visoka tehniČka Škola niŠ - vtsnis · 2018. 5. 25. · obnovljivi izvori energije (renewable...

VISOKA TEHNIČKA ŠKOLA NIŠ

Predmet: Alternativni izvori energijeTema: Alternativni izvori energije

dr Anica Milošević

Alternativni izvori energije i održivi razvoj

UvodReč energija nastala je od grčke reči energos što znači

aktivnost. Energija je sposobnost vršenja rada. Ova opšta definicija jedeo osnovnih definicija savremene fizike i to u onom delu koji trebada odgovori na pitanje o uzroku i poreklu prirodnih fenomena akcije,dejstva i sile.

Obnovljivi izvori energije (Renewable energy sources)nekada označavani i kao trajni energetski izvori predstavljajuenergetske resurse koji se koriste za proizvodnju električne energijeili toplotne energije, odnosno svaki koristan rad, a čije rezerve sekonstantno ili ciklično obnavljaju.

Održivi razvoj i energija Sunca

Solarna energija je naziv za vrstu energije koja se dobija izsunčevog zračenja. Ova energija se može iskoristiti na razne načine iupotrebiti kao toplotna, električna ili neka druga energija.Osnovni principi direktnog iskorišćavanja Sunca su :

→Solarni kolektori - zagrevanje vode i prostorija,→Fotonaponske ćelije - direktno pretvaranje sunčeve energije uelektričnu,→Fokusiranje sunčeve energije - upotreba u velikim energetskimpostrojenjima.

Solarni kolektoriSolarni kolektori pretvaraju sunčevu energiju u toplotnu energijuvode (ili neke druge tečnosti). Sistemi za grejanje vode mogu biti iliotvoreni, u kojima voda koju treba zagrejati prolazi direktno krozkolektor na krovu, ili zatvoreni, u kojima su kolektori popunjenitečnošću koja se ne smrzava (npr. antifriz).

Sl.1. Solarni kolektor

Fotonaponske ćelijeFotonaponske ćelije su poluprovodnički elementi koji direktnopretvaraju energiju sunčevog sistema u električnu energiju.Fotonaponske ćelije mogu se koristiti kao samostalni izvori energijeili kao dodatni izvor energije.

Sl.2. Fotonaponska ćelija

Fokusiranje Sunčeve energije

Fokusiranje Sunčeve energije koristi se za pogon velikih generatoraili toplotnih pogona. Fokusiranje se postiže pomoću mnogo sočiva iličešće pomoću ogledala složenih u tanjir ili konfiguraciju tornja. Naslikama su prikazane konfiguracije „Power Tower“ i „Dish“.

Sl.3. “Power Tower” konfiguracija Sl.4. “Dish” konfiguracija

Održivi razvoj i energija vetra

Energija vetra je energija koja potiče od snage vetra. Predstavljakonvencionalan obnovljivi izvor energije, koji se vekovima koristi zadobijanje mehaničke, a u novije vreme i električne energije.

Sl.5. Stara vetrnjača koja koristi energiju vetra

Energija vetra je transformisani oblik sunčeve energije. Sunceneravnomerno zagreva različite delove Zemlje i to rezlutujerazličitim pritiscima vazduha, a vetar nastaje zbog težnje zaizjednačavanjem pritisaka vazduha.Kao dobre strane iskorišćavanja energije vetra ističu se visokapouzdanost rada postrojenja, nema troškova za gorivo i nemazagađivanja okoline.

Sl.6. Princip konverzije i način priključenja vetrenjače na električnu mrežu

Sa aspekta održivog razvoja, iskorišćenje energije iz vetra ima svetlu budućnost.

Sl.7. Trend rasta proizvodnje energije iz vetra u EU

Sl.8. Trend instaliranja vetroelektrana u svetu u periodu od 1996. do 2005. god

Održivi razvoj i energija vodeEnergija vode (hidroenergija) je najznačajniji obnovljivi izvorenergije, a ujedno i jedini koji je ekonomski konkurentan fosilnimgorivima i nuklearnoj energiji. U posljednjih 30-ak godinaproizvodnja energije u hidroelektranama je utrostručena, ali je timeudeo hidroenergije povećan za samo 50% (sa 2.2% na 3.3%).

Sl.9. Energija vode u hidroelektrani

Postoje tri osnovna tipa hidroelektrana: protočne, akumulacione(Hzdroelectric Dam) i reverzibilne (Pumped-storage Plants)hidroelektrane.

Sl.10. Šematski prikaz akumulacione hidroelektrane

Elektroenergetska situacija u Srbiji još nije alarmanta sa aspektatrenutne dnevne potrošnje, ali ćemo se vrlo brzo suočiti sa hroničnimnedostatkom struje i moramo razmišljati o boljem korišćenjuhidropotencijala.

Moguće je instalirati i mikro hidroelektrane, koje bi dopunjavalesnabdevanje električnom energijom manju količinu potrošača. Udužem vremenskom periodu, mogu biti jako isplative.

Sl.11. Primer mikro hidroelektrane

Održivi razvoj i energija BiomaseBiomasa je obnovljiv izvor energije, a čine je brojni proizvodibiljnog i životinjskog sveta. Može se direktno pretvarati u energijusagorevanjem i tako proizvesti vodena para za grejanje u industriji idomaćinstvima i za dobijanje električne energije u malimtermoelektranama. Fermentacija u alkohol zasad je najrazvijenijametoda hemijske konverzije biomase. Glavna prednost biomase uodnosu na fosilna goriva je manja emisija štetnih gasova i otpadnihvoda.

Sl.12. Neki oblici bioenergije

Koncept budućeg razvoja kapaciteta za proizvodnju Bio gorivapredviđa izgradnju jedne Centralne rafinerije koja bi vršila finalnuobradu bio etanola. Svako seosko domaćinstvo bi vršilo primarnupreradu biomase i proizvodilo bio etanol koji bi posle isporučivalocentralnom postrojenju tj. Centralnoj Rafineriji za proizvodnju Biogoriva.

Sl.13. Rafinerija Biogoriva

Sl.14. Mogući izgled proizvodnog pogona za proizvodnju Bio goriva u porodičnom gazdinstvu

Sl.15. Prikaz celokupnog procesa proizvodnje biogoriva i njegova primena

Geotermalna energija

Reč geotermalno ima poreklo u dvema grčkim rečima geo(zemlja) i therme (toplota) i znači toplota zemlje, pa se prema tometoplotna energija Zemlje naziva još i geotermalna energija.

Osnovni medij koji prenosi toplotu iz unutrašnjosti napovršinu je voda ili para, a ta komponenta obnavlja se tako što sevoda od kiša probija duboko po pukotinama i tamo se onda zagreva icirkuliše nazad prema površini, gde se pojavljuje u obliku gejzira itoplih izvora.

Spuštanjem kroz spoljašnji sloj Zemlje, tj. koru temperaturaraste 17 °C do 30 °C po kilometru dubine. Ispod kore nalazi seomotač koji je sastavljen od delimično rastopljenih stena itemperatura tog omotača je između 650 i 1250 °C. U samom jezgruZemlje temperature bi po nekim procenama mogle biti između 4000 i7000 °C.

Sl.16. Šematski prikaz preseka zemlje

Jedan od najzanimljivijih oblika iskorišćavanja geotermalneenergije je proizvodnja električne energije. Tu se koriste vrela voda ipara iz Zemlje za pokretanje generatora, pa prema tome nemapaljenja fosilnih goriva i kao rezultat toga nema ni štetnih emisijagasova u atmosferi, ispušta se samo vodena para.

Sl.17. Princip generisanja električne energije iz geotermalnih izvora

U Srbiji je veoma izražen problem nedovoljne energetskeefikasnosti i neracionalnog korišćenja postojećih izvora ili bušotinakoje se nalaze u eksploataciji. Ukoliko bi se izvršila racionalizacijakorišćenja toplotne energije iz toplih izvora u banjama, onda bi izistih izvora energijom mogli da se snabdevaju i novi atraktivnijisadržaji. U termalnim banjama se ne posvećuje skoro nikakva pažnjaenergetskoj efikasnosti i velike količine tople vode se ispuštaju kaonekorisne, iako je iz njih primenom toplotnih pumpi moguće izvućidovoljno energije za zagrevanje prostora ili bazena. Istovremeno seprostor greje pomoću uglja, nafte ili električne energije.

Sl. 18. Geotermalna toplotna pumpa

Energija okeana

Okeani pokrivaju više od 70% Zemljine površine pa s togapredstavljaju vrlo interesantan izvor energije koji bi u budućnostimogao da daje energiju kako domaćinstvima, tako i industrijskimpostrojenjima.

Trenutno je energija okeana izvor energije koji se vrlo retkokoristi jer trenutno postoji mali broj elektrana koje koriste energijuokeana, a osim toga te elektrane su još uvek malih dimenzija tako daje deo energije koji se odnosi na energiju okeana ustvari zanemarljivna globalnoj skali.

Postoje tri osnovna tipa koja se koriste u iskorišćavanjuenergije okeana. Možemo koristiti talase, odnosno energiju talasa,okeansku energiju plime i oseke, a osim toga možemo koristiti itemperaturnu razliku vode kako bi dobili energiju (Ocean ThermalEnergy Conversion, OTEC).

Sl.19. Princip iskorišćavanja temperaturne razlike vode u okeanu

Energija talasa je oblik kinetičke energije koja postoji ukretanju talasa u okeanu, a kretanje talasa uzrokuje duvanje vetrovapo površini okeana. Ta energija može biti iskorišćena da pokreneturbine i postoji dosta mesta gde su vetrovi dovoljno snažni daproizvedu stalno kretanje talasa. Ogromne količine energije kriju se uenergiji talasa pa joj to daje ogromni energetski potencijal.

Sl.20. Elektrana na talase

Opšti ciljevi održivog razvoja

Pojam održivog razvoja dovodi se, najčešće, u vezu sa zaštitomživotne sredine, planiranjem društvenog razvoja, ekološkim,ekonomskim i političkim pitanjima. Koncept održivog razvojapredstavlja novu razvojnu paradigmu, novu strategiju i filozofijudruštvenog razvoja. Održivi razvoj spaja ujedno brigu za živi svet naplaneti Zemlji i za očuvanje kapaciteta prirodnih sistema (prirodnihresursa) sa društvenim i ekološkim izazovima koji stoje pred svakimdruštvom, državom i čovečanstvom kao celinom.Najčešće navođena definicija održivog razvoja glasi :„Održivi razvoj jeste razvoj koji zadovoljava potrebe sadašnjice,a da ne dovodi u pitanje sposobnost budućih generacija dazadovolje vlastite potrebe.“

Po jednom drugom određenju, održivi razvoj podrazumevaravnotežu između potrošnje resursa i sposobnosti prirodnih sistemada zadovoljavaju potrebe budućih generacija.Jedna sveobuhvatna definicija održivog razvoja glasi: Održivi razvojpredstavlja integralni ekonomski, tehnološki, socijalni i kulturnirazvoj, usklađen sa potrebama zaštite i unapređenja životne sredine,koji omogućava sadašnjim i budućim generacijama zadovoljavanjenjihovih potreba i poboljšanje kvaliteta života.

Sl.21. Opšta šema održivog razvoja

Održivo upravljanje vodenim i šumskim resursima

Voda nalazi najrazličitiju primenu u čovekovom delovanju. Služi zapiće i pripremu hrane, održavanje lične higijene, stambene i urbanehigijene, koristi se u industriji, poljoprivredi, saobraćaju itd. Zbogznačaja vode i njenog višenamenskog korišćenja, ona uživa posebnuzaštitu i koristi se na način propisan zakonom. Pri planiranjuodrživog razvoja klučni principi u oblasti voda sadržani su usledećem :→ Voda je preduslov opstanka svih živih bića na Zemlji,→ Voda je nezamenjiv (obnovljiv) resurs koji sluzi u svim procesimakao sirovina ili kao sredstvo za rad,→ Samo čista (nezagađena) voda je zdrava voda (sprečiti njenozagađenje znači ostvariti jedan od osnovnih principa održivograzvoja,→ Voda je najrasprostranjeniji biotop, koga naseljavaju najbrojnijebiocenoze, pa je kao takva ključni element koga treba štititi oddestrukcije.

Postoji jaka međuzavisnost urbanizacije i upravljanja vodom.Ubrzana urbanizacija stvara mnoge probleme u upravljanju vodom.Jedan od tih problema je svakako neadekvatno snabdevanje pijaćomvodom u smislu količine i kvaliteta.

Sl.22. Ciklus voda u urbanim sredinama

Šume i šumsko zemljište se u Republici Srbiji prostiru na oko 2,5miliona hektara, što čini 1/3 teritorije Srbije. Gledajući tu činjenicu,postoji velika potreba celokupnog društva da se šumama održivogazduje, odnosno da se njima upravlja i da se koriste na takav način iu takvom obimu da se održava njihova biološka raznovrsnost,unapređuje proizvodnost i sposobnost obnavljanja, vitalnost i njihovpotencijal da u sadašnjosti i budućnosti ispunjavaju ekološke,ekonomske i društvene funkcije.

Sl.23. Površina pod šumom u Srbiji

Održivo upravljanje morem i obalnim područjemUpravljanje obalnim područjem (UOP) je integracija disciplina,ustanova i institucija, ciljeva i zadataka, nivoa upravljanja društvom ipolitičkih ciljeva u vremenu i prostoru, sa ciljem pravilnogupravljanja obalnim područjem.IUOP je dinamički proces postizanja ciljeva ekološki održivograzvoja, unutar ograničenja postavljenih fizičkim, socijalnim iekonomskim uslovima i pravnim, administrativnim i finansijskimsistemom određenog obalnog područja.Implementacija IUOP-a u nekom regionu sprovodi se nekoliko faza.Postoji nekoliko modela po kojima se uvodi IUOP. U jednom odnajčešćih modela realizovanja IUOP, razlikuju se sledeće faze :

Sl.24. Faze realizovanja IUOP

Energija, klimatske promene i zagađenje vazduha

Energija je karakteristika sistema kojom se opisuje sposobnost togsistema da vrši neki rad. Prema međunarodnom sistemu mernihjedinica, u čast engleskom fizičaru James Prescott Juole-u (1818-1889), merna jedinica za energiju naziva se Džul (J). Važno svojstvoenergije je da ne može ni nastati ni nestati pa je prema tome količinaenergije u zatvorenom sistemu uvek konstantna.

Sl.25. Energija talasa, kao jedan od vidova energije

Kad je reč o klimi na Zemlji, klima na Zemlji se stalno menja.Najveće promene nastaju pod uticajem čoveka pri kojima se menjaju:sastav atmosfere, bilans zračenja i toplote na Zemlji, javlja se efekatstaklene bašte, kisele kiše, ozonske rupe. Jedan od najvećih faktorapromene klime i zagađivanja vazduha su svakako neobnovljivi izvorienergije (ugalj, nafta i prirodni gas), koje još zovemo i fosilna goriva.Glavni izvor energije fosilnih goriva je ugljenik, pa njihovimsagorevanjem u atmosferu odlazi velika količina ugljen-dioksida. Topredstavlja glavni problem iskorišćavanja fosilnih goriva, gledano saekološkog aspakta.

Sl.26. Povećanje koncentracijeugljen - dioksida u atmosferi

U poslednjih nekoliko decenija primećeno je oštećenje ozonosfere.Ozon ima osobinu da upija UV zrake i na taj način štiti živi svet naZemlji od prekomerne Sunčeve radijacije. Na nekim mestima jeozonski omotač oko Zemlje veoma razređen i ti delovi nazivaju seozonske rupe. Ozon je najoštećeniji iznad jugoistočne Australije,Novog Zelanda, Antarktika i Arktika.

Sl. 27. Širenje ozonske rupe na južnoj hemisferi u periodu od 1990. do 2004. godine

Održivi turizamU poslednjih dvadesetak godina, turizam se, kako u pozitivnom, takoi negativnom smislu razvio u važan faktor u kontekstu održivograzvoja. Održivi turzam u svom najčistijem smislu, podrazumevaprivrednu granu koja vrši minimalan uticaj na životnu sredinu ilokalnu kulturu, istovremeno pomažući sticanje zarade, nova radnamesta i zaštitu lokalnih ekosistema.U politici razvoja turizma kao nezaobilaznog i značajnog sektora,Srbija mora napraviti snažan i kvalitetan zaokret prema novompristupu usklađivanja turističkog razvoja koji minimalno ugrožavaživotnu sredinu.

Sl.28. Đavolja varoš Jedna od najpoznatijih turističkih

destinacija u Srbiji

Održivi transportEvropa je najurbanizovaniji kontinent na svetu. Trenutno, preko 80%stanovnika Evrope živi u gradovima, što dovodi do konstantnogporasta upotrebe automobila. Polovina saobraćaja privatnimautomobilom u urbanim područjima odvija se na relaciji kraćoj od 5km. Povećanje obima sobraćaja dovodi do zagađenja vazduha ipovećanja buke. Parkirališta obično zauzimaju površine gradskihcentara. To su samo neki negativni aspekti saobraćaja koji zahtevajustrategije za razvoj održivog transporta. Jedan od načina rešavanjapostojećih problema nalaze se u principima održivog transporta. Ugradovima koji imaju dovoljno prostora mogu se promovisati vidovisaobraćaja koji nisu automobilski, prvenstveno pešački, biciklistički ijavni prevoz. Jedan od načina za prevazilaženje problema saparkiranjem je uvođenje Park&Ride sistema.Park&Ride sistempodrazumeva izgradnju parking prostora, na kome vozači izperifernih naselja ostavljaju svoje automobile i javnim prevozomnastavljaju put do centra grada (neuspeli pokušaj u Beogradu saparkingom kod hotela Hajat).

Sl.29. Park & Ride sistem

Jedan od gradova u kome je uspesno realizovan projekatizmeštanja saobraćaja iz centra grada je grad Kopenhagen u Danskoj.Kopenhagen je 60-ih godina XX veka krenuo u realizaciju projektakoji je obuhvatio smanjenje saobraćajne gužve u centru grada ipretvaranje parkiranim vozilima zakrčenih trgova u prostore zapešake.

Sl.30. Bicikl stanica u Kopenhagenu

Zaštita biodiverziteta i očuvanje prirodnih, pejzažnih i kulturnihvrednosti

Očuvanje biosfere obuhvata zaštitu organizama, njihovih zajednica istaništa, uključujući i očuvanje prirodnih procesa i prirodneravnoteže unutar ekosistema, uz obezbeđivanje njihove održivosti.Biodiverzitet (biološka raznovrsnost) podrazumeva sveukupnostgena, vrsta i ekosistema na Zemlji, odnosno obuhvata ukupnurazličitost i variranje gena i svih mikroorganizama, gljiva, biljaka iživotinja kao i svu raznolikost ekosistema u kojima su živa bićaaktivni nosioci procesa.

Sl.31. Biološka raznolikostjednog ekosistema

Primer zaštite biodiverziteta i pejzažnih vrednosti je Veliko Ratno ostrvo kod Beograda. Ostrvo je stanište velikog broja retkih ptica kao i životinja koje su neuobičajena pojava za pojam velegrada (divlje svinje, srne, lisice...). Novim generalnim planom Beograda do 2021. utvrđen je status Velikog Ratnog ostrva kao javnog i trajnog dobra Beograda.

Sl.32. Veliko Ratno ostrvo – Beograd

Kulturne vrednosti su opšteprihvaćena, tradicijom nasleđenamišljenja i verovanja u nekoj kulturi, o tome šta je značajno,ispravno, poželjno, istinito, vredno, i kojim ciljevima bi trebalo težiti.U Srbiji se u poslednjih nekoliko godina sve više pažnje poklanjaočuvanju kulturnih dobara i vrednosti. Prostorna kulturno-istorijskacelina „Topčider“ je 1987. godine utvrđena za kulturno dobro odizuzetnog značaja za Republiku Srbiju (Odluka, „Sl.glasni SRS“br.47/87) zbog posebnih prirodnih, estetskih, kulturnih i istorijskihvrednosti koje sadrži.

Sl.33. Konak Kneza Miloša na Topčideru

Održivi urbani razvoj

Obezbeđenje odgovarajućeg nivoa zaštite zivotne sredine uaktuelnim urbanim uslovima danas predstavlja značajan problem. Ipored razvoja nauke i tehnologije, mnogi elementi životne sredine idanas predstavljaju urbani problem.

Model održivog grada, osim njegovih strogo određenihfizičkih granica, održava i društvenu maticu grada. Ovaj model semanifestuje kroz mnogo različitih oblika, zavisno od istorijskognasleđa, kulture, ekonomske baze, klimatskih, geografskih igeopolitičkih karakteristika, da bi se svi ti oblici sveli na samonekoliko promenjivih koji ga određuju.

Sl.34. Model održivog grada

Održiva poljoprivreda i ruralni razvoj

Koncept održive poljoprivrede i ruralnog razvoja bio je jedan odmnogih koji se izdvojio tokom osamdesetih godina prošlog veka.Kao dodatak tradicionalnoj poljoprivrednoj proizvodnji, SARD(Sustainable Agriculture & Rural Development – Održivapoljoprivreda i ruralni razvoj), kao razvojni model bi trebalo daobuhvati širok spektar ekonomskih, ekoloških i socio-ekonomskihprograma.

Sl.35. Zvanični logo SARD koncepta

Održiva poljoprivreda je sredstvo koje će omogućiti budućimgeneracijama da uživaju u prednostima jedinstvenog prirodnognasleđa i prirodnih resursa, kao što to danas činimo i mi. Održivapoljoprivredna proizvodnja morala bi da vodi računa i o potrošačima,tj. konzumentima, a to se pre svega odnosi na kvalitet, sigurnost itradicionalne organske proizvodne metode.

Sl.36. Dimenzije Ruralnog razvoja

Zaključak

Čovečanstvo će u bliskoj budućnosti morati da pronađe ekološkiprihvatljivije izvore energije kojima će pokrivati svoje energetskepotrebe. Promena odnosa korišćenja obnovljivih i neobnovljivihizvora energije može znatno uticati na očuvanje naše životne sredine.Neophodno je da ekološka znanja postanu sastavni deo matriceopštih znanja. Kada bi ljudi pribegli korišćenju obnovljivih (čistih)izvora energije, znatno bi se smanjila mogućnost daljeg globalnogzagrevanja Zemlje. Očuvanje životne sredine je od presudnogznačaja za održivi razvoj, opstanak ljudi, biljnog i životinjskog svetana planeti.