IZVORI ENERGIJE

Život na Zemlji nastao je i opstao milionima godina zahvaljujući povoljnim klimatskim

prilikama. Klima se može posmatrati kao obnovljiv resurs kome je energetska komponenta

enrgija sunca, a materijalna komponenta su okeani kao rezervoari za vodu. Energija sunca

podstiče kruženje vode na Zemlji i time omogućava život. Tamo gde nema vode nema ni

kvalitetnog života, npr u pustinjama. Klimatske promene na Zemlji dostigle su takav nivo da

možemo govoriti o klimatskoj krizi. Vizija izlaska iz te krize je vrlo jasna i to je povratak na

manje štetne izvore energije. Međutim lobiji koji zagovaraju dalju upotrebnu fosilnih goriva i

nuklearne energije, daleko su moćniji na tržištu energije i trenutno nema nikakvih naznaka

usporavanja potrošnje “prljavih” izvora energije. Takav pristup mogao bi u budućnosti

znatno promeniti klimu, a time život klimatski osetljivih biljaka i životinja bio ugrožen.

Budući da sve vrste žive u prirodnoj ravnoteži to bi uticalo na ceo biološki sastav Zemlje. Da

bi se izbegla takva budućnost Zemlje, neke države počele su programme štednje energije i

prelazak na “čiste” izvore energije. Globalno gledano za sada nema velikog napretka u tome

jer je količina energije dobijena na taj način zanemariva prema energiji dobijenoj od fosilnih

goriva i nuklearnih elektrana.

Na slici je prikazana svetska potrošnja energije od 1850. do 1997. godine. Primećuje se da se

u prvoj polovini 20. veka potrošnja energije udvostručila, a nakon toga dolazi do znatnog

povećanja potrošnje energije u drugoj polovini. Ukupno se potršnja energije povećala deset

puta u odnosu na početak veka.

Slika 1: Svetska potrošnja energije od 1850. do 2000. godine.

Glavni izvor energije za pokrivanje trenutnih potreba čovečanstva su fosilna goriva.

Ogromna većina energije dobijene iz obnovljivih resursa odnosi se na energiju vode i

biomasu. ostali obnovljivi izvori energijesu trenutno energetski zanemarivi. Budući da ćemo

u budućnosti morati da zadovoljimo sve energetske potrebe iz obnovljivih izvora energije,

moramo izmisliti način kako pretvoriti obnovljive resurse u korisnu energiju. Glavno

ograničenje u tome su skupa i dugotrajna istraživanja, a većina primena svodi se na

proizvodnju električne energije. Cenu istraživanja povećava i raznolikost obnovljivih izvora

energije.

Neobnovljivi izvori energije

Osnovni vidovi energije koji omogućavaju funkcionisanje današnje civilizacije su uglavnom

toplotna i električna energija, koje se u daljim tehnološkim postupcima primenom

određenih pretvarača (konvertora) mogu prevesti u ostale vidove energije. Toplotna i

električna energija se danas u velikom procentu dobijaju iz neobnovljivih izvora energije.

Pod pojmom neobnovljivih izvora energije se podrazumevaju svi potencijalni nosioci nekog

vida energije koji su jednom stvoreni, ali se za sada ne mogu obnoviti. Takvi nosioci energije

su fosilna goriva: ugalj, nafta i derivati nafte, prirodni gas kao i fisiona (nuklearna) goriva.

Problemi sa neobnovljivim izvorima energije su prvo u njihovoj količini i rasprostranjenosti.

Zalihe fosilnih goriva su ograničene i brzo nestaju, a usled koncentracije energetskih resursa

u svega nekoliko oblasti u svetu, korišćenje neobnovljivih goriva stvorilo je sistem

međuzavisnosti, tako da se države koje zavise od uvoza fosilnih goriva nalaze u podređenim

položajima. Drugi problem je zagađenje životne sredine. Sagorevanje fosilnih goriva,

naročito onih baziranih na nafti i uglju, predstavlja najverovatniji uzrok globalnog

zagrevanja, dakle stvaranju tzv. efekta staklene bašte usled emisije gasova ugljen-dioksida,

sumpornih i azotnih jedinjenja.

Na slici ispod je prikazan efekat staklene bašte. Deo reflektovanog sunčevog zračenja se

apsorbuje u staklenim plinovima i taj efekat osigurava da temperature na Zemlji bude za 30⁰

C niža. Budući da se koncentracija ugljen-dioksida povećala tokom proteklih sto godina,

efekat staklenika je sve izraženiji. Posledica toga je globalno povećanje prosečne

temperature. Posledice globalnog zagrevanja su topljenje polarnih kappa, podizanje nivoa

mora, uticaj na poljoprivredu i slično. Glavni izvori CO₂ su sagorevanje drva i biomase,

krčenje šuma i sagorevanje fosilnih goriva.

Da bi se smanjila emisija CO₂ u atmosferu 1997. godine je donesen Kyoto protokol. Tim

protokolom se zemlje potpisnice obavezuju da će učestvovati u smanjenju emisije CO₂ u

atmosferu. Za svaku zemlju je zadat postotak smanjenja emisije CO₂, a odnosi se na

smanjenje do 2012. u odnosu na 1990. godinu. Prosečno planirano smanjenje do 2012.

godine je 5,2%. Glavni problem Kyoto protokola je što nije opšte prihvaćen kao i veliki

troškovi zamene trenutnih “prljavih” izvora energije “čistim” izvorima energije. Pod “prljavi”

izvori energije misli se na spaljivanje biomase in a dosilna goriva, dok su “čisti” izvori

energije nuklearne elektrane i obnovljivi izvori bez biomase.

Slika 2: Efekat staklene bašte

Promena klimatskih uslova predstavlja jednu od najozbiljnijih opasnosti za Zemljin ekološki

sistem zbog mogućeg uticaja na proizvodnju hrane. Sa druge strane, primena nuklearne

energije, predstavlja uslovno čistu tehnologiju, ali u slučaju katastrofa može doći do izuzetno

velikih zagađenja sa ogromnim posledicama na čoveka i životnu okolinu. Takođe, veliki

problem predstavlja i problem odlaganja radioaktivnog otpada.

Međutim, za sada, praktično nije moguće isključiti neobnovljive izvore energije, primena

obnovljivih izvora energije u mnogome može smanjiti emisiju gasova staklene baŠte.

Obnovljivi izvori energije

Obnovljive ozvore energije možemo podeliti u dve glavne kategorije: tradicionalne

obnovljive izvore energije poput biomase i velikih hidroelektrana in a takozvane “nove

obnovljive izvore energije” kao što su energija Sunca, energija vetra, geotermalna energija.

Iz obnovljivih izvora energije dobija se oko 18% ukupne svetske energije (2006. godine).

Za Republiku Srbiju raspodela resursa obnovljivih izvora energije je sledeća:

bioobnovljivi izvori (biomasa) 63%

hidroenergija 10%

energija vetra 5%

sunčeva energija 17%

geotermalna energija 5%

Razvoj obnovljivih izvora energije važan je iz nekoliko razloga:

Obnovljivi izvori energije imaju vrlo važnu ulogu u smanjenju emisije CO₂ u

atmosferu.

Povećanje učešća odbovljivih izvora energije povećava energetsku održivost Sistema.

Takođe pomaže u poboljšanju sigurnosti dostave energije na način da smanjuje

zavisnostod uvoza energetskih sirovina i električne energije.

Očekuje se da će obnovljivi izvori energije postati ekonomski konkurentni

konvencionalnim izvorima energije.

Slika 3: Obnovljivi izvori energij

Bioobnovljiva energija- biomasa

Biomasa je obnovljiv izvor energije, a čine je brojni proizvodi biljnog i životinjskog porekla.

Može se pretvarati u energiju spavljivanjem i proizvesti vodena para za grejanje u industriji i

domaćinstvima, a i dobijati električna energija u malim termoelektranama. Fermentacija u

alkohol zaasad je najrazvijenija metoda hemijske konverzije biomase. Bioplin nastao

fermentacijom bez prisustva kiseonika sadrži metal i ugljenik pa se može upotrebljavati kao

gorivo, a ostali savremeni postupci korišćenja energije biomase uključuju i pirolizu,

rasplinjavanje i dobijanje vodonika. Glavna prednost biomase u odnosu na fosilna goriva je

manja emisija štetnih gasova i otpadnih voda. Dodatne prednosti su zbrinjavanje i

iskorišćavanje otpadaka iz poljoprivrede, šumarstva i drvne industrije, smanjenje uvoza

energenata, ulaganja u poljoprivredu i nerazvijena područja, kao i povećanje sigurnosti

opremanja energijom. Predviđa se da će do sredine veka u svetu udeo biomase u potrošnji

energije iznositi između 30 i 40%.

Biomasa je obnovljivi izvor energije, a generalno se može podeliti na drvnu, nedrvnu i

životinjski otpad, u okviru čega se mogu razlikovati:

Drvna biomasa (ostaci iz šumartsva, otpadno drvo)

Drvna uzgojena biomasa (brzorastuće drveće)

Nedrvna uzgojena masa (brzorastuće alge i trave)

Ostaci i otpaci iz poljoprivrede

Životinjski otpad i ostaci

Najčešće se koristi drvna masa koja je nastala kao sporedni proizvod ili otpad te ostaci koji

se ne mogu više koristiti. Takva se biomasa koristi kao gorivo u postrojenjima za proizvodnju

električne i toplotne energije ili se prerađuje u gasovita i tečna goriva za primenu u vozilima i

domaćinstvima.

U Vojvodini su najveći potencijal ostaci od poljoprivrede (slama soje, pšenice, ječma i

kukuruzovina) a zatim i drugi biljni ostaci i otpad od stočarske proizvodnje, koji se može

pretvoriti u biogas. Sem toga, kao veliki proizvođač žitarica i industrijskog bilja (soja,

suncokret, uljana repica idr), Vojvodina ima velike potencijale i za proizvodnju biogoriva

(biodizela i etanola).

Hidroenergija

Hidroenergija je energija koja potiče od snage vode. Predstavlja konvencionalan obnovljiv

izvor energije, koji se vekovima koristi za dobijanje mehaničke, a već duže od sto godina i

električne energije.

U starim vodenicama za mlevenje brašna, energija vode koja se kreće je prenošena na

vodeničko kolo, koje se okretalo i preko osovine prenosilo kretanje na mlinski kamen, koji je

drobio zrnevlje u brašno. Sličan direktan mehanički prenos je korišten za pilane i razne druge

potrebe. Prednost direktnih metoda je bila jednostavnost, pouzdanost i praktično

“besplatna” energija uz vrlo malo primetnog uticaja na okolinu.

Slika ###: Vodopad Slika ###: Gejzir

Posle otkrića električnog generatora u 19. veku, počele su da se grade sve veće

hidroelektrane, gde se mehanička energija vode pretvara u električnu u generatoru. Jedna

od prvih koja je proizvodila naizmeničnu struju, sa učešćem Nikole Tesle, je podignuta na

Nijagarinim vodopadima u SAD i Kanadi. Prednost ovoga je da se energija preko žica može

preneti na velike udaljenosti. Ranije fabrike su često morale da budu na obalama reka da

iskoriste direktnu hidroenergiju, pogotovu pre otkrića parne mašine. Parne mašine nisu bile

pogodne za male potrošače, pa je tek pojava jeftinog elektriciteta iz hidroelektrana rešila taj

problem.

Radi proučavanja hidroenergetike potrebno je poznavati nekoliko karakteristika ovog

potencijala.

Teorijski potencijal vodnih snaga je teoretski moguća snaga koju vodotok može

dati bez obzira na tehniku i ekonomsku stranu ostvarljivosti postrojenja. Za račun

ovog pokazatelja je potrebno poznavati visinske razlike za data jedinična

odstojanja, tj. podužni profil reka i potoka, trajanje i učestanost snaga,

raspoređenost snaga duž toka, raspodela snaga u funkciji vremena, prosečne i

maksimalne protoke.

Tehnički iskoristiv vodni potencijal se određuje na osnovu razrade nekog

tehničkog rešenja kada se utvrdi realno ostvariv potencijal godišnje proizvodnje

energije.

Ekonomski iskoristiv vodni potencijal je onaj deo tehnički iskoristivog potencijala

čija se eksploatacija ekonomski isplati.

Danas se u svetu koristi 18% tehnički iskoristivog, odnosno 28% ekonomski iskoristivog

potencijala. Najveći deo neiskorišćenih rezervi se nalazi u zemljama u razvoju.

Prema strategiji energetike u Republici Srbiji je tehnički potencijal hidroenergije u Srbiji oko

17000 GWh, od čega je iskorišćeno oko 10000 GWh. Od neiskorišćenih a tehnički ostvarivih

7000 GWh, u velikim hidroelektranama je potencijal 5200 GWh, a u malim

hidroelektranama 1800 GWh.

Hidroenergija pruža velike mogućnosti za dalji razvoj. Iako su veće reke uglavnom

iskorišćene, manje reke i potoci pružaju mogućnosti za dalju gradnju, pogotovu

hidroelektrana protočnog tipa ili sa malim branama.

Kad se govori o hidroenergiji onda se tu prvenstveno podrazumeva energija vodotoka (tj.

energija reka). Energija glečera i energija morskih struja su u ovom trenutku neiskplative i

tehnički zahtevne za korišćenje, te se ne koriste ili je njihovo korišćenje u eksperimentalnoj

fazi (energija morskih struja). Energija pile mi oseke svoje postojanje duguje gravitacionom

dejstvu Meseca. Energija talasa je derivate energije vetra, te se nekad navodi odvojeno od

hidroenergije. Energija talasa, energija plime i oseke i energija morskih struja uopšteno se

svrstavaju u energiju mora.

Energija okeana

Okeani pokrivaju više od 70% Zemljine površine te time predstavljaju vrlo interesantan izvor

energije koji bi u budućnosti mogao davati energiju kako domaćinstvima, tako i industrijskim

postrojenjima. Trenutno je energija okeana izvor energije koji se vrlo retko koristi jer

trenutno postoji mali broj elektrana koji koristi energiju okeana, a osim toga te elektrane su

još uvek malih dimenzijatako da je deo energije koji se odnosi na energiju okeana ustvari

zanemariv na globalnoj skali. Postoje tri osnovna tipa koja se koriste u iskorišćavanju

energije okeana, a to su:

Energija talasa

Energija plime i oseke

Energija tempeaturne razlike nivoa vode (Ocean Thermal Energy Conversion)

Sunčeva (solarna) energija

Sunce je nama najbliža Zvezda pa je samim tim posredno ili neposredno izvor gotovo sve

rapoložive energije an Zemlji. Sunčeva energija potiče od nuklearnihreakcija u njegovom

središtu gde temperature dostiže 15 miliona stepeni C. Radi se o fuziji kod koje spajanjen

vodonikovih atoma nastaje helijum, uz oslobađanje velike količine energije. Svake sekunde

na ovaj način u helijum prelazi oko 600 miliona tona vodonika, pri čemu se masa od nekih 4

miliona tone vodonika pretvori u energiju. Ova se energija u vidu svetlosti i toplote širi u

svemir pa tako jedan njen mali deo dolazi i do Zemlje. Nuklearna fuzija odvija se na Suncu

već oko 5 milijardi godina, koliko je njegova procenjena starost, a prema raspoloživim

zalihama vodonika može se izračunati da će se nastaviti još oko 5 milijardi godina.

Za manje od 9 minuta Zemlju obasja tolika količina sunčeve energije, koliko je potrebno

čovečanstvu u jednoj godini. Ta energija dolazi direktno pred naša vrata besplatno i bez

štetnih posledica po okolinu.

Sunčeva energija je obnovljiv i neograničen izvor energije od kojeg, direktno ili indirektno,

potiče najveći deo drugih izvora energije na Zemlji. Sunčeva energija u užem smislu

podrazumeva količinu energije koja je prenesena Sunčevim zračenjem, a izražava se u

Džulima. Sunčeva energija se u svom izvornom obliku najčešće koristi za pretvaranje u

toplotnu energiju za sisteme pripreme potrošne tople vode i grejanja (u evropskim

zemljama uglavnom kao dodatni emergent) te u solarnim elektranama, dok se za

pretvaranje u električnu energiju koriste fotonaponski sistemi.

Slika 3: Polaroid Slika 4: “Dish” sistem fokusiranja

Prednosti sunčevog izvora energije su sledeći:

Samoobnovljiv

Ne zagađuje okolinu

Autonoman (nezavisan)

Bez održavanja

Dugog veka trajanja

Velike pouzdanosti

Direktno pretvaranje sunčevog zračenja u električnu energiju, fotonaponskim

efektom, omogućava dobijanje obnovljivih, ekološki čistih i pouzdanih izvora energije

Fotonaponska ćelija, napravljena od poluprovodnog fotoosetljivog materijala,

amorfnog silicijuma, uz upotrebu običnog prozorskog stakla kao nosača i prednje

zaštite, predstavlja najnoviju generaciju fotonaponskih izvora

Široko područje primene, posebno za potrošače koji su udaljeni od mreže i za

potrošače kojima je važna pouzdanost u radu uz minimalno održavanje.

Iako se Evropa ne nalazi na geografski preterano povoljnom položaju za eksploataciju

sunčeve energije, nivo iskorišćenosti sunčeve energije je u velikom porastu. To je rezultat

politike pojedinih država koje subvencionišu instaliranje elemenata za pretvaranje sunčeve

energije u iskoristivi oblik energije. Osnovni problem su mala gustoća energetskog toka,

velike oscilacije intenziteta zračenja i veliki investicioni troškovi.

Osnovni principi direktnog iskorišćavanja sunčeve energije su:

Solarni kolektori- pripremanje vruće vode i zagrevanje prostorija

Fotonaponske ćelije- direktno pretvaranje sunčeve energije u električnu

Fokusiranje sunčeve energije- upotreba u velikim energetskim postojenjima

Energija vetra

Vetar je horizontalno strujanje vazdušnih masa nastalo usled razlike temperature, odnosno

prostorne razlike u vazdušnom pritisku. Vetar je posledica Sunčevog zračenja, tj. energija

vetra je transformisani oblik sunčeve energije, a na njegove karakteristike u velikoj meri

utiču i geografksi činioci.

Sva obnovljiva energija dolazi od sunca. Sunce prema Zemlji zrači 1015kWh po kvadratnom

metru. Oko 1 do 2 posto energije koja dolazi od sunca pretvara se u energiju vetra.

Postoje delovi Zemlje na kojima duvaju takozvani stalni (planetarni) vetrovi i na tim

područjima je iskorištavanje nergije vetra najisplativije. Dobre pozicije su obale okeana i

pučina mora. Pučina se ističe kao najbolja pozicija zbog stalnosti vetrova, ali cene instalacije i

transporta energije koče takvu eksploataciju. Kod pretvaranja kinetičke energije vetra u

mehaničku energiju (okretanje osovine generatora) iskorištava se samo razlika brzine vetra

na ulazu i na izlazu.

Kao dobre strane iskorišćavanja energije vetra ističu se visoka pouzdanost rada postrojenja,

nema troškova za gorivo i nema zagađivanja okoline. Loše strane su visoki troškovi izgradnje

i promenljivost brzine vetra (ne može se garantovati isporučivanje energije). Velike

vetrenjače često se instaliraju u park vetrenjača i preko transformatora spajaju se na

električnu mrežu.

Slika 5: Vetrenjače u Danskoj

Evropska unija i SAD izradile su atlase svojih resursa vetra za brine vetra na 45m iznad

površine zemlje. Iz tih karata može se videti da je jedna četvrtina površine Evropske

unijeidealna za instaliranje vetrenjača. Danska meri svoje potencijale vetra još od 1979.

godine. Rezultat toga je da Danska danas ima najpreciznije informacije o vetru, a to

iskorišćava za postavljanje novih vetrenjača. Sjedinjene Američke Države uložile suvelika

sredstva u izradu atlasa potencijalne energije vetra za sva svoja područja. Gotovo 50%

ukupne površine SAD-a je izuzetno povoljno za iskorišćavanje energije vetra. Uz geografsko

pozicioniranje vetrenjača, vrlo je bitna i visina tornjeva. Za svakih 10m visine tornja cena se

uveća za 15.000 dolara. Veće turbine davaće više energije, ali zato zato razlićiti PROMJERI

zahtevaju veću visinu tornja, a oni diktiraju veću ili manju snagu turbine. Danas se smatra da

je potreban minimum u pogledu rada vetrenjače, brzina vetra od 25 km/h ili 6,9 m/s.

Geotermalna energija

Pojam geotermalna energija odnosi se na korišćenje toplote Zemljine unutrašnjosti koja u

samom središtu iznosi 4000-7000⁰ što je približno temperature površine Sunca.

Spoljna kruta kora Zemlje duboka je od 5 do 50 km i sastavljena od stena. Materije iz

unutrašnjeg sloja neprestano izbija na površinu kroz vulkanske otvore i pukotine na dnu

okeana. Ispod kore nalazi se omotač koji se proteže do dubine od 2900 km, a sačinjen je od

slojeva bogatih gvožđem i magnezijumom. Ispod toga nalaze se dva sloja jezgra- tečni i čvrsti

sloju samom jezgru planete. Poluprečnik Zemlje je oko 6378 km i niko zapravo ne zna šta se

tačno nalazi u unutrašnjosti.

Spuštanjem kroz spoljni sloj Zemlje, tj koru temperature raste odprilike za 17 do 30 ⁰C po

kilometre dubine. Ispod kore nalazi se omotač koji je sastavljen od delimično rastopljenih

stena i temperature tog omotača je između 650 i 1250 ⁰C. Budući da toplota uvek prelazi sa

toplijih delova na hladnije, toplota iz unutrašnjosti Zemlje prenosi se prema površini i taj

prenos toplote glavni je pokretač tektonskih ploča. Na mestma gde se spajaju tektonske

ploče može doći do propuštanja magme u gornje slojeve i ta magma se tada hladi i stvara

novi sloj zemljine kore.

Slika 6: Zemlje iz nekoliko slojeva

Potencijal geotermalne energije je ogroman, ima je 50.000 puta više od sve energije koja se

može dobiti iz nafte i pilna širom sveta. Geotermalni resut+rsi nalaze se u širokom spektru

dubina, od plitkih površinskih do više kilometara dubokih rezervoara vruće vode i pare koja

se može dovesti na površinu i iskoristiti. U prirodi se geotermalna energija najčešće

pojavljuje u formi vulkana, izvora vruće vode i gejzira.

Čovek je od najstarijih vremena koristio tople izvore in a njima gradio velika kupatila . Prvi

javni sistem grejanja koji je koristio tople izvore sagrađen je 1892. godine u državi Ajdaho u

Sjedinjenim Američkim Državama, dok je prva geotermalna elektrana sagrađena 1904. u

Italiji.

Struktura Zemljine unutrašnjosti je takva da temperature u zavisnosti od structure slojeva

raste od 10 do 30⁰ C na svakih kilometar bliži jezgru. Skoro nepromenljiva temperature sloja

Zemljine kore može se u velikom obimu iskoristiti za indirektno grejanje ili hlađenje

stambenih i poslovih objekata. Tokom zime kada je tlo toplije od građevina na površini

sistem-izmenjivač preko cevi sa vodom prenosi toplotu tla na zgrade, dok leti kada je tlo

hladnije od površine radi suprotno. Isti sistem tako služi i za grejanje i za hlađenje.

Slika 7: Pojednostavljen princip generisanja elektične energije iz geotermalnih izvora

Prednost geotermalne energije su zanemarljivo mali negativan uticaj na okolinu i ogromni

potencijal, dok su mane uslovljenost položajem, dubinom, temperaturom i procentom vode

u određenom geotermalnom rezervoaru.

Budući da je procenjena totalna količina geotermalne energije koja bi se mogla iskoristiti

znatno veća nego sveukupna količina energetskih izvora baziranih na nafti, uglju i zemnom

plinu zajedno, trebalo bi geotermalnoj energiji svakako pridati veću važnost. naročito ako se

uzme u obzir da je reč o jeftinom, obnovljivom izvoru energijekoji je uz to i ekološki

prihvatljiv. Budući da geotemalna energija nije svuda lako dostupna, trebalo bi isoristiti

barem mesta na kojima je ta energija lako dostupna (rubovi tektonskih ploča) i tako barem

malo smanjiti pritisak na fosilna goriva i time pomoći Zemlji da se oporavi.