4.2. Odnawialne i nieodnawialne źródła energii i jej oszczędzanie

Energia elektryczna jest obecnie niezbędna – bez niej nie można przeczytać na przykład tego tekstu na ekranie komputera czy tabletu. Energią elektryczną zasilane są także telefony komórkowe oraz mnóstwo innych urządzeń, które ułatwiają nam pracę. Skąd wziąć tyle energii, by móc z nich wszystkich korzystać?

Już wiesz: 

  • oszczędzanie energii elektrycznej jest korzystne dla środowiska;
  • dwutlenek węgla jest gazem cieplarnianym;
  • zanieczyszczenie powietrza spalinami ma niekorzystny wpływ na zdrowie.

Nauczysz się: 

  • rozróżniać odnawialne i nieodnawialne źródła energii elektrycznej;
  • oceniać zalety i wady różnych źródeł energii elektrycznej;
  • szacować ilość energii zużywanej w gospodarstwie domowym;
  • planować sposoby oszczędzania energii elektrycznej.

1. Nieodnawialne źródła energii i skutki ich wykorzystania

Energię elektryczną tradycyjnie uzyskuje się podczas spalania paliw kopalnych, takich jak węgiel kamienny, węgiel brunatny, ropa naftowa oraz gaz ziemny. Paliwa te zawierają węgiel i związki węgla i są pochodzenia organicznego – powstały z obumarłych szczątków roślin, które przetrwały wiele milionów lat pod powierzchnią ziemi. W warunkach beztlenowych oraz pod ogromnym ciśnieniem uległy one przekształceniu do takiej formy, w jakiej oglądamy je dzisiaj. Te źródła energii nazywane są konwencjonalnymi i zaliczane do nieodnawialnych zasobów przyrody.
Pozyskiwanie energii elektrycznej z paliw kopalnych jest stosunkowo wydajne, ponieważ w ciągu wielu lat korzystania z tych surowców opracowano efektywne technologie. Energetyka oparta na węglu nie jest obojętna dla środowiska. Zarówno jego wydobycie, jak i spalanie mają niekorzystny wpływ na przyrodę. W przypadku odkrywkowych kopalni węgla brunatnego niszczone są krajobrazy na ogromnych przestrzeniach. Powstaje też wiele odpadów: skał wydobytych wraz z węglem oraz pyłów i popiołów – produktów jego spalania. Ponadto podczas uzyskiwania energii z węgla uwalniane są do atmosfery ogromne ilości dwutlenku węgla, tlenki siarki i inne zanieczyszczenia mające niekorzystny wpływ na środowisko i nasze zdrowie. Dostępne do eksploatacji złoża węgla i innych paliw z czasem się wyczerpują – trzeba je wydobywać z coraz większych głębokości, co podraża koszt ich pozyskiwania. Należy też liczyć się z tym, że wkrótce złoża się skończą i trzeba będzie szybko zastąpić je innymi surowcami. W Polsce na przykład płytkie pokłady węgla kamiennego są na wyczerpaniu, a eksploatacja głębiej położonych złóż jest zbyt droga, by opłacało się je wydobywać.
Innym surowcem do produkcji energii elektrycznej jest uran wykorzystywany w elektrowniach jądrowych. Szacuje się, że światowe zasoby tego surowca wystarczą na koło 300 lat. Pozyskiwanie energii z uranu jest bezpieczne dzięki bardzo restrykcyjnym przepisom dotyczącym procesów technologicznych i stale doskonalonym metodom produkcji. Problemem są radioaktywne odpady, które zwykle zostają zabetonowane w stalowych beczkach, a następnie umieszczone w najgłębszych sztolniach nieczynnych kopalni soli. Odpady z elektrowni jądrowych muszą być bezpiecznie składowane przez dziesiątki tysięcy lat, zanim przestaną emitować szkodliwe promieniowanie.

Polecenie 4.2.1.

Za pomocą metaplanu rozważ problemy:
  • Tanie źródła energii w gospodarstwach domowych – spalanie śmieci
  • Tanie źródła energii w gospodarstwach domowych – korzystanie z taniego węgla eksportowanego ze Europy Wschodniej

Polecenie 4.2.2.

W Polsce energię produkuje się głównie z węgla. Na podstawie podanych wyżej informacji wyjaśnij, jakie skutki przynosi oszczędzane energii elektrycznej.

2. Odnawialne źródła energii: zalety i wady

Odnawialne źródła energii to wiatr, energia słoneczna, energia wody czy pochodząca z wnętrza Ziemi energia geotermalna. Źródła te się nie wyczerpią, a elektrownie pozyskujące taką energię nie zanieczyszczają środowiska. Jednak oparta na nich energetyka nie jest pozbawiona wad. W przypadku elektrowni wiatrowych ilość uzyskanej energii zależy od siły wiatru, więc działają one tylko wtedy, gdy wieje, i są opłacalne w krajach, gdzie wiatry są stałe i silne. Ponadto turbiny wiatrowe zajmują duże powierzchnie, zmieniają krajobraz i stosunkowo często wymagają kosztownych remontów.
Z kolei wadą elektrowni wodnych jest to, że często są budowane na zaporach, które zmieniają naturalny bieg rzek i są barierą dla organizmów wodnych. Ilość energii wytwarzanej w hydroelektrowniach zależy od poziomu wody, który w warunkach obserwowanych zmian klimatycznych jest bardzo zmienny. Ich budowa, poza pozyskiwaniem energii, może przynosić inne korzyści: polegają one na spiętrzaniu wody i tworzeniu zbiorników retencyjnych, które gromadzą ją na czas suszy.
Najmniej szkodliwe dla środowiska są elektrownie słoneczne i geotermalne. Ogniwa słoneczne są jednak opłacalne przy dużym nasłonecznieniu. Z kolei energia wnętrza Ziemi może być wykorzystywana tylko w tych rejonach, gdzie stosunkowo płytko (do 10 km pod ziemią) znajdują się skały lub wody gromadzące ciepło.

Warunki naturalne w Polsce pozwalają przede wszystkim na pozyskiwanie energii wody i energii geotermalnej. Trzeba jednak pamiętać, że wciąż jeszcze produkcja energii z odnawialnych źródeł jest znacznie droższa, niż pozyskiwanie jej ze źródeł nieodnawialnych.
Przyszłość energetyki musi być oparta na odnawialnych źródłach energii, ponieważ ich pozyskanie i przetworzenie na ogół nie prowadzi do skażenia środowiska, a instalacje raczej nie wymagają skomplikowanej obsługi czy konserwacji. Dzięki mnogości odnawialnych źródeł energii niemal każde miejsce na Ziemi mogłoby czerpać z nich energię elektryczną. Na przykład tereny pustynne o dużym nasłonecznieniu są doskonałe do budowy elektrowni słonecznych, bogata w gorące źródła Islandia korzysta z energii geotermalnej, a Szkocja z energii wiatru.

3. Zużycie energii w gospodarstwie domowym

Zapotrzebowanie na energię elektryczną zależy od liczby osób w rodzinie, liczby urządzeń elektrycznych, czasu ich pracy oraz ilości zużywanej przez nie energii. Obecnie dąży się do tego, by urządzenia pobierały jak najmniej energii, a przy tym osiągały dobre efekty w pracy. Stare urządzenia są na ogół energochłonne, np. kupiona 10 lat temu lodówka zużywa 3 razy więcej energii niż lodówka nowa, o podobnych właściwościach.
Sprzętowi elektrycznemu nadaje się klasy energetyczne i zaopatruje w etykiety energetyczne. Klasa energetyczna G oznacza urządzenie najmniej efektywne, pochłaniające dużo energii. Najmniej energii zużywają urządzenia klasy A, zwłaszcza najbardziej efektywne z nich – A+++. Etykiety energetyczne zawierają także informację, ile energii takie urządzenie zużywa w ciągu roku. Są to dane szacunkowe i podaje się je w kWh.
Średnie roczne zużycie energii elektrycznej w Polsce to ok. 1900 kWh w czteroosobowym gospodarstwie domowym. Najwięcej energii pochłania ogrzewanie elektryczne oraz lodówka.
Tabela 1. Średnie roczne zużycie energii w gospodarstwie domowym
Liczba osób w gospodarstwie domowymZużycie energii (kWh)
1800-1400
21100-1700
31400-2100
41700-2500

Polecenie 4.2.3.

Wyprodukowanie 1 kWh energii elektrycznej w procesie spalania węgla oznacza wyemitowanie do atmosfery 1 kg dwutlenku węgla. Oblicz, ile energii zużywa w ciągu doby twoja rodzina, i oszacuj, ile dwutlenku węgla zostało uwolnione do atmosfery, by umożliwić pracę używanych w domu urządzeń.

Wskazówka

Informacje o ilości energii zużywanej przez dane urządzenie znajdziesz na umieszczonej na nim tabliczce znamionowej. Czasami tabliczka znamionowa może być trudno dostępna (np. umieszczona z tyłu piekarnika), wówczas możesz znaleźć te informacje na stronie internetowej producenta urządzenia.

4. Sposoby oszczędzania energii

Oszczędzanie energii elektrycznej oznacza mniejsze zużycie surowców energetycznych oraz mniejsze szkody w środowisku. Pozwala także zmniejszyć domowe wydatki. Najprostszym sposobem, aby to osiągnąć, jest włączanie z urządzeń elektrycznych tylko wtedy, gdy są potrzebne, a gdy się zużyją, zastąpienie ich bardziej energooszczędnymi odpowiednikami (dotyczy to również żarówek).
Warto pamiętać, że wiele urządzeń elektrycznych, pozostawianych w tzw. trybie czuwania (stand-by), tak jak wyłączony pilotem telewizor, także pobiera prąd. To może być nawet 30% energii pobieranej w czasie pracy.
Tabela 2. Zużycie energii przez urządzenia domowe
UrządzenieMoc urządzenia (W)Średni czas pracy w miesiącu (h) Średnie zużycie energii w miesiącu (kWh)
Telewizor kineskopowy80-15014014,0
Telewizor LCD 32-56’150-55014048,8
Komputer stacjonarny150-25018036,0
Laptop40-801808,8
Żarówka10012012,0
Świetlówka kompaktowa211202,4
Ładowarka telefonu podczas ładowania4-6200,08
Ładowarka telefonu odłączona od telefonu0,001-0,0056520,002
Lodówko-zamrażarka, rok produkcji 2000 r.25067267,2
Lodówko-zamrażarka klasa A10067233,6
Lodówko-zamrażarka klasa A++6067220,0
Wieża hi-fi30-1501129,2
Wieża hi-fi podczas czuwania0,05-255602,0
Informacje na tabliczkach znamionowych pozwalają określić, które z urządzeń elektrycznych zużywają najwięcej prądu. Należy do nich lodówka, która pracuje całą dobę. Zużywa więcej energii, gdy jest często otwierana, nieszczelna, a zamrażalnik jest mocno oszroniony. Koszt eksploatacji takiej lodówki w stosunku do lodówki właściwie użytkowanej może wzrosnąć o 300-500 zł rocznie.
Urządzeniem dużej mocy jest czajnik elektryczny. By oszczędzać energię, należy za każdym razem nalewać do niego taką ilość wody, jaka jest w danym momencie potrzebna. Podobnie jest z pralką i zmywarką – należy je włączać wtedy, gdy są wypełnione w całości. Nie należy też pozostawiać włączonego telewizora czy światła w pomieszczeniach, z których nikt nie korzysta. Warto też zastępować tradycyjne żarówki diodami LED, które zużywają około 20 razy mniej energii.

Polecenie 4.2.4.

Problem 1.
1 kWh kosztuje ok. 55 groszy. Jeśli uważasz, że w twoim domu zużywa się zbyt dużo energii elektrycznej, oszacuj, ile pieniędzy moglibyście zaoszczędzić w ciągu roku, gdyby zużycie prądu spadło np. o 10%. Aby poznać roczne zużycie prądu wykorzystaj dane z rachunków za energię elektryczną.
Problem 2.
Dowiedz się, komu możesz zgłosić fakt, że lampy uliczne świecą się w dzień.

Słowniczek

energia geotermalna

energia pochodząca z wnętrza Ziemi, zaliczana do odnawialnych źródeł energii

energia odnawialna

energia, do uzyskania której wykorzystano zasoby przyrody, które nie ulegają wyczerpaniu, np. promieniowanie słoneczne, wiatr, energię geotermalną czy pływy morskie

paliwa kopalne

paliwa powstałe w wyniku beztlenowych procesów zachodzących pod ogromnym ciśnieniem we wnętrzu Ziemi; zaliczamy do nich m.in. węgiel kamienny, węgiel brunatny, ropę naftową oraz gaz ziemny

Podsumowanie

  • Węgiel, ropa naftowa, gaz ziemny oraz uran to nieodnawialne źródła energii elektrycznej; pozyskana z nich energia jest tania.
  • Odnawialne źródła energii to promieniowanie słoneczne, wiatr, energia geotermalna oraz energia pochodząca z przepływu wody; nie zanieczyszczają środowiska, nie wyczerpują się, ale pozyskana z nich energia jest droga.
  • W Polsce większość energii pochodzi ze spalania węgla.
  • W Polsce są dobre warunki do korzystania z energii płynącej wody i energii geotermalnej.
  • Oszczędzanie energii elektrycznej w gospodarstwie domowym ma wpływ na stan atmosfery Ziemi, zasoby środowiska oraz domowy budżet.
  • Oszczędzanie energii polega na korzystaniu z wydajnych urządzeń elektrycznych i używaniu ich w racjonalny sposób.

Praca domowa

Polecenie 4.2.5.

1. Opracuj plan oszczędzania energii elektrycznej przez ciebie i twoją rodzinę.

Polecenie 4.2.6.

2. Policz, ile urządzeń elektrycznych znajduje się w twoim domu. Zastanów się, które z nich można zastąpić bardziej energooszczędnymi odpowiednikami lub nawet takimi, które wcale nie pobierają energii elektrycznej (zastąpienie elektrycznego młynka do kawy młynkiem ręcznym). Wskaż wady i zalety takich rozwiązań.

Zadania

Zadanie 4.2.1.

Zadanie 4.2.2.

Zadanie 4.2.3.