Produkcja energii elektrycznej na świecie

Cele:
Uczeń:

- zna rodzaje elektrowni w zależności od wykorzystywanego surowca;
- potrafi wskazać na mapie kraje, w których największe znaczenie mają elektrownie cieplne, wodne, jądrowe, wiatrowe, geotermalne;
- zna korzyści i zagrożenia wynikające z budowy elektrowni atomowych;
- wymienia największych producentów energii elektrycznej na świecie.

Treści przedstawiane na lekcji:
Każdy surowiec energetyczny może być źródłem energii. W krajach Afryki, południowej Azji i Ameryki Południowej, w dalszym ciągu wykorzystuje się drewno, jako surowiec energetyczny do ogrzewania mieszkań czy gotowania potraw. Nie jest to jednak możliwe w przypadku wielkich gospodarek świata, które potrzebują surowców bardziej wydajnych. W Stanach zjednoczonych produkuje się najwięcej energii elektrycznej i jest to ok. 15 tys. kWh na jedną osobę. Dalsze miejsca zajmują Japonia i Rosja.
W zależności od wykorzystywanego surowca, elektrownie dzielą się na następujące rodzaje:
- cieplne,
- wodne,
- jądrowe,
- wykorzystujące odnawialne źródła energii.
Elektrownie cieplne są najbardziej pospolite, gdyż dostarczają ponad 60% energii światowej, jednak najbardziej zanieczyszczają środowisko, albo poprzez proces spalania w postaci gazów i pyłów emitowanych do atmosfery, albo poprzez dużą ilość odpadów w postaci popiołu. Do wytworzenia energii cieplnej, którą następnie przetwarza się na elektryczną wykorzystywany jest często węgiel, gaz, albo ropa naftowa w zależności od zasobności danego surowca.
Zasoby tych surowców niestety zmniejszają się. Długi proces tworzenia się węgla w historii świata, zapoczątkowany obniżaniem się nadmorskich zabagnionych równin pokrytych bujną roślinnością, ich zalaniem przez wodę, odcięciem dopływu powietrza, uaktywnieniem się procesów torfienia i wreszcie pokryciem osadami mineralnymi, nie może się powtórzyć w krótkiej historii naszego życia.
Elektrownie wodne dostarczają mniej niż 20% energii elektrycznej. W Polsce największa elektrownia wodna jest w Żarnowcu o mocy 700 MW, ale na świecie są elektrownie o znacznie większej mocy. Są założone na wielkich rzekach, np. na Jangcy w Chinach z docelową mocą sięgającą 20 GW, na Paranie w Brazylii o mocy 13 GW czy w Wenezueli na rzece Caroni o mocy ok. 10 GW.
Zaletą elektrowni wodnych jest nie kończące się źródło energii, gdyż woda jest w ciągłym obiegu w przyrodzie. Niesprzyjającym jest fakt ich lokalizacji często z dala od głównych centrów przemysłowych. Tylko w nielicznych krajach energetyka wodna odgrywa dominujące znaczenie, zwłaszcza w Norwegii i Brazylii i Wenezueli.
Elektrownie wodne z reguły nie działają ciągle, gdyż zależy to od ich rodzaju:
- elektrownie zasobnikowe wykorzystują spadek wody;
- elektrownie przepływowe wykorzystują masę wody;
- elektrownie szczytowo-pompowe wykorzystują spadek wody wcześniej wypompowanej do górnego zbiornika.
Nieco mniej energii elektrycznej niż elektrownie wodne wytwarzają elektrownie jądrowe, dla których surowcem jest np. uran i tor.
Ich budowa i eksploatacja jest korzystna z uwagi na:
- bardzo dużą wydajność surowca,
- ograniczenie dewastacji środowiska w związku z pozyskaniem surowca,
- stosunkowo czyste, nowoczesne i wysokie technologie, które ograniczają koszty związane z zatrudnieniem ludzi,
- możliwość zróżnicowania sposobów pozyskania energii i uniezależnienie się od konkretnego surowca,
- zapewnienie przyszłości w pozyskaniu energii elektrycznej, bez względu na dalsze ograniczenia pozyskania konwencjonalnych źródeł energii i wzrost ich cen,
- możliwość ponownego wykorzystania odpadu,
- zapewnienie znacznej ilości, a nawet nadwyżek energii, ze sprzedaży której można czerpać dodatkowe korzyści.
Elektrownie atomowe niosą też zagrożenie związane z:
- możliwością uszkodzenia reaktora, które może objąć skażeniem promieniotwórczym ogromną powierzchnię kraju, a nawet kontynentu,
- zagrożeniem związanym ze składowaniem odpadu, którego koszty są znaczne.
- koniecznością zapewnienia dużej ilości wody do ochłodzenia reaktorów.
- wzrostem temperatury zrzucanej wody i zwiększeniem eutrofizacji środowiska wodnego,
- ponoszeniem wysokich kosztów związanych z budową i wykorzystaniem elektrowni atomowych
Na świecie najwięcej elektrowni atomowych znajduje się w Stanach Zjednoczonych (ponad 100) i w Europie, przede wszystkim we Francji (prawie 60) oraz w Japonii (50).
Największy udział energii jądrowej w produkcji energii ogółem jest we Francji (prawie 80%), w Belgii (prawie 70%), w Szwecji (ok. 40 %).
W Polsce nie ma obecnie ani jednej elektrowni atomowej, choć jest planowane jej powstanie w Żarnowcu nad Morzem Bałtyckim. Śladem zapoczątkowanej inwestycji jest występowanie w tym miejscu ogromnej betonowej podstawy i funkcjonująca obecnie elektrownia szczytowo-pompowa. Budowana elektrownia miała być oparta o przestarzałe technologie, podobne do tej, którą wykorzystano do budowy elektrowni w Czarnobylu. Miała to być elektrownia grafitowa. Protesty ekologiczne doprowadziły do odstąpienia od budowy.
Elektrownie wykorzystujące alternatywne źródła energii są ekologicznie czyste.
Energię wód geotermalnych na świecie wykorzystuje się na Islandii. Tam też znajduje się wiele źródeł gorącej wody w postaci gejzerów. Gorące wody podziemne są wykorzystywane też we Włoszech i w Japonii. W Polsce ciepło wód geotermalnych również jest wykorzystywane m.in. w Bańskiej Niżnej. Jest to niewielka elektrownia cieplna o mocy 50 MW. Wody geotermalne występujące na znacznych głębokościach (Kalifornia 4500 m) mają temperaturę nawet 140⁰C. Parę wodną wtłacza się tam bezpośrednio do kotłów elektrowni. Tylko taka temperatura może być wykorzystywana do produkcji energii elektrycznej.
Przykładem odnawialnych źródeł energii jest również energia wiatrowa. Specjalnie do tego celu wykorzystywane turbiny z wieloma wiatrakami, nie dla każdego estetycznie komponują się w krajobraz. Najwięcej elektrowni wiatrowych jest zlokalizowanych w Niemczech i w Danii. Wszystkie funkcjonują w miejscach, gdzie są specyficzne warunki klimatyczne, w szczególności silne wiatry przez większość dni w roku.
Energia słoneczna nie ma większego zastosowania, gdyż wymaga instalowania dużych baterii słonecznych. Wykorzystuje się ją przede wszystkim do ogrzewania mieszkań czy wody w tych mieszkaniach. Gminy, dbając o środowisko, starają się o dotacje unijne na instalację takich urządzeń, dzięki czemu wiele osób jest zainteresowanych zmianą swojego dotychczasowego systemu, często opartego na węglu czy drewnie.
Z uwagi na wysoki koszt instalacji, energię słoneczną wykorzystuje się przede wszystkim w krajach najbogatszych, takich jak: Japonia, USA, Francja czy Austria.
Nie są znane jeszcze inne sposoby pozyskania energii słonecznej, podobnie jak człowiek nie potrafi wykorzystać energii zgromadzonej w rozładowaniach atmosferycznych. Należy jednak pamiętać, że zasoby energii słonecznej docierającej do powierzchni ziemi są tak ogromne, że gdyby je w całości wykorzystać, to w ciągu godziny ich wartość byłaby porównywalna z rocznym zapotrzebowaniem na świecie.
Energia pływów jest również bardzo kosztowną inwestycją, gdyż wymaga budowy specjalnego zbiornika w sąsiedztwie morza, do którego przez turbiny wpływa woda w czasie przypływów i odpływa w czasie odpływów. Elektrownia bazująca na energii pływów znajduje się np. nad Zatoką Fundy w Kanadzie, gdzie różnica poziomu morza dochodzi do 16 m. W Europie jest zlokalizowana we Francji na Półwyspie Bretońskim.
Coraz większą rolę przypisuje się energii z biomasy, czyli energii nagromadzonej w procesie fotosyntezy, ale też pozyskanej z nawozów zwierzęcych.
W Polsce panują odpowiednie warunki do uprawy rzepaku, z którego otrzymuje się olej do produkcji energii.
Proces fermentacji cząstek organicznych, czy oczyszczania ścieków umożliwia pozyskanie łatwopalnego metanu, który także może być źródłem energii.

Zadania i polecenia:
Minimum:
1. Wymień rodzaje elektrowni w zależności od wykorzystywanych surowców.
2. Wymień największych producentów energii pochodzącej z elektrowni atomowych.
3. Sporządź tabelę, w której umieścisz pozytywne i negatywne przyczyny i skutki budowy i wykorzystania elektrowni atomowych.
Na lepszą ocenę:
1. Sprawdź w roczniku statystycznym, które z państw pozyskują największą ilość energii elektrycznej w przeliczeniu na jednego mieszkańca lub procentowo w stosunku do innych państw.
2. Nazwij niekonwencjonalne źródła energii i wskaż na mapie świata państwa, w których znajdują się elektrownie wykorzystujące te źródła.

Zapis lekcji:
1. Rodzaje elektrowni.
2. Najwięksi producenci energii elektrycznej na świecie.
3. Korzyści i zagrożenia wynikające z budowy i wykorzystania elektrowni atomowych.