Fizyka LO Turek
Start
Nauczyciele
Nauczanie
Konkursy
Ciekawostki
Aktualności
Astronomia
Struktura materii
Doświadczenia domowe
Testy z fizyki
Spis treści i wyszukiwarka
Hosted by:
W kręgu fizyki LO Turek
« Poprzednia  Następna »
Technika 
Elektrownie wiatrowe

elektrownia wiatrowa Świat zużywa co roku blisko 16 bln kWh energii. Wypada średnio po 2500 kWh na osobę. Większość pochłania przemysł, ale mniej więcej jedną czwartą gospodarstwa domowe. Oczywiście największymi konsumentami prądu są kraje zachodnie. Równocześnie ponad dwa miliardy ludzi, czyli jedna trzecia populacji, w ogóle nie ma dostępu do sieci elektrycznej. Ważne jest pozyskanie energii ze źródeł odnawialnych, takich jak biomasa, wiatr, słońce, woda i źródła geotermalne.
W ostatnich latach coraz więcej uzyskuje się energii z wiatru. Rozwój technologii sprawia, że energia wiatrowa szybko tanieje. Na początku lat osiemdziesiątych. kosztowała kilkanaście razy więcej, a dziś już najwyżej dwa razy więcej niż energia pozyskana z ropy i węgla. A gdyby w rachunku opłacalności uwzględnić po stronie strat szkody ekologiczne i zdrowotne związane ze spalaniem tradycyjnych kopalin, okazałoby się, że wiatr jest już dziś konkurencyjnym źródłem taniego prądu.
elektrownia wiatrowa Cisowo W wielu krajach buduje się coraz więcej takich elektrowni, zwłaszcza tam, gdzie wieją silne wiatry. Moc turbin rośnie z roku na rok w tempie 30-40%. To więcej niż zdolność produkcyjna wszystkich polskich elektrowni. Liderem są Niemcy (14,6 tys. MW), kolejne miejsca zajmują: USA, Hiszpania, Dania i Indie. Elektrownie wiatrowe w Dani dostarczają już 10 procent energii (zdjęcie z lewej). Szacuje się, że w 2020 roku wiatr może zaspokajać aż 12% światowego zapotrzebowania na prąd. Jak wynika z wyliczeń aby zaspokoić całkowicie potrzeby energetyczne świata wyłącznie energią wietrzną, trzeba byłoby na najbardziej wietrznych obszarach, łącznie zajmujących 2,5 mln km kw. (osiem razy więcej niż terytorium Polski), postawić około 5 mln turbin wiatrowych (każda o mocy dwóch megawatów).
elektrownia wietrzna Zagórze W Polsce, zdominowanej przez węgiel kamienny i brunatny, udział energii wiatrowej jest znikomy. I raczej taki pozostanie. Wprawdzie zobowiązaliśmy się przed Unią Europejską, że w 2010 roku 7,5% naszej energii pochodzić będzie z surowców odnawialnych, ale głównym źródłem tego alternatywnego prądu będzie, jak wszystko na to wskazuje spalanie biomasy. Chociaż z analiz specjalistów wynika, że mniej więcej jedna trzecia powierzchni kraju ma korzystne lub bardzo korzystne warunki do produkcji energii wiatrowej. Najlepsze są wybrzeże Bałtyku i Suwalszczyzna, a także pas nizin centralnych od Słubic po Warszawę. Potencjał wiatru wiejącego na Polską oszacowany został na około 80-90 mld kWh rocznie, czyli aż dwie trzecie krajowego zużycia prądu.
biurowiec z zasilaniem wiartowym Wiatr oczywiście nie może być jedynym źródłem energii na świecie. Jest zbyt kapryśny. Jednego dnia wieje, drugiego znika. Wtedy trzeba czerpać prąd z innych źródeł. Ale przecież energię można magazynować, napełniając wodą zbiorniki przy elektrowniach szczytowo -pompowych lub też do taniej produkcji wodoru, który jest uważany za paliwo przyszłości. Sprawą otwartą jest również wykorzystanie energii jądrowej.
Największą elektrownią wiatrową w Polsce jest siłownia w Zagórzu obok wyspy Wolin o mocy 30MW, składająca się z 15 turbin o mocy 2MW każda, zasilanych wiatrakami o wysokości 80m i średnicy skrzydeł 80m. Druga co do wielkości elektrownia znajduje się na środkowym wybrzeżu w miejscowości Lisowo, składająca się z 9 turbin o łącznej mocy 18MW.
Choć wiatr wieje "czystą energią", elektrownie wiatrowe mają też skutki uboczne. Wiatraki o wysokości 100 metrów są przeszkodą na szlakach wędrówek ptaków, które często giną przemielone przez śmigła. Kręcące się śmigłą powodują również powstanie ogromnych, przemieszczających się cieni, które u okolicznych mieszkańców mogą prowadzić do zakłóceń błędnika. Poza tym następuje dewastacja krajobrazu. Najwięcej wiatru jest przecież tam, gdzie są najpiękniejsze widoki. Okazuje się, że duże skupiska wiatraków mogą też zmieniać lokalny klimat. Z badań uczonych wynika, że duża koncentracja wiatraków powoduje nocny wzrost temperatury powietrza nawet o 2°C i średni wzrost prędkości wiatru z 3 m/s do 5 m/s.

Elektrownie wiatrowe usytuowane są zazwyczaj na terenach pustynnych lub wiejskich. Idea realizacji elektrowni wiatrowych w mieście jest obca, co nie oznacza, że nie do realizacji. Dzięki funduszom Unii Europejskiej konsorcjum brytyjsko - niemiecko - holenderskie zaprojektowało biurowiec z trzema turbinami wiatrowymi. Miejsce pod taką budowę musi być dobrze wybrane - musi być to wietrzne miejsce, ale takie, gdzie praca turbin nie nakładałaby się z sygnałami radiowymi i telewizyjnymi.

kamera termowizyjna
Zdjęcia termowizyjne

Każde ciało o temperaturze większej od zera bezwzględnego jest źródłem promieniowania w paśmie podczerwieni, a jego intensywność zależy od temperatury, rodzaju materiału i cech powierzchni ciała. Wykorzystują to niektóre zwierzęta, np. węże, których oczy reagują na ciepło, czyli fale podczerwone.
Promieniowanie podczerwone można odebrać za pomocą detektorów podczerwieni. Wykorzystuje się do tego zjawisko zamiany energii fali na ciepło (takim detektorem cieplnym jest bolometr) lub zjawisko fotoelektryczne polegające na zmianie natężenia lub napięcia elementu oświetlonego. Obecnie skonstruowano kamery pokazujące rozkład promieniowania. Metoda badawcza polegająca na wizualizacji i rejestracji rozkładu temperatury na powierzchni obiektów zwana jest obrazowaniem termalnym lub termowizją. Tworzenie obrazu termowizyjnego (inaczej termogramu) polega na rejestracji przez kamerę promieniowania emitowanego przez obserwowany obiekt, a następnie przetworzeniu go na mapę temperatur. Intensywność promieniowania podczerwonego jest proporcjonalna do jego temperatury.
termogram
Zdjęcie termograficzne budynku mieszkalnego

Zastosowanie

Termowizja ma szerokie zastosowanie między innymi w budownictwie. Pomiary termowizyjne stosuje się przede wszystkim do wykrywania wad izolacji cieplnej budynków lub instalacji cieplnej, kontroli i oceny jakości wykonawstwa budynków. Termogram obrazuje rozkład temperatury na elewacji budynku lub sieci ciepłowniczej. Każdej barwie odpowiada na skali temperatur określona temperatura zarejestrowana przez kamerę. Z reguły, barwami jasnymi oznaczone są powierzchnie o wysokiej temperaturze, zaś kolorami ciemnymi o temperaturze niskiej. Wysoka temperatura powierzchni zewnętrznej budynku świadczy o słabej izolacyjności cieplnej ściany, zaś niska o dobrej izolacyjności termicznej.
termogram
Termogram i zdjęcie fotograficzne instalacji elektrycznej. Kolor żółty wskazuje wadliwy element.
Termowizja umożliwia również kontrolę jakości przyłączy energetycznych i badanie stanu przewodów elektrycznych. W hutnictwie służy do badania jakości odlewów i określania rozkładu temperatur w piecach i na ich powierzchni oraz do określania temperatury podczas walcowania. W elektronice do badania jakości układów scalonych, poszukiwanie uszkodzonych elementów w aparaturze elektronicznej i określanie rozpływu ciepła w obwodach drukowanych. W rolnictwie i leśnictwie do określanie stanu wilgotności gleby i stanu upraw, poszukiwanie podziemnych zbiorników wodnych, wykrywanie ognisk pożarów leśnych czy też do lokalizacji obszarów zaatakowanych przez szkodniki. W ochronie środowiska do określanie obszarów skażeń cieplnych i chemicznych wód i zapylenia atmosfery. W mechanice do badania stanu łożysk i innych ciernych elementów, itp. Na szeroką skalę kamery termowizyjne wykorzystuje straż graniczna i straż pożarna do lokalizacji ludzi w ciemnościach i przy silnym zadymieniu czy też szukaniu ludzi w zawalonych budynkach w przypadku straży pożarnej. Termowizja ma również zastosowanie w medycynie, a także do wykrywania fałszywych dokumentów i dzieł sztuki w technice kryminalistyki. Są one również świetnym czujnikiem ruchu wykorzystywanym do budowy systemów alarmowych i przekaźnikowych umożliwiając np. włączanie oświetlenia tylko w momencie wykrycia ruchu, a w przyszłości w systemach wspomagania kierowcy.

noktowizor
Noktowizory

Pierwsze urządzenia noktowizyjne, które weszły na wyposażenie wojsk w czasie II Wojny światowej umożliwiały widzenie w ciemności przy wykorzystaniu promieni podczerwonych. Źródło promieni podczerwonych oświetlało obiekty w obszarze docelowym. Po odbiciu następowała detekcja i przetwarzanie tych promieni na obraz widzialny.
Obecnie wykorzystuje się częściej noktowizory pasywne wykorzystujące światło odbite od księżyca lub gwiazd. Szczątkowe promieniowanie widzialne i podczerwone jest zbierane przez soczewki obiektywu i przetwarzane w obraz na katodzie. Wewnątrz komory katody fotograficzne zmieniają energię fali elektromagnetycznej w energię kinetyczną przyspieszonych elektronów. Trafiają one na ekran pokryty luminoforem, który pod wpływem uderzających elektronów emituje obraz widzialny, podobnie jak w telewizji. W urządzeniu następuje wzmocnienie sygnału dochodzące do czterdziestu tysięcy razy. Uzyskiwany obraz kierowany jest na okular, którego konstrukcja umożliwia dopasowanie noktowizora do oczu obserwatora. Obraz wyświetlany jest w kolorze zielonym, ponieważ kolor zielony charakteryzuje się największą gamą odcieni, co w praktyce wiąże się z dużo większą rozpoznawalnością obiektów łącznie ze słabo oznaczonymi kontrastami i niekiedy istotnymi szczegółami. Poza tym, przy zielonym odcieniu nie odczuwa się zmęczenia oczu zwłaszcza przy długotrwałych obserwacjach.

« Poprzednia  Następna »
Technika