energia geotermalna - pompy ciepła
Download
Report
Transcript energia geotermalna - pompy ciepła
„Inne niekonwencjonalne źródła energii”
- energia geotermalna
- pompy ciepła
- małe elektrownie wodne
- energia pływów
- kogeneracja i ciepło odpadowe
Dofinansowano ze środków dotacji
Narodowego Funduszu Ochrony
Środowiska i Gospodarki Wodnej
Energia geotermalna
Na czym polega energia
geotermalna?
Energia geotermalna polega na wykorzystaniu energii ziemi do
produkcji energii cieplnej i elektrycznej.
Woda opadowa wnika w głąb ziemi, gdzie w kontakcie z
młodymi intruzjami lub aktywnymi ogniskami magmy
podgrzewa się do znacznych temperatur.
Następnie uzyskiwana jest ona przez samoczynny wypływ na
powierzchnię ziemi lub poprzez odwierty do naturalnie
gorących warstw podziemnych.
Pokłady energii znajdują się w postaci pary wodnej lub
gorących wód w gruntach, skałach i płynach wypełniających
pory i szczeliny skalne.
Jak wykorzystuje się
geotermię?
Zasoby geotermalne
wykorzystuje się do produkcji energii
elektrycznej i ciepła a także w przemyśle chemicznym,
suszarnictwie, przetwórstwie, hodowli ryb, basenach
kąpielowych, a także ogrzewaniu budynków przy pomocy pomp
ciepła, itp.
Na świecie wiele krajów używa energię geotermalną na swoje
potrzeby. Największymi odbiorcami ciepła z energii
geotermalnej są: Japonia, Chiny, Węgry, b r. ZSRR, Islandia i
USA.
W Europie warto zwrócić uwagę na Islandię, bo aż 85%
zapotrzebowania na ciepło pochodzi energii geotermalnej i
pokrywa 46% energii pierwotnej kraju!
Co decyduje o atrakcyjności
geotermii?
1. dostępność - źródła
te nie podlegają wahaniom związanym z
warunkami pogodowymi i klimatycznymi,
2. nie ulegają wyczerpaniu,
3. są przyjazne dla środowiska – nie emitują prawie żadnych
szkodliwych substancji do atmosfery
4. urządzenia techniki geotermalnej nie zajmują wiele miejsca i
w niewielkim stopniu wpływają na krajobraz.
Jak dzieli się geotermię?
Źródła energii geotermalnej ze względu na stan skupienia
nośnika ciepła i jego temperaturę dzieli się na grupy:
- grunty i skały do głębokości 2500 m, z których ciepło
pobiera się za pomocą pomp ciepła,
- wody gruntowe jako dolne źródło ciepła dla pomp grzejnych,
- wody gorące, wydobywane za pomocą głębokich odwiertów
eksploatacyjnych,
- para wodna wydobywana za pomocą odwiertów, mająca
zastosowanie do produkcji energii elektrycznej,
- pokłady solne, z których energia odbierana jest za pomocą
solanki lub cieczy obojętnych wobec soli,
- gorące skały, gdzie woda pod dużym ciśnieniem cyrkuluje
przez porowatą strukturę skalną.
Ze względu na temperaturę zasobów geotermalnych, dzielą się
one na nisko i wysoko temperaturowe.
Źródła niskotemperaturowe
Niskotemperaturowe zasoby geotermalne używane
są do zmniejszenia zapotrzebowania na energię
poprzez wykorzystywanie w bezpośrednim
ogrzewaniu domów, fabryk, szklarni lub mogą być
zastosowane w pompach ciepła, czyli urządzeniach,
które pobierają ciepło z ziemi na płytkiej głębokości
i uwalniają je wewnątrz domów w celach grzewczych.
Technologie wykorzystania geotermii
Istnieje wiele rozwiązań technologicznych wykorzystania
energii geotermalnej, w zależności od głębokości źródła, jego
temperatury i mineralizacji oraz sposobu wykorzystania energii.
W celu wydobycia wód geotermalnych, wykonuje się odwierty
i woda jest wydobywana otworem eksploatacyjnym z warstwy
wodonośnej, a po przejściu przez wymiennik ciepła lub turbinę
jest zatłaczana pod ziemię tzw. otworem chłodnym.
Woda geotermalna może być wykorzystywana bezpośrednio
(doprowadzana systemem rur) bądź pośrednio (oddając ciepło
chłodnej wodzie i pozostając w obiegu zamkniętym).
Czynnikiem roboczym instalacji mogą być także płyny inne niż
woda, np. amoniak.
Struktura elektrowni geotermalnej
Wady geotermii
Wody geotermalne są z reguły mocno
zmineralizowane i powoduje to szczególnie trudne
warunki pracy wymienników ciepła i innych elementów
armatury instalacji geotermalnych.
Innym zagrożeniem, jakie niesie za sobą produkcja
energii ze źródeł geotermalnych jest
zanieczyszczenie wód głębinowych, uwalniane radonu,
siarkowodoru i innych gazów.
Energia
geotermalna
w
Polsce
Energia geotermalna w Polsce jest konkurencyjna pod
względem ekologicznym i ekonomicznym
w stosunku do
(1)
pozostałych źródeł energii.
Polska posiada stosunkowo duże zasoby energii geotermalnej,
które są możliwe do wykorzystania dla celów grzewczych.
W Polsce wody wypełniające porowate skały występują na ogół
na głębokościach od 700 do 3000 m i mają temperaturę od 20
do 100 stopni C.
Najbardziej korzystne wydaje się wykorzystanie wód
geotermalnych w obrębie niecki podhalańskiej, a także okręgu
grudziądzko-warszawskiego oraz szczecińskiego.
Energia
geotermalna
w
Polsce
W Polsce regiony o optymalnych warunkach geotermalnych
w dużym stopniu pokrywają (2)
się z obszarami o dużym
zagęszczeniu aglomeracji miejskich i wiejskich, obszarami
silnie uprzemysłowionymi oraz rejonami intensywnych upraw
rolniczych i warzywniczych.
Na terenach zasobnych w energię wód geotermalnych leżą
m.in. takie miasta jak: Warszawa, Poznań, Szczecin, Łódź,
Toruń, Płock.
Jak dotąd na terenie Polski funkcjonuje osiem geotermalnych
zakładów ciepłowniczych: Bańska Niżna (4,5 MJ/s, docelowo
70 MJ/s), Pyrzyce (15 MJ/s, docelowo 50 MJ/s), Stargard
Szczeciński (14 MJ/s), Mszczonów (7,3 MJ/s), Uniejów (2,6
MJ/s), Słomniki (1 MJ/s), Lasek (2,6 MJ/s) oraz Klikuszowa (1
MJ/h). W fazie realizacji jest projekt geotermalny w Toruniu.
Jak wykorzystuje się
geotermię?
Zasoby geotermalne
wykorzystuje się do produkcji energii
elektrycznej i ciepła a także w przemyśle chemicznym,
suszarnictwie, przetwórstwie, hodowli ryb, basenach
kąpielowych, a także ogrzewaniu budynków przy pomocy pomp
ciepła, itp.
Na świecie wiele krajów używa energię geotermalną na swoje
potrzeby. Największymi odbiorcami ciepła z energii
geotermalnej są: Japonia, Chiny, Węgry, b r. ZSRR, Islandia i
USA.
W Europie warto zwrócić uwagę na Islandię, bo aż 85%
zapotrzebowania na ciepło pochodzi energii geotermalnej i
pokrywa 46% energii pierwotnej kraju!
Ośrodki geotermalne w Polsce
Informacje na temat wód termalnych w Polsce pochodzą
głównie z obserwacji hydrogeologicznych prowadzonych
w głębokich otworach wiertniczych wykonywanych w okresie
ostatnich kilkudziesięciu lat głównie w celu poszukiwania ropy
naftowej i gazu ziemnego.
Mapa strumienia cieplnego Polski
Mapaostrumienia
cieplnego
Polski
cd.na
Obszary
podwyższonych wartości
strumienia,
oznaczone
mapie (na poprzednim slajdzie) kolorem czerwonym, posiadają
największe perspektywy dla pozyskiwania energii geotermalnej.
Znajomość wielkości strumienia pozwala na obliczenie wartości
temperatury w otworach tylko częściowo objętych pomiarami.
Pozwala nawet na uzyskanie przybliżonej informacji o
temperaturze w sytuacji całkowitego braku danych
pomiarowych.
Najlepsze możliwości rozwoju energetyki geotermalnej
występują zazwyczaj na obszarach wysokich wartości
strumienia cieplnego, przy jednoczesnej obecności formacji
wodonośnych o dobrych warunków hydrogeologicznych.
Praktyka wskazuje, że ten drugi warunek ma w większości
przypadków bardziej istotne znaczenie.
Ciepłownia Mszczonów – przykład
wykorzystania energii geotermalnej na
Główną przesłanką
uruchomienia
ciepłowni geotermalnej
był
terenie do
woj.
Mazowieckieg
(1)
istniejący otwór poszukiwawczy za ropą i gazem, który
wykonano jeszcze w latach 70.
Prawidłowo przeprowadzona rekonstrukcja starego odwiertu
obniżyła koszty udostępnienia horyzontu wodonośnego o około
50%, a odpowiednie parametry wody termalnej zalegającej na
poziomie dolnej kredy umożliwiły zbudowanie systemu
ciepłowniczego z wykorzystaniem tylko jednego otworu
wiertniczego.
Mszczonowska inwestycja geotermalna to olbrzymie
przedsięwzięcie polegające na wykorzystaniu wód z ciepłych
podziemnych źródeł do celów grzewczych.
Ciepłownia Mszczonów – przykład
wykorzystania energii geotermalnej na
Podmszczonowskie
wody Mazowieckieg
geotermalne o temperaturze
42
terenie woj.
(2)
°C,
pozyskiwane z głębokości 1700 metrów są w stanie skutecznie
ogrzać Mszczonów do momentu kiedy temperatura powietrza
nie spadnie poniżej -5 st. C. Później musi być już dodatkowo
podgrzewana gazem.
Woda po odebraniu jej ciepła jest dodatkowo wykorzystywana
do celów pitnych.
Mszczonowska geotermia dysponuje wodą słodką, co jest
ewenementem w skali światowej.
W Europie podobna instalacja działa tylko w podmonachijskim
Erding.
Pompy ciepła
Jak działa pompa ciepła? (1)
W ostatnich latach wzrasta liczba instalacji wykorzystujących
pompy ciepła w celu zaspokojenia potrzeb cieplnych
budownictwa.
Pompa ciepła umożliwia wykorzystanie energii cieplnej ze
źródeł o niskich temperaturach.
Jej rola polega na pobieraniu ciepła ze źródła o niższej
temperaturze (tzw. źródła dolnego) i przekazywaniu go do
źródła o temperaturze wyższej (tzw. źródła górnego), kosztem
doprowadzonej do niej energii.
Za pomocą pomp ciepła już przy głębokości od 1.5 m możemy
czerpać ilość energii, która zaspokoi nasze codzienne potrzeby
ogrzewania.
Jak działa pompa ciepła? (2)
Pompa ciepła działa na zasadzie pracy lodówki, tylko
wykorzystuje ciepły cykl procesu.
Pompy ciepła wykorzystują ciepło niskotemperaturowe (o
niskiej energii - w praktyce 0°C - 60°C), trudne do innego
praktycznego wykorzystania.
Najczęstszym wariantem zastosowania pompy ciepła w Polsce
jest wykorzystanie ciepła gruntu poprzez tzw. kolektor gruntowy
(kolektor ziemny).
Możemy wyróżnić pompy ciepła z poziomym oaz pionowym
gruntowym wymiennikiem ciepła.
Poziome wymienniki ciepła
Poziome wymienniki
ciepła ułożone
są na głębokości ok. 1,0 (kolektory
poziome)
2m , gdzie temperatura zmienia się wprawdzie w ciągu roku,
ale jej dobowe wahania są minimalne.
Na tym poziomie temperatura wynosi w naszym klimacie
w lipcu +17°C, a w styczniu +5°C.
Ułożony w ziemi kolektor poziomy w żaden sposób nie zakłóca
wegetacji roślin rosnących w ogrodzie.
Najwięcej ciepła można odebrać układając kolektory
w wilgotnej glebie.
Poziome wymienniki charakteryzują się łatwością wykonania
i niskim kosztem, jednak wymagają dużej powierzchni gruntu.
Pionowe wymienniki ciepła
Pionowy wymiennik
ciepła pionowe)
(sonda pionowa) to ułożony
(kolektory
w odwiercie wymiennik pionowy.
Stanowi zamknięty obieg, w którym cyrkuluje niezamarzający
roztwór glikol-woda.
Pobrane ciepło jest zamieniane przez pompę ciepła na energię.
Zajmuje on małą powierzchnię gruntu jednak wadą są wysokie
koszty odwiertu (głębokość ok. 200m).
Uproszczony schemat
funkcjonowania sprężarkowej pompy
ciepła
Opis struktury technicznej funkcjonowania pompy
ciepła znajduje się w części wykładowej.
Gruntowe
pompy
ciepła
Zgodnie z wynikami badań zastosowanie pomp ciepła
wykorzystujących grunt jako źródło energii pozwala w niektórych
krajach na zmniejszenie emisji CO2 w porównaniu do kotłów olejowych
nawet o 90%, zaś w porównaniu do kotłów gazowych o 80%.
To w jakim stopniu jesteśmy w stanie ograniczyć emisję CO2
zastępując tradycyjne źródło ciepła pompą ciepła jest zależne od
rodzaju paliwa wykorzystanego do produkcji energii elektrycznej.
Ponieważ w Polsce nadal duży udział w produkcji energii elektrycznej
mają paliwa kopalne (węgiel) emitujące dużą ilość CO2 zastępując
kocioł gazowy pompą ciepła nie redukujemy emisji CO2.
Patrząc na zagadnienie w perspektywie następnych lat (żywotność
sprężarek w pompach ciepła wynosi do 20 lat) należy przypuszczać, że
emisja CO2 przy produkcji energii elektrycznej zostanie ograniczona,
tak więc zastosowanie pompy ciepła przyczyni się do ograniczenia
emisji.
Wodne pompy ciepła
Woda gruntowa
Instalacja wykorzystuje pompę ciepła pobierającą energię
z układu dwóch studni głębinowych. W jednej studni czerpalnej jest zanurzona pompa głębinowa. Pobiera ona
i przekazuje wodę na zewnątrz do wymiennika w pompie ciepła.
Następnie wychłodzona woda jest oddawana do drugiej studni
–zrzutowej.
Wody powierzchniowe
Rzeki, jeziora, stawy również mogą być źródłem ciepła dla
pomp. Kolektor poziomy, wypełniony wodnym roztworem
substancji niezamarzającej, rozkłada się wtedy na dnie
zbiornika wodnego. Nawet w sytuacji, gdy zbiornik wodny zimą
zamarza, nie jest to przeszkodą w pozyskiwaniu z niego energii
cieplnej.
Powietrzne pompy ciepła
Powietrze jest łatwo dostępnym źródłem zasilania pomp ciepła.
Wentylator zasysa powietrze i przesuwa je przez parownik
pompy ciepła.
Część energii cieplnej zmagazynowanej w powietrzu zostaje
przekazana do systemu grzewczego budynku.
Występuje tu jednak odwrotna zależność pomiędzy jego
wydolnością jako źródła ciepła, a naszym zapotrzebowaniem
na energię - gdy jest ono największe, ilość ciepła, którą
możemy odebrać z powietrza, jest właśnie najmniejsza, dlatego
instalacje takie są rzadko stosowane
Koszty
pompy
ciepła
(1)
Pompa ciepła jest najlepszą alternatywą dla ogrzewania
elektrycznego, ponieważ dostarcza znacznie więcej ciepła niż
pobiera energii elektrycznej.
W przypadku dobrych urządzeń może być to nawet kilkanaście
razy więcej, zazwyczaj jednak jest to 4-5 razy.
Z tego względu biorąc pod uwagę same koszty eksploatacji,
jest znacznie tańsza niż zwykłe ogrzewanie elektryczne.
Porównanie z ogrzewaniem gazowym na gaz ziemny czy na
olej opałowy jest już znacznie trudniejsze, bo znać trzeba ceny
oleju, bądź gazu i energii elektrycznej u konkretnego odbiorcy.
Koszty
pompy
ciepła
(2)
Każda instalacja z pompą ciepła powinna być rozpatrywana
indywidualnie ze względu na ilość zmiennych, które decydują o
kosztach inwestycyjnych.
Na koszty inwestycyjne składają się:
- Cena zakupu pompy ciepła.
- Koszt materiałów zgodnie z projektem i przeznaczeniem
instalacji kotłowni.
- Koszt wykonania dolnego źródła ciepła.
- Koszt montażu i uruchomienia instalacji.
Ceny ciepła w gospodarstwach
domowych z różnych nośników
energii
Sprawność pomp ciepła
Niestety zdarza się, że nie uzyskuje się w czasie jej
eksploatacji takich cech, jak wskazano na rysunku.
Zwykle przyczyną takiego stanu jest:
zły dobór pompy ciepła dla konkretnego obiektu – zwykle za
słaba pompa;
niewydolne dolne źródło ciepła, z którego pompa czerpie
energię – zwykle zbyt mała powierzchnia wymiany, zbyt duże
obciążenie chłodnicze gruntu, za mała ilość lub temperatura
wody;
niewłaściwie wykonana instalacja centralnego ogrzewania w
budynku – zwykle zbyt mała powierzchnia wymiany grzewczej
współpracującej z nisko parametrowym węzłem cieplnym, zła
hydraulika układu.
często wynika to z niewiedzy osób wykonujących takie
instalacje i zazwyczaj są one „okazyjnie tanie”.
Energia wody
Woda jako źródło energii (1)
Energetyka wodna to pozyskiwanie energii wód
i przekształcenie jej na energię mechaniczną przy użyciu turbin
wodnych, a następnie na energię elektryczną dzięki
hydrogeneratorom.
Zasoby energii wody zależą od dwóch czynników:
- spadku koryta rzeki
oraz
- przepływów wody.
Obecnie hydroenergetyka zajmuje się głównie wykorzystaniem
wód o dużym natężeniu przepływu i znacznej różnicy poziomów.
Uzyskuje się to poprzez spiętrzenie górnego poziomu wody.
Woda jako źródło energii (2)
Aby osiągnąć warunki stwarzające możliwość spiętrzania
górnego poziomu wody, kluczową sprawą jest wybór
odpowiedniej lokalizacji pod elektrownię wodną jest kluczową
sprawą.
Jednakże w Europie i w Polsce, większość lokalizacji o
preferencyjnych warunkach do budowy dużych elektrowni
wodnych, w których energia magazynowana jest w postaci
spiętrzonej wody w zbiornikach retencyjnych, już została
wykorzystana.
Czynnikiem ograniczającym rozwój dużych obiektów
hydrotechnicznych są również obawy przed dewastacją
obszarów naturalnych poprzez ich zatapianie.
Perspektywy energetyki wodnej w Polsce
(1)
Polska jest krajem nizinnym, o stosunkowo małych opadach i
dużej przepuszczalności gruntów, co znacznie ogranicza
zasoby tego źródła.
Większość krajowych zasobów około 68% skupionych jest w
obszarze dorzecza Wisły, zwłaszcza jej prawobrzeżnych
dopływów.
Dogodne warunki do budowy małych elektrowni wodnych
istnieją w Karpatach, Sudetach, na Roztoczu, a także na
rzekach Przymorza i rzeki Odry.
Perspektywy energetyki wodnej w Polsce
(2)
Wobec licznych protestów przeciwko budowie dużych stopni
wodnych, w ostatnich latach nie wzrasta liczba elektrowni
wodnych o dużych mocach, natomiast notuje się znaczny
wzrost liczby małych elektrowni wodnych o mocy poniżej 2 MW.
Zbiorniki wodne wykorzystywane na cele energetyczne są
także inwestycjami służącymi bezpieczeństwu
przeciwpowodziowemu.
Bariery wykorzystania wody
na cele energetyczne
Brak woli wsparcia dla budowy dużej elektrowni na
Dolnej Wiśle.
Skomplikowana sytuacja własnościowa obiektów
wodnych.
Duże koszty inwestycyjne.
Skomplikowana procedura administracyjna w celu
uzyskania wszystkich pozwoleń.
Typy elektrowni wodnych
Elektrownie przepływowe
Elektrownie wodne wykorzystujące wody śródlądowe - ze
względu na sposób odprowadzania wody do turbin dzielimy na:
a) przepływowe (bez zbiornika) – nastawione są na
wykorzystanie energii przepływu wody. W elektrowniach tego
typu nie ma zbiornika gromadzącego wodę, a ilość
produkowanej energii zależy od ilości wody płynącej w rzece w
danym momencie. Cała hydroelektrownia umieszczona jest
bezpośrednio w korycie rzeki w odpowiednio skonstruowanym
budynku, który jest przedłużeniem jazu przegradzającego rzekę.
Wadą tych elektrowni jest to, że wielkość produkcji energii
zależy od pory roku i od pogody nie ma możliwości regulacji
mocy.
Typy elektrowni wodnych cd.
b) regulacyjne z dużym zbiornikiem wodnym - zastosowanie
zbiornika umożliwia regulację w cyklu dobowym i tygodniowym
a nawet miesięcznym czy rocznym, a dodatkowo zbiornik może
stanowić zabezpieczenie przeciwpowodziowe.
c) zbiornikowe z małym zbiornikiem wodnym - umożliwiają
krótkoterminową regulację w godzinach tzw. szczytu.
d) kaskadowe - zastosowanie wielu zbiorników z możliwością
indywidualnej i globalnej regulacji ich napełniania i opróżniania
pozwala na optymalne wykorzystanie i regulację mocy, a także
na magazynowanie nadwyżek energii. Zbiorniki te stanowią też
dobre zabezpieczenie przeciwpowodziowe.
Elektrownie szczytowo-pompowe (1)
Elektrownie szczytowo-pompowe służą m.in. do
przetwarzania w okresie nocnym, kłopotliwej
w magazynowaniu energii elektrycznej na energię
potencjalną wody i zwracania jej do sieci
elektroenergetycznej w okresie szczytowego
zapotrzebowania w ciągu dnia.
Elektrownie szczytowo-pompowe (2)
Elektrownia szczytowo-pompowa składa się z dwóch
zbiorników – dolnego i górnego. Umożliwiają one kumulację
energii w okresie małego zapotrzebowania na nią poprzez
przepompowanie wody ze zbiornika dolnego do górnego, a w
okresie większego zapotrzebowania energia wyzwalana jest
poprzez spuszczenie wody ze zbiornika górnego do dolnego,
napędzając turbiny i generowana jest wówczas energia
elektryczna.
Pomimo dużych kosztów system ten zdaje egzamin, ze
względu na brak alternatywnych metod magazynowania dużych
ilości energii elektrycznej. W Polsce są to elektrownie
Żarnowiec, Porąbka-Żar czy Żydowo.
Ilustracja typów elektrowni wodnych
Małe elektrownie wodne (1)
Z powodu niekorzystnych warunków rozwoju dużych elektrowni
wodnych, wpływając na zachwianie ekosystemów, rozwój
energetyki wodnej w Polsce w najbliższych latach będzie
należał do tzw. Małych Elektrowni Wodnych (MEW), które
mogą wykorzystywać potencjał:
- niewielkich rzek,
- rolniczych zbiorników retencyjnych,
- systemów nawadniających,
- systemów wodociągowych,
- systemów kanalizacyjnych
- kanałów przerzutowych.
Małe elektrownie wodne (2)
Według przyjętej nomenklatury są to elektrownie o mocy
zainstalowanej nie większej niż 5 MW.
Najkorzystniejsze dla środowiska są małe elektrownie wodne
(do mocy około 500 kW) budowane w miejscach naturalnych
spiętrzeń wody.
Wykorzystują one lokalne możliwości produkcji energii
elektrycznej i są częścią systemu generacji rozproszonej.
Zalety małych elektrowni wodnych
Małe elektrownie wodne:
- nie zanieczyszczają środowiska i mogą być instalowane
w licznych miejscach na małych ciekach wodnych.
- są elementem regulacji stosunków wodnych,
- poprawiają jakość wody poprzez oczyszczanie mechaniczne
na kratach wlotowych do turbin oraz zwiększają natlenienie
wody, co poprawia ich zdolność do samooczyszczania
biologicznego.
- są przeważnie znakomicie wkomponowane w krajobraz
Zalety małych elektrowni wodnych cd.
- mogą być wykorzystywane do celów przeciwpożarowych,
rolniczych, małych zakładów przetwórstwa rolnego, melioracji,
rekreacji, sportów wodnych oraz pozyskiwania wody pitnej;
- mogą być zaprojektowane i wybudowane w ciągu 1-2 lat,
wyposażenie jest dostępne powszechnie, a technologia dobrze
opanowana;
- prostota techniczna powoduje wysoką niezawodność i długą
żywotność oraz niskie nakłady inwestycyjne;
- wymagają nielicznego personelu i mogą być sterowanie
zdalnie;
- rozproszenia w terenie skraca odległości przesyłu energii
i zmniejsza związane z tym koszty.
Energia pływów morskich
Elektrownia pływów morskich wytwarza prąd elektryczny przy
pomocy specjalnych urządzeń wykorzystujących przypływy i
odpływy morza. Im pływy są większe, tym ilość produkowanej
energii jest większa.
Elektrownie tego typu są umiejscawiane w miejscach
umożliwiających budowę zapór (z turbinami) między otwartym
morzem a utworzonym zbiornikiem, i powodują w określonych
miejscach gwałtowny spadek mas wody.
Woda spada wtedy na turbinę wyposażoną w specjalne
łopaty ustawione pod odpowiednim kątem. Turbina
wprawiona w ruch przekazuje swoja energię prądnicy, która
wytwarza prąd.
Energia pływów morskich cd.
Elektrownia tego typu nie może wytwarzać energii
elektrycznej w sposób ciągły, ponieważ w okresie
wyrównywania się poziomów wody w morzu i zbiorniku
spad wody jest tak mały, że praca turbin jest nie
możliwa. Można w tym przypadku też wykorzystać
zasadę elektrowni szczytowo pompowej.
Kogeneracja
Kogeneracja (1)
Kogeneracja, czyli inaczej CHP z ang. Combined Heat and
Power, jest wytwarzaniem ciepła i energii elektrycznej w
najbardziej efektywny sposób, czyli w jednym procesie
technologicznym, tzw. skojarzeniu.
W Unii Europejskiej kogeneracja jest promowana w
szczególny sposób. Nie tylko z uwagi na jej efektywność
energetyczną, lecz również związane z nią znaczne
ograniczenie emisji dwutlenku węgla i innych szkodliwych
związków chemicznych.
Troska Komisji Europejskiej o środowisko naturalne i
bezpieczeństwo energetyczne Unii oraz chęć przyspieszenia
rozwoju kogeneracji w krajach członkowskich, przyczyniły się
do przyjęcia Dyrektywy 2004/8/WE „W sprawie promocji
skojarzonej produkcji w oparciu o zapotrzebowanie na ciepło
użytkowe na wewnętrznym rynku energii”.
Kogeneracja (2)
Jedną z istotniejszych zalet kogeneracji jest znacznie większy
stopień wykorzystania energii pierwotnej zawartej w paliwie do
produkcji energii elektrycznej i ciepła.
Skojarzone wytwarzanie energii powoduje zmniejszenie
zużycia paliwa do 30 proc. w porównaniu z rozdzielnym
wytwarzaniem energii elektrycznej i ciepła.
Dotychczas w ten sposób oszczędzanym paliwem w Polsce
jest głównie węgiel kamienny. W krajowym systemie
skojarzonego wytwarzania energii, czyli w elektrociepłowniach
zawodowych, przemysłowych i komunalnych, udaje się
zaoszczędzić miliony ton węgla rocznie.
Mniejsze zużycie węgla to również ograniczenie emisji
substancji szkodliwych – pyłów, dwutlenku siarki, tlenku azotu
oraz gazów cieplarnianych.
Kogeneracja (3)
Oferowane systemy CHP (elektrociepłownie) mają sprawność
bliską 90%, natomiast energia elektryczna generowana jest
przez nie ze sprawnością 32-37%.
Istotą skojarzenia jest możliwość uzyskania energii elektrycznej
bez marnowania blisko 50% energii pierwotnej zawartej w
paliwie (w porównaniu do rozdzielnej produkcji prądu i ciepła).
Atrakcyjność źródeł kogeneracyjnych można zwiększyć,
stosując dodatkowo wytwarzanie chłodu. Odpadowe ciepło z
produkcji energii elektrycznej stanowi wówczas energię
napędową w absorpcyjnym procesie wytwarzania tzw. wody
lodowej.
Stwarza to latem szansę na zrekompensowanie (do pewnego
stopnia) spadku zapotrzebowania na ciepło powodującego
zmniejszenie produkcji energii elektrycznej w skojarzeniu.
Jednoczesne wytwarzanie energii elektrycznej, ciepła i chłodu
zwane jest trójgeneracją.
Kogeneracja (4)
Podstawową formą specjalnego traktowania produkcji energii
elektrycznej w skojarzeniu z ciepłem, powinna być gwarancja
jej odbioru w wielkości i czasie wynikających z
zapotrzebowania na ciepło.
Technologiczne kojarzenie obiegów termodynamicznych daje
możliwość zamiany obiegu grzejnego układu CHP w obieg
ziębiąco-grzejny. Mówimy wówczas o trigeneracji, czyli
o wytwarzaniu w zależności od sezonowego zapotrzebowania:
ciepła, chłodu oraz energii elektrycznej.
Do małych układów skojarzonego wytwarzania energii
elektrycznej i cieplnej zaliczane są układy generujące moc od 5
do 2000 kWe. Natomiast do układów średnich zalicza się
skojarzone układy generujące moc powyżej 2000 do 20000
(50000) kWe
Kogeneracja (5)
Energia elektryczna jest produktem o łatwej konwersji w inne
użyteczne formy energii należy układy skojarzone dobierać ze
względu na potrzeby cieplne.
Potrzebami tymi mogą być przygotowanie ciepłej wody
użytkowej (najczęstszy przypadek), cele technologiczne lub
układy absorpcyjne chłodnicze co zawęża zakres zastosowań
do mocy od 20-2000 kWe.
W obecnych realiach cen nośników energii do cen mediów taki
dobór przynosi spodziewany efekt ekonomiczny objawiający się
zwrotem inwestycji w przeciągu 4-8 lat.
Zalety kogeneracji
opartej na silnikach tłokowych
Wytwarzanie energii elektrycznej i cieplnej w jednym źródle
opartym o gazowe silniki tłokowe ma wiele zalet m.in.:
obniża zużycie paliwa na wytworzenie jednostki energii,
zwiększa sprawność ogólną procesu wytwarzania energii,
pozwala na utylizowanie gazów szkodliwych w tym
biogazu
umożliwia pracę na niskim i średnim zakresie ciśnień gazu
ziemnego,
eliminuje powstawanie związków siarki (zmiana paliwa ze
stałego na gazowe),
zmniejsza straty przesyłu energii na drodze wytwórca odbiorca,
umożliwia pełne i elastyczne sterowanie procesem
wytwarzania energii,
zasilany jest paliwami uważanymi za ekologiczne (m.in.
gazem ziemnym)
Zalety kogeneracji
opartej na silnikach tłokowych cd.
obniża powstawanie CO2 , NOx , CO w trakcie spalania
(stosowane są katalizatory)
zabezpiecza moc, utrzymuje stałą częstotliwość, stałe
napięcie, kompensuje moc,
istnieje możliwość zasilania urządzeń paliwami gazowymi
jak i płynnymi,
możliwa jest rozbudowa układów o dodatkowe moduły,
kompaktowa, modułowa konstrukcja z obudową tłumiącą
hałas pozwala na maksymalne wykorzystanie miejsca w
maszynowni oraz obniża koszty robót towarzyszących,
szeroki wachlarz urządzeń umożliwia idealne dopasowanie
do każdego typu potrzeb,
dotrzymane są normy hałasu i bezpieczeństwa
obowiązujące w Polsce i w Europie,
ekologiczne i ekonomiczne wytwarzanie ciepła i energii
elektrycznej.
Wsparcie kogeneracji
Dla producentów energii w wysokosprawnej kogeneracji,
prawo energetyczne przewiduje system wsparcia w postaci
certyfikatów kogeneracyjnych. Występują trzy rodzaje
świadectw kogeneracyjnych:
– (żółte) dla jednostek o łącznej mocy zainstalowanej
elektrycznej do 1 MW lub opalanych paliwami gazowymi
(w tym biogazem rolniczym),
– (czerwone) dla jednostek o mocy powyżej 1 MW innych
niż opalane paliwami gazowymi, metanem i gazem z
przetwarzania biomasy,
– (nowy rodzaj świadectw) dla jednostek opalanych
gazem uzyskiwanym z przetwarzania biomasy lub
metanem uwalnianym i ujmowanym przy odmetanowaniu
kopalń
Warunki wysokosprawnej kogeneracji
Kogeneracja wysokosprawna musi spełniać następujące
warunki:
– sprawność przemiany co najmniej 75% (silnik gazowy biogazownia),
– dla źródeł o mocy >1 MW: minimum 10% oszczędność
energii pierwotnej w stosunku do rozdzielonego wytwarzania
tej samej ilości energii elektrycznej i ciepła;
– dla źródeł o mocy <1 MW wystarczy uzyskanie jakiejkolwiek
oszczędności energii pierwotnej.
Ciepło odpadowe
Ciepło odpadowe (1)
Ciepłem odpadowym z urządzeń takich jak piece piekarnicze,
komory lakiernicze, suszarnicze, urządzenia do produkcji
tworzyw sztucznych, urządzenia pasteryzujące, piece CO, które
odprowadzają wysokotemperaturowe spaliny można ogrzać
każde pomieszczenie i to całkowicie za darmo.
Wykorzystanie odpadowego ciepła przemysłowego
przenoszonego przez strumień niskoparametrowej pary wodnej
ograniczą między innymi zużycie paliw kopalnych oraz
zmniejszenie emisji zanieczyszczeń do atmosfery.
Ciepło odpadowe (2)
Wysokotemperaturowe spaliny czy ciepło odpadowe
pochodzące z różnych urządzeń można wykorzystać do
ogrzewania nie tylko powierzchni przemysłowo-biurowych.
Coraz częściej rekuperacja ciepła odpadowego stosowana jest
także w domach jednorodzinnych.
Zainstalowanie systemu odzysku ciepła odpadowego
pozwala na redukcję kosztów zużycia energii nawet o 60%.
Ciepło odpadowe w
gospodarstwach domowych
W gospodarstwach domowych może być wykorzystywana
energia, którą posiada ciepłe powietrze „domowe” poprzez
przekazywanie jej do świeżego nawiewanego powietrza przy
zastosowaniu rekuperatora w centrali wentylacyjnej.
Zwiększa to efektywność procesu wentylacji domu i obniżone
są równocześnie koszty energii potrzebnej w okresie zimowym
do jego ogrzania, a w okresie letnim zapewniamy odzysk
chłodu, ewentualnie chłodzenie obiektu powietrzem
zewnętrznym.
Zasady działania rekuperatora
Rekuperator to urządzenie, które składa się z wymiennika
oraz dwóch wentylatorów.
Oczyszcza powietrze, ogrzewa je, a nawet osusza wilgoć
lub częściowo ją kontroluje.
System rekuperatora jest połączony z systemem
grzewczym budynku.
Cały proces odbywa się automatycznie, zapewniając
przeniesienie ciepła do systemu ogrzewania budynku lub
do systemu odprowadzającego energię do istniejącego
systemu ogrzewania technologicznego.
Ciepło odpadowe w przemyśle
W przemyśle ciepła odpadowe wykorzystywane jest nie tylko
do celów ogrzewania pomieszczeń, ale także dla podwyższenia
efektywności procesów technologicznych: wstępnego
podgrzewania produktu ciepłem odpadowym czy podgrzewania
wstępnego wody w wytwornicach pary.
Wymiennik ciepła o wysokiej odporności termicznej jest
zainstalowany na kominie odprowadzającym gorące spaliny
przekazując ciepło odpadowe do czynnika przenoszącego
ciepło do ciepłej wody użytkowej.
Wszelkie czynności serwisowe na urządzeniu mogą być
przeprowadzane bez konieczności wyłączania technologii.
Dla zapewnienia prawidłowego i efektywnego funkcjonowania
całego urządzenia konieczne jest wyposażenie go w
odpowiedni układ sterowania. Układ ten zapewnia
automatyczne sterowanie procesem odzysku ciepła z
możliwością ręcznej ingerencji w sterownik systemu.
Instrumenty wsparcia OZE
Jednym z ważniejszych instrumentów prawnych,
wpływających na rozwój rynku odnawialnych źródeł energii
jest ustawowy obowiązek zakupu energii elektrycznej z
OZE przez przedsiębiorstwa zajmujące się obrotem
energią elektryczną i jej sprzedażą do odbiorców
końcowych.
Na zyski z funkcjonowania instalacji OZE składa się,
oprócz sprzedaży wygenerowanej energii, także sprzedaż
tzw. świadectw pochodzenia, które przysługują
producentom zielonej energii, a które mogą być dla nich
znaczącym źródłem dochodów: za produkcję energii
elektrycznej z OZE przysługuje zielony certyfikat, a za
produkcję energii kogeneracji, certyfikat kogeneracyjny.
Przydatne linki i publikacje
„Energetyka odnawialna” Z.Wnuk, Rzeszów 2010
„Racjonalne wykorzystanie odnawialnych źródeł energii”, pod redakcją
naukową dr P.Gardziuka, materiały konferencyjne, Płońsk 2009
„Odnawialne źródła energii”, pod redakcją dr hab. Inż. J.Kalotka, materiały
z VI Ogólnopolskiego seminarium, Radom 2010
„Zastosowanie odnawialnych źródeł ciepła w ogrzewnictwie i wentylacji”,
H.Foit, Gliwice 2010
„Odnawialne źródła energii w świetle globalnego kryzysu energetycznego:
wybrane problemy”, red. nauk. Franciszek Krawiec, Warszawa 2010
„Zarządzanie odnawialnymi źródłami energii : aspekty ekonomicznotechniczne”, W.Jabłoński, J.Wnuk, Sosnowiec 2009
„Odnawialne i niekonwencjonalne źródła energii : poradnik” red. Marek
Gałusza, Joanna Paruch ; aut.: Adam Guła et al., Kraków 2008
www.wnp.pl
www.cire.pl
http://www.gramwzielone.pl/
http://agroenergetyka.pl/
www.pigeo.org.pl
Dziękujemy za uwagę!
Zapraszamy do zadawania pytań autorom
i wypełnienia testu on-line!
www.ews21.pl
Dofinansowano ze środków dotacji
Narodowego Funduszu Ochrony
Środowiska i Gospodarki Wodnej