Gymnázium Jozefa Gregora Tajovského Banská Bystrica

Obnoviteľné zdroje energie

Jana Kuricová

III.C

2016/2017

ObsahÚvod.............................................................................................................................................. 3

1 Teoretická časť............................................................................................................................4

1.1 Energia................................................................................................................................. 4

1.2 Zdroje energie......................................................................................................................4

1.3 Neobnoviteľné zdroje energie..............................................................................................5

1.4 Obnoviteľné zdroje energie..................................................................................................6

1.4.1 Energia vody..................................................................................................................6

1.4.2 Energia vetra..................................................................................................................9

1.4.3 Geotermálna energia...................................................................................................10

1.4.4 Energia biomasy.......................................................................................................... 11

1.4.5 Slnečná energia........................................................................................................... 12

2.Praktická časť........................................................................................................................ 14

2.1 Čo som vyrobila?............................................................................................................ 14

2.2 Aké materiály som použila ?...........................................................................................14

2.3 Ako by to malo fungovať ?..............................................................................................14

2.4 Hypotéza číslo jeden.......................................................................................................15

2.5 Model s pridanými stenami a následné pozorovanie.....................................................16

2.6 Hypotéza číslo dva..........................................................................................................16

2.7 Zhrnutie pozorovania......................................................................................................17

2.8 Bonus..............................................................................................................................18

Záver........................................................................................................................................ 19

Resumé.................................................................................................................................... 20

Zoznam použitej literatúry.......................................................................................................21

Prílohy...................................................................................................................................... 22

Úvod V minulosti bol hlavným zdrojom energie oheň. Praľudia si na ňom varili či sa zohrievali.

Neskôr mal človek potrebu sa premiestňovať a tak sadol do lode a napol plachty. Využil tak silu vetra, ktorá ho dostala na miesta o ktorých sa mu pred tým ani nesnívalo. Potom Henry Ford vymyslel prvé auto a opäť tu bola otázka toho odkiaľ získa energiu na jeho fungovanie. Odpoveďou bol benzín produkt neobnoviteľného fosílneho paliva - ropy. Ľudstvo energiu potrebovalo v minulosti, no a potrebuje ju aj teraz. Väčšina ľudí si pod pojmom ,,energie´´ predstaví elektrickú energiu ktorú potrebujú naše domáce spotrebiče či stále vybitý mobilný telefón. Nie je to však tak. Energia je to teplo, ktoré nám varí jedlo, žehlí oblečenie či svetlo, ktoré svieti na knihu ,ktorú práve čítame. Dnes sa na získavanie energie využívajú najmä neobnoviteľné zdroje energie. Tie sa raz vyčerpajú a svet by mal mať za ne náhradu. Preto si kladiem otázky: Čo nahradí neobnoviteľné zdroje energie? Kedy sa to stane? Budú obnoviteľné zdroje energie dostatočné? Aké obnoviteľné zdroje energie svet už objavil?

Túto tému som si vybrala pretože sa zaujímam o ekológiu a v budúcnosti by som chcela študovať energetiku. Myslím si tiež, že je to zaujímavá téma a je dôležité aby sme mysleli aj na budúce generácie, ktoré budú energiu potrebovať možno ešte viac ako my dnes.

Cieľom mojej práce je priblížiť tému obnoviteľných zdrojov čomu sa budem venovať v teoretickej časti. Kde najskôr objasním pojem energie. Následne vysvetlím neobnoviteľné zdroje energie. Ich plusy a mínusy a to prečo sú stále využívané. Potom sa začnem venovať obnoviteľným zdrojom energie a jednotlivo ich všetky rozoberiem. V praktickej časti zostavím prístroj na destiláciu čistej vody zo slanej.

Túto prácu som zhotovovala pomocou literatúry, ktorá je zameraná na danú tému. Tiež som využila internetové zdroje a časopisy. Tejto téme sa venujú mnohý čo je veľmi dobre ale môžem spomenúť napríklad Doc. RNDr. Josip Kleczek, DrSc., ktorý je autorom jednej z kníh z ktorých som čerpala. Nakoľko je táto téma pomerne rozsiahla mala som veľké množstvo informácií z ktorých som musela vyberať to najdôležitejšie, čo bolo občas dosť ťažké.

Veľmi by som sa chcela poďakovať svojmu ocinovi, ktorý mi neuveriteľne pomohol pri praktickej časti.

3

1 Teoretická časť

1.1 EnergiaEnergia je základnou mierou pohybu hmoty. Konkrétne : tepelná energia je

v skutočnosti prejavom rýchleho, neusporiadaného pohybu atómov a molekúl, elektrický prúd

je prúdom pohybujúcich sa elektrónov, mechanická energia je energiou pohybujúceho sa telesa

atď.. Energia je teda neoddeliteľne spätá s hmotou, ba čo viac, hmotnosť a energia predstavujú

rôzne, navzájom úmerné vlastnosti hmoty. Túto úmernosť vyjadrujeme známy Einsteinov vzťah:

E=mc2

Kde: E- znamená energia daného telesa (v jouloch) , m- je jeho hmotnosť, c- rýchlosť svetla vo

vákuu. Každému množstvu energie určitého telesa, resp. sústavy telies teda prislúcha určitá

hmotnosť a každej hmotnosti určitá energia. Ak hovoríme o energii, nemôžeme vynechať jeden

z najzákladnejších princípov prírody vôbec- zákon zachovania energie. ,,Celková energia

dokonale uzavretej, izolovanej sústavy je stála a nezávisí od zmien, ktoré v nej prebiehajú.´´1

Energia je teda vlastnosťou hmoty, a preto je takisto ako hmota nestvoriteľná a nezničiteľná.

1.2 Zdroje energieZdroje energie rozdeľujeme podľa obnoviteľnosti zdroju na obnoviteľné

a neobnoviteľné. V dnešnom svete žiaľ stále prevláda získavanie energie z neobnoviteľných

zdrojov. Čo dokazuje aj graf zo

správy Svetovej energetickej rady.

Tento graf ukazuje že v roku 2015

až 90% energie získanej vo svete

pochádzalo z neobnoviteľných

zdrojov. A len niečo málo 10%

zdrojov tvoria obnoviteľné zdroje

energie. V tomto grafe tiež vidíme

1 Tölgyessy,J,-Lesný,J.:Svet hľadá energiu.Bratislava:Obzor,1978.str.408

4

Graf č.1 Zdroje energie vo svete

porovnanie s rokmi 2005 a 2010 kde pozorujeme, že podiel obnoviteľných zdrojov stúpa ale nie

tak rýchlo ako by sme chceli.

1.3 Neobnoviteľné zdroje energieMedzi neobnoviteľné zdroje energie patria: chemická energia fosílnych palív (ropa,

uhlie, zemný plyn, rašelina) a jadrová (atómová) energia štiepnych palív (urán).

Nevýhodou týchto palív je, že ich množstvo je obmedzené. Keď sa vyťažia, ďalšie už

nebudú. Napriek tomu sú v dnešnej dobe, základom energetiky prevažnej väčšiny krajín sveta.

Fosílne palivá sa používajú na rozličné účely v domácnosti, priemysle, doprave a na výrobu

elektrickej energie. ,,Nosným energetickým zdrojom v minulosti bolo uhlie , ktorého sa napríklad

v roku 1860 vyťažilo až 134 miliónov ton. V súčasnosti sa vyťaží množstvo uhlia, ktoré

zodpovedá 2,6 miliardám ton merného paliva.´´2 Postupom času však ťažba uhlia upadala a do

popredia sa dostávala ťažba ropy a zemného plynu.

Čo sa týka jadrovej energetiky. Jej štart možno pokladať rok 1896 kedy, francúzsky fyzik

Henri Becquerel objavil prirodzenú rádioaktivitu. O tri desaťročia sa už uskutočnila reťazová

štiepna reakcia i jadrová fúzia (syntéza jadier). Od vtedy trend jadrových elektrární stúpal, až sa

po havárii v Černobyle v roku 1986 spomalil. Výhodou jadrových reakcií v jadrových

elektrárňach je , že nepotrebujú kyslík, nie sú teda zdrojom splodín horenia. Nevýhodou je, že

vyhoreté palivo má veľmi vysokú rádioaktivitu a ďalej prebiehajúcim prirodzeným rozpadom je

výkonným zdrojom tepla a žiarenia. Zvyšková rádioaktivita a tvorba tepla vo vyhorenom

jadrovom palive vyžadujú mimoriadne nároky na manipuláciu s ním. Existencia tejto

rádioaktivity značne komplikuje využívanie jadrových palív, pretože treba používať špeciálne

materiály odolné proti žiareniu. Budovať náročné, drahé, ochranné a bezpečnostné systémy,

riešiť problémy diaľkového ovládania, merania a manipulácie. Vážnym problémom je

aj ,,uskladňovanie´´ rádioaktívnych odpadov, ktoré pri prevádzke atómových elektrární vznikajú.

Celkovou nevýhodou fosílnych palív je ich nešetrná ťažba. Pri ťažbe uhlia dosť často

zostávajú po povrchových baniach mŕtve močariská plné žieravých kyselín. Pri ťažbe ropy

2 MARKO,Š.-DARUĽA,I. a spol.:Energetické zdroje a premeny.Bratislava:Alfa,1989.448s. ISBN 80-05-00084-7

5

a zemného plynu sa taktiež intenzívne znečisťuje pôda, voda (pri ťažbe organických palív

z morského dna) a atmosféra.

Z fosílnych palív najčastejšie získavame energiu spaľovaním. To znamená že pri tom

vzniká veľké množstvo splodín horenia. Tieto splodiny najčastejšie obsahujú veľké množstvá

oxidu uhličitého, oxidu siričitého a tiež oxidy dusíka. Rast energetických zdrojov preto bude aj

naďalej veľmi intenzívne ovplyvňovať zloženie atmosféry smerom nepriaznivým pre život

človeka. Je to jeden z rozporov zrodených pokrokom techniky, ktoré sa vyhrotili s nástupom

vedecko-technickej revolúcie.

Toto je veľké množstvo dôvodov na to aby sa hľadali nové spôsoby zvyšovania účinnosti

všetkých existujúcich zdrojov energie ale aj také procesy, ktoré by nemali nežiadúci vplyv na

prírodu, ktorá človeka obklopuje.

1.4 Obnoviteľné zdroje energieMedzi obnoviteľné zdroje energie patrí takzvaná ,,energia živlov´´, to znamená energia

morí a oceánov ,prílivov, morských vĺn či energia riek, slnečná, geotermálna, veterná energia, a tiež energia biomasy.

Najväčšou výhodou týchto zdrojov je že sú prakticky nevyčerpateľné a sú značne šetrnejšie k životnému prostrediu. Najväčšou nevýhodou je však ich pomerne malá účinnosť oproti fosílnym a jadrovým palivám, tiež zložitosť procesov pri ktorých, sa energia získava a pomerne veľká finančná náročnosť v obstarávacom procese.

1.4.1 Energia vodyVoda zohráva vážnu úlohu v uspokojovaní energetických potrieb ľudstva. Energia

obsiahnutá vo vode je využiteľná v rôznych formách. Najčastejšie využívaný druh energie je kinetická energia vody.

,,Vodná energetika je vo svetovom meradle jedným z najväčších zdrojov elektrickej energie a do roku 2030 môžeme očakávať nárast množstva vyrobenej elektrickej energie zo súčasných 3188 TWh až na 4259 TWh ročne.

Keďže hydropotenciál vyspelých krajín je už z väčšej časti je využitý, je možné očakávať nárast využívania hydropotenciálu rozvojových krajín Južnej Ameriky a Ázie. Napríklad v Číne za uplynulé desaťročia spustili do prevádzky už 43027 malých vodných elektrární s celkovým inštalovaným výkonom 26260MW a tiež aj najväčšie vodné dielo na Zemi, vodnú elektráreň Tri

6

úžiny s celkovým inštalovaným výkonom 18200MW. Po vzore úspešného čínskeho programu využívania hydropotenciálu krajiny je už dnes v Ázii známych viac než 3000 stavieb mikroelektrární, ktoré budú v krátkom čase schopné zásobiť elektrickou energiou ďalšie 2000 000 obyvateľov.´´3

1.4.1.1 Energia morí, morských prúdov, prílivu a odlivuTáto energia vzniká účinkom slnečného žiarenia, ktoré zohrieva vzduch, pričom vzniká

vietor, a ten spôsobuje vlny na moriach. Energia vĺn sa mení z miesta na miesto a vo všeobecnosti je možné povedať, že čím je vzdialenosť od rovníka väčšia, tým väčšia je aj energia morských vĺn. Ukazuje sa, že táto energia má z celosvetového hľadiska veľký potenciál. Pri priemernej účinnosti asi 25% a pri využití len najvýhodnejších lokalít predstavujúcich 4% celkového potenciálu, ktoré by bolo možné využiť v najbližších 50 rokoch, by energia morských vĺn mohla pokryť asi 1% celosvetovej spotreby elektriny, čo predstavuje približne 100 tisíc MW výkonu.

Vývoj týchto elektrární prebieha hlavne v krajinách ako sú Japonsko, Veľká Británia, Írsko, Nórsko a Dánsko. Existujúce zariadenia majú však stále charakter prototypov. V súčasnosti sa zvažujú dva hlavné typy zariadení umiestnené blízko pri pobreží resp. vo vzdialenosti niekoľko kilometrov od pobrežia v hlbokých vodách. Zariadenia blízko pobrežia sú založené na princípe oscilujúceho stĺpca vody umiestneného vo veľkej komore (podobné prevrátenému poháru), ktorý má otvory pre vlny a vzduchovú turbínu namontovanú vo vrchnej časti zariadenia. Keď vlny vstúpia do zariadenia, dôjde ku stlačeniu vzduchu v ňom, pričom

3 Vodná energia. In: www.oze.stuba.sk [online].2017. [cit:2017-05-08]. Dostupné na internete: ‹ http://www.oze.stuba.sk/oze/vodna-energia/›

7

Obrázok č.1 Percentuálne využitie technicky využiteľného hydropotenciálu.

tento tlak sa prenáša na vzduchovú turbínu vyrábajúcu elektrinu. Pilotné elektrárne tohto typu boli skonštruované v Japonsku, Indii, Anglicku a Nórsku.

1.4.1.2 Energia riekVýroba elektrickej energie vo vodných elektrárňach má mnoho významných predností.

Vodné elektrárne využívajú zdroje ktoré príroda sama obnovuje a ktoré sú prakticky nevyčerpateľné. Prevádzka je veľmi lacná, a tak je pomerne lacná aj elektrina, a to i napriek vysokým stavebným nákladom. Turbína, ktorá poháňa generátor, je dokonalé zariadenie, prenášajúce energiu vodného prúdu takmer bez strát. Moderné vodné elektrárne sú plne automatizované, samy si kontrolujú úroveň vody, zapínajú a vypínajú turbíny podľa odberu elektrického prúdu. Dajú sa riadiť aj na diaľku.

Pre vodnú energetiku sú životne dôležité vodné elektrárne s regulačnými nádržami, aby sa uspokojila špičková spotreba v sieti. Sú dvojaké: akumulačné , so zadržiavacím priestorom, ktorý zachytí toľko vody, že vodná elektráreň bez prítoku môže pracovať 3-4 hodiny s normálnym výkonom (napr. Gabčíkovo) a prečerpávacie, ktoré v čase, keď je elektriny prebytok (najmä v noci), samy čerpajú vodu z dolnej vyrovnávacej nádrže do vyššie položenej umelej nádrže alebo prirodzeného jazera- či už bez prítoku alebo s prítokom (napr. Dobšiná).

Prečerpávacie vodné elektrárne najčastejšie používajú reverzné turbíny, ktoré pri výrobe elektriny pracujú ako turbína a pri čerpaní ako čerpadlo. Elektrický stroj- motorgenerátor, hnaný turbínou, vyrába prúd alebo prijíma elektrinu a potom poháňa vodný zdroj- čerpadlo. Nevýhodou tohto riešenia je nižšia účinnosť a nevyhnutnosť vypínať a meniť smer otáčania prístroja pri zmene pracovného programu. Preto je prevádzka menej pružná.

Prednosťou prečerpávacích vodných elektrární sú nízke prevádzkové náklady, krátky čas spúšťania zariadenia (sekundy), možnosť využívať elektrinu vyrobenú základnými agregátmi v čase malej spotreby. Nedostatkom vodných prečerpávacích centrál sú pomerne vysoké náklady na stavbu. Ich budovanie je preto účelné na miestach s vhodnou vertikálnou členitosťou územia.

Na Slovensku má voda ako zdroj energie dlhú tradíciu Jej počiatky siahajú až do 14. storočia, kde sa v okolí banských miest voda používala pre banícke účely a vďaka vodnému kolesu na pohon mlynov a hámrov. V 18. storočí sa rozvinula výstavba vodných nádrží a voda z nich sa používala na pohon banských strojov. Koncom 19. storočia sa začalo využívanie vodnej energie na výrobu elektrickej energie. Prvá vodná elektráreň na Slovensku bola postavená už v roku 1886 v Košiciach, osadená Francisovou turbínou. Voda je však na Slovensku aj najčastejšie využívaným obnoviteľným zdrojom energie. Máme tu aj jeden unikát, ktorý nemá v Európe konkurenciu, tým je podzemná, vodná elektráreň v Kremnici.

8

,,Keď v druhej polovici 19. Storočia utlmili banskú činnosť a väčšina šachiet už nebola v prevádzke, vytekajúca voda sa využívala napríklad v miestnej továrni na výrobu majoliky, v mincovni, v papierni alebo v mlyne. Výstavba podzemnej elektrárne bola logickým krokom, ako efektívne využiť existujúce prepojenia šácht, banské stavby a energiu vody. V hĺbke 245 metrov pod zemským povrchom. V už nevyžívanej štvrtej šachte, začali práce na budovaní elektrárne a ďalších potrebných priestorov. V rokoch 1913-1914 vybudovali vodné nádrže pre elektráreň. Práce prerušila prvá svetová vojna, aby sa v roku 1921 výstavba vôbec prvej podzemnej elektrárne v Európe dokončila osadením dvoch turbín. Tretiu doplnili v roku 1937.´´4

1.4.2 Energia vetraEnergiu horizontálne sa pohybujúcich sa vzdušných más (tak definujú vánok, vietor aj

víchricu meteorológovia) začali ľudia ,,vo veľkom´´ zužitkovávať už dávno. Prinútili vietor poháňať lode a dopravovať cez more ľudí i náklady. Vietor je však nevyspytateľný chvíľu fúka, potom však ustane.

Využitie vetra nad pevninami nebolo a nie je zďaleka také rozšírené, i keď prvé podložené zmienky máme spred tisíc rokov p.n.l- z Perzie a Arábie. Prvé mlyny sa v minulosti využívali na mnoho činností ako bolo pílenie dreva, lisovanie oleja či na mletie korenia. Veterné mlyny mali spravidla 4 krídla (niektoré aj 8) z drevenej mriežkovej konštrukcie, ktorú prekrývala hrubá plachtovina. Jej zvinovaním alebo rozvinovaním sa väčšia či menšia oporná plocha krídla vystavovala tlaku vetra, a tým sa premenlivá sila vetra transformovala na pomerne rovnomerný chod veterného motora.

Keďže vietor chvíľu fúka z jednej strany a potom zas z druhej, krídla mlyna sa museli natáčať proti vetru podľa toho, odkiaľ prichádzal. Dalo sa to dosiahnuť tak, že sa celý mlyn otáčal okolo vlastnej osi akoby na kuracej nôžke, alebo- najmä v prípade murovaných mlynov sa otáčala len strecha na ktorej boli krídla upevnené.

Moderné veterné kolesá už nemajú krídla, ale zakrivené lopatky, podobné ako vodná turbína, a sú celokovové. Do optimálnej polohy- kolmo proti smeru vetra- sa kolesá krútia pomocou kormidla alebo veternej ružice.

,,V súčasnosti sa stavajú predovšetkým jednosmerné veterné elektrárne. Veterné koleso poháňa dynamo, ktoré súčasne nabíja paralelne zapojené akumulátory. Dynamo

4 Józsová.R.:Sú na Slovensku podzemné elektrárne?. In Quark Magazín o vede a technike, jún 2016, číslo 6, s.30-31

9

Obrázok č. 2 Klasický veterný mlyn

a akumulátorová batéria sa automaticky spájajú vtedy, keď je napätie v dyname väčšie ako v batérii. Dynamo sa vypína samočinne, len čo je napätie na jeho svorkách menšie ako v batérii.´´5

Pri projektovaní a konštrukcii veterného generátora najväčším problém spočíval v tom, aby sa pri rôznej intenzite vetra docielil rovnaký počet otáčok vrtule. Pri zapojení na elektrickú sieť veterný generátor totiž nemôže dodávať hocijaký druh energie, ale iba striedavý prúd s predpísaným počtom cyklov (hertzov, Hz) za sekundu (60 Hz/s). Preto je sklon lopatiek vrtule nastaviteľný, reguluje sa tak, aby sa za silného vetra prúd vzduchu po nich iba viac menej kĺzal a za slabého vetra aby sa ich plocha natočením zväčšila, a tak zachytávala viac vetra. Okrem nastaviteľnosti lopatiek je aj celý generátor automaticky nasmerovaný proti vetru.

Pri využívaní energie vetra vzniká vážny problém: nadbytok energie vo veterných obdobiach a jej nedostatok v obdobiach bezvetria. Ako teda uskladniť energiu vetra? Najjednoduchším spôsobom akumulácie energie(a tým rovnomernej dodávky prúdu) je ten, že koleso poháňa čerpadlo , ktoré prečerpáva vodu do vyššie položenej nádrže, z nej potom voda samospádom poháňa vodnú turbínu a generátor na jednosmerný alebo striedavý prúd. Existuje však množstvo ďalších spôsobov ako tento problém vyriešiť.

1.4.3 Geotermálna energiaGeotermálna energia je teplo, ktoré sa vyvíja a akumuluje prírodnými procesmi v

hlbinách Zeme (v zemskom jadre) a prenáša do vodonosných vrstiev (prípadne až na zemský povrch) prostredníctvom horúcich hornín alebo magmy.

Podľa súčasných poznatkov z geotermiky a viacerých príbuzných oblastí- bez ohľadu na poradie- ako najpravdepodobnejšie zdroje zemského tepla sa zdajú tieto procesy: tzv. pôvodné teplo Zeme, slnečné žiarenie dopadajúce na povrch Zeme, najrozmanitejšie exotermické fyzikálo-chemické procesy, energia uvoľnená pri rádioaktívnom rozpade jednotlivých nuklidov, energia pohltených seizmických vĺn, energia zemskej rotácie, teplo uvoľnené pri premene kinetickej energie meteoritov dopadajúcich na Zem atď.

,,Podľa názorov niekoľkých geológov sú celkové zásoby geotermálnych vôd asi 7.108km3

(je to približne polovica z celového množstva vody v moriach a oceánoch).Keby sa podarilo využiť iba 10% z tejto energie na výrobu elektrickej energie, stačilo by to na pokrytie spotreby až na niekoľko miliárd rokov.´´6

Najvhodnejšie využiteľné zdroje sa nachádzajú obyčajne na územiach so sopkami, kde je aj množstvo žriediel horúcej vody a pary, a to v blízkosti gejzírov a fumarolov. V miestach, kde

5 Tölgyessy,J,-Lesný,J.:Svet hľadá energiu.Bratislava:Obzor,1978.str.4086 MARKO,Š.-DARUĽA,I. a spol.:Energetické zdroje a premeny.Bratislava:Alfa,1989.448s. ISBN 80-05-00084-7

10

niet cirkulujúceho nositeľa tepla (vody, pary), môžu byť horúce geologické vrstvy uložené celkom blízko pod povrchom Zeme. V týchto miestach do hĺbky asi 3 km pri ochladení o 200 ˚C môžeme počítať s využiteľnou energiou až okolo 0,4 EJ.km-3.

Zdrojmi geotermálnej energie rozumieme teplo, ktoré je akumulované v zemskej kôre do dohodnutej hĺbky. Pri hodnotení zdrojov sa určuje množstvo tepla, ktoré sa môže získať, keď sa horniny ochladia na strednú teplotu daného povrchu Zeme.

Podľa nositeľov tepelnej energie rozdeľujeme geotermálne zdroje na tri druhy:

Geotermálne zdroje horúcej vody Geotermálne zdroje suchej pary Geotermálne zdroje suchých horúcich geologických štruktúr

Najjednoduchším typom geotermálnej elektrárne je systém, kde turbína poháňajúca generátor na výrobu elektriny je priamo spojená so zdrojom horúcej pary alebo plynu. Protitlakom je tlak atmosféry, pričom para, resp. plyn po prechode turbínou uniká do ovzdušia. Tento typ geotermálnej elektrárne si vyžaduje síce mimoriadne silné zdroje pary, ale jej prevádzka je lacná a výstavba jednoduchá.

1.4.4 Energia biomasyZdroje biomasy pre energetické účely môžeme rozdeliť na prvotné a druhotné.

K prvotným zdrojom energetickej biomasy partia:

suchozemská rastlinná biomasa s perspektívou usmerňovaného spôsobu rastu na tzv. energetických plantážach (drevo, rýchlorastúce a vysokoproduktívne druhy rastlín)

sladkovodná biomasa a morská biomasa – vysokoproduktívne vodné rastliny, najmä vodný hyacint a riasy, chitín zo schránok vodných organizmov a pod.

K druhotným zdrojom energetickej biomasy patria:

drevený odpad z lesného a drevospracujúceho priemyslu (konáre, odrezky, lístie, ihličie, prípadne korene)

poľnohospodársky odpad rastlinného pôvodu (slama, vňate, odrezky, kukuričné zvyšky, burina, znehodnotené krmivo a pod.) a živočíšneho pôvodu (exkrementy hospodárskych zvierat, hnoj, podstielka, syrovátka a pod.)

mestský a priemyselný organický odpad (zvyšky ovocia a zeleniny, potravinárske odpady, splašky, papier, a pod.)

Drevo , drevené uhlie, sušené exkrementy sa ešte stále podieľajú niekoľkými percentami na svetovej energetickej spotrebe.

11

Prednosťou dreva ako prvotného zdroja energie je , že obsahuje viac energie ako poľnohospodársky odpad, pričom drevo je k dispozícii po celý rok. Pre intenzívnu výrobu lesnej biomasy sú vhodné rýchlorastúce listnaté stromy (napr. vŕby, topole a iné).

Podrobne sa skúma aj najplodnejšia a najrýchlejšie sa rozmnožujúca vodná rastlina eichhornia hrubostopkatá (Eichhornia Crassipies), ktorá je známa pod menom vodný hyacint (za rok vytvorí jediná rastlina až 20 miliónov jedincov). Poznáme aj ďalšie rastliny, ktoré môžu byť cenné z energetického hľadiska, napr. trstina a vodné riasy.

Veľkou nevýhodou energie akumulovanej v biomase je jej rozptýlenosť po celej Zemi. Asi 40% ročnej produkcie biomasy obsahujú svetové moria. Pomerne veľká časť získateľných množstiev biomasy sa spotrebúva ,,neenergetickým´´ spôsobom ako potrava, stavebný materiál, chemická surovina, hnojivá a pod.

Prednostné riešenie zabezpečenia produkcie potravín ešte dlho neumožní vo väčšine krajín zaberať pôdu na pestovanie energetickej biomasy, preto dlho zostanú najefektívnejšie tie procesy a technológie, ktoré využívajú ako zdroj energie zvyšky rastlinnej a živočíšnej výroby.

1.4.5 Slnečná energiaSlnečná energia je jeden z nevyhnutných faktorov vytvárajúcich a rozvíjajúcich život na

Zemi. Ľudstvo odpradávna využíva slnečné žiarenie na zlepšenie životných podmienok. V literatúre sa hovorí o využití slnečnej energie vo vojenstve už v staroveku. Zo stredoveku sa nám zachovali prvé doklad o využití slnečnej energie v technike.

So slnečným žiarením ako možným energetickým zdrojom sa začalo naozaj rátať až v 20. storočí, keď ľudstvo začalo pociťovať nedostatok uhlia ,ropa a plynu, ako klasických zdrojov energie.

Slnko tvorí stred našej slnečnej sústavy, a je tiež naša najbližšia hviezda, je zložené prevažne z vodíka s nepatrným množstvom ostatných prvkov Mendelejovej periodickej sústavy prvkov. Povrchová teplota Slnka je asi 6 000K, pričom zo Slnka vychádza žiarivý tok asi 3,8.1023kW. Slnko je podľa najpravdepodobnejšej teórie rovnomerne pracujúcim jadrovým reaktorom. Zdrojom jeho energie sú jadrové reakcie.

„Slnečná energia je najdostupnejšia a najčistejšia forma obnoviteľnej energie ktorú môžeme získať. Počas dňa za bezoblačného počasia dopadne zo Slnka na zemský povrch v priemere 1000 W/m2. Celkovo tak na Slovensku za rok dopadne na vodorovnú plochu približne 950 – 1200 kWh na 1 m2. Existuje už mnoho princípov premeny slnečnej energie na inú formu energie, najčastejšie je to premena na elektrickú a tepelnú energiu.”7

7Slnečná energia. In: www.oze.stuba.sk [online].2017. [cit:2017-05-10]. Dostupné na internete:

12

Pri premene slnečného žiarenia na elektrickú energiu sa dnes ponúkajú dve možnosti- nepriamo pomocou premeny slnečnej energie na tepelnú, a následne pomocou vhodných zariadení na elektrickú energiu , alebo priamo premeniť slnečnú energiu na elektrický prúd vo fotovoltických článkoch. Účinnosť nepriamej premeny slnečnej energie je vyššia ako pri fotovoltických systémoch, takže môžeme dosahovať vyššie výkony na jednotku plochy slnečnej elektrárne.

Fotovoltický článok alebo solárny článok je veľkoplošná polovodičová súčiastka, ktorá priamo premieňa slnečnú energiu na elektrickú energiu pomocou fotoelektrického javu. Fotovoltické články majú mnoho uplatnení. Používajú sa na napájanie malých zariadení (napr. kalkulačky, solárne hračky), v kozmickom priemysle a taktiež vo veľkom sa začínajú využívať v energetickom priemysle.

„V súčasnosti je najvyužívanejší materiál na výrobu fotovoltaických článkov kremík. Táto surovina je štvrtá najpoužívanejšia surovina na svete. Na výrobu solárnych panelov sa však využíva približne len 1 % z tohto množstva. Používa sa v niekoľkých podobách ktoré závisia od použitej výrobnej technológie. Sú to tieto podoby: monokryštalický kremík, polykryštalický kremík, multikryštalický kremík a hydrogenizovaný amorfný kremík. Na výrobu fotovoltaických článkov sa tiež používajú iné prvky či zlúčeniny. Patrí medzi ne napr. arzenid gália, telurid kademnatý, sulfid kademnatý a v neposlednom rade rýchlo sa rozvíjajúce organické zlúčeniny.”8

‹ http://www.oze.stuba.sk/oze/slnecna-energia/›

8Slnečná energia. In: www.oze.stuba.sk [online].2017. [cit:2017-05-10]. Dostupné na internete: ‹ http://www.oze.stuba.sk/oze/slnecna-energia/›

13

Obrázok č. 3 Fotovoltická elektráreň

2.Praktická časť

2.1 Čo som vyrobila?Vyrobila som model , ktorý by vďaka mnohým fyzikálnym zákonom a slnečnej energii

mal destilovať slanú alebo špinavú vodu. Konečným produktom by mala byť čistá, zdravotne nezávadná voda.

Inšpiráciu mi bola otázka ako by mohli ľudia napríklad v púšťach či v blízkosti morí, avšak bez prístupu k sladkej vode dostať práve k čistej vode. Napadlo mi, že takmer na každom kúsku našej Zeme je prístup k nejakej vode. Málokedy je táto voda však čistá, vhodná na pitie rovno zo zdroja.

Skúste si to predstaviť vydali ste sa na túru po kaňone vyprahnutej rieky a, keď že ste si zobrali málo vody hrozí vám práve dehydratácia. Nájdete však akýsi pozostatok rieky a vodu, ktorá je však veľmi znečistená. Určite by vás napadlo nabrať si z nej a prevariť ju. Ak je však voda znečistená riečnymi sedimentmi alebo je slaná(ak sa vám náhodou stane že uviaznete na opustenom ostrove uprostred Tichého oceána) nepomôže vám ani to že ju prevaríte. Toto je však len jeden turista ale sú krajiny, v ktorých začína postupne čistej vody ubúdať alebo je jej tam akútny nedostatok. Pri tom však takéto krajiny ležia na pobreží mora. Takéto riešenie by pre ne bolo pomerne jednoduché a šetrné k životnému prostrediu.

2.2 Aké materiály som použila ?Ako spodok som použila čierny plech, ktorý slúžil aj ako odparovacia nádoba. Bol čierny,

pretože čierna farba pohlcuje najväčšie svetelné spektrum a bol z kovu, pretože kov je dobre tepelne vodivý, čo je potrebné na to aby sa rýchlo zvyšovala teplota vody.

Následne bola potrebná plocha na ktorej, sa odparená voda bude zrážať. Na tento účel som zvolila sklo, pretože prepúšťa slnečné žiarenie ale zároveň sa takmer nezohrieva. To že sa nezohrieva, je veľmi dôležité, práve preto aby voda skondenzovala. Sklo som nemohla len tak položiť na plech, pretože som potrebovala aby odparená voda stekala po skle a padala do žliabku, ktorý končil v zbernej nádobe, preto som vyrobila rám z dreva, ktorí bol nad plechom a sklo malo požadovaný sklon.

Všetko bolo umiestnené na polystyréne, aby boli výsledky neovplyvnené teplom alebo chladom z podložia. Pre rýchlejšie zohrievanie, by však bolo celkom výhodné, umiestniť to na vyhriaty betón či zem. Ako bočné steny som použila alobal.

2.3 Ako by to malo fungovať ?Môj model by mal fungovať nasledovne. Pôsobením slnečného žiarenia sa plech

zahrieva, čím zahrieva aj vodu, ktorá sa odparuje. Malo by platiť, že čím vyššia teplota vody, tým

14

rýchlejšie sa voda bude odparovať. Sklo zachytáva odparenú vodu. Keďže je sklo oproti vode chladnejšie, voda na skle skondenzuje (sklo sa orosí). Tu sa využíva skupenská premena, kedy sa z kvapaliny(slaná voda), stáva plyn (vodná para) a následne opäť kvapalina (čistá voda). Skondenzovaná kvapalina nie je slaná, pretože soľ sa neodparuje pri teplote, ktorú som dokázala vyvinúť.

Skondenzovaná kvapalina vyzrážaná na skle, ktoré je sklonené pod uhlom väčším ako 0˚ a menším ako 90˚, padá do zberného kanálika vďaka svojej váhe. Možno sa to nezdá ale aj na teleso ako je kvapka pôsobí tiažová sila, ktorá priťahuje kvapku k stredu zeme. Preto aj kvapka, ktorá vznikne na úplnom vrchu skla, sa skotúľa k spodnej hrane, kde nakoniec spadne do kanálika. Ideálny sklon skla je podľa mňa v rozmedzí 30˚ až 70˚. Pri väčších uhloch treba myslieť na to, že čím väčší sklon sklo bude mať, tým väčšie musí byť aby prekrylo odparovaciu plochu- to znamená vyššie obstarávacie náklady. Avšak pri malých uhloch trvá veľmi dlho kým sa kvapka z vrchu skotúľa na spodnú hranu. Hrozí tiež že takáto kvapka spadne naspäť do odpariska.

2.4 Hypotéza číslo jedenAk na drevený rám neumiestnim žiadne steny nebude v našich zemepisných

podmienkach takýto destilačný prístroj fungovať.

Túto hypotézu som začala overovať tak že som model, zatiaľ bez stien z alobalu, vystavila priamemu slnečnému žiareniu. Hodinu som model pozorovala a všímala si či sa sklo orosí. Zároveň som merala ako stúpa teplota vody v odparisku. Výsledky merania daných teplôt sú naznačené v tabuľke č.1 a grafe č.2

15

Obrázok č.4 Model a jeho fungovanie

Tabuľka č.1

Z nameraných teplôt môžeme vidieť, že teplota postupne s časom stúpala. Počiatočná teplota vody bola 33.2˚C a teplota prostredia bola 23˚C. Obloha bola jasná a slnko nebolo zakryté žiadnym oblakom, po celú dobu

merania. Teplota sa zvýšila o 3.2˚C za hodinu. Nepozorovala som žiadne orosenie skla. Z toho môžem konštatovať, že hypotéza č.1 sa potvrdila.

2.5 Model s pridanými stenami a následné pozorovaniePo predchádzajúcej hodine som na boky modelu pridala alobal. Z modelu sa stal akoby

skleník. Vodnú paru, ktorá vznikla , nemalo kam odviať nakoľko pofukoval jemný vetrík. Tiež naakumulované teplo z plechu už nemohlo utekať po stranách. Alobal fungoval ako výborný tepelný izolant, pretože neprepúšťal teplo von a chlad dnu. Sklo sa po pridaní stien do minúty orosilo. Teplota sa za 10 min zvýšila o 4,3˚C na teplotu 40,7˚C za nasledujúcich 15 min sa teplota zvýšila o 10˚C na teplotu 50,7˚C.Teplota okolia sa nezmenila (23˚C). Následne som už teplotu nemerala aby neunikalo naakumulované teplo. Pokračovala som v pozorovaní celý deň. Do zbernej nádoby natieklo za celý deň 50ml čistej vody, ktorá nebola slaná. Môže sa to zdať neefektívne ale treba myslieť na to že šlo iba o plochu 989 cm2. Odparila sa 11% kvapaliny, ktorá bola v nádobe pod sklom.

2.6 Hypotéza číslo dvaModel pokiaľ bude utesnený bude fungovať aj v noci. Sklo sa orosí, pretože voda sa

odparuje pri každej teplote.

V druhom pozorovaní som sa zamerala na to, či môj model bude fungovať aj bez pôsobenia slnečného žiarenia. Po západe slnka som sklo dôkladne poutierala aby bolo suché. Utrela som aj zberný kanálik a vyliala som nazbieranú vodu zo zbernej nádoby. Prvú hodinu som nepozorovala žiadne kvapky na skle. Ráno keď som model kontrolovala, som zistila, že došlo ku kondenzácii a sklo sa orosilo ako môžeme vidieť na obrázku č. 5. Obrázok číslo 5 ukazuje porovnanie množstva skondenzovanej vody na skle počas dňa a noci.

16

Čas 10:00 10:10 10:20 10:30 10:40 10:50 11:0005

10152025303540Čas Teplota vody v ˚C

10:00

33.2

10:10

33.5

10:20

33.9

10:30

34.3

10:40

34.8

10:50

35.6

11:00

36.4

Moja hypotéza sa týmto potvrdila. Vyparovanie prebiehalo aj bez pôsobenia slnečnej energie, avšak vyparenej a skondenzovanej vody bolo minimum, oproti vode ktorá skondenzovala vďaka pôsobeniu slnečného žiarenia.

2.7 Zhrnutie pozorovania24 hodinovým pozorovaním som prišla k záveru, že môj model fungoval. Cez deň

nazhromaždil isté množstvo vody, ktoré bolo primerané veľkosti plochy, na ktorej mohla vodná para kondenzovať.

Počas pozorovania som si všimla, že najväčšie množstvo vody stieklo a skondenzovalo od 13:00 po 15:00 hodinu. Bolo to spôsobené tým, že slnečné žiarenie bolo v tomto čase najpriamejšie a najväčšie. Model som však za slnkom aj natáčala, čo bolo veľmi dôležité, na to aby boli výsledky čo najlepšie. Meranie som vykonávala 14. mája. Teplota vzduchu sa pohybovala v rozmedzí od 23˚C až 26˚C.

Vďaka pozorovaniu modelu prišla na niekoľko vecí, ktoré by sa dali zlepšiť. Ako prvé by som absolútne utesnila vnútorné prostredie modelu aby nedochádzalo k žiadnymi únikom energie do vonkajšieho prostredia. Sklo by som priebežne ochladzovala aby vodná para rýchlejšie kondenzovala.

Na záver som dospela k záveru, že takéto zariadenie by bolo účinným riešením problémov s pitnou vodou. Nakoľko aj materiál na stavbu takéhoto zariadenia nie je ťažké zohnať a nestojí veľa. Avšak toto riešenie by som použila najmä v krajinách v okolí rovníka, kde je slnečné žiarenie priamejšie a vonkajšia teplota je vyššia. V priemyselnom využití, by som

17

Obrázok č.5 Porovnanie Orosenia skla bez pôsobenia slnečného žiarenia a s ním

Bez pôsobenia slnečného žiarenia S pôsobením slnečného žiarenia

určite odporučila zväčšiť kondenzačnú plochu a tým aj odparovaciu nádobu. Toto riešenie je tiež viac vhodné pre jednotlivcov (rodiny, chaty), pretože na čistenie vody tým to spôsobom, by bolo potrebné veľké množstvo miesta. Toto miesto môže byť využité úplne inak napr. na hospodárske účely.

Tento model poukazuje na to ako jednoducho sa dá využiť slnečná energia. Je to neuveriteľne jednoduché a pri tom sa používa tak málo. Slnečná energia a slnečné žiarenie je zodpovedné, za takmer každú energiu na našej zemi. Energia riek – slnečné žiarenie zahrieva vodu v moriach, oceánoch či riekach tá sa vyparuje a následne opäť prší do riek, ktoré potom tečú cez vodné elektrárne. Fotosyntéza- jav vďaka, ktorému máme čo jesť či dýchame. Slnečné žiarenie je skrátka nenahraditeľné. Je len na nás aby sme čo najviac využili jeho potenciál. Pretože energia ,ktorá dopadne na Zem za jeden rok je väčšia ako svetové zásoby ropy a zemného plynu.

2.8 BonusZjednodušením takéhoto zariadenia vznikne jednoduchý nástroj na prežitie. Ide

o zariadenie, kedy si človek vykope jamu v pôde, piesku či popole v okolí sopky. Takúto jamu prekryje nejakou fóliou, či igelitovým vreckom, v strede takúto fóliu zaťaží kameňom. Vznikne tým akýsi lievik. Ideálne by bolo, keby spod miesta kde je kameň visel špagát, či šnúrka po ktorej by skondenzovaná voda stekala do nádoby, na dne jamy, prekrytej fóliu. Názorná ukážka je na Obrázku číslo 6.

18

Obrázok č.6 Najjednoduchší slnečný destilátor

ZáverV mojej práci som sa venovala obnoviteľným zdrojom energie. Ako prvé som definovala

čo to vlastne energia je. Ďalej som zhrnula čo je známe o neobnoviteľných zdrojoch energie. Porovnala som ich klady a zápory. Následne na to som sa začala venovať obnoviteľným zdrojom energie a to menovite: energia riek, morí, vetra, geotermálna energia či energia biomasy. Ako posledné som sa v teoretickej časti venovala slnečnej energii, pretože na ňu nadväzovala praktická časť. V praktickej časti som postavila model destilačného zariadenia na znečistenú (slanú) vodu. Nastolila som si aj dve hypotézy, ktoré som potvrdila, boli pravdivé. Na koniec som celé pozorovanie fungovania modelu popísala, zhrnula som čo by sa dalo ešte vylepšiť a čo by som urobila na to, aby sa takéto zariadenie dalo používať aj priemyselne. Myslím si že takéto zariadenie by sa v praxi dalo veľmi pekne využiť.

V mojej práci som tiež poskytla odpovede na otázky v úvode. Neobnoviteľné zdroje energie budú musieť nahradiť obnoviteľné zdroje energie. V inom prípade zostane Zem bez energie, alebo bude energia neuveriteľne vzácna a tým aj finančne nákladná. Takáto zmena by sa mala uskutočniť čo najskôr, pretože inak môžu nastať obrovské problémy celosvetových rozmerov. To či budú obnoviteľné zdroje stačiť pokryť dopyt, ktorý vytvorí odchod obnoviteľných zdrojov je otázne. Je len na nás aby sa tejto oblasti venovalo veľa pozornosti, ktorú si zaslúži a aby sa technológie používajúce tieto zdroje, čo najviac vylepšili a ich účinnosť sa zvýšila čo najviac. Svet predsa pozná veľké množstvo obnoviteľných zdrojov energie je len na nás ich čo najviac využiť.

Kladom mojej práce je, že poukazuje na potenciál, ktorý sa veľmi málo používa čo je dosť škoda. Moja práca tiež poskytuje návod na jednoduché zariadenie, ktoré je schopné čistiť vodu. Takéto zariadenia avšak oveľa účinnejšie budú v budúcnosti určite veľmi potrebné.

Záporom mojej práce je že rozsah práce je veľmi obmedzený na to aby som podrobne rozobrala každý z obnoviteľných zdrojov energie. Do práce som musela vyberať len tie podľa mňa najdôležitejšie informácie o danej oblasti, čo občas mohlo pôsobiť až chaoticky.

Do budúcna mi táto práca ukázala jeden veľmi zaujímavý vedecký smer a to energetiku, ktorá má určite veľký potenciál a určite sa o nej bude ešte hovoriť. Tiež model, ktorý som vyrobila ti nájde využitie v našej domácnosti a to ako malý skleník.

19

Resumé Moja práca sa zaoberá obnoviteľnými zdrojmi energie. Rozoberá jednotlivé druhy

energií. Hodnotí ich plusy a mínusy. Ich použiteľnosť v priemyselnom využití a tiež ich spôsoby využitia. Jednotlivo rozoberá: Energiu morí a to využiteľnosť vĺn či prílivu a odlivu na výrobu elektrickej energie. Energiu vetra, kde sa môžeme dočítať aj o druhoch veterných mlynov, ich porovnanie súčasných modelov a dnešných. Energia riek, ktorá je na Slovensku najpoužívanejšia z obnoviteľných zdrojov energie. Geotermálna energia, ktorá má na Slovensku ako krajine z neuveriteľným množstvom termálnych prameňov najväčší potenciál. Energia biomasy, ktorá nie je až taká ekologická ako ostatné obnoviteľné zdroje, pretože energia z biomasy sa zväčšia získava spaľovaním, ale je obnoviteľná. A na koniec teoretickej časti slnečná energia- životodarná energia bez ktorej, by svet ako ho poznáme nikdy neexistoval. V druhej časti práce sa venujem výrobe a fungovaniu modelu, ktorý som zostrojila. Hodnotím ako by sa dal priemyselne využiť a čo by sa na ňom dalo ešte vylepšiť.

Pезюме

Моя работа посвящена возобновляемые источники энергии. В нем рассматриваются различные виды энергии. Оценивать свои плюсы и минусы. Их полезность в промышленных применений, а также их использования. Индивидуально обсуждение: морская энергии и полезности волн и приливов для выработки электроэнергии. Энергия ветра, где мы читаем о типах ветряных мельниц, их сравнения и современных моделей сегодня. Энергия рек, которая является наиболее распространенной в Словакии из возобновляемых источников энергии. Геотермальная энергия, которая находится в Словакии, как страна невероятных количеств термальных источников наибольшего потенциала. Энергия биомассы, которая не является экологически безопасной, как и другие возобновляемые источники энергии, поскольку биомасса получается путем сжигания набухают, но может быть продлен. И в конце теоретической части солнечного energia- живительной энергии, без которой, мир, как мы знаем, никогда не существовал. Во второй части я остановлюсь на производстве и эксплуатации модели, я построил. Оцените, как можно было бы использовать в промышленном отношении, и что бы на него можно было бы еще лучше.

20

Zoznam použitej literatúry

Knihy: Kleczek,J.: Sluneční energie-Úvod do helioeneretiky. Praha: SNTL, 1981. 192s.

Marko,Š.-Daruľa,I. a spol.: Energetické zdroje a premeny.Bratislava:Alfa,1989.448s. ISBN 80-05-00084-7

Merkulov,A.: Hľadanie energie budúcnosti. Bratislava: Alfa, 1986.186s.

Tölgyessy,J.-Lesný,J.: Svet hľadá energiu.Bratislava:Obzor,1978.str.408

Časopis:

Józsová.R.:Sú na Slovensku podzemné elektrárne?. In Quark Magazín o vede a technike, jún 2016, číslo 6, s.30-31

Internet : Slnečná energia. In: www.oze.stuba.sk [online].2017. [cit:2017-05-10]. Dostupné na internete: ‹ http://www.oze.stuba.sk/oze/slnecna-energia/›

Vodná energia. In: www.oze.stuba.sk [online].2017. [cit:2017-05-10]. Dostupné na internete: ‹ http://www.oze.stuba.sk/oze/slnecna-energia/›

21

Prílohy

22

Príloha č.1 Možnosti energetického zhodnotenia biomasy

Príloha č.2 Elektráreň Tri rokliny v Číne Príloha č.3 Využitie geotermálnej energie

23