Gaz ziemny (zwany też naturalnym) coraz częściej uznawany jest za paliwo XXI wieku. Świetnie nadaje się do wytwarzania ciepła, elektryczności, może też zastąpić ropę naftową jako paliwo transporcie. Proces spalania gazu jest łatwy do kontrolowania i automatyzacji. Przy tym w porównaniu z węglem i ropą jest o wiele bardziej czysty, co jest szczególnie istotne w dobie polityki redukcji emisji CO2 i walki globalnym ociepleniem. Na zużywaną jednostkę energii metan, najważniejszy składnik gazu ziemnego emituje do atmosfery od 40 do 50% mniej dwutlenku węgla niż spalany węgiel kamienny i o 25% mniej niż ropa naftowa. Trudno się więc dziwić, że zużycie gazu od dziesięcioleci utrzymuje stabilną tendencję wzrostową.

Polska zużywa rocznie 14mld m3 gazu ziemnego. Jednak tylko 30% ma pokrycie w krajowym wydobyciu – resztę kupujemy za granicą – głównie od Gazpromu – rosyjskiego państwowego koncernu będącego największym na świecie wydobywcą błękitnego paliwa. Takie uzależnienie od jednego dostawcy stawia nas niekomfortowej sytuacji dostarczając wschodniemu sąsiadowi wygodne narzędzie politycznego nacisku. W tej sytuacji eksploatacja nowych złóż byłaby wielką szansą na zwiększenie bezpieczeństw energetycznego.

Gaz ziemny w Polsce w pigułce – struktura dostaw, zużycie i zasoby, struktura sprzedaży, kopalnie.

Trudno więc się dziwić euforii jaką wywołały prognozy opublikowane przez Wood Mackenzie. Ta amerykańska firma konsultingowa oszacowała, że w niekonwencjonalnych złożach możemy posiadać 1,4 bln m3 gazu. Jeszcze wyżej zalicytowali doradcy z Advanced Resources International: 3 bln m3. Oznaczałoby to gazową samowystarczalność nawet na 200 lat. Ale wszystkie te szacunki przebiła w kwietniu 2011 amerykańska Agencja ds. Energii (EIA) – złoża gazu łupkowego w Polsce oszacowała na 5,3 bln m3. Geologowie pozostaje jednak sceptyczni – podkreślają, że prognozy opierają się tylko na wielkości formacji łupków ilastych oraz danych dotyczących statystycznej akumulacji gazu pochodzących z USA. Miarodajnych informacji mogą tylko dostarczyć odwierty, które dopiero się rozpoczynają. A jedna studnia to koszt 20-30mln zł.

Obszary potencjalnego występowania gazu niekonwencjonalnego w Polsce.

Gaz naturalny znajduje się w podziemnych złożach. Najłatwiejsze do eksploatacji są złoża konwencjonalne – gaz uwięziony w porowatych strukturach geologicznych uszczelnionych przez warstwy nieprzepuszczalne. Po wykonaniu odwiertu samoistnie wypływa na powierzchnie. Gaz może znajdować się też w złożach niekonwencjonalnych. Ponieważ z takich złóż nie wypływa samoistnie konieczne są specjalne zabiegi umożliwiające ich eksploatacje. Wyróżniamy tu gaz uwięziony w skałach ilastych (gaz w łupkach – shale gas), gaz izolowany w zamkniętych porach skalnych (gaz zamknięty – tight gas), gaz towarzyszący pokładom węgla. Złoża takie znane są geologom od XIX w., jednak ich eksploatacje uważano za nieopłacalną. Wzrost cen gazu oraz rozwój technik wiertniczych w ostatnich latach, w szczególności wiercenia poziome spowodowały, spowodowały prawdziwy bum na niekonwencjonalne źródła gazu.

Rodzaje złóż gazu (źródło: U.S. Energy Information Administration)

Prekursorem w eksploatacji gazonośnych łupków są Stany Zjednoczony. Tamtejsze firmy opracowały i wdrożyły  na skale przemysłową technologię poziomych wierceń i szczelinowania hydraulicznego. W efekcie w latach 2004-2008 potroiły jego wydobycie i obecnie ok 10% zużywanego gazu pochodzi ze złóż łupkowych. Prognozy mówią o wzroście tego udziału do 20-30% w ciągu najbliższych 10 lat. Pozwoliło to obniżyć ceny i przede wszystkim uniezależnić się od importu – terminale projektowane do odbioru skroplonego gazu LNG stoją niewykorzystane. Obecnie USA stały się największym producentem gazu na świecie prześcigając Rosję.

Do eksploatacji niekonwencjonalnych źródeł gazu przymierza się PGNiG – największa polska spółka zajmująca się poszukiwaniem i wydobywaniem gazu ziemnego i ropy naftowej. Pierwszy próbne wiercenie na głębokość 4,5 tys. metrów odbyło się w Markowali niedaleko Kozienic. W procesie szczelinowania hydraulicznego w podziemne złoża zostało wtłoczone 77 ton piasku i i 680 metrów sześciennych wody i specjalnych chemikaliów. Prace odbywają się przy wsparciu technologicznym amerykańskiego potentata – koncernu Halliburton. Pierwsze rezultaty pozwalają na ostrożny optymizm – są ślady gazu – potwierdził dyrektor biura poszukiwań w PGNiG Andrzej Maksym.

Potencjalne zyski już obliczają politycy. We wrześniu 2011 próbny odwiert w okolicach Wejherowa odwiedził premier Donald Tusk, oświadczając przy okazji, że do 2035 Polska zupełnie uniezależni się od importu gazu. Rząd pracuje też nad specustawą zakładającą opodatkowanie wydobycia gazu z łupków.

Czy uda się u nas powtórzyć amerykański sukces? Warunki wydobycia są w Polsce dużo trudniejsze – gazonośne łupki ukryte są głębiej. Trzeba sprostać bardziej surowym obostrzeniom związanym z ochroną środowiska. Większa gęstość zaludnienia może oznaczać protesty społeczności lokalnych i trudności ze znalezieniem odpowiednich działek pod wiercenia. Może to generować dodatkowe koszty i postawić pod znakiem zapytania rentowność przedsięwzięcia.

Szczelinowanie hydrauliczne

Kluczową technologią przy eksploatacji niekonwencjonalnych źródeł gazu jest szczelinowanie hydrauliczne. Proces ten polega na wtłaczaniu w warstwę skał łupkowych setek ton wody, piasku i substancji chemicznych. Powoduje to powstanie i ustabilizowanie sieci spękań poprzez które uwalnia się gaz.

Eksploatacja złoża gazu łupkowego (źródło: Al Granberg, propublica.org)

Szczelinowanie hydrauliczne jest procesem wymagającym użycia dużej ilości wody, oraz bliżej nieznanych związków chemicznych. Ich skład jest pilnie strzeżoną tajemnicą, co wzbudza wiele kontrowersji i podejrzeń. Trudno więc kompleksowo oszacować wpływ tej metody na środowisko naturalne. Doświadczenia ze Stanów Zjednoczonych wskazują, na zagrożenia związane z zanieczyszczenia wód gruntowych. Gazonośne złoża położone są ok. 2 000 metrów pod ziemią a najgłębsze ujęcia wody sięgają 200 metrów – nie ma więc obawy bezpośredniego przedostania się zanieczyszczeń. Kluczowe jest jednak odpowiednie uszczelnienie szybu, który stanowi drogę dla potencjalnych wycieków. Znane są przypadki zanieczyszczenia ujęć wody gazem z odwiertu. W rezultacie w niektórych domostwach wodę płynącą z kranu można było podpalić zapalniczką.

Kontrowersje związane z negatywnym oddziaływaniem szczelinowania na środowisko naturalne są wykorzystywane przez silne lobby przeciwników gazu łupkowego w UE. We Francji, pod naciskiem organizacji ekologicznych oraz partii zielonych parlament zakazał używania metod kruszenia hydraulicznego.  Francja, będąca atomowym mocarstwem (59 reaktorów pokrywa w  80%  całkowite zapotrzebowanie na energię elektryczną) może sobie na to pozwolić. Niepokoją jednak próby rozszerzenia zakazu na całą Unie.

Energia wiatrowa odgrywa coraz większą rolę w światowym bilansie energetycznym. Decyduje o tym przede wszystkim rozwój dużych farm wiatrowych, których koszty należy liczyć w milionach euro a zainstalowane moce w megawatach. Równolegle rozwija się także rynek tzw. mikroturbin wiatrowym, dzięki którym przysłowiowy Kowalski może wnieść swój mały wkład w rozwój energetyki wiatrowej.

Małą, przydomową elektrownie wiatrową powinny charakteryzować następujące paramatry:

• prosta i niezawodną konstrukcja,
• niewielki rozmiar i masa,
• przystępna cena.

Silnik wiatrowy (rotor)

W dużych elektrowniach ze względu na wysoką sprawność stosuje się niemal wyłącznie konstrukcje o poziomej osi obrotu. Rotory takie mają największą sprawność, wymagają jednak zaawansowanych technologii (skomplikowany profil aerodynamiczny łopat, mechanizm kierunkowania gondoli pod wiatr, bardzo wytrzymały maszt). Dlatego w małych konstrukcjach (szczególnie amatorskich), gdzie koszty i prostota są ważniejsze niż wyśrubowana wydajność, popularne jest stosowanie wirników z osią pionową. Takie rozwiązanie ma szereg poważnych zalet:

• brak mechanizmu „kierowania na wiatr”
• nie wymaga wysokich, kłopotliwych w montażu wysokich masztów,
• mały hałas
• odporność na silny wiatr – charakterystyka aerodynamiczna nie pozwala na nadmierne „rozbieganie” się wirnika

Jednym z najpopularniejszych rotorów o pionowej osi obrotu jest tzw Savonius (silnik Savoniusa). Łatwo go zbudować metodą chałupniczą wykorzystując rozkrojoną na pół … blaszaną beczkę.

Przykład wirnika o pionowej osi obrotu – rotor Savoniusa;
a) budowa b) zasada działania

Indywidualnie czy zespołowo

Małe elektrownie wiatrowe mogą pracować w dwóch systemach:

• autonomicznym – wyprodukowana energia zasila wydzieloną sieć,
• zsynchronizowanym – elektrownia jest sprzęgnięta z publiczną siecią elektroenergetyczną.

Praca na obwód wydzielony. Mała turbina wiatrowa świetnie się nadaje do zasilania wydzielonego obwodu prądu stałego – np. instalacji oświetleniowej ogrodu. Aby zapewnić ciągłość zasilania i uniezależnić się od kaprysów pogody z turbiną sprzęgnięty jest zespół akumulatorów. Nowoczesne źródła światła (np. żarówki LED) charakteryzują się bardzo małym poborem energii – dzięki temu można użyć wiatraka już o mocy kilkuset watów. Aby zwiększyć niezawodność układ można wzbogacić dodatkowo o panel fotowoltaniczny, który będzie dodatkowo doładowywał akumulatory w słoneczne dni.

System autonomiczny jest dosyć prosty i tani w budowie ma jednak poważne wady. Głównym problemem wydają się być akumulatory. Są to urządzenia drogie o niezbyt długiej żywotności (kilka, maksymalnie 5 lat). W przypadku całkowitego rozładowania (o co nietrudno w przypadku kilkudniowej bezwietrznej pogody) akumulatory ulegają stopniowemu zasiarczeniu, co dodatkowo skraca ich żywotność. W przypadku długo utrzymującej się korzystnej pogody powstaje nadwyżka energii, która nie mieści się w akumulatorach, w związku z czym jest bezpowrotnie tracona.

Sensowna w polskich warunkach wydaje się instalacja w której prąd wytworzony w turbinie wykorzysta się do przygotowania ciepłej wody użytkowej. Jest to najtańsza i najprostsza forma wykorzystania energii wiatru. Zyskujemy:

• maksymalną sprawność – cała wyprowadzona moc zostanie zamieniona w ciepło,
• prostotę – wahania mocy czy częstotliwości nie mają większego znaczenia – grzałka nie jest wymagającym odbiornikiem

Jedna z najprostszych form wykorzystania energii wiatru – wspomaganie ogrzewania ciepłej wody użytkowej.

Pozostaje wykonanie bilansu ekonomicznego. Przykładowo na ogrzanie dobrze ocieplonego domu o powierzchni 120m rocznie potrzeba ok. 12 000 kWh (100 kWh rocznie ma 1m2). Przygotowanie ciepłej wody użytkowej dla 4 osobowej rodziny to dodatkowo 1600 kWh rocznie (źródło: mojaenergia.pl) W polskich warunkach szacuje się, że z turbiny o mocy 2 kW otrzymamy średnio 5 kWh dziennie – a więc niecałe 2000 kWh rocznie co stanowi 15% zapotrzebowania.

Praca na sieć sztywną. Na rynku dostępne są małe turbiny wyposażone w inwerter – urządzenie które reguluje napięcie i częstotliwość do poziomu umożliwiającego synchronizację elektrowni z siecią. Sieć spełnia w tym układzie rolę gigantycznego akumulatora, który zapewnia odbiór wyprodukowanej energii i pewność ciągłości zasilania w bezwietrzne dni. Aby przyłączyć do sieci urządzenie wytwórcze jakim jest wiatrak i zarabiać na wyprodukowanej energii należy podpisać stosowna umowę z lokalnym zakładem energetycznym. I tutaj zaczynają się schody i piętrzą dodatkowe koszty. Trzeba będzie wykonać odpowiednie przyłącze wiatraka do sieci z zaawansowaną automatyką dbającą o odpowiednie parametry energii produkowanej w elektrowni i umożliwiającą synchronizację z siecią. Nieuchronne jest też zderzenie z barierą biurokratyczną – niezbędna będzie koncesja na wytwarzanie energii, oraz zarejestrowanie działalności gospodarczej. Po podliczeniu dodatkowych kosztów szybko okazuje się przedsięwzięcie jest mocno nieopłacalne. Dlatego jasno trzeba sobie powiedzieć, że o dodatnim rachunku ekonomicznym możemy mówić przy turbinach o mocach zaczynających się od kilkuset kilowatów.

System hybrydowy – turbina wiatrowa wspomagana jest przez ogniwa fotowoltaiczne; kontroler dba o odpowiednie parametry jakościowe energii (napięcie, częstotliwość, ciągłość zasilania) i pozwala jej nadwyżkę oddawać do sieci.

Rozmiar ma znaczenie czyli test małych elektrowni

Low-Tech Magazine przeprowadził test małych turbin wiatrowych. W okresie marzec 2008 – marzec 2009 w Holandii zamontowano obok siebie 12 małych elektrowni. Średnia prędkość wiatru w tym okresie wyniosła 3,8 m/s – warunki wietrzne były więc porównywalne z występującymi w Polsce. Trzy wiatraki ze względu na awarię nie ukończyły testu – wyniki pozostałych w tabeli poniżej.

Małe elektrownie wiatrowe testowane przez Low-tech magazine

Test przeprowadzony w warunkach wietrznych podobnych jak w Polsce (średnia prędkość wiatru zawierająca się w granicach 2,5 – 4m/s) przyniósł dość przygnębiające wyniki. Okazało się że w przypadku małych turbin nie może być mowy o jakiejkolwiek opłacalności. Dość powiedzieć, że najlepszy obliczony czas zwrotu inwestycji (dla wiatraka SkyStream, przy założeniu że wyprodukowaną energię odkupi ZE w cenie 0,4zł/kWh ) wyniósł… 53 lata. Nad wynikami reszty urządzeń można litościwie opuścić zasłonę milczenia.

Czy zatem mała energetyka wiatrowa nie ma przyszłości? Niestety biorąc pod uwagę koszt zakupu elektrowni, bariery biurokratyczne i dosyć przeciętne warunki wiatrowe na większości obszaru kraju należy się spodziewać, że małe wiatraki jeszcze długo pozostaną domeną fascynatów i domorosłych konstruktorów.

Porównanie małych elektrownii wiatrowych – na podstawie danych z testu przeprowadzonego przez Low-tech magazine. Rezultaty testu odzierają ze złudzeń – nie ma mowy o żadniej rentowności. Produkcja energii w małych wiatrakach przy umiarkowanych warunkach wietrznych jest poprostu nieopłacalna. Kolejna ciekawa obserwacja – wielkość wyprodukowanej energii zależy w większym stopniu od średnicy śmigła niż mocy znamionowej podawanej przez producenta.

Co leży pod Legnicą?

W latach 50-tych, przy okazji poszukiwań i dokumentowania złóż miedzi pod Legnicą odkryto bardzo bogate złoża węgla brunatnego. Szacuje się je na ok. 15 mld ton. Obecnie w tym regionie istnieje największy w europie miedziowy kompleks górniczo-hutniczy (KGHM Polska Miedź) będący podstawą egzystencji dla 150 tys osób. Według prognoz wydobycie rudy miedzi zacznie się zmniejszać od około 2016 r., a wyraźny spadek tego wydobycia nastąpi po 2025 r. (źródło – ministerstwo gospodarki). Eksploatacja złóż węgla może być więc jedyną receptą na utrzymanie zatrudnienia w tym rejonie.

Największe złoża węgla brunatnego w Polsce.

Węgiel brunatny jest skałą osadową pochodzenia roślinnego nadającą się do użycia jako paliwo. Stanowi formą pośrednią między torfem i węglem kamiennym. Jego transport jest trudny i mało opłacalny ze względu na duże zawilgocenie i stosunkowo niską wartość opałową. Dlatego najczęściej wykorzystuje się go lokalnie – tzn. elektrownie buduje się blisko kopalni odkrywkowej. Węgiel i przykrywający go nakład są urabiane przez olbrzymie koparki kołowe, transportowane taśmociągami i usypywane na zwałowiskach przez zwałowarki. W Polsce zlokalizowanych jest szereg bogatych złóż węgla brunatnego (szacuje się je nawet na 150 mld ton). W sumie umożliwiają one utrzymanie obecnego poziomu wydobycia przez 512 lat (Jacek Balcewicz – Węgiel brunatny: Niedoceniany skarb). Za najbardziej atrakcyjne uznaje się złoże Legnickie. Jego zasoby przekraczają ponad dwukrotnie wszystkie obecnie eksploatowane w kraju. Spoczywający tam węgiel posiada wysoką wartość opałową – nawet 20% większą niż wydobywany w Bełchatowie.

Kopalnia węgla brunatnego i elektrownia „Bełchatów”, największa do tej pory elektrownia w Polsce; wytwarza rocznie ok 20% energii krajowej; (źródło: Wikipedia Commons)

Elektrownia węglowa czy atomowa?

W ostatnich latach coraz częściej mówi się o budowie w Polsce elektrowni atomowej. Mimo wielu zalet rozwiązanie to ma dość istotną wadę – nie posiadając odpowiedniego zaplecza naukowo-przemysłowego skazuje nas na kosztowny import urządzeń i technologii. Tymczasem wydobycie i wykorzystanie energetyczne węgla brunatnego jest doskonale opanowane przez rodzimy przemysł. Przykładem może być zagłębie górniczo-energetyczne w Bełchatowie (elektrownia o mocy prawie 4,5 GW i powiązana z nią kopalnia odkrywkowa). Wieloletnia eksploatacja złóż węgla brunatnego spowodowała wykształcenie się szerokiego zaplecza naukowego i przemysłowego. Maszyny produkowane w Polsce mają opinie bardzo nowoczesnych – nie ustępujących produktom najlepszych firm światowych. Dzięki temu budowa nowego zagłębia górniczo-energetycznego mogłaby się odbyć w oparciu o przemysł krajowy z korzyścią dla gospodarki narodowej.

Zwałowarka ZGOT-15400.120 – oddana do użytku w 2004 r. dla kopalni w Bełchatowie, jedna z największych i najnowocześniejszych maszyn tego typu na świecie. Wytwór polskiej myśli technicznej, uhonorowany nagrodą NOT I Stopnia – najbardziej prestiżową nagrodą w dziedzinie techniki w Polsce. Źródło: SKW – Biuro Projektowo Tehniczne

Węgiel brunatny ma dziś strategiczne znaczenie dla polskiej elektroenergetyki – ok 30% produkowanej w kraju energii elektrycznej pochodzi z elektrowni opalanych węglem brunatnym. I jest to energia tania – ok. 30% tańsza niż z węgla kamiennego. Dlatego zadziwiający jest fakt, że mimo udokumentowania złoża, przez dziesiątki lat nie zostało ono zabezpieczone. W rejonie tym rozwijała się zabudowa, wytyczono nawet przez nie drogę S3 na odcinku Lubin-Legnica. Na szczęście wkrótce może się to zmienić – w dokumencie Ministerstwa Gospodarki Polityka energetyczna Polski do 2025″ zapisano: „… przewidywany stały wzrost zapotrzebowania na energii elektrycznej powoduje, iż szczególnie istotnym zagadnieniem staje się zapewnienie wystarczającego potencjału wytwórczego tej energii, z odpowiednim wykorzystaniem krajowych źródeł energii pierwotnej. Szczególną rolę w tym zakresie będzie nadal odgrywał węgiel brunatny, najtańszy nośnik energii pierwotnej w kraju. Wiąże się to jednak z koniecznością udostępnienia nowych złóż tego węgla i budową nowych mocy w horyzoncie 2025 r.”

Ile to będzie kosztować?

Eksploatacja złoża Legnickiego wymagać będzie wielkich nakładów liczonych w miliardach złotych. Na brak potencjalnych inwestorów nie można jednak narzekać. Swojego zainteresowania nie ukrywa koncern miedziowy KGHM. Wystąpił do Unii Europejskiej o dotację na dopracowanie metody eksploatacji złożą, która nie niszczy środowiska naturalnego. Legnickimi złożami chciałby się także zająć największy producent prądu w kraju – Polska Grupa Energetyczna w skład której wchodzi holding BOT, dziś eksploatujący złoża węgla brunatnego pod Bełchatowem i Turowem. Do wyścigu włączył się też szwedzki koncern Vattenfall – za ok 5 mld euro chce postawić elektrownie o mocy 4GW. Na początku byłaby opalana węglem kamiennym, docelowo – węglem brunatnym z kopalni odkrywkowej.

Średni koszt 1GJ energii elektrycznej pochodzącej z różnych źródeł (źródło: dr Jacek ROBERT KASIŃSKI – Węgiel brunatny – czy w przyszłości podstawa bezpieczeństwa energetycznego państwa?)

Złoże Legnickie może przez długie lata stanowić podstawę bezpieczeństwa energetycznego Polski. Jego zagospodarowanie będzie procesem długotrwałym, więc decyzje inwestycyjne powinny zostać podjęte jak najprędzej. Szacuje się, że jeśli w bieżącym roku zostaną rozpoczęte prace studialne i projektowe, pierwszy węgiel z odkrywki do nowej elektrowni popłynie przenośnikami taśmowymi w 2020 r.

Planowe wydobycie węgla brunatnego w Polsce (na podstawie danych z artykułu – Projektowanie i budowa Kopalni Węgla Brunatnego „Legnica” – Jacek Libicki, Zdzisław Tarasiewicz).

Zagrożenia dla środowiska

Zagospodarowanie złoża Legnica będzie wiązało się z szeregiem uciążliwości i zagrożeń dla środowiska naturalnego.
Węgiel wydobywany będzie prawdopodobnie metodą okrywową. Oznacza to, że przyszła kopalnia zajmie ok. 3000 ha terenu. (wykop, zwałowisko, place zagospodarowania, przenośniki, drogi), co wiąże się z likwidacją okolicznych wsi i przesiedleniem ok 1,5 tys mieszkańców. Aby dostać się do pokładu surowca trzeba zdjąć wierzchnią, przeważnie kilkudziesięciometrową warstwę nakładu. W efekcie powstanie dziura w ziemi powierzchni ok. 700 ha i głębokości nawet 200 m. Na szczęście nowoczesne sposoby rekultywacji pozwalają po zakończeniu eksploatacji w znacznym stopniu przywrócić obszar kopalni środowisku naturalnemu.

Panorama kopalni odkrywkowej Garzweiler (Niemcy), źródło: wikipedia. Kopalnia odkrywkowa to w istocie gigantyczna dziura w ziemi o powierzchni setek hektarów. Urobek jest transportowany przenośnikami taśmowymi bezpośrednio do elektrowni – pozwala to zredukować koszty transportu.

Aby zabezpieczyć teren wykopu przed podtapianiem niezbędne będzie obniżenie poziomu wód gruntowych. Może to spowodować zanik lub obniżenie wydajności okolicznych studni i ujęć wody. Zanieczyszczenie powietrza ma być niemal całkowicie wyeliminowane dzięki budowie instalacji odsiarczania i odazotowania spalin. W związku z ostrymi limitami wielkim problemem będzie ograniczenie emisji dwutlenku węgla. Nieuniknione także się wydają protesty organizacji ekologicznych, tym bardziej bardziej że kopalnia będzie ingerowała w obszar częściowo włączony do programu Natura 2000.

Bagger-288 – niemiecka koparka kołowa używana w kopalniach odkrywkowych, prawdopodobnie największa maszyna tego typu na świecie, w drodze do wyrobiska (źródło: Wikipedia Commons)

Węgiel brunatny nie jest na pewno wymarzonym paliwem. Utrwala scentralizowany, kosztowny i ingerujący w środowisko model systemu elektroenergetycznego. Wobec słabości odnawialnych źródeł energii jest jednak jedyną szansą na samodzielne zaspokojenie energetycznych potrzeb kraju.

Bibliografia

• Projektowanie i budowa Kopalni Węgla Brunatnego „Legnica” – Jacek Libicki, Zdzisław Tarasiewicz,
• Wydobycie węgla brunatnego w Polsce – osiągnięcia i perspektywy – Z. Kasztelewicz, J. Klich, Stanisław Żuk,
• Węgiel brunatny: Niedoceniany skarb – Jacek Balcewicz,
• Stan górnictwa węgla brunatnego w Polsce w 2007 roku – Zbigniew Grudziński, Urszula Lorenz, Tadeusz Olkuski.

Ogrzewanie

Najwięcej energii w gospodarstwach domowych w Polscy pochłania ogrzewania. Jeżeli myślimy o oszczędzaniu powinniśmy w pierwszej kolejności zredukować zużycie energii na cele grzewcze. Najlepsze efekty przynosi ocieplenie budynku. Spółdzielnie mieszkaniowe, systematycznie poddają swoje bloki procesowi ocieplenia – mogą na ten cel uzyskać preferencyjne kredyty termomodernizacyjne dotowane przez państwo. Docieplenie budynku pozwala zaoszczędzić 20-30% energii. Opłaty za centralne ogrzewanie to średnio aż 60 procent opłat za mieszkanie.

Struktura zużycia energii w gospodarstwach domowych w 2002 r. w Polsce (na podstawie danych z Głównego Urzędu Statystycznego – „Efektywność wykorzystania energii w latach 1994 – 2004”)

Zadziwiająco wymierne efekty przyniesie też stosowanie się do kilku prostych rad:

• nie nagrzewaj nadmiernie – optymalna temperatura to 20°C – 21°C,
• na noc zasłaniaj okna (zasłonami, roletami), ograniczą uciekanie ciepła,
• nie dopuszczaj do wychłodzenia mieszkania, lepiej wietrzyć krótko ale intensywnie,
• stosuj automatykę sterującą pozwalającą redukować temperaturę w nocy i kiedy nikogo nie ma w domu.
• zwiększenie temperatury w pomieszczeniu o 1°C zwiększa zużycie energii o ok. 5 %, a więc pokochaj niską temperaturę…

Urządzenia elektryczne

O oszczędzaniu energii możemy pomyśleć już w momencie zakupu urządzenia AGD zwracając uwagę na jego energochłonność. Aby ułatwić klientom wybór Unia Europejska wymusiła umieszczanie specjalnych etykiet energetycznych na urządzeniach AGD i źródłach światła. Znajduje się na nich informacja o zużyciu energii i przyznana produktowi klasa energetyczna.

Struktura zużycia energii elektrycznej a) w gospodarstwach domowych, gdzie prąd wykorzystywany jest do ogrzewania pomieszczeń, ciepłej wody i gotowania posiłków, b) w gospodarstwie domowym, gdzie prąd zużywany jest jedynie do zasilania urządzeń AGD, RTV i osietlenia; na podstawie danych z mojaenergia.pl

Klasa energetyczna to skala określająca efektywność urządzenia – od litery A (dla najbardziej oszczędnych) do G (dla najmniej oszczędnych). Wyznacza się ją poprzez porównanie rocznego zużycia energii przez dane urządzenie do standardowego zużycia energii tego typu urządzeń. Czasami można spotkać także oznaczenie A+ a nawet A++ – oznaczają one jeszcze większą efektywność. Zazwyczaj urządzenia o wyższej klasie energetycznej są nieco droższe. Ich zakup można jednak potraktować jak inwestycje – wyższa cena zakupu zwróci się dzięki niższym rachunkom za energię

Roczne koszty energii zużywanej przez wybrane urządzenia AGD o różnej klasie energetycznej (na podstawie danych z: Jerzy Wojtulewicz, Arkadiusz Osicki, Sławomir Pasierb – Oszacowanie potencjału zmniejszenia zużycia energii elektrycznej w gospodarstwach domowych w Polsce).

Oszczędzanie energii nie kończy się na zakupie oszczędnego urządzenia. Równie ważne jest jego efektywne użytkowanie. Poniższe porady mogą się w tym względzie okazać pomocne.

Lodówka

• ustaw lodówkę w chłodnym miejscu – tzn. z dala od źródeł ciepła, takich jak grzejniki lub kuchenki, w miarę możliwości nie powinno padać na nią słońce,
• często rozmrażaj i myj lodówkę – gruba warstwa szronu zwiększa zużycie energii,
• nie wkładaj gorących produktów – poczekaj aż wystygną,
• otwieraj lodówkę tak krótko jak to możliwe.

Zmywarka

• uruchamiaj zmywarkę tylko gdy jest pełna,
• usuń resztki jedzenia z naczyń prze włożeniem do zmywarki,
• używaj programów oszczędnych.

Piekarnik i kuchenka

• dostosuj wielkość garnka do wielkości palnika/płyty – najlepiej żeby naczynie miało większą średnicę,
• podczas gotowania używaj przykrywek – gotowanie w zamkniętych naczyniach zmniejsza nawet o 30% zużycie energii,
• używaj garnków o gładkim, dobrze oczyszczonym dnie – brudne dno może zwiększyć zużycie energii nawet o 50 %.

Pralka

• uruchamiaj pranie kiedy pralka jest pełna,
• korzystaj z programów energooszczędnych,
• kupuj nowoczesne pralki – posiadają szereg funkcji i programów pozwalających oszczędzać energię, np. funkcje ważenia wsadu i doboru ilości wody do prania.

Oświetlenie

• wszędzie gdzie używasz światła przez dłuższy czas używaj nowoczesnych żarówek energooszczędnych – zużywają one pięciokrotnie mniej energii niż tradycyjne żarówki,
• stosuj kilka punktowych źródeł światła zamiast jednego o dużej mocy,
• jasny kolor ścian powoduje zmniejszenie zapotrzebowania na oświetlenie.

Nowoczesne świetlówki kompaktowe (fluorescencyjne) zużywają ok 5 razy mniej energii niż tradycyjne żarówki i są trwalsze. W Australii do 2010 roku zwykłe żarówki mają być całkowicie wycofane z sprzedaży. Jednak, o czym często zapominają ekolodzy, posiadają szereg poważnych wad – przede wszystkim zawierają rtęć – pierwiastek silnie toksyczny. Przy masowej produkcji nieunikniony jest więc problem utylizacji zużytych świetlówek.

Tryb Stand By

Większość dostępnych dzisiaj urządzeń audio/video (telewizory, monitory, zestawy stereo) po wyłączeniu przechodzi w tryb czuwania – tzw. tryb standby. Okazuje się, że urządzenie w takim stanie może pobierać znaczącą ilość energii – nawet kilkanaście Wat mocy. Szacuje się, że w przeciętnym gospodarstwie domowym w Polsce łączna moc trybu standby wynosi ok. 20W. Można się w związku z tym spodziewać większego rachunku za energię o 62 zł w skali roku (ceny z 2006 r. – źródło: Jerzy Wojtulewicz, Arkadiusz Osicki, Sławomir Pasierb – Oszacowanie potencjału zmniejszenia zużycia energii elektrycznej w gospodarstwach domowych w Polsce)

Ceny ropy sięgają 100 dolarów za baryłkę. Prognozy są nieubłagane – ropa się kończy, a więc będzie już tylko drożeć. Czy wobec tego jesteśmy skazani na przesiadkę na rowery? Na szczęście nie – istnieje alternatywa w postaci napędu elektrycznego.

Silnik elektryczny nadaje się doskonale do napędzania aut. Jest lekki, tani i niezawodny. Rozwija duży moment, dostępny już od najniższych obrotów. Sprawność pojazdów z napędem elektrycznym wynosi ok. 75-80% podczas gdy pojazdów spalających paliwo ok. 15-20% (źródło). Posiada tylko jedną wadę – energia elektryczna jest trudna do magazynowania. Akumulatory są ciężkie i nie potrafią zgromadzić tyle energii co ropa. Z ograniczonej pojemności akumulatorów bierze się największa wada samochodu elektrycznego – krótki zasięg. 100 – 150 km na jednym ładowaniu, często wywołuje uśmiech politowania wśród zwolenników benzyny i ropy. Ale czy rzeczywiście potrzeba nam więcej? Badania wykazują, że 90% kierowców w Stanach dziennie pokonuje mniej niż 50km, głównie na dojazdy do pracy i zakupy. Takiemu zadaniu „elektryk” może podołać już dzisiaj.

EV1, czyli kto zabił samochód elektryczny

Koncepcja auta elektrycznego, zwanego z angielskiego EV (Electric Vehicle) powraca regularnie przy okazji kolejnych kryzysów naftowych. Nie udało się jej jednak do tej pory zawojować rynku. Wydaje się, że najbliższy osiągnięcia sukcesu był koncern General Motors. W połowie lat dziewięćdziesiątych zaprezentował model EV1 i wdrożył dla niego specjalny program. Prawie 900 aut trafiło do indywidualnych użytkowników, którzy mieli testować auto. Mimo wielu usterek, charakterystycznych ze względu na pionierski charakter konstrukcji, opinie użytkowników były entuzjastyczne. Szczególnie dotyczyły one drugiej generacji, wyprodukowanej w latach 1998-1999r.

EV1, pierwszy samochód elektryczny który miał szanse odnieść sukces rynkowy. Opływowa karoseria zapewniała niski współczynnik oporu powietrza.

Jednak w 2000 roku, w nie do końca jasnych okolicznościach GM postanowił skasować program. Auta, pomimo protestów zostały odebrane użytkownikom i trafiły na złom. EV1 z końca lat 90-tych miał zupełnie przyzwoite osiągi – do setki rozpędzał się w 9 s, przy ekonomicznej jeździe miał zasięg do 250 km . Zbiornikiem energii było 26 akumulatorów kwasowo-ołowiowych, które mogły łącznie zgromadzić 17,6 kWh energii. Historia EV1 została przedstawiona w dokumentalnym filmie Who Killed the Electric Car? (2006)

Program EV-1, mimo protestów został skasowany w 2000 roku, a auta dokończyły żywota na złomowisku

Wodór kontra akumulator

Ostatnio, coraz częściej za przyszłość motoryzacji uważa się auta elektryczne z ogniwami paliwowymi. Wymagają one niezwykle drogich stacji napełniania wodoru, oraz wybudowania potężnej infrastruktury związanej z wytwarzaniem, transportem i składowaniem tego paliwa. Aby wodór zastąpił ropę muszą minąć dziesięciolecia, tymczasem akumulatory dostępne są już dziś. Nie oferują oszałamiających osiągów – szczególnie zasięg i czas ładowania pozostawiają wiele do życzenia, jednak rekompensują to kosztami eksploatacji. No i nie potrzebują nowych stacji benzynowych – akumulatory mogą być ładowane z domowych gniazdek elektrycznych.

Tesla Roadster – bryka dla terminatora

„Pal gumę, nie benzynę”, głosi slogan reklamowy Tesla Roadster. Firma ta narodziła się w Santa Clara – samym sercu Doliny Krzemowej, kojarzonej do tej pory raczej z branżą komputerową. Nic dziwnego – jej głównymi udziałowcami są bonzowie branży internetowej, związani z takimi gigantami jak Google, eBay czy PayPal.

Tesla Motors właśnie wprowadza na rynek swoje dziecko – Tesla Roadster – dwumiejscowe elektryczne auto sportowe, mające ambicje konkurować z produktami takich motoryzacyjnych tuzów jak Porsche czy Ferrari. Dla wielu fanów motoryzacji takie zestawienie może być nie do przyjęcia. Zmienią jednak zdanie po przejażdżce elektrycznym roadsterem – przyspieszenie od 0 do100 km/h w 4s, prędkość maksymalna – 217 km/h , 250 KM – takie osiągi muszą budzić szacunek.

Tesla Roadster.

250 KM z silnika elektrycznego zasilanego bateriami od laptopów? Niewiarygodne, ale jednak prawdziwe. Producenci chwalą się użyciem jednego z największych i najbezpieczniejszych modułów baterii litowo-jonowych. Składa się z 6831 pojedynczych baterii, wymiarami zbliżonych do zwykłych paluszków. W sumie całość waży 450 kg i może zgromadzić 53 kWh energii elektrycznej. Bateria może być ładowana ze zwykłego gniazdka – trwa to 3,5 godz i pozwala przejechać nawet 400 km .

Wolniej, wolniej! Tak miał podobno krzyczeć Arnold Schwarzenegger do kierowcy podczas przejażdżki Tesla Roadsterem.

Dużym wyzwaniem jest zapewnienie bezpiecznego funkcjonowania tak dużego akumulatora. Baterie litowo-jonowe mają bowiem tendencje do silnego nagrzewania się, co w skrajnych przypadkach może spowodować pożar lub eksplozje. Dlatego zastosowano szereg zabezpieczeń – parametry każdej komórki są na bieżąco monitorowane przez układy czujników– jeśli komputer zarządzający pracą baterii stwierdzi niebezpieczne odchylenia od normalnej pracy komórka jest odłączana.

Gniazdko elektryczne zamiast wlewu do baku paliwa.

Seryjna produkcja ma ruszyć jeszcze w tym roku. Do tej pory, ok. 100 sztuk auta trafiło do indywidualnych użytkowników. Wśród szczęśliwych nabywców znaleźli się podobno George Clooney i Arnold Schwarzenegger.

G-wiz

Tesla Roadster ze względu na cenę jest poza zasięgiem przeciętnego kierowcy.Czy zatem nie istnieje auto elektryczne dostępne dla ludu? Okazuje się, że istnieje. W Anglii, za niecałe 9 tys funtów można kupić model G-Wiz – dwuosobowy, miejski samochód elektryczny, zaprojektowany przez indyjski koncern Reva. Po londyńskich ulicach jeździ już około 700 tych samochodzików. Nie znajdziemy na ich pokładzie nowinek technicznych porównywalnych z Tesla Roadster – zamiast baterii litowo-jonowych użyto w nich 8 tradycyjnych akumulatorów kwasowych, które w sumie mogą zmagazynować 9,6 kWh energii. Autko można rozpędzić do 80 km/h , maksymalny zasięg to 77km.

G-wiz może nie grzeszy urodą, ale pod względem kosztów eksploatacji (nawet 2,5 zł/100 km) nie może się z nim równać żaden benzyniak

Mierne osiągi rekompensują niskie koszty eksploatacji. Auto na przejechanie 100 km potrzebuje 12 kWh energii. Przyjmując cenę prądu 0,4 zł/kWh, uzyskujemy koszt poniżej 5 zł/100 km. Akumulatory można ładować w nocy korzystając z tańszej taryfy – wtedy koszt jeszcze bardziej spadnie do ok. 2,5 zł/100 km. To tak, jakby samochód z silnikiem benzynowym spalał 0,6 l/100 km.

Zobacz test G-wiz z angielskiego programu motoryzacyjnego Top-Gear. Niestety autko chyba raczej nie przypadło do gustu testującym…

Kontrowersję na Wyspach wywołały wyniki crash-testów, którym poddano G-Wiz na zlecenie magazynu Top Gear. Jak łatwo się domyślić, ze względu na małe rozmiary i plastikową karoserię auto wypadło w nich fatalnie. Konsorcjum Reva tłumaczy, że poddawanie ich konstrukcji takim samym testom jak zwykłych samochodów jest nieporozumieniem. Cash-test był przeprowadzony przy prędkości 40 mil/godz, podczas gdy w ruchu miejskim średnia prędkość G-wiz to 10mil/godz.

Dwie koncepcje auta elektrycznego – Tesla Roadster i G-wiz – porównanie parametrów technicznych oraz ceny.

Być może samochody elektryczne nie prędko zawojują rynek i minie wiele lat zanim zastąpią auta benzynowe. Ale warto trzymać za to kciuki – elektryczna motoryzacja to koniec smogu, hałasu i dyktatu szejków naftowych…

Sprawa na pozór wydaje się prosta. Wystarczy sprawdzić moc zasilacza, pomnożyć ją przez czas pracy komputera i mamy ilość zużytej energii.

koszt[zł]=moc[kW] x czas[h] x cena energii[zł/kWh]

Jednak wynik jaki otrzymamy nie będzie miał wiele wspólnego z rzeczywistością. Na tabliczkach znamionowych podawana jest bowiem moc maksymalna zasilacza. Faktyczne zapotrzebowanie komputera na energię na szczęście okaże się nieco niższe. No chyba, że mamy zainstalowane dwa dyski twarde, dwie karty graficzne, kilka wiatraków i kart rozszerzeń.

Energochłonność podzespołów przykładowego komputera PC. Zaprezentowane są tu wartości maksymalne, faktyczne zużycie energii podczas normalnej pracy będzie niższe.

Ile energii zjada nasz zestaw komputerowy zależy od użytych podzespołów oraz rodzaju pracy. Podczas zadań obciążających procesor, pamięć, dysk i kartę grafiki (np. gra 3D) zużycie energii będzie większe niż podczas pracy w edytorze tekstu.

Porównanie mocy przykładowych komputerów zbudowanych na platformie AMD 64 X2 i Intel Core 2 Duo (2x 1024 MB RAM, dysk: Samsung 320 GB, grafika: Geforce 8600 GTS, bez monitora), na podstawie danych z http://www.tomshardware.com

Istotny wkład w zużycie energii przez zestaw komputerowy ma monitor. Przykładowo – 17 calowy kineskopowy (CRT) Philips zużywa od 90 do 125 W (w zależności od rozdzielczości i akurat wyświetlanych kolorów). Nieco oszczędniejsze są nowoczesne monitory ciekłokrystaliczne (LCD). W zależności od ustawień jaskrawości siedemnastka LCD w czasie pracy może pożerać od 30 do 60 W. Co ciekawe, nawet wyłączenie monitora, zarówno LCD jak i CRT przyciskiem na obudowie nie powoduje całkowitego odcięcia urządzeń od sieci – wciąż mogą pobierać nawet 5W mocy.

Wyścig procesorów trwa w najlepsze – każdego roku na rynku ukazują się jednostki o coraz większej mocy obliczeniowej, taktowane coraz wyższą częstotliwością. Wraz z tym rozwojem rośnie ich apetyt na energię. Pierwsze procesory pentium (pierwsza połowa lat dziewięćdziesiątych) zużywały 10W, współczesne przewyższają tą wartość dziesięciokrotnie.

Zapotrzebowanie na energię kolejnych generacji procesorów Intel (Pentium I 166MHz, 1996r. – Core 2 Quad, 2007r.)

W domowym zestawie komputerowym, rekordowym apetytem na energię może pochwalić się drukarka laserowa – w czasie drukowania może pobierać z sieci 500W. Moc ta w większości jest zużywana przez grzałkę, wprasowującą toner w papier. Zważywszy na fakt, że jest to sprzęt używany dość sporadycznie, drukarka nie zwiększy na szczęście znacząco sumy na rachunku za energię.

A więc ile kosztuje energia zużywana przez nasz komputer? Średni pobór mocy większości nowych komputerów biurkowych wraz z monitorem LCD waha się w okolicach 150 W. Spróbujmy rozpatrzyć kilka standardowych przypadków używania komputera

• komputer używany sporadycznie – 2 godziny dziennie – miesięczny koszt: ok. 3,6 zł
• komputer używany intensywnie – 8 godziny dziennie – miesięczny koszt: ok. 14,4 zł
• komputer pracuje non-stop (np. ściągając pliki z sieci P2P) – miesięczny koszt: ok. 43,2 zł

Oczywiście powyższy przykład ma charakter czysto poglądowy. Rzeczywisty koszt zależy od tak wielu czynników, że wymaga indywidualnego oszacowania. Jedynym pewnym sposobem na dokładne sprawdzenie ilości zużywanej energii jest dokonanie pomiaru za pomocą licznika energii. Aby ułatwić sobie oszacowanie teoretyczne, można skorzystać z wygodnego kalkulatora.

O ile w przemyśle motoryzacyjnym naukowcy mają dosyć szerokie pole do popisu w postaci biopaliw (biodiesel na bazie oleju roślinnego lub etanol), LPG, wodoru czy też napędu elektrycznego, dla lotnictwa nie udało się wdrożyć do tej pory żadnej sensownej alternatywny. Ale wkrótce może to się zmienić.

Kerozyna – lotnicze paliwo idealne

Paliwo lotnicze, ze względu na specyficzne warunki pracy musi spełnić wiele wymagań. Ponieważ w grę wchodzi bezpieczeństwo pasażerów nie można sobie pozwolić na żadne kompromisy. Istotne są następujące parametry:

1. Duża ilość energii ze spalania w stosunku do masy i objętości paliwa. W samolotach istotna jest waga i objętość – paliwo nie może być zbyt ciężkie i zajmować zbyt dużą objętość.
2. Wytrzymałość na niskie temperatury. Na każde 100 m wysokości temperatura spada o 0,65 stopni C, a więc na wysokości rejsowych maszyn pasażerskich (10 000 m) wynosi nawet –50 stopni C.
3. Stabilność cieplna. Właściwości paliwa nie powinny się zmieniać w wyniku zmiany temperatury.

Masa i objętość paliwa w stosunku do uzyskiwanej energii. Najbardziej zbliżone parametry w stosunku do nafty lotniczej posiada biodiesel. Interesujące właściwości ma wodór – z jednego kilograma można uzyskać prawie 3 razy więcej energii niż z nafty – jest to cenna właściwość w lotnictwie, gdzie liczy się niski ciężar. Niestety, kilogram ciekłego wodoru zajmuje objętość ok 4 razy większą niż nafta o tej samej masie.

Powyższe wymagania doskonale spełnia obecnie używane paliwo – kerozyna (nafta lotnicza), otrzymywana z ropy naftowej. Ze względu na niską liczbę oktanową i prostą technologię wytwarzania jest stosunkowo tania – tańsza niż benzyna czy diesel. Niestety, wszystko wskazuje, że era taniej i dostępnej ropy odchodzi w przeszłość, więc najwyższy czas zastanowić się, na czym będą latać samoloty za kilkadziesiąt lat. Nafta lotnicza ma niestety także swój wkład w emisję dwutlenku węgla, któremu przypisuje się odpowiedzialność za globalne ocieplenie. Szacuje sie, że samolot pasażerski na trasie z Los Angeles do Nowego Jorku (5000 mil) emituje do atmosfery 1,5 ton CO2. Na jednego pasażera.

Samolot odrzutowy nie poleci na przysłowiowej kropelce – startujący F-16 zużywa nawet 2 litry paliwa lotniczego na sekundę.

Biodiesel

Biodiesel (paliwo na bazie oleju roślinnego) może być spalany w silniku odrzutowym. Największą przeszkodą jest wysoka temperatura zamarzania – ok. 0 stopnia C (tradycyjne nafta lotnicze zamarza w temperaturach -40 stopni C). Paliwo w czasie lotu musi pozostawać w stanie płynnym aby mogło być pompowane do silnika. Rozwiązaniem mogą być domieszki substancji które obniżą punkt zamarzania. W 2007 roku udało się Amerykanom uzyskać biodiesel utrzymujący stan płynny nawet do -15 ºC, co umożliwiło przeprowadznie pierwszego lotu samolotem odrzutowym napędzanym w 100% biopaliwem (źródło: greenflightinternational). Mimo to, bardziej realne wydaje się upowszechnienia na szerszą skalę mieszaniny biodiesla z naftą lotniczą.

Pierwszy samolot odrzutowy, który w 2007 r. odbył lot na 100 % biodieselu. Samolot to Czechosłowacki L-29, maszyna szkoleniowa, która w latach 60-tych konkurowała i wygrała z naszą Iskrą (TS-11 Iskra) w konkursie na wojskowy samolot szkoleniowy dla Układu Warszawskiego. Zatem do powiedzenia, że „polski pilot poleci nawet na wrotach od stodoły” możemy dodać nowe, że czeski samolot poleci nawet na oleju spożywczym:)

Richard Branson, brytyjski multimiliarder, właściciel linii Virgin Atlantic zapowiedział na ten rok pierwszy lot Boeinga 747 na paliwie z 20% domieszką biokomponentów. Producent silników Boeinga – GE Aviation twierdzi, że niepotrzebne są w związku z tym zmiany kontrukcyjne, nie przewiduje również negatywnego wpływu na osiągi samolotu – prędkość i zasięg pozostaną bez zmian.

Mimo wzrostu cen, ropa jest jednak wciąż tańsza niż biopaliwa. Poza tym niemożliwe jest całkowite zastąpienie nafty lotniczej przez biopaliwa – po prostu nie ma na świecie wystarczającej ilości ziemi rolniczej pod uprawy energetyczne. Istnieje też niebezpieczeństwo rabunkowego wycinaniu lasów w celu poszerzenia tego potencjału.

Ciekły wodór

Innym alternatywnym paliwem dla silników odrzutowych może być wodór. Tradycyjne silniki odrzutowe można przystosować do spalania wodoru. Nie można tego niestety powiedzieć o instalacji paliwowej samolotu oraz całej infrastrukturze naziemnej. Powstanie potrzeba opracowania zupełnie nowego systemu transportu i gromadzenia paliwa, co jest ogromnym wyzwaniem technicznym i finansowym. Wodór w stanie lotnym ma bardzo małą gęstość energetyczną w stosunku do objętości. Żeby mógł spełniać rolę paliwa należy go skroplić, schładzając do temperatury -252,8 ºC i utrzymywać w tym stanie w specjalnie izolowanych zbiornikach. Na pewno podniesie to masę samolotu i będzie wymagało zupełnego przekonstruowania jego budowy – ze względu na konieczność dobrej izolacji zbiorniki powędrują zapewne do kadłuba (obecnie w skrzydłach).

Wodór jest paliwem bardzo wybuchowym. W przeszłości próbowano go stosować w lotnictwie wypełniając nim poszycie sterowców. Zaniechano tego ostatecznie w 1937 roku po spektakularnej katastrofie sterowca Hindenburg. Jedną z zalet wodoru jest czyste spalanie – silniki wydzielałyby tylko parę wodną. Jednak w przypadku lotnictwa może to okazać się kłopotliwe – samoloty zmieniłyby się w latające fabryki chmur. Trzeba zauważyć, że wodór jest ekologicznie przyjaznym paliwem tylko w przypadku, gdy jest produkowane w procesie hydrolizy a prąd pochodzi z czystego źródła. Na dzień dzisiejszy 90% wodoru otrzymuje się z gazu ziemnego, gdyż jest to tańsze, ale powoduje emisje CO2.

Bibliografia

• Pierwszy odrzutowy lot na biodieselu
• Biopaliwa w Liniach lotniczych Virgin Atlantic
• Alternatywne paliwo lotnicze – materiał koncernu Chevron
• Researchers working on alternative jet fuel – artykuł z serwisu MSNBC
• Richard Branson zapowiada stosowanie biopaliw w liniach lotniczych Virgin Atlantic

Głównym elementem – sercem – instalacji solarnej są kolektory. Ich zasada działania jest prosta – doświadczył jej każdy kto w słoneczny dzień wsiadł do nagrzanego samochodu. Kluczowymi elementami jest absorber – czyli powierzchnia pochłaniająca promieniowanie słoneczne i zamieniające je na ciepło (w przypadku samochodu są to czarne plastiki i tapicerka) i szyba która przepuszcza promieniowanie słoneczne i jednocześnie zapewnia izolację cieplną. Na rynku dostępne są dwa typy kolektorów – płaskie i próżniowe.

Kolektory Płaskie

Są nieco tańsze ale też mniej wydajne niż próżniowe. Promieniowanie słoneczne jest pochłaniane przez płytę absorbera – czyli arkusz blachy aluminiowej lub miedzianej pokryty powłoką zwiększającą pochłanianie (absorpcję) promieniowania. Może to być po prostu czarna farba, ale nowoczesne konstrukcje posiadają specjalne powłoki selektywne – zwiększające absorpcję przy jednoczesnym zmniejszeniu emisji ciepła. Pod absorberem poprowadzone są rurki w których krąży niezamarzający płyn dobrze przewodzący ciepło (tzw. czynnik grzewczy, przeważnie znany z chłodnic samochodowych glikol). Całość zamknięta jest w aluminiowej obudowie, izolowanej od spodu warstwą wełny mineralnej. Od góry kolektor przykryty jest szybą, która musi odznaczać się dobrą przepuszczalnością promieniowania słonecznego i wysoką wytrzymałością (szkło hartowane, nie pękające pod wpływem gradu lub masy zalegającego śniegu)

Budowa kolektora płaskiego (źródło: http://www.southface.org)

Kolektory Próżniowe

Ich konstrukcja jest bardziej delikatna niż kolektorów płaskich (mniejsza odporność na gradobicie), ale posiadają większą sprawność . Ich główną zaletą jest wykorzystanie promieniowania rozproszonego i niskie straty ciepła – dzięki temu mogą pracować nawet w pochmurne dni. Zbudowane są z szeregu szklanych rur próżniowych. Na ich wewnętrzną warstwę napylony jest absorber. Wewnątrz poprowadzona jest miedziana rurka, połączona z absorberem za pomocą profili aluminiowych. W rurce znajduje się substancją chemiczną parującą w temp ok 25 stopni C oddającą ciepło czynnikowi grzewczemu.

Zasada działania kolektora próżniowego

Kolektor próżniowy (źródło: http://www.uc.edu). W razie uszkodzenia jednej rurki (pęknięcie, utrata próżni) można ją łatwo wymienić bez przerywania pracy całej instalacji.

Instalacja solarna

Ciepło uzyskiwane w kolektorach jest przesyłane do zasobnika w którym podgrzewa i gromadzi się wodę użytkową (bojlera). Posiada on co najmniej jedną grzałkę (wężownicę) przez którą przepływa czynnik grzewczy. Na potrzeby typowej rodziny (3, 4 os.) zazwyczaj wystarcza zbiornik o pojemności 300l. Ponieważ kolektory nie są w stanie dostatecznie ogrzewać wodę przez cały rok stosuje się bojlery z dodatkowym źródłem ciepła (np. elektryczną grzałką lub wężownicą zasilaną ciepłą wodą z kotła olejowego, węglowego, itp.), tzw zasobniki biwalentne.

Ogólny schemat typowej domowej instalacji solarnej służącej do ogrzewania wody (źródło: http://www.southwestsolarheating.co.uk). Dzięki zastosowaniu pompy, zbiornik wody może być umieszczony poniżej kolektorów (w piwnicy)

Instalacje można zbudować w układzie z cyrkulacją grawitacyjną (termosyfon) lub z cyrkulacją wymuszoną za pomocą pompy.

• Cyrkulacja grawitacyjna. Woda ciepła posiada mniejszą gęstość niż zimna, ma więc tendencję do wypływania ku górze. Bojler powinien być umieszczony powyżej kolektora – płyn grzewczy płynie wtedy do wężownicy w zbiorniku i oddaje ciepło wodzie użytkowej, po czym powraca na dno kolektora, znów się ogrzewa i płynie do góry – powstaje w ten sposób naturalna cyrkulacja. Trwa dopóki temperatura w kolektorze jest wyższa nic w zbiorniku. Aby woda w zbiorniku nie ulegała szybkiemu wychłodzeniu (np w nocy) posiada on izolację termiczną – jest więc w istocie wielkim termosem.
• Układ z pompą.W takiej konfiguracji cyrkulacja czynnika grzewczego wspomagana jest przez pompę. Dzięki temu bojler może być dowolnie usytuowany względem kolektorów. Pompa jest oczywiście zasilana elektrycznie – w razie przerwy w dostawie prądu instalacja przestaje działać prawidłowo i powstaje ryzyko przegrzania kolektorów. Interesującym rozwiązaniem może być zasilanie pompy z baterii słonecznych – im więcej energii słonecznej tym szybciej pracuje pompa zapewniając mocniejszą cyrkulację czynnika grzewczego.

Czy to się opłaca?

Ilość promieniowania słonecznego przekładającego się na ciepło możliwe do uzyskania zależy od: lokalizacji, pory roku, pory dnia i oczywiście od pogody.

Ilość energii promieniowania słonecznego docierającego do powierzchni ziemi w ciągu roku na terenie Polski (źródło: http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis). Na południu Europy ilość ta jest nawet dwukrotnie wyższa.

Pokrycie zapotrzebowania na ciepłą wodę użytkową przez instalacje solarną w poszczególnych miesiącach roku w warunkach polskich.

Powiedzmy sobie szczerze – Polska nie jest wymarzoną lokalizacją dla instalacji solarnych. W miesiącach zimowych, kiedy energia cieplna jest najbardziej pożądana, kolektory mogą dostarczyć zaledwie kilkanaście procent potrzebnej energii. W skali roku zestaw może pokryć do 65 % zapotrzebowania na ciepłą wodę użytkową. Jego koszt, dla typowego domu to około 11 tys zł. Na szczęście ze względu na pozytywny efekt ekologiczny można liczyć na wsparcie finansowe ze strony Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska w postaci preferencyjnych kredytów a nawet zwrotu połowy kosztów inwestycji.

TREC (Trans-Mediterranean Renewable Energy Cooperation – można przetłumaczyć jako Współpraca Regionu Morza Śródziemnomorskiego na rzecz Energii Odnawialnej)) jest inicjatywą Klubu Rzymskiego, powołaną do życia w 2003 r. Jej celem jest połączenie wysiłku naukowców, polityków i finansistów na rzecz rozwoju odnawialnych źródeł energii. Rezultatem tej kooperacji jest program DESERTEC. Zakłada on budowę na szeroką skalę elektrowni słonecznych i wiatrowych w rejonie Afryki Północnej.

Poziom nasłonecznienia w regionie basenu Morza Śródziemnego. Obszary pustynne afryki północnej przejawiają zdecydowanie najlepsze warunki do lokalizacji elektrowni słonecznych (źródło: German Aerospace Center).

Termiczna elektrownia słoneczną zajmującą obszar wskazany przez duży czerwony kwadrat, wytworzyłaby tyle energii elektrycznej, ile obecnie zużywa się na całym świecie (źródło: German Aerospace Center).

Czy prąd z Afryki popłynie w naszych gniazdkach?

Badania przeprowadzone przez Niemiecką Agencję Kosmiczną (German Aerospace Center) wykazały, że ok 0,3% powierzchni pustynnych Afryki Północnej i Bliskiego Wschodu posiada potencjał energii słonecznej, który zaspokoiłby obecne zapotrzebowanie na energię tego regionu i całej Unii Europejskiej. Znakomity potencjał energetyczny posiadają także wiatry wybrzeża Morza Czerwonego. Stąd zrodził się szalenie ambitny plan – wybudowania w regionie gigantycznej ilości elektrowni słonecznych i wiatrowych. Wytworzona energia mogłaby być przesyłana do całej Unii Europejskiej poprzez linie wysokiego napięcia prądu stałego (technologia HVDC), które umożliwiają przesył energii elektrycznej na bardzo duże odległości z małymi stratami (ok 10 – 15 % strat na drodze z Afryki Północnej do Europy).

Projekt sieci DESERTEC. Energia słoneczna z południa za pośrednictwem linii HVDC przesyłana jest do krajów Unii Europejskiej.

Projekt zakłada wykorzystanie cieplnych elektrowni słonecznych. Energia promieniowania słonecznego jest w nich najpierw zamieniana w ciepło, które z kolei umożliwia wytworzenie pary napędzającej turbiny. Elektrownie będą miały charakter hybrydowy – w nocy, lub w pochmurne dni uruchamiane będą rezerwowe źródła zasilania. Mogą nimi być paliwa kopalne (ropa, węgiel, gaz), biomasa lub ciepło magazynowane w ciągu dnia w zbiornikach z substancją o dużej pojemności cieplnej (np. sód).

Projekt niesie wiele korzyści, głównie natury ekologicznej, ale także szereg zagrożeń. Uzależnia Europę od krajów, w których będą zlokalizowane elektrownie. Czy rzeczywiście Unia Europejska, zainwestuje miliardy euro w projekt, który jej bezpieczeństwo energetyczne złoży w ręce często niestabilnych politycznie państw? Wydaje mi się to mało prawdopodobne

Więcej o programie DESERTEC: desertec.org

Żądania socjalne i płacowe górniczych związków są wyzwaniem z którymi prędzej czy później mierzyć się musi każdy kolejny minister gospodarki. Kończą się one zazwyczaj ustępstwami strony rządowej. W efekcie górnictwo węgla jest najbardziej uprzywilejowaną grupą zawodową w Polsce. Same przywileje emerytalne górników będą kosztować podatników 70 mld zł w ciągu 25 lat.

Górnicy potrafią walczyć o swoje. Pokazali to między innymi w lipcu 2005 r, kiedy zorganizowali burzliwą demonstracje przed sejmem. Zaczynała się już kampania wyborcza i posłom zabrakło chyba odwagi aby wchodzić z górnikami w spór. W tej sytuacji parlament na ostatnim posiedzeniu przyjął ustawę o emeryturach górniczych. Gwarantuje ona emeryturę po 25 latach pod ziemią a rok pracy liczy się na emeryturze jak 1,5-1,8 roku. Górnicy jako jedyna grupa społeczna dostali swoją, niezwykle preferencyjną ustawę emerytalną. Jest duża szansa, że zostałaby ona zakwestionowana przez Trybunał Konstytucyjny – niestety premier Marcinkiewicz wycofał ją z Trybunału, a Donald Tusk też raczej nie będzie się narażał.

„Czasy się zmieniają a pan zawsze zasiada w komisjach” rzekł esbek Franz Mauer do członka komisji weryfikacyjnej w kultowym filmie „Psy” Władysława Pasikowskiego. Parafrazując klasyka: czasy się zmieniają ale zawsze żelaznym punktem programu kolejnych premierów jest gospodarska wizyta na kopalni.

O swoje interesy dbają również górnicy prywatyzowanej obecnie kopalni Silesia (Czechowice-Dziedzice). Oczywiście przyszły inwestor będzie musiał podpisać z załogą tzw. pakiet socjalny. Pomimo, że kopalnia od 1995 r. przynosi same straty (150 mln zł strat) to związkowcy zażądali premii prywatyzacyjnych (1000 zł za każdy przepracowany rok na dole) i co najciekawsze: gwarancji, że przy ewentualnych zatrudnieniach pierwszeństwo będą mieli krewni obecnych pracowników. Hasło „Solidarność” wypisane na standardach największych górniczych central związkowych (Solidarność i Solidarność 80) jest przez górników rozumiane dosyć osobliwie.

Premierzy często odwiedzają kopalnie. Górnicy nie pozostają dłużni i równie często składają w Warszawie rewizyty (fot. PAP/Szymon Pulcyn).

Górnicy swoją siłę zawdzięczają w dużej mierze związkom zawodowym. Tzw. uzwiązkowienie w niektórych kopalniach przekracza 100 % – część górników jest bowiem zapisana do kilku związków. Najsilniejsze centrale to: Solidarność, Związek Zawodowy Górników w Polsce, Związek Zawodowy Kadra oraz Wolny Związek Zawodowy Sierpień ’80. Co sprawia, że stanowią one realną siłę społeczna i polityczną?

Węgiel jest krwiobiegiem Polskiej energetyki. Ponad 90 % elektryczności wytwarza się w Polsce z węgla – jest to monokultura niespotykana nigdzie w europie. Oznacza to, że wszyscy jesteśmy zakładnikami górników – zablokowanie dostaw węgla oznacza kłopoty dla całej gospodarki. Dopóki więc Polska nie wdroży alternatywnych źródeł energii, możemy być pewni, że górniczy pistolet strajkowy pozostanie często używanym narzędziem…