Energikällor

Nedanstående innehåll är skapat av Mimers Brunns besökare. Kommentera arbete

Innehållsförteckning

•Inledning om energi – sid. 2
•Solens inverkan på energikällorna – sid. 2-3
•Sammanfattning av hur de vanligaste energikällorna fungerar – sid. 3-6
•Fördjupning I värmekraftverk – sid. 7-9
•Reflektion kring kärnkraftverk – sid. 9
•Dagens och framtida energikällor – sid. 9-11
•Källförteckning och källkritik – sid. 11


Energi

Energi är rörelse eller förmågan till rörelse. Energi kan inte skapas eller förstöras. Den kan bara omvandlas från en form till en annan.
Man brukar dela in energi I två kategorier: förnybara och icke förnybara energikällor. Till de förnybara tillhör sol, vin, vatten och biobränslen och till de icke förnybara tillhör kärnkraftverk, olja, kol och naturgas. Förnybar energi är sådan som ständigt flödar medan den icke förnybara måste lagras oändligt länge innan vi kan dra nytta av den och förnyas extremt långsamt.
I dagens samhälle har vi blivit beroende av elektricitet för att ta oss till jobbet/skolan, sköta vardagliga sysslor, tillverka varor m.m. och vi har blivit så vana vid det att vi skulle ha svårt att anpassa oss till ett liv utan elektricitet. Det går åt mycket energi för att producera elektricitet vi förbrukar och det diskuteras ständigt om vilka medel man ska använda för att skona miljön samtidigt som det ska vara lönsamt. Ett stort problem är utsläppen av koldioxid, från t.ex. fordon och olje/kolkraftverk, som bidrar till en ökande växthuseffekt. Under 150 år har koldioxidhalten i atmosfären ökat med 30 procent och jordens medeltemperatur har stigit med en halv grad de senaste hundra åren. Som följd av detta har glaciärer smält och havsytans nivå har stigit med tio centimeter. När klimatet förändras påverkar det ekosystemet; när glaciärer smälter sjunker de kalla vattenmassorna ner till havsbotten och påverkar undervattensströmmarna så att de t.o.m. kanske ändrar kurs. Havsströmmar avger sin temperatur till luften och påverkar på så sätt klimat och vindar när de färdas från varmare till kallare breddgrader och tvärtom (som golfströmmen som bidrar till vårt behagliga klimat här i Sverige).
Om medeltemperaturen fortsätter att stiga under de kommande hundra åren kommer det att ge kraftiga klimatförändringar över hela världen. Detta kommer att ge upphov till varmare, blåsigare vintrar och mer nederbörd här i Norden och länderna runt ekvatorn kommer drabbas av ännu värre torka, skördekatastrofer, svält och dessutom kraftiga översvämningar då havsytan förväntas stiga med 40 centimeter.
Därför försöker man hela tiden hitta nya miljövänliga sätt att producera el och försöker minska på förbränningen av fossila bränslen (framförallt olja, kol och naturgas).

Precis som solen påverkar det globala klimatet så ger den även upphov till praktiskt taget alla energikällor vi använder oss av:
•Värmer upp luften och skapar temperaturskillnader som ger upphov till lågtryck och högtryck. När dessa försöker ”utjämna” varandra skapas vindkraft.
•Styr vattnets kretslopp; uppvärmning – ånga – avkylning – nederbörd + ger upphov till temperaturskillnader i vattnet som skapar strömmar och resulterar i rörelseenergi – vattenkraft.
•Bioenergi skapas genom fotosyntesen som omvandlar solenergi, vatten och koldioxid till biomassa(växter). Förbränning av biomassa ger framförallt värme men bidrar även med en minimal del till elproduktionen.
•Till värmepumpar utnyttjar man värmen från markytan/luften genom att placera rör/kylelement under markytan/på husväggen med cirkulerande vätska. Vätskan tar upp värme från materian kring röret och lämnar ifrån sig värmeenergi när den kyls ner igen inne i värmepumpen.
•Solfångare och solceller producerar el och värme genom direkt solenergi.


De energikällor som solen inte ger upphov till är:
•Kärnkraftverk som alstrar el genom att utvinna värmeenergi ur fission av tunga atomkärnor.
•Kol/oljekraftverk där man producerar el med samma princip som i ett kärnkraftverk med skillnaden att man utvinner värmeenergi genom förbränning av fossila bränslen(kol, olja och naturgas) istället för kärnklyvning. De fossila bränslena har bildats under miljontals år av växter och andra organismer som omvandlats under påverkan av högt tryck och hög temperatur i djupt ner i marken.

Sammanfattning av hur de vanligaste energikällorna fungerar.

Kärnkraftverk
I ett kärnkraftverk framställer man energi genom fission av tunga atomkärnor. Vid fission splittrar man atomkärnor genom att beskjuta dem med fria neutroner, som i sin tur frigör nya neutroner som klyver nya atomkärnor och man får en s.k. kedjereaktion. Vanligaste kärnbränslet är isotopen uran-235 och uran-238 men i vissa blandningar förekommer även plutonium-239. Kärnreaktorn består av en reaktortank där man förvarar reaktorhärden (bränsle och styrstavar). I reaktorhärden pågår själva kärnklyvningen som styrs och kontrolleras med hjälp av moderator och styrstavar. Moderatorn består vanligen av lätta atomer, som kol eller vatten, för att bromsa ner snabba neutroner (som frigörs vid fission) utan att absorbera dem. Styrstavarna absorberar överflödiga neutroner och reglerar mängden kärnklyvningar per tidsenhet. Man använder oftast lättvatten som moderator och kylmedium (kok/tryckvattenreaktor), styrstavarna består vanligen av kadmium eller bor.
Vid kärnklyvningen frigörs värmeenergi som värmer upp kylmediet och omvandlar det till ånga. Ångan leds via ett rör in i turbiner, slags propellrar, som roterar när ångan passerar. Turbinerna är kopplade till elgeneratorer som omvandlar rörelseenergin till elektricitet. Ångan strömmar sedan in i en kondensator. Ångan kyls ned, med hjälp av havsvatten som cirkulerar i ledningar inuti kondensatorn, och omvandlar det till vatten som pumpas ut i reaktorhärden på nytt.

Fördelar:
•Kärnkraft är miljövänligt så länge det inte inträffar olyckor så att det sprids radioaktivt avfall.
•Det är billigt i drift och producerar mycket el med låg energiförbrukning.
•Avger inga giftiga gaser och utsläpp till atmosfären.

Nackdelar:
•Är dyra att bygga ut.
•Svårt att lagra det radioaktiva avfallet.
•Finns fortfarande en risk att en reaktorolycka kan inträffa.

Vattenkraftverk
I ett vattenkraftverk producerar man el genom att använda sig av lägesenergi. Genom att få vattnet att röra sig från en högre nivå till en lägre utnyttjar man vattnets rörelseenergi för att skapa elektricitet. Mängden elenergi man kan utvinna beror på hur vattenrik en älv är och hur stor nivåskillnaden är.
För att åstadkomma en fallhöjd, vanligtvis på 300meter, spränger man tunnlar i berget. Man bygger dammar för att lagra energi i form av vatten och kan på så sätt kontrollera hur mycket el ett vattenkraftverk ska producera genom att öka eller minska vattenflödet.
Från dammanläggningen(1) faller vattnet ner i tunnlarna(2) och in i en turbin(3) (ser ut som ett vattenhjul) som roterar när den träffas av vattnet. Turbinen är kopplad till en generator(4) som alstrar el. Vattnet rinner sedan ut i den lägre delen av dammen(5). Under tider när energibehovet är mindre än vanligt pumpas vatten upp till övre dammen igen med s.k. pumpkraftverk.

Fördelar:
•Släpper inte ut rök eller annat avfall, påverkar inte miljön allvarligt under drift.
•Ett billigt sätt att producera el på eftersom bränslet, vatten, är en förnyelsebar energikälla.
•Kan lagra energi i form av vatten och är på så sätt en pålitlig energikälla som kan producera el när det behövs.
•Kan i vissa fall gynna vattenlivet nedanför dammen genom stabilisering av vattennivån mellan sommar och vinter.

Nackdelar:
•Uppdämningen av vattnet blötlägger skog kring älven och torrlägger nedanför dammen, vilket kan störa djur och växtliv.
•Nivåväxlingarna mellan sommar och vinter kan leda till en död zon längs strandkanten som torkar ut under vintern, när elproduktionen är störst.
•Kan inte byggas ut ytterligare i Sverige.


Vindkraftverk
Vindkraftverk är den miljövänligaste energikällan eftersom vindkraft är förnyelsebar energi som inte efterlämnar några föroreningar och inte stör varken djur- eller växtliv i sin omgivning. Vind produceras naturligt av solen hela tiden och vindsnurrorna drar nytta av vindens kraft när den passerar. När solen värmer upp luften och markytan uppstår det skillnader på temperaturen och trycket i atmosfären. När skillnaderna jämnas ut bildas vindar som innehåller rörelseenergi.
På vindtornen sitter en elgenerator som drivs av en turbin med en två- eller trebladig propeller som roterar med vindens hjälp och på så sätt alstrar elektricitet. För att man ska kunna utnyttja vindens rörelseenergi måste vindstyrkan vara över 5m/s.
Vindkraftverk utgör en liten del av vår totala elproduktion eftersom man måste bygga vindparker med tio- hundratals 20-30meter höga vindtorn för att den ska vara lönsam och det är svårt att hitta en plats där ingen störs. Även om människor i allmänhet är positivt inställda mot vindkraftverk så vill de oftast inte ha dem i sin närhet, för att de stör landskapsbilden. Vindkraften är dessutom en opålitlig energikälla eftersom det inte går att lagra vindenergi och vinden inte blåser hela tiden.

Fördelar:
•Drivs av förnyelsebar energi.
•Släpper inte ut några föroreningar.
•Påverkar inte miljön i sin omgivning.
Nackdelar:
•Är dyrt eftersom man måste bygga många vindkraftverk för att elproduktionen ska löna sig.
•De höga tornen kan påverka landskapsbilden negativt.
•Kan inte producera el när vindstyrkan är lägre än 6m/s.

Solenergi
Hela 15 procent av uppvärmningen av bostadshus kommer från solenergi. De två vanligaste typerna av solenergi kommer från solfångare som utvinner värme ur solenergi och solceller som alstrar el.

I en solfångare värmer solen upp vatten som cirkulerar i ett kretslopp mellan uppvärmningsbehållare, förvaringsplats och bostadshus. Den placeras på södersidan av hustaket. Solfångaren(1) är oftast ett svartmålat vattenelement med en vätska som innehåller glykol, för inte frysa till is. Elementet fångar upp värmen från solen och är innesluten i en låda med glas eller plastlock, för att släppa igenom solstrålarna men stänga inne värmen. När vätskan har nått en viss temperatur startar en cirkulationspump(2) som leder vätskan in i varmvattenberedaren(3). Beredaren tar upp värmen från vätskan som sedan pumpas ut i systemet igen.

När en solcell träffas av solstrålar frigörs elektroner (solcellen polariseras) så att solcellens framsida blir negativt laddad och baksidan positivt laddad. En spänningsskillnad uppstår mellan skikten som omvandlas till ström när den kopplas till en strömförbrukande krets. Strömstyrkan beror på hur stark ljusstrålningen är.

Fördelar:
•Ger ingen negativ miljöpåverkan; ingen joniserande strålning eller materialåtgång.
•Solfångaren har väldigt hög verkningsgrad (förhållandet mellan utnyttjad och tillförd energi).
•Kan användas på platser där man inte har tillgång till ett stationärt elnät, t.ex. på segelbåtar, rymdfarkoster, i miniräknare och glest bebyggda områden (t.ex. i ytterskärgården).
•Billig i drift och systemet kan hålla i flera tiotal år.
Nackdelar:
•Tillverkningen av solceller är dyr, ger icke hälsosamma utsläpp och resursåtgång av bl.a. energi och grundämnen.
•Finns ännu inga riktigt miljövänliga lagringssätt, då batterier är miljöfarliga.
•Begränsade möjligheter att utvinna solenergi under vinterhalvåret i Norden p.g.a. färre antal soltimmar.

Fördjupning i värmekraftverk

Värmekraftverk är ett samlingsbegrepp för kraftverk som omvandlar värme från förbränning till energi. Energi utvunnen ur vedeldning har använts för uppvärmning i urminnes tider, sedan man lärde sig att göra upp eld. Hundra år tillbaka i tiden var luftkvalitén i tätorter mycket sämre än den är idag, eftersom uppvärmningen av hus skedde helt och hållet med vedeldning. Eldstäder i husen och fabriker släppte ut stora mängder orenad skorstensrök som innehöll bl.a. kolmonoxid och kolväteföreningar, som är giftigt för både naturen och kroppen.
Efter andra världskriget ersattes enskilda eldstäder i bostadshus i allt högre grad av stora panncentraler med effektivare förbränning. Men eldningsoljan som utnyttjades i anläggningarna gav stora utsläpp av svaveldioxid. Inte förrän på 1970-talet började man uppmärksamma följderna av utsläppen som orsakade försurning, övergödning och dålig hälsa. Som motåtgärd byggde man högre skorstenar, så att de spred ut föroreningarna över större områden, införde rökgasrening för större förbränningsanläggningar och industrier och började även övergå till att använda andra energikällor. Under 1990-talet ökade användningen av fossila bränslen för transporter men minskade för uppvärmning av hus.
Oljan upptäcktes för flera tusen år sedan och har använts som bränsle sedan mitten av 1800-talet. Sedan dess har man förbrukad oljeresurserna i rasande takt och man får borra otroligt långt ner i jorden för att hitta gömmorna. Oljepriserna stiger ständigt p.g.a. att tillgången minskar och för att man försöker uppmuntra till att använda miljövänligare energikällor. Man uppskattar att oljan kommer räcka i ca 40 år om man fortsätter att förbruka den i samma takt som idag. Tillgången på övriga fossila bränslen kommer räcka drygt 200 år för kol och omkring 60 år för naturgas. Anledningen till det är att vi förbrukar dem snabbare än de tillverkas eftersom det tar miljontals år för dem att bildas.
Kol användes som bränsle i störst utsträckning i början av 1900-talet men är fortfarande det mest använda fossila bränslet. På senare tid har brytningen av kol däremot minskat och industrier har blivit bättre på att rena sina utsläpp så att miljön har blivit bättre.

I alla kraftverk använder man sig av samma grund för att göra energi; en turbin som drivs med hjälp av rörelseenergi och i sin tur driver en generator som alstrar elektricitet. Det är bara bränslet som varierar.
Det finns två typer av värmekraftverk: kondenskraftverk(kärnkraftverk är även en typ av kondensationskraftverk) och kraftvärmeverk.
I ett värmekraftverk eldar man vanligtvis med olja, kol och gas men använder också biobränsle(växter), torv, sopor, avfalls rester m.m. Oljan eller gasen leds in via rörledningar in i värmepannan där den förbränns, kol och andra bränslen matas in med transportband och förbränns antingen som pulver eller i större bitar, beroende på panntyp.
Så här går produktionen av el till i ett kondenskraftverk:



Längst till höger finns bränsletanken som innehåller bränslet som ska brännas.
1.I värmepannan eldar man bränslet under en stor behållare fylld med vatten, när vattnet börjar koka omvandlas det till ånga.
2.Ångan stiger och förs via en ledning in i turbinen.
3.Turbinen börjar rotera när ångan passerar och avger rörelseenergi i form av värme.
4.Turbinen driver en generator som roterar i samma takt som turbinen och omvandlar rörelseenergin till elektricitet.
5.Elen går genom en transformator, innan den skickas ut i elnätet, som höjer spänningen så elen ska kunna färdas långa sträckor utan att energiförlusterna ska bli för stora.
6.När ångan har passerat turbinen leds den vidare in i en kondensator där den kyls ned och omvandlas till vatten igen som pumpas tillbaka in i vattentanken. Till avkylningen använder man havsvatten som cirkulerar i ledningar inne i kondensatorn. Havsvattnet ger ifrån sig kyla och tar upp värmen från ångan innan det pumpas ut i havet igen

Kraftvärmeverk är miljövänligare än kondenskraftverk, som oftast eldas med kol eller olja, medan många kraftvärmeverk (i alla fall i Sverige) drivs med biobränsle eller naturgas, som inte släpper ut lika mycket koldioxid vid förbränning. Ifall man planterar nya växter samtidigt som man använder gamla till förbränning ökar inte koldioxidutsläppet vid förbrukning, eftersom nya växter tar upp mängden koldioxid som släpps ut.
Kraftvärmeverk som drivs med naturgas utnyttjar energiinnehållet effektivare än traditionella kondenskraftverk, vilket innebär en mindre genomsnittlig miljöbelastning per producerad kilowattimme kraft. Kraftvärmeverk producerar både el och värme vid energiförbrukning och tar på så sätt tillvara på energin i alla sorters bränslen på ett effektivare sätt. Genom att leda ut det varma havsvattnet, som absorberar värmen från ångan i kondensatorn, i fjärrvärmenät värmer man upp hus och lokaler med värme som annars går förlorad (fig.6).



I Sverige används värmekraftverk bara som reserv för att producera el när andra energikällor inte täcker behovet, t.ex. under torra år då vattenkraften inte räcker till eller under kalla vintrar då energiförbrukningen är hög.


Reflektion kring kärnkraftverk

Kärnkraftverk står för 17 % av elproduktionen i världen. Det finns 441 el-producerande kärnkraftverk i drift i 332 olika länder i världen och ytterligare 25 håller på att byggas. Sverige strävar mot att avveckla kärnkraftverk medan övriga världen utvecklar den. Kärnkraft anses vara för riskabelt, med tanke på de katastrofala följderna en olycka skulle kunna orsaka men släpper normalt sett inte ut några föroreningar.
Här i Sverige har vi ändå några av världens säkraste kärnkraftanläggningar. Kärnkraftverk utgör hälften av vår elproduktion här i Sverige och ifall vi stänger ner dem kommer vi ändå behöva importera el från andra länder, bl.a. från kärnkraftverk, för att fylla vårt energibehov och stödjer på så sätt fortsatt användning av kärnkraft. Kärnkraftverk är alldeles för lönsamt för att övriga länder ska välja att avveckla den, särskilt fattiga länder. Avveckling av kärnkraftverk skulle dessutom leda till en ökning av förbränning med fossila bränslen, vilken skulle öka utsläppen av giftiga ämnen i atmosfären.
Man borde istället jobba för att förbättra säkerheten på kärnkraftverken världen över och genom utveckling av den kunna minska på användningen av fossila bränslen. Förutom risken för en olycka så påverkar inte kärnkraften miljön negativt bortsett från det radioaktiva avfallet som måste lagras i utrymmen under havsbotten eller djupt under markytan. Men det problemet kommer förhoppningsvis att minska inom en snar framtid med en ny s.k. transmutationsteknik som kan användas för att kraftigt minska livslängden hos långlivade radioaktiva ämnen i använt kärnbränsle från dagens reaktorer.

Dagens och framtida energikällor

Energikällor jag tycker att man borde använda sig av idag är:
•Förnyelsebara energikällor = sol, vind, vattenkraftverk, biobränslen, våg/tidvattenenergi och värme från jorden, luften och grundvattnet. De drar nytta av kraften från naturens kretslopp och släpper på så sätt inte ut några föroreningar. De är bistående energikällor som kommer att fortsätta producera elektricitet efter att tillgångarna på fossila bränslen har tagit slut. Förhoppningsvis utvecklar man med tiden ny teknik som kan göra elproduktionen effektivare och mer lönsam.
•Biobränsleeldade kraftvärmeverk. Kraftvärmeverk är en effektivare energikälla än ett kondenskraftverk eftersom den även utnyttjar varmvattnet från kondensatorn till uppvärmning av hus. Genom att elda med biobränslen, som kommer från växtriket, tar nya växter upp koldioxidutsläppet. På så sätt ökar inte koldioxidhalten i atmosfären om det hela tiden planteras nya växter när gamla används till förbränning.
•Kärnkraftverk. Det är den mest lönsamma energikällan i nutid och har inga utsläpp av miljögifter. Någonting som skulle vara bra skulle vara om man kunde ha hårda regler, för hur ett kärnkraftverk måste vara uppbyggt och hur kärnklyvningen ska gå till för att garantera högsta säkerhet, som kunde gälla för alla jordens kärnkraftverk (och de som inte uppnår kraven stängs ner). Ganska naiv vision, men skulle kanske kunna funka. Med vidare forskning för utveckling av nya tekniker för att förkorta det radioaktiva avfallets halveringstid och metoder för att kunna garantera att radioaktiva ämnen inte sprids vid en olycka skulle kärnkraft kunna vara en säker energikälla i framtiden. Om man inte hittar någon annan lösning för förvaringen av det radioaktiva avfallet måste man självklart avveckla kärnkraften så småningom trots allt, eftersom man inte kan gräva ut förvaringsrum överallt under markytan.
•Uppvärmning med naturgas i värmekraftverk är acceptabelt alternativ för att producera el. Naturgasen är inte helt miljövänlig men innehåller betydligt mindre mängder svavel och ger lägre koldioxidutsläpp än kol och olja. Behövs framförallt under vintern för extra elenergi. Är däremot ingen framtida energikälla eftersom tillgången på naturgas är begränsad precis som för alla fossila ämnen.

Några av möjliga framtida energikällor:
•Vätgas är ett miljövänligt bränsle som innehåller mycket energi. Forskare försöker hitta ett sätt att producera vätgas på konstgjord väg genom artificiell fotosyntes som efterliknar växternas fotosyntes. Det går ut på att producera vätgas med hjälp av solljus och vatten via kemiska reaktioner. Vätgasen kan användas istället för bensin, för att värma upp hus och för att producera el.
•Fusionskraft, en form av kärnkraft som skapar energi när atomkärnor slås ihop istället för att klyvas. Processen fungerar på samma sätt som solen och man måste uppnå temperaturer upp över hundramiljoner grader Celsius. Forskningen är därför ännu på ett tidigt utvecklingsstadium men om man får den att fungera kan ma...