сагоревањем те тако произвести водена пара за грејање у индустрији и домаћинствима и добијати електрична енергија у малим термоелектранама. Биогас настао ферментацијом без присуства кисеоника садржи метан и угљеник и може се употребљавати као гориво.
Главна предност биомасе у односу на фосилна горива је мања емисија штетних гасова и отпадних вода. Додатне предности су сакупљање и искоришћавање отпада и остатака из пољопривреде, шумарства и дрвне индустрије, смањење увоза енергента, улагање у пољопривреду и неразвијена подручја и повећање сигурности снабдевања енергијом.
Биомаса је биоразградиви део производа, отпада и остатака произведених у пољопривреди (укључујући материје биљног и животињског порекла), у шумарству и сродним индустријама, као и биоразградиви део индустријског и комуналног отпада.
Биогас
У данашње време, када количина органског отпада, коју људи стварају, незадрживо расте, човек треба да схвати да је тај исти отпад истовремено и непресушни извор енергије.
Биогас, који се добија прерадом тог органског отпада, представља обновљиви извор чисте енергије. Органски отпад свуда и увек прати човека: он настаје у градовима, на депонијама, у отпадним водама становништва и индустрије, на фармама, приликом пољопривредне производње разних врста биљака и сл. Тај отпад ће увек настајати и увек ће представљати проблем и баласт за животну средину. Једино право решење је коришћење биомасе и биогаса у енергетске сврхе.
У данашње време, када количина органског отпада, коју људи стварају, незадрживо расте, човек треба да схвати да је тај исти отпад истовремено и непресушни извор енергије.
Биогас, који се добија прерадом тог органског отпада, представља обновљиви извор чисте енергије. Органски отпад свуда и увек прати човека: он настаје у градовима, на депонијама, у отпадним водама становништва и индустрије, на фармама, приликом пољопривредне производње разних врста биљака и сл. Тај отпад ће увек настајати и увек ће представљати проблем и баласт за животну средину. Једино право решење је коришћење биомасе и биогаса у енергетске сврхе.
Пошто се биогас производи тамо где се органски материјал разграђује без ваздуха, постоји широк спектар органских материја које су погодне за анаеробну разградњу. Неке од тих материја су: течно и чврсто стајско ђубриво, прикупљeн биолшки отпад из стамбених делова, обновљиви материјали, као што су кукурузна силажа, семенке које се не користе за исхрану, муљ из канализације и масти, искоришћена мазива, трава, билошки отпад из кланица; пивара, дестилерија; прераде воћа и производње вина; млекара; индустрије целулозе, шећерана итд.
Биогас је мешавина метана и угљен-диоксида, која се добија приликом разградње органских материја под анаеробним условима. То је квалитетно гориво, које може да замени фосилна горива, а такође је и CO2 неутрално. Jедан кубни метар биогаса садржи приближно исту количину енергије као 0,6 литара лож-уља.
Биогас је мешавина метана и угљен-диоксида, која се добија приликом разградње органских материја под анаеробним условима. То је квалитетно гориво, које може да замени фосилна горива, а такође је и CO2 неутрално. Jедан кубни метар биогаса садржи приближно исту количину енергије као 0,6 литара лож-уља.
|
|
|
Биогорива
Биогорива су течна или гасовита горива произведена из биомасе. Биогорива могу бити произведена непосредно из биљака или посредно из индустријског, комерцијалног, домаћег и пољопривредног отпада.
Наиме, производња биогорива је заправо директна конверзија хране у извор енергије, па би додатна тражња за неким врстама хране могла дићи цену те хране и тако директно повећати распрострањеност глади у свету јер већа цена значи и мању доступност те хране сиромашнијим државама. Биогорива се тренутно највише производе од шећерне трске, кукуруза, соје и уљане репице, а истовремено тренутно у свету постоји око 850 милиона људи који немају довољно хране.
Геотермална енергија
Порекло речи геотермална је од две грчке речи гео (земља) и терме (топлота) и значи топлота земље, па се према томе топлотна енергија Земље назива још и геотермална енергија. Топлота у унутрашњости Земље резултат је формирања планете из прашине и гасова пре више од четири милијарде година, а радиоактивно распадање елемената у стенама континуирано регенерише ту топлоту, па је према томе геотермална енергија обновљиви извор енергије. Основни медиј који преноси топлоту из унутрашњости на површину је вода или пара, а та компонента се обнавља. Вода од киша пробија се дубоко кроз пукотине, тамо се загрева и циркулише натраг према површини где се појављује у облику гејзера и врућих извора.
Потенцијал геотермалне енергије је огроман, има је 50.000 пута више од све енергије која се може добити из нафте и гаса широм света.
Геотермална енергија може се користити за загревање просторија.
Порекло речи геотермална је од две грчке речи гео (земља) и терме (топлота) и значи топлота земље, па се према томе топлотна енергија Земље назива још и геотермална енергија. Топлота у унутрашњости Земље резултат је формирања планете из прашине и гасова пре више од четири милијарде година, а радиоактивно распадање елемената у стенама континуирано регенерише ту топлоту, па је према томе геотермална енергија обновљиви извор енергије. Основни медиј који преноси топлоту из унутрашњости на површину је вода или пара, а та компонента се обнавља. Вода од киша пробија се дубоко кроз пукотине, тамо се загрева и циркулише натраг према површини где се појављује у облику гејзера и врућих извора.
Потенцијал геотермалне енергије је огроман, има је 50.000 пута више од све енергије која се може добити из нафте и гаса широм света.
Геотермална енергија може се користити за загревање просторија.
|
|
|
и за добијање електричне енергије:
Осим позитивних ефеката термалних вода оне имају и неке негативне карактеристике. Све подземне воде садрже растворене разне минералне материје и гасове који могу, у одређеним концентрацијама и под одређеним условима, деловати агресивно на инсталацију и опрему, што доводи до њиховог оштећења. Неке врсте термалних вода имају такав садржај минералних материја, да се оне издвајају у облику каменца на зидове бушотине и на зидове опреме и инсталације. Додавање одређених адитива могуће је смањити ову појаву што код оваквих вода поскупљује експлоатацију.
Посебан проблем терманих вода, посебно оних који се експлоатишу са већих дубина, је садржај фенола. Обзиром на токсичност фенола, такве термалне воде се после коришћења не смеју испуштати у водотокове већ се цевима враћају у дубину земље. Стога је експлоатација таквих вода ограничена.
Посебан проблем терманих вода, посебно оних који се експлоатишу са већих дубина, је садржај фенола. Обзиром на токсичност фенола, такве термалне воде се после коришћења не смеју испуштати у водотокове већ се цевима враћају у дубину земље. Стога је експлоатација таквих вода ограничена.
