|
Aktualności
|
|
Informacje
Numery
Numer 08/2002
Energia dla miast przyszłości - Wodór
|
|
|
Według prognoz naukowców w ciągu najbliższych dwudziestu lat zużycie energii na świecie wzrośnie o ponad 50% i osiągnie poziom blisko 20x1010 MWh. Zapewnienie tak wielkich dostaw energii i rozwiązanie coraz trudniejszych problemów ekonomicznych, technicznych i ekologicznych stanowi jedno z największych wyzwań stojących przed współczesną cywilizacją.
|
Rozwiązania tych zagadnień amerykańscy fizycy i energetycy upatrują w pełnym wykorzystaniu już obecnie znanych i stosowanych technologii wytwarzania, przesyłu i użytkowania energii. Wizja miasta przyszłości opiera się na symbiozie technologii energetyki jądrowej, zastosowań wodoru i wysokotemperaturowego nadprzewodnictwa. Zdaniem amerykańskich futurologów, wymienione technologie energetyczne są wystarczające dla ekonomicznego, bezpiecznego i niezawodnego zaopatrzenia w energię wielkich skupisk ludności po 2020 r.
Podstawą funkcjonowania dużych i wielkich miast stanie się wodór, który służyć będzie do wytwarzania, gromadzenia i przesyłu energii elektrycznej. Wykorzystanie energetyki jądrowej, zastosowań wodoru i wysokotemperaturowego nadprzewodnictwa już obecnie spełnia większość ciągle rosnących wymagań, w tym:
- oszczędnego, bezpiecznego, czystego i niezawodnego wytwarzania energii elektrycznej
- znikomej emisji zanieczyszczeń i gazów cieplarnianych
- minimalnej ingerencji w środowisko naturalne człowieka.
Zdaniem naukowców podstawowego zapotrzebowania wielkich miast na energię elektryczną nie zapewni spalanie paliw organicznych jak węgiel, ropa czy gaz z uwagi na znaczną uciążliwość dla środowiska. Również przetwarzanie biomasy, stanowiącej teoretycznie odnawialne zasoby energii, bez emisji CO2 będzie stwarzać coraz więcej problemów, wynikających z zajmowanej powierzchni upraw, nakładów na zbiór, transport i utylizację surowca. Rosnące sprzeciwy będzie napotykać wykorzystanie innych odnawialnych źródeł energii: hydroenergetyka powoduje nadmierną ingerencję w ekosystemy wodne, farmy wiatrowe i baterie słoneczne zajmują wielkie obszary i zmieniają krajobrazy nie do poznania. Wszystkie wymienione warunki i potrzeby energetyczne aglomeracji miejskich spełni, według futurologów, lokalna energetyka jądrowa, oparta na najnowocześniejszym typie wysokotemperaturowego reaktora, chłodzonego helem. Rozwiązania te są już obecnie testowane i wdrażane w wielu krajach świata, m.in. Japonii, Niemczech, Chinach, Rosji i USA. Opuszczający reaktor strumień gorącego (900 st. C) helu o wysokim ciśnieniu napędza turbogenerator. W odróżnieniu od obecnie stosowanych reaktorów na lekką wodę, reaktory chłodzone gazem nie ulegają stopieniu przy zaniku przepływu czynnika chłodzącego. Ponadto wykazują one szereg zalet eksploatacyjnych np. nie wymagają wyłączenia dla wymiany paliwa.
Wybór rozmieszczonych w dużych miastach elektrowni jądrowych jako podstawowego źródła energii w przyszłości będzie wymagał rozwiązania kilku zasadniczych kwestii: zabezpieczenia przed wypadkami, gospodarki odpadami, ochrony przed atakami terrorystycznymi i próbami użycia paliwa dla produkcji broni masowego rażenia. Reaktory helowe zawdzięczają zwiększone bezpieczeństwo swej konstrukcji i zasadzie działania. Ponieważ nie wymagają wielkich ilości wody chłodzącej ani wież chłodni, można je umieścić pod ziemią. Podziemna lokalizacja elektrowni jądrowych zapewni ich ochronę przed atakami terrorystycznymi i ułatwi zagospodarowanie odpadów promieniotwórczych.
O ile lokalne elektrownie jądrowe będą pokrywać obciążenie podstawowe systemu elektroenergetycznego przyszłych aglomeracji, to szczytowemu zapotrzebowaniu powinny sprostać dwie wybrane opcje źródeł odnawialnych, a mianowicie baterie słoneczne rozmieszczone na dachach budynków oraz spalarnie odpadów komunalnych. Ocenia się, że oba te źródła mogą wytworzyć w mieście o liczbie ludności 1 mln maksymalnie 200 MW mocy. Oczywiście w systemie zasilanym przez elektrownie atomowe oraz wspomniane baterie słoneczne i spalarnie śmieci będą powstawać okresowe nadwyżki lub niedobory energii elektrycznej. Muszą być one magazynowane lub pokrywane ze specjalnych zasobników energii, których kilka typów jest od dawna stosowanych np. baterie akumulatorów, wysoko położone zbiorniki wody, zbiorniki sprężonego powietrza itp. Jednak najwygodniejszym sposobem magazynowania energii jest wykorzystanie wodoru. Nadwyżki energii elektrycznej będą zużyte do wytworzenia tego gazu z rozkładu wody. Uzyskane wielkie ilości wodoru będą użyte jako czynnik chłodzący kable i urządzenia elektroenergetyczne, wykonane z wysokotemperaturowych nadprzewodników, dzięki czemu zdecydowanie zmniejszą się straty przesyłu i rozdziału energii elektrycznej. Oprócz nadprzewodzących sieci kablowych, pod wielkimi miastami powstaną układy przesyłu ciekłego wodoru do licznych użytkowników. Ciągły postęp konstrukcji ogniw paliwowych gwarantuje uzyskanie w przyszłości doskonałych rozwiązań tych wysokosprawnych źródeł czystej energii. Ogniwa zostaną wykorzystane zarówno w gospodarstwach domowych, jak i w przemyśle, transporcie samochodowym itp. Unikalną cechą tego niezwykłego kompleksu technologii jądrowej, wodorowej i nadprzewodnikowej będzie możliwość ciągłego wyboru postaci energii dla zmieniających się potrzeb użytkowników. Dla przykładu: dla potrzeb klimatyzacji zimny wodór można przepuszczać przez wymienniki ciepła, a następnie zużyć do podgrzewania wody czy spalania w kuchni. Natomiast w celu ogrzewania pomieszczeń można wykorzystać różnicę temperatur otoczenia i bardzo zimnego wodoru w ogniwie termoelektrycznym, które wytworzy energię elektryczną zasilającą grzejnik.
Zbudowanie opisanej infrastruktury technologii energetycznych dla miast przyszłości będzie wymagać zaangażowania nie tylko kapitału lokalnego i prywatnego, lecz na pewno także udziału państwa. Zdaniem amerykańskich specjalistów nie ulega wątpliwości, że podobne wielkie przedsięwzięcia okażą się zarówno wykonalne, jak i konieczne.
Na podstawie: Paul M. Grant „Energy for the City of the Future” - The Industrial Physicist 2-3/2002 – opracował Piotr Olszowiec
|
|
|
|
