Erilaisia sähköenergian lähteitä - esittely
Johdanto
Lähes kaikki energian tuotanto perustuu Auringosta tulevan säteilyenergian hyödyntämiseen suoraan tai epäsuorasti. Aurinkoenergiasta puhutaan kuitenkin vain silloin, kun Auringosta saatavaa energiaa hyödynnetään suorasti. Sähköenergian tuottamisella tarkoitetaan muiden energiamuotojen muuttamista sähköenergiaksi.
Aurinko
Auringon säteilyenergia lämmittää maata, ilmaa, meriä ja järviä. Auringon säteilyenergia mahdollistaa kasvien kasvun, jolloin esimerkiksi puita voidaan hyödyntää energiantuotannossa. Kun Aurinko lämmittää vesistöjä, vettä haihtuu muodostaen pilviä. Aurinko lämmittää maapalloa epätasaisesti, mikä aiheuttaa tuulia. Tuulet puolestaan saavat pilvet liikkumaan. Pilvien sataessa korkeammalle maanpinnalla, vesi alkaa virrata alaspäin. Virtaavaa vettä voidaan hyödyntää vesivoimaloissa.
Vaikka hyödynnämme epäsuorasti paljon auringon säteilyenergiaa, Auringosta saatavan energian suora hyödyntäminen on vielä vähäistä. Tämä johtuu siitä, että Auringon säteilyn hyödyntämiseen kehitetyt tekniset ratkaisut ovat toistaiseksi olleet vielä varsin kalliita. Auringon säteilyenergiaa voidaan muuttaa sähköenergiaksi aurinkopaneelien avulla. Aurinkoenergian ongelmia ovat riippuvuus säästä ja aurinkopaneelien korkea hinta. Suomessa aurinkoenergian hyödyntämistä rajoittaa pitkä pimeä talvi, jolloin sähköä tarvittaisiin kaikkein eniten.
Aurinkopaneeleja voidaan hyödyntää voimalaitosten tavoin keskitetysti isolla kentillä tai suoraan käyttökohteessa esimerkiksi talojen katoilla. Myös monissa taskulaskimissa on aurinkokenno.
Katso video ja kirjoita havaintoja siitä.
Aurinkopaneeleiden käyttö lisääntyy niin kotitalouksissa kuin yrityksissäkin. Esimerkiksi Jokioisten Leipä Oy hyödynsi tehdasrakennuksensa isoa kattopinta-alaa aurinkopaneleeleiden asennuspaikkana. Tehtaassa on käytössä paljon laitteita, jotka vaativat jatkuvasti sähköenergiaa. Tällaisessa tilanteessa aurinkopaneelit tarjoavat hyvän vaihtoehdon sähköenergian tuottamiseksi. Paneelien asennuksen suoritti Suomen Aurinkotekniikka Oy.
Aurinkopaneeleiden tuottamasta sähköenergiasta kerrotaan infotaulun avulla yrityksen asiakkaille. Esimerkiksi 'Teho tänään' kohdassa voidaan nähdä, miten tehokkaasti edellisen päivän osalta paneelit ovat tuottaneet sähköenergiaa. Kuvanottohetkellä aurinko oli hetki sitten noussut ja aamu oli ollut pilvinen.
Vesivoima
Vesivoimalassa virtaavan veden liike-energia muutetaan sähköenergiaksi turbiinin ja generaattorin avulla. Vesivoimalaan liittyy joen patoaminen, jolloin turbiinin ja vedenpinnan välille saadaan aikaan korkeusero. Korkeuseron ansiosta vedellä on potentiaalienergiaa. Mitä suurempi korkeusero on, sitä suurempi liike-energia vedellä on turbiiniin virratessa. Turbiini on jättimäinen propelli, joka alkaa pyöriä veden virratessa. Turbiini on yhteydessä generaattoriin, joka muuttaa pyörimisenergian sähköenergiaksi.
Tuulivoima
Tuulivoimalassa ilman liike-energia muunnetaan sähköenergiaksi. Tuulisella säällä ilman liike-energia saa roottorin pyörimään. Roottorin pyörimisenergia siirtyy vaihteiston välityksellä generaattorin pyörimisenergiaksi. Generaattori muuttaa pyörimisenergian sähköenergiaksi. Tuulivoiman ongelmina ovat tuulen vaihtelut sekä toistaiseksi varsin kovat rakennuskustannukset.
Tuulivoiman rakennuspaikaksi on valittava paikka, jossa tuulen nopeus on riittävä. Tällaisia ovat esimerkiksi rannikot ja korkeat paikat. Tuulivoimaloita rakennetaan myös merelle.
Lämpövoima
Lämpövoimalaitoksia hyödynnetään sähköenergian, lämpöenergian tai molempien yhteistuotantoon. Lämpövoimalassa voidaan polttaa biomassaa tai fossiilisia polttoaineita. Toimintaperiaate kaikissa lämpövoimaloissa on sama, vaikka polttoaine voi olla hyvin erilainen. Polttoainetta poltetaan polttokattilassa, jolloin polttoaineen kemiallinen energia muuttuu kattilassa olevan veden lämpöenergiaksi. Vesi höyrystyy ja kuuma vesihöyry syöksyy turbiinin kautta kohti lauhdutinta. Virtaava höyry pyörittää turbiinia. Turbiinin pyörimisenergia muuttuu generaattorissa sähköenergiaksi. Jotta veden kierto voimalassa tehostuu, lauhdutinta jäähdytetään kylmällä vedellä. Lämmennyttä lauhdevettä voidaan hyödyntää asuntojen lämmittämiseen.
Fossiiliset polttoaineet ovat yleisiä lämpövoimaloissa. Ne ovat muodostuneet kauan sitten yhteyttämisessä syntyneiden orgaanisten aineiden maatuessa. Fossiilisia polttoaineita ovat maaöljy, kivihiili ja maakaasu. Fossiilisten polttoaineiden merkitys polttoaineena on tällä hetkellä erittäin merkittävä. Fossiiliset polttoaineet ovat uusiutumattomia, joten ne loppuvat joskus. Niiden palaessa syntyy hiilidioksidipäästöjä, jotka edistävät ilmastonmuutosta. Lisäksi niiden palamisesta oheistuotteena muodostuu rikin ja typen yhdisteitä, jotka happamoittavat maaperää.
Polttoaineena käytettävä biomassa on yleensä puuta, joka on yleinen lämmitysmuoto myös omakotitaloissa. Metsistä pystyttäisiin keräämään entistä tarkemmin polttoaineeksi myös puiden oksat ja harvennuksesta jääneet risut. Jopa järvikasvillisuuden hyödyntämistä polttoaineena on pohdittu. Ongelmana on kustannustehokkaan keräyslaitteen puute.
Ydinvoima
Ydinvoimalaitos tuottaa sähköenergiaa vastaavasti kuin lämpövoimala, mutta ydinvoimalassa ei polteta mitään polttoainetta. Ydinvoimalassa vesi höyrystyy ydinhajoamisesta vapautuvan energian avulla. Ydinvoimalasta ei siis vapaudu hiilidioksidipäästöjä, mutta ydinvoimaan liittyy muita huonoja puolia. Ydinjätteen käsittely on ongelmallista ja kallista. Lisäksi ydinvoimalaan liittyy turvallisuusuhka.
Avainsanat
Turbiini: turbiini on pyörivä propelli, joka muuttaa virtaavan aineen energiaa pyörimisenergiaksi.
Lauhdutin: voimalaitoksen kohta, jossa höyry tai kaasu jäähdytetään nesteeksi.
Generaattori: laite, joka muuntaa pyörimisenergiaa sähköenergiaksi.