Kurs internetowySzkoła pełna energii

Moduł IEnergia wokół nas

Zapraszamy Cię do zapoznania się z treścią pierwszego modułu.

Wolisz czytać moduły w trybie offline? Pobierz PDF z całością modułu (patrz: dół strony).

Uwaga: Do niektórych ekranów dołączone są dodatkowe dokumenty. Znajdują się one na samym dole strony. Należy stronę przewinąć do

samego dołu, by je zobaczyć na ekranie.

Moduł pierwszy „Energia wokół nas”28 października – 17 listopada

Po ukończeniu tego modułu będziesz…potrafiła/potrafił wytłumaczyć zależność łączącą rozwój gospodarki oparty o wykorzystanie ropy

naftowej a zwiększające się stężenie CO2 w atmosferze

potrafił/potrafiła wskazać zasadność poszukiwania alternatywnych źródeł energii dla ropy i węgla

umiał/umiała wymienić główne zalety i wady podstawowych źródeł energii (zarówno odnawialnych jak i nieodnawialnych)

potrafiła/potrafił wytłumaczyć, z czego wynika różnica między energią pierwotną a końcową

umiał/umiała scharakteryzować polską gospodarkę energetyczną.

Gdzie znajdę energię?

…więc czym jest człowiek bez energii? Niczym – zupełnie niczym.Mark Tawin

Energia jest wszechobecna i nadaje bieg rzeczom. To fundamentalny element wszechświata. Ożywia materię. Napędza nasze maszyny, pociągi, samoloty. Ogrzewa nasz dom, gotuje nasz posiłek, zamraża go. Odtwarza naszą muzykę (lub muzykę innych;)), nadaje wieczorny program telewizyjny.

Energia słoneczna jest źródłem światła w trakcie dnia. Suszy nasze ubrania wywieszone na zewnątrz, pomaga wzrastać roślinom. Energia zmagazynowana w roślinach przekazywana jest zwierzętom, ludziom. Wszystko, co robimy, jest w ten czy inny sposób powiązane z energią. Ona pozwala nam się rozwijać.

Potrzebujemy jej a nasza cywilizacja jak nigdy wcześniej uzależniona jest od stałego z niej korzystania.

Dlaczego to ważny temat??Dotychczas rozwój i bogacenie się społeczeństw oznaczały coraz większe wykorzystanie zasobów energii

Obecny rozwój zawdzięczamy wykorzystaniu głównie energii zmagazynowanej w paliwach kopalnych.

Planetę z zasobami mamy jedną, mieszka na niej blisko 7 mld ludzi i wszyscy chcą z nich korzystać. Dla

swojego dobra musimy nauczyć się korzystać z tych zasobów odpowiedzialnie.

Wykres obrazujący zależność łączącą poziom PKB oraz zużycie energii na przestrzeni ostatnich 50 lat.Źródło:http://dietsch.squarespace.com/

Czy zawsze potrzebowaliśmy tyle energii??

Nie. Zwiększające się zużycie energii obserwujemy dopiero od momentu wynalezienia maszyny parowej. Na przestrzeni lat zmieniały się dominujące źródła, które w tym celu wykorzystywaliśmy.

Główny czynnik, który o tym decydował, to opłacalność. Opłacalność to z kolei wypadkowa „dostępności” i „kaloryczności” danego źródła energii. Czynniki takie jak „bezpieczeństwo” czy „stabilność ekosystemu” schodziły dotychczas na plan dalszy.

Ź r ó d ł o : h t t p : / / z i e m i a n a r o z d r o z u . p l /encyklopedia/38/energia-i-emisje-co2

Co z tego, że tak bardzo uzależnieni jesteśmy od ropy i węgla?

Jeśli rozwój uzależniony jest od energii pochodzącej z ropy i węgla, a źródła te są ograniczone i bliskie wyczerpania, jest to po prostu działanie krótkowzroczne.

Co więcej, spalanie paliw kopalnych oprócz

uwalniania potężnych zasobów energii uwalnia również potężne ilości dwutlenku węgla do atmosfery.

Żródło: http://ziemianarozdrozu.pl/encyklopedia/38/energia-i-emisje-co2

Wysokie emisje CO2... i co z tego?W tym miejscu tylko przypominamy schemat obiegu węgla w przyrodzie. Co się dzieje, gdy do stabilnego systemu wpompowywać będziemy coraz więcej „nadliczbowego” CO2? O tym, jakie konsek-wencje dla planety niesie emisja CO2 powyżej poziomu przyswajalnego dla ekosystemu, będziemy mówić w dalszych modułach.

Żródło: Rycina powstała na bazie materiału ze strony Windows to the Universe® (http://windows2universe.org) © 2010, National Earth Science Teachers Association. Praca ta jest objęta licencją Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0 Unported License.

Czy są jakieś alternatywy dla nieodnawialnych źródeł energii??

Nieodnawialne źródła energii

Za nieodnawialne źródła energii powszechnie uznawane są takie, które nie odnawiają się w krót-kim czasie, a ich wykorzystanie przewyższa uzupełnianie zasobów. Źródłami nieodnawialnymi są przede wszystkim paliwa kopalne: ropa naftowa, węgiel kamienny, węgiel brunatny, gaz

ziemny, uran i torf.

Odnawialne źródła energii

Odnawialne źródła energii to takie, których zasoby same się odnawiają i z tego powodu są praktycznie niewyczerpalne. Zaliczamy do nich energię słoneczną, energię, wiatru, biomasy,

biogazu pływów morskich, spadku wody i energię geotermalną.

Rozwój odnawialnych źródeł energii to – poza korzyścią środowiskową, jaką jest ograniczenie

emisji dwutlenku węgla do atmosfery – korzyści ekonomiczne i społeczne takie jak: zwiększenie ilości miejsc pracy, promowanie rozwoju regionalnego, poprawa stanu bezpieczeństwa

energetycznego w skali kraju.

Z którego źródła energii korzystać najlepiej?? Bilans zysków i strat

Węgiel, ropa naftowa, gaz ziemny

Są to źródła, z których korzystamy od lat, dzięki którym zawdzięczamy rozwój naszej cywilizacji. Posiadamy zaawansowany system technologiczny związany z ich obróbką, ponadto jesteśmy do nich przyzwyczajeni i dobrze znamy ich właściwości. Spośród wszystkich paliw kopalnych, najmniejsze zagrożenie dla środowiska stwarza gaz ziemny.

Podstawową przeszkodą w korzystaniu z tego źródła energii jest to, że złoża te są na wykończeniu. Coraz trudniej wydobywać ropę i węgiel w tradycyjny sposób. Uciekamy się do rozwiązań coraz bardziej skomplikowanych i kosztownych, na granicy opłacalności: odsysamy ropę z piasków roponośnych, opracowujemy nowe technologie wykorzystywania gazu łupkowego, importujemy węgiel z zagranicy, gdyż w naszych kopalniach zaczyna się kończyć. Są to jednocześnie metody obciążające środowisko naturalne, a korzystanie z tych źródeł energii związane jest ze zwiększoną emisją dwutlenku węgla, którego zbyt duże stężenie napędza efekt cieplarniany.

W razie katastrofy podczas morskiego transportu ropy naftowej lub jej wycieku z platformy wiertniczej następuje zanieczyszczenie wód oraz zniszczenie flory i fauny. Wadą systemu opartego o korzystanie ze skończonych, nieodnawialnych zasobów, do których dostęp mają nieliczni, są też wojny o dostęp do tych złóż i groźba kryzysu gospodarczego/ekonomicznego w sytuacji, gdy ulegną one wyczerpaniu.

Energia jądrowa

Elektrownia jądrowa pozwala pozyskać dużą ilość energii z małej ilości paliwa – 1 kg uranu równoważy 3000 ton węgla. Normalna eksploatacja nie wiąże się z zagrożeniem środowiskowym a jej koszta są stosunkowo niskie.

W przypadku awarii elektrowni jądrowej, która nie ma właściwych układów bezpieczeństwa, powstaje realna groźba skażenia okolicznych terenów. Elektrownia taka to też wysokie koszty budowy i rozbiórki, gdy już zakończy ona swoją działalność. Uran to także nieodnawialne źródło energii, z którego nie będziemy mogli korzystać wiecznie. Zasadniczy problem stanowi ponadto składowanie wypalonego paliwa. Temat ten poruszony został w filmie „Jądro wieczności”, który dostarczymy do szkół już w listopadzie. Temat energetyki jądrowej będziemy

poruszać w dalszych modułach.

Energia słoneczna

To czyste źródło odnawialnej energii, do której wszyscy na świecie mają bezpośredni, nieograniczony dostęp. Ogniwa słoneczne nie wymagają szczególnej konserwacji poza czyszczeniem, są niezawodne.

Do budowy ogniw fotowoltaicznych używa się pierwiastków toksycznych (kadm, arsen, selen, tellur). Instalacja ogniw zajmuje rozległe obszary.

Elektrownie wodne

To czyste i odnawialne źródło energii. To też możliwość szybkiego zatrzymywania i uruchamiania elektrowni. Nie ma również większych problemów z ich utrzymywaniem i eksploatacją. Sztuczne zbiorniki wodne gromadzą wodę, zmniejszają jednocześnie ryzyko powodzi.

Są zależne od opadów deszczu. Tamy na rzece mogą stanowić zagrożenie dla ekosystemów rzecznych (m.in. populacji ryb). Ich uruchomienie wiąże się czasem z koniecznością zalania dużych obszarów i przesiedlenia ludzi, co niszczy naturalne siedliska lądowe dla roślin i zwierząt i powoduje lokalne zmiany klimatu. Budowy największych na świecie tam (np. w Chinach) znacząco wpływają na poziom wód gruntowych i ograniczenie dostępu do wody pitnej powodując napięcia społeczne.

Biomasa

Wykorzystanie biomasy jest korzystne z punktu widzenia ochrony środowiska, wiąże się ze zmniejszoną emisją zanieczyszczeń. Pozyskując energię z biomasy zapobiegamy marnotrawieniu nadwyżek żywności, zagospodarowu-jemy odpady produkcyjne przemysłu leśnego i rolnego, utylizujemy odpady komunalne.

Nadrzędną wadą biomasy jest mała efektywność jej wykorzystania, tzn. niska „kaloryczność” tego surowca. Do produkcji takiej ilości energii, jaką uzyskuje się z tony dobrej jakości węgla kamiennego, potrzeba około 2 ton drewna bądź słomy. Wiąże się to dodatkowo z koniecznością zagospodarowania dużych połaci ziemi pod uprawę biopaliw. Jeśli pod uprawę biopaliwa (pod postacią np. palm olejowych) wycina się lasy tropikalne, wpływa to na zubożenie lokalnej fauny i flory oraz wymusza zmianę stylu życia lokalnej ludności. Wpływa to także na ekosystem całej Ziemi, zmniejszając możliwości absorpcji dwutlenku węgla.

I to złe i to niedobre…?

Nie do końca :) Kluczem jest zróżnicowanie sposobu pozyskiwania energii i wykorzystywanie lokalnych uwarunkowań. Rozwiązania, które są wątpliwe do zastosowania na masową skalę, mogą się dobrze sprawdzić na poziomie lokalnym. Ważne jest także kontynuowanie prac nad rozwojem alternatywnych technologii energetycznych. Tej tematyki dotyka film „Transforming

energy”, który przekażemy Wam w styczniu wraz z drugim pakietem filmowym.

O jakiej formie pozyskiwania energii chciałabyś / chciałbyś dowiedzieć się więcej? Jeśli czujesz taką potrzebę – napisz do naszych ekspertów na Forum. Dostarczą Ci najświeższych informacji i przekierują do sprawdzonych źródeł. Dział „Co na to ekspert” czeka na Twoje pytania :)

Gdzie się podziała ta energia??Szukanie alternatywnych źródeł energii to nie wszystko. Ważna jest również efektywność przekazywania i wykorzystywania energii dostarczanej do naszych domostw.

Energia pierwotna to suma energii zawartej w pierwotnych nośnikach energii. Innymi słowy jest to ilość energii zmagazynowanej w węglu czy ropie; ilość energii, którą może wygenerować światło słoneczne lub ciepło oceanów.

Energia końcowa to przetworzona forma energii pierwotnej. W uproszczeniu – to energia, która trafia do naszych domostw i zasila sprzęty, z których korzystamy. Najwygodniejszą formą energii końcowej jest energia elektryczna, ale np. w przypadku ogrzewania domu, będzie to ilość ciepła, która z systemu grzewczego trafia do pokoi, skąd pod postacią strat ciepła (przez przenikanie i na drodze wentylacji) trafia do otoczenia. W przypadku gotowania wody na herbatę będzie to ilość ciepła, którą czajnik zużyje do podgrzania wody do temperatury 100stopni (lub jeśli jest zepsuty – do momentu, kiedy go nie wyłączymy ;)).

Po co to rozróżnienie?Ponieważ w trakcie uzyskiwania energii np. zmagazynowanej w węglu oraz w trakcie jej przesyłania z elektrowni do gospodarstwa domowego, tracimy znaczną jej część. Czy wiesz, że do naszych domostw trafia tylko ok. 30% energii pozyskiwanej w elektrowniach?

A to Polska właśnie!W Polsce rozwój energetyki opierał się dotąd na wykorzystaniu rodzimych zasobów węgla kamiennego i brunatnego oraz na imporcie ropy naftowej i gazu ziemnego. Na początku lat 90 w związku z zamykaniem wielu nierentownych i przestarzałych przedsiębiorstw produkcyjnych, całkowite zużycie energii elektrycznej w Polsce systematycznie malało. Był to efekt transformacji ustrojowej, której celem była zmiana struktury produkcyjnej naszego kraju i odejście od przemysłu ciężkiego. Dopiero w 2000 roku zużycie energii w Polsce ponownie osiągnęło

poziom z 1990 roku (rys. 1). Łącznie w latach 1990-2007 nastąpił 18% przyrost zużycia energii elektrycznej. Prognozuje się, że zapotrzebowanie na energię będzie stale wzrastać (około 3% w skali roku), ale szacunki różnią się w zależności od założeń dotyczących tempa wzrostu gospodarczego. Dodatkowe trudności wynikną z konieczności wywiązywania się z umów międzynarodowych narzucających ograniczenie emisji

substancji szkodliwych dla środowiska.

Rys. 1. Produkcja energii elektrycznej w Polsce. Przekrój historyczny z prognoza na lata 2010-2050. W latach 1990-2007 nastąpił 16% wzrost produkcji energii.

Węgiel podstawą polskiej energetykiPod względem struktury wykorzystania surowców energetycznych Polska jest krajem specyficznym – aż 97% energii wytwarza się z paliw stałych1, w tym 57% z węgla kamiennego i 34% z węgla brunatnego (rys.2).

Zaledwie 3-4% energii elektrycznej w Polsce pochodzi z przyjaznych dla klimatu i środowiska odnawialnych źródeł (OZE), takich jak biomasa, woda, wiatr, słońce, czy geotermia. Udział węgla w produkcji energii elektrycznej w Polsce stawia nas pierwszym miejscu pośród krajów Unii Europejskiej. Polska należy do 10 największych na świecie producentów tego paliwa i jednocześnie nasz kraj należy również do pierwszej dwudziestki największych emitentów dwutlenku węgla.

1 Paliwo stałe – palne ciało stałe pochodzenia naturalnego lub otrzymane sztucznie, wykorzystywane jako źródło energii cieplnej. W Polsce wykorzystuje się: drewno, torf, węgiel brunatny, węgiel kamienny, węgiel antracytowy, kamień.

Rys.2. Struktura produkcji energii elektrycznej brutto w 2007 roku.

Nieefektywność energetycznaMimo, iż statystyczny Polak zużywa prawie dwa razy mniej energii niż przeciętny mieszkaniec jednego z 15 krajów „starej” Unii Europejskiej, to energię tę wykorzystujemy w Polsce bardzo nieefektywnie. Wykorzystanie energii pierwotnej jest w Polsce o 40% niższe niż w innych krajach UE. Przyczynami są głównie jej marnotrawstwo oraz niewielkie wykorzystanie najnowszych technologii zarówno w procesach produkcyjnych, jak i zarządzaniem całością przedsięwzięć gospodarczych.

Dodatkowym problemem energetyki w Polsce jest scentralizowana produkcja – większość elektrowni znajduje się na południu kraju. Oznacza to straty przy przesyle energii. Brak mniejszych, lokalnych producentów energii skutkuje brakiem bezpieczeństwa energetycznego w wypadku np. awarii i konieczności wyłączenia całego bloku o mocy kilkuset megawatów. Ponadto wytwarzanie energii elektrycznej w nieefektywnych elektrowniach, zamiast elektrociepłowniach, prowadzi do bezpowrotnej straty 2/3 energii zawartej w paliwie.

ALE: Bez wprowadzania rewolucyjnych metod, lecz poprzez racjonalne wykorzystanie energii możemy zmniejszyć jej zużycie nawet o 20% w krótkim okresie czasu!

Pozytywne zmiany w tym zakresie już zachodzą dzięki m.in. wprowadzaniu coraz powszechniejszej

termoizolacji budynków, modernizacji oświetlenia ulicznego oraz usprawnień przemysłowych.

Zużycie energii w gospodarstwach domowych

Struktura zużycia energii w Polsce przedstawia się następująco: ponad 30 % energii pierwotnej zużywa się na ogrzewanie pomieszczeń, czyli więcej niż zużywa przemysł, rolnictwo i budownictwo (rys. poniżej). Budynki w których mieszkamy, pracujemy, spędzamy czas wolny, które oświetlamy, w których gotujemy i ogółem spędzamy ponad 80% czasu – pochłaniają 40% energii.

Okazuje się zatem, że straty energii są największe przede wszystkim w gospodarstwach domowych i miejscach pracy / miejscach nauki. Takie wiele mogą zmienić dobre nawyki! O indywidualnym wpływie na zużycie energii będziemy szerzej mówić w module trzecim – grudniowym.

To się już dzieje!Wraz z rozwojem cywilizacji światowe zużycie energii gwałtownie rośnie, a rezerwy paliw kopalnych kurczą się. Stałe dostawy taniej energii są podstawą funkcjonowania każdej gospodarki, w tym dla Polski. Nie mniej, powinna być to energia jak najbardziej przyjazna ludziom i środowisku w którym żyją, a więc taka, która emituje jak najmniejsze ilości CO2, SO2 i pyłów pochodzących ze spalania paliw.

Niestety, padające często twierdzenie, że Polska jest liderem w zmniejszaniu emisji gazów cieplarnianych jest mocno przesadzone. Ponad 70% uzyskanej przez nasz kraj redukcji nastąpiło na przełomie lat 80ych i 90ych i wynikało z gwałtownego załamania przemysłu w trakcie transformacji, a nie z inwestycji w odnawialne źródła energii czy oszczędność energetyczną.

ALE: W latach 2000-2008 w Polsce nastąpił stopniowy wzrost udziału energii pochodzącej ze źródeł odnawialnych. Przyczyniło się do tego m.in.:

zwiększenie wykorzystania drewna (głownie przez współspalanie);»uruchomienie lokalnych ciepłowni na słomę;»uruchomienie 3 ciepłowni geotermalnych; »wybudowanie kilkudziesięciu dużych farm wiatrowych;»uruchomienie licznych małych elektrowni wodnych;»uruchomienie ciepłowni i elektrowni zasilanych biogazem z wysypisk odpadów komunalnych oraz z »oczyszczalni ścieków; wykorzystanie energii słońca w kolektorach słonecznych» 2

2 R. Tytko, Odnawialne źródła energii, Warszawa 2009

Podsumowanie – klucz do sukcesu

Aby zwiększyć bezpieczeństwo energetyczne oraz zredukować emisję dwutlenku węgla do atmosfery, powinniśmy postawić obok rozwoju Odnawialnych Źródeł Energii na energooszczędność.

Nawet niewielkie zmiany przyzwyczajeń ale podejmowane przez coraz większą liczbę członków gospodarstw domowych przyniosą zauważalne efekty.

Te zmiany na poziomie jednostkowym pociągną za sobą zmiany systemowe w postaci rozwi-nięcia sieci transportu publicznego, sprawniejszego działania kolei i większego zainteresowania instytucji realizacją zielonych zamówień publicznych – ponieważ będzie popyt na takie rozwiązania.

Przed nami długa droga, by sprostać współczesnym uwarunkowaniom. Przebyć ją musimy szybko. Dobrze chociaż, że kierunek już znamy :)

Zadania praktyczne

W oparciu o zamieszczoną obok mapę

zastanów się, dlaczego udział procentowy OZE w Twoim regionie rozkłada się w taki sposób?

Po przeczytaniu artykułu dotyczącego

zużycia energii w Polsce już wiesz, jaki jest w nim udział procentowy gospodarstw domowych. Przyjrzyj się własnemu rachunkowi za prąd i sprządź listę urządzeń elektrycznych, z których korzystasz. Następnie spróbuj określić procentowy rozkład zużycia energii w Twoim domu w oparciu o poszczególne sprzęty (np. pralka ? %, lodówka ? % itp.) Na początku II modułu przekażemy Ci dane, które pozwolą porównać Twoją analizę ze stanem faktycznym.

Źródło: Opracowanie PSEW na podstawie danych URE. Procentowe rozmieszczenie mocy technologii OZE w poszczególnych województwach Polski. Stan na 31.06.2009.

Zadania praktyczneZastanów się, w jaki sposób przybliżyć młodzieży problematykę źródeł energii, zwłaszcza odnawialnych, w sytuacji, gdy zabrakło prądu… i nie możemy skorzystać z Internetu, nie możemy obejrzeć filmu…. Liczymy na Twoją pomysłowość i kreatywność! Z pomysłów zebranych w ramach tego pytania wygenerujemy obszerną mapę inspiracji – jak obszerną? To zależy również od Ciebie :)

Wskaż, który z zaproponowanych scenariuszy wybrałeś/aś do przeprowadzenia na lekcji? Podziel się z nami Twoją opinią na temat scenariusza. Które jego elementy uważasz za najbardziej przydatne i wartościowe w trakcie pracy z uczniami? Które sprawdziły się najlepiej? Które sprawiły trudność Tobie lub twoim podopiecznym? Twoje uwagi są ważne nie tylko ze względu na możliwość uzyskania dzięki nim wsparcia u swojego mentora. Każdy komentarz odnośnie skuteczności materiałów edukacyjnych jest dla nas ważny pod kątem tworzenia ostatecznej wersji publikacji ze scenariuszami, którą przekażemy Wam i tysiącom innych nauczycieli w styczniu. Będziemy wdzięczni za każdą refleksję po przeprowadzeniu zajęć z naszymi materiałami edukacyjnymi. >> Pobierz scenariusze w PDF (dostępne od 29 października)

Prosimy o wypełnienie ankiety, dzięki, której mamy nadzieję poznać Wasze opinie o kursie, o waszych oczekiwaniach i preferencjach w stosunku do niego. Kurs tworzymy dla Was i dla Was możemy go zmieniać. Czekamy na uwagi. Ankieta dostępna od 2 listopada w dziale Mój Kurs // Moje Ankiety.

Gratulujemy zakończenia modułu pierwszego!

Kolejna porcja materiału już w połowie listopada, a tam...

przyjmiemy szeeeeroką perspektywę i poobserwujemy światowe trendy energetyczne, odwiedzimy Chiny, Indie i inne kraje globalnego Południa. Aż się nam zrobi ciepło. Będzie to też okazja do zorganizowania niejdnego pokazu filmowego!

Póki co...

powodzenia w realizacji zadań modułu pierwszego!

Do zobaczenia!