Transcript Przewodnik po odnawialnych źródłacz energii

PRZEWODNIK PO ODNAWIALNYCH
ŻRÓDŁACH ENERGII
SPIS TREŚCI
JAK TO SIĘ WSZYSTKO ZACZĘŁO
PODZIAŁ ODNAWIALNYCH ŹRÓDEŁ ENERGII
ZAKOŃCZ POKAZ
JAK TO SIĘ WSZYSTKO ZACZĘŁO
Kryzys energetyczny w 1973 r., który spowodował skokowy wzrost najpierw ceny
ropy naftowej, a następnie wszystkich innych paliw, względy ochrony środowiska oraz rozwój
techniki kosmicznej zwiększyły zainteresowanie nowymi, niekonwencjonalnymi źródłami i
technologiami wytwarzania energii elektrycznej. Te nowe, niekonwencjonalne źródła energii
elektrycznej można podzielić na źródła odnawialne i źródła nieodnawialne. Do odnawialnych
źródeł energii elektrycznej należą: energia słoneczna, energia wiatru, pływów morskich, fal
morskich i energia cieplna oceanów (maretermiczna), a do źródeł nieodnawialnych: wodór, energia
magneto-hydro-dynamiczna i ogniwa paliwowe. Energię wnętrza ziemi (geotermiczną) można
zaliczyć do obu rodzajów źródeł: gejzery są źródłem nieodnawialnym, zaś energia gorących skał
jest energią odnawialną.
Wykorzystanie prawie wszystkich niekonwencjonalnych źródeł energii elektrycznej
jest związane z minimalnym, bądź nawet żadnym wpływem na środowisko. Z tego względu
przyszłość należy do nich. Ograniczenia w ich stosowaniu są dwojakiego rodzaju:
 technologiczne, ze względu na formę występowania i możliwości praktycznego wykorzystania;
 ekonomiczne, związane z dużymi kosztami ich wykorzystania.
Na przestrzeni ostatnich lat największy rozwój spośród źródeł odnawialnych
zanotowała energetyka wiatrowa. Do 2000 roku przeciętny roczny wzrost mocy zainstalowanej
sięgał 40 %, osiągając wówczas poziom 18,5 GW. Jest to wartość wystarczająca do pokrycia
zapotrzebowania na energię 8-9 milionów czteroosobowych gospodarstw domowych.
PODZIAŁ ODNAWIALNYCH ŹRÓDEŁ ENERGII
SIŁOWNIE SŁONECZNE
BUDOWA OGNIWA FOTOWOLTAICZNEGO
RODZAJE OGNIW FOTOWOLTAICZNYCH
ZALETY OGNIW FOTOWOLTAICZNYCH
ZASTOSOWANIE SYSTEMÓW FOTOWOLTAICZNYCH
ZASTOSOWANIE SYSTEMÓW FOTOWOLTAICZNYCH
Systemy fotowoltaiczne stosowane są:
w nawigacji, do zasilania morskich, śródlądowych i lotniczych znaków nawigacyjnych, do ładowania akumulatorów na
jachtach dalekomorskich;
w rolnictwie i leśnictwie, do zasilania elektrycznych urządzeń ochrony pastwisk i lasów, urządzeń nawadniających i
osuszających, urządzeń ochrony przeciwpożarowej;
w telekomunikacji, do zasilania radiowo - telekomunikacyjnych stacji przekaźnikowych; radiostacji w miejscach
odosobnionych; przez telefonię komórkową;
w transporcie, do zasilania znaków na drogach i linach kolejowych, w szczególności oznakowań odcinków dróg i torów
niebezpiecznych, będących w remoncie; do oznakowania lotnisk, itp.;
w wojsku, do zasilania elektrycznych urządzeń polowych (radiostacje, stacje namiarowe, urządzenia pomiarowe, punkty
oświetleniowe, itp.);
w meteorologii, do zasilania odosobnionych stacji meteorologicznych;
w gospodarstwach domowych, do zasilania urządzeń gospodarstwa domowego od kalkulatorów i zegarków począwszy
poprzez odbiorniki radiowe i telewizyjne na kompletnych domkach jednorodzinnych kończąc;
w medycynie, do zasilania polowych ambulatoriów medycznych w krajach trzeciego świata (szczególnie istotne zasilanie
chłodni do przechowywania szczepionek i leków);
w turystyce, do autonomicznych systemów zasilających na przyczepach kempingowych, w schroniskach górskich;
w automatyce, do zasilania autonomicznych systemów akwizycji danych.
1 m2 modułu fotowoltaicznego może zapewnić oświetlenie żarówką o mocy 80-00 Wat. Zainstalowanie modułów
fotowoltaicznych o pow. 100 m2 może dać nam ok. 10 kWh.
ZALETY OGNIW FOTOWOLTAICZNYCH
Ogniwa fotowoltaiczne mają następujące zalety:
1. Energia elektryczna wytwarzana jest bezpośrednio.
2. Sprawność przetwarzania energii jest taka sama, niezależnie od skali produkcji.
3. Moc jest wytwarzana nawet w pochmurne dni przy wykorzystaniu światła rozproszonego.
4. Obsługa i konserwacja wymagają minimalnych nakładów.
5. W czasie produkcji energii elektrycznej nie powstają szkodliwe gazy.
RODZAJE OGNIW FOTOWOLTAICZNYCH
Istnieje wiele różnych typów ogniw fotowoltaicznych w zależności od używanego materiału (krzem,
półprzewodniki złożone, półprzewodniki organiczne, itd.) i struktury materiału (monokrysztaliczna,
polikrysztaliczna, amorficzna). Są to:
1. Ogniwa fotowoltaiczne z krzemu monokrystalicznego.
2. Ogniwa fotowoltaiczne z krzemu polikrystalicznego.
3. Cienkowarstwowe ogniwa fotowoltaiczne z krzemu amorficznego.
4. Cienkowarstwowe ogniwa fotowoltaiczne ze związków półprzewodnikowych:
a) CdTe (tellurek kadmu),
b) CIS (selenek indowo-miedziowy - CIS).
Ogniwa z krzemu amorficznego stanowią ok. 16% światowej produkcji ogniw PV i udział ten szybko
wzrasta z roku na rok. Amerykańskie firmy dostarczające energię elektryczną zwracają się ku tej
technologii budując pilotażowe elektrownie fotowoltaiczne. Firmy Solarex Enron, United Solar i Canon
uruchomiły fabryki o mocy produkcyjnej 10 MWp/rok każda. Oznacza to silne potwierdzenie
przekonania w przyszłość tej technologii ze strony amerykańskich inwestorów. Natomiast, w Japonii,
która była pionierem w komercjalizacji ogniw fotowoltaicznych z krzemu amorficznego istnieje program
GENESIS, w którym te ogniwa uważane są podstawę fotowoltaiki.
BUDOWA OGNIWA FOTOWOLTAICZNEGO
Są to urządzenia służące do przemiany światła słonecznego bezpośrednio na energię elektryczną.
Podstawowym elementem modułu jest ogniwo fotowoltaiczne. Składa się ono z płytki z półprzewodnika
posiadającej złącze P - N (positive - negative). W strukturze takiej występuje pole elektryczne (bariera
potencjału). W chwili, gdy na ogniwo pada światło słoneczne powstaje para nośników o przeciwnych
ładunkach elektrycznych, elektron - dziura, które zostają następnie rozdzielone przez pole elektryczne.
Rozdzielenie ładunków powoduje, iż w ogniwie powstaje napięcie. Po podłączeniu obciążenia
(urządzenia pobierającego energię) następuje przepływ prądu elektrycznego.
Objaśnienia do schematu budowy i działania ogniwa
fotowoltaicznego:
1. elektrody,
2. półprzewodnik typu N,
3. bariera potencjału,
4. półprzewodnik typu P,
Obecnie fotoogniwa najczęściej produkuje się z
krzemu (98% światowej produkcji), który jest drugim
(po tlenie) najpopularniejszym pierwiastkiem na kuli
ziemskiej (występuje m.in. w piasku).
ELEKTROWNIE WIATROWE
ENERGIA WIATRU
LOKALIZACJA ELEKTROWNI
SCHEMAT BLOKOWY ELEKTROWNI
AREODYNAMIKA WIRNIKA
GENERATORY
ŁOPATY WIRNIKA
KONSTRUKACJA WIERZY
SKRZYNIA BIEGÓW
NIETYPOWE ROZWIĄZANIA
SPOSOBY REGULACJI MOCY
WSPÓŁPRACA Z SIECIĄ
LINKI
LINKI
Oto kilka adresów stron internetowych o podobnej tematyce
www.elektrownie.tanio.net
http://fotowoltaika.spec.pl/
www.kolektory.brenna.pl
www.oze.agh.edu.pl
www.pv.pl
www.google.pl
www.elektrownie.tanio.net/galerie.html
AREODYNAMIKA WIRNIKA
Nowoczesne elektrownie wiatrowe wykorzystują
zaawansowane technologie, niektóre znane z
przemysłu lotniczego, ponieważ muszą pracować w
bardzo różnym środowisku, przy zmiennych
prędkościach i kierunkach wiatru
Powstawanie siły nośnej. Powietrze opływające
górną część skrzydła ma większą drogę do
pokonania, a więc porusza się szybciej, dzięki
czemu ciśnienie jest mniejsze niż na dolnej
części skrzydła.
Po przekroczeniu pewnego kąta natarcia (umowny kąt zawarty między osią podłużną skrzydła, a kierunkiem strumienia
powietrza), zwanego krytycznym, nastąpi oderwanie strug powietrza na górnej części skrzydła, co prowadzi do zaniku siły
nośnej. Zjawisko to nosi nazwę przeciągnięcia (stall), czasami używa się też określenia "utknięcie".
Przepływ powietrza przez łopaty
wirnika. Wypadkowy kierunek
powietrza uderzający w łopaty jest inny
niż kierunek wiatru w terenie, za
wyjątkiem sytuacji, gdy wirnik jest
nieruchomy. Dzieje się tak, ponieważ
łopaty same się poruszają. Dlatego
łopata wirnika musi być skręcona, aby
utrzymać optymalne kąty natarcia na
całej jej długości.
WSPÓŁPRACA Z SIECIĄ
Zdecydowana większość dużych elektrowni wiatrowych oddaje wytworzoną moc do publicznych
sieci elektroenergetycznych.
Jak wskazują doświadczenia, elektrownie wiatrowe mają także niekorzystne z punktu widzenia
systemu cechy techniczne. Zależność obciążenia od prędkości wiatru powoduje:
• konieczność zwiększenia rezerw mocy w innych źródłach,
• utrudnione prowadzenie ruchu systemu, np. wskutek gwałtownych zrzutów obciążenia i
zmian kierunków przepływu energii w sieciach,
• trudności w planowaniu bilansu mocy i energii.
Należy zatem postawić pytanie o wpływ pracy elektrowni wiatrowej na jakość energii. Wśród
czynników pogarszających parametry jakości energii w sieci elektroenergetycznej powodowanych
pracą elektrowni wiatrowych można rozpatrzyć cztery rodzaje:
• wahania mocy
• wahania napięcia
• migotanie
• wyższe harmoniczne
NIETYPOWE ROZWIĄZANIA
Elektrownie wiatrowe o pionowej osi obrotu
Posiadają one kilka niepodważalnych zalet:

generator i skrzynie biegów można umieścić na ziemi,
co znacznie upraszcza obsługę,

nie potrzeba wieży,

odpada mechanizm odchylenia wirnika
Jednak górę biorą wady:

Wiatr tuż nad ziemią jest zdecydowanie słabszy, co
obniża efektywność konstrukcji,
•
Wirnik Darrieus'a wymaga wstępnego rozpędzenia, gdyż
nie posiada użytecznego momentu rozruchowego,
•
Wymiana głównego łożyska wymaga rozebrania całej
elektrowni
Elektrownie wiatrowe z wirnikiem Darrieus'a. Z lewej
elektrownia w Cap Chat w Kanadzie z wirnikiem o
średnicy 100 m, która obecnie już nie pracuje ze względu
na awarię łożyska głównego
z wirnikiem typy down-wind. Wirniki można również podzielić pod względem
ustawienia względem wiatru w stosunku do położenia masztu. Chodzi o to czy wirnik znajduje się
przed, czy za masztem (w stosunku do wiejącego wiatru). W terminologii angielskiej nazywane jest
to up-wind i down-wind. Większość elektrowni posiada rozwiązanie typu up-wind. Pozwala ono
uniknąć niekorzystnego cienia aerodynamicznego wytwarzanego przez wieże i gondolę. Wymaga
jednak ono mechanizmu odchylania wirnika. Poza tym łopaty muszą być wykonane ze sztywnego
materiały i odsunięte od wieży, aby uniknąć zderzenia z nią.
Elektrownie
Turbiny o osi poziomej wyposażone w dyfuzor. Zgodnie z prawem Bernouliego dotyczącym
zachowania się ośrodka (np. gazu) w rurze, w której występują zmiany średnicy zmienia się również
prędkość przepływu gazu. W związku z tym, jeśli tradycyjny wirnik zabudujemy w tunelu (a
dokładnie w jego przewężeniu) będzie on wirował w powietrzu przepływającym szybciej niż wiatr
poza tym tunelem. Dzięki temu da więcej energii niż wirnik bez otunelowania
Elektrownie jedno i dwułopatowe. Na całym świecie największą popularność zyskała koncepcja trójpłatowego
wirnika, ale dosyć często można także spotkać siłownie z dwoma łopatami.
SPOSOBY REGULACJI MOCY
Przenoszenie się zmienności wiatru na moc określone jest przez krzywą mocy elektrycznej w funkcji prędkości wiatru.
Przebieg tych krzywych zależy od konstrukcji turbiny (a w szczególności płatów wirnika) i jej układów regulacji.
Charakterystyczne dla tej krzywej są:

Punkt startu (cut on) jest to prędkość wiatru począwszy od której śmigła zaczynają się obracać i na wale
turbiny pojawia się moment mechaniczny. W zależności od konstrukcji turbiny punkt startu ma wartość od 3
m/s do 5 m/s

Punkt wyłączenia (cut off) jest to prędkość, przy której następuje zatrzymanie turbiny ze względu na
zagrożenie mechaniczne konstrukcji. Punkt wyłączenia ma wartość z przedziału 23 d0 27 m/s

Punkt prędkości znamionowej jest to prędkość wiatru, przy której turbina osiąga swoją moc znamionową.
Zazwyczaj jest to prędkość od 11 do 16 m/s
Regulacja przez ustawienia kąta łopat (pitch controlled)
Pasywna regulacja przez przeciągnięcie (stall controlled)
Aktywna regulacja przez przeciągnięcie (active stall
controlled)
Regulacja przez zmianę kierunku (Yaw Control)
Regulacja przez zmianę obciążenia (Load Control)
Regulacja lotkami łopat wirnika (Aileron Control)
Regulacja przez zmianę poślizgu generatora.
SKRZYNIA BIEGÓW
Moc z wirnika jest przekazywana do generatora za pomocą wału wolnoobrotowego (głównego), skrzyni biegów i wału
szybkoobrotowego. Pominięcie tego układu przy tradycyjnym generatorze dwu, cztero lub sześciobiegunowym nie
wchodzi w grę, gdyż prędkość wirnika musiałaby wtedy wynosić 1000 - 3000 obr/min (średnio prędkość ta wynosi 22
obr/min ). Przy wirniku o średnicy 43 metry, jego końcówka poruszałaby się dwa razy szybciej od dźwięku
Skrzynia biegów w turbinie pracuje przy jednym, stałym przełożeniu. Przykładowo dla elektrowni o mocy 600 kW jest to
zazwyczaj przełożenie 1:50.
Siłownia wiatrowa bez przekładni głównej. Można ją
poznać na pierwszy rzut oka po bardzo zwartej sylwetce
gondoli.
KONSTRUKACJA WIERZY
Wieże dla większych turbin są wykonane w postaci stalowej rury, kratownicy, lub żelbetonowej rury. Rozwiązanie w
postaci masztu, utrzymywanego w poziomie za pomocą lin, jest stosowane tylko w małych turbinach (służących na
przykład do ładowania baterii akumulatorów).
ŁOPATY WIRNIKA
Projektowanie łopaty jest zadaniem niezwykle skomplikowanym. Płat musi posiadać następujące
cechy:
 odpowiednią sztywność (aby przy mocniejszych podmuchach nie doszło do zderzenia łopat z
wieżą),
 możliwie niską masę,
 trwałość (powinien wytrzymać cały cykl życia siłowni a więc minimum 20 lat),
 niski poziom generowanego hałasu (decydujące znaczenie ma kształt końcówki płata, gdyż
ona porusza się najszybciej),
 odporność na zabrudzenia i oblodzenie (łopaty projektuje się tak, aby wytrzymały
ewentualny dodatkowy ciężar wynikający z tych czynników lub dodaje się instalacje
przeciwoblodzeniową),
 kształt zapewniający odpowiednie własności aerodynamiczne,
 odporność na wyładowania atmosferyczne.
Większość nowoczesnych łopat w elektrowniach wiatrowych zrobiona jest z
włókna szklanego wzmocnionego poliestrem lub żywicą epoksydową. Jako
wzmocnienie używa się też włókien węglowych lub kevlaru, ale takie
rozwiązanie jest bardzo kosztowne, szczególnie przy większych łopatach.
Dostępne są też rozwiązania polegające na wykorzystaniem drewna
wzmocnionego żywicą epoksydową lub innymi tworzywami sztucznymi, ale
jak dotąd nie zdobyły one większej popularności. W bardzo małych turbinach
stosuje się też łopaty stalowe i aluminiowe. Są one jednak bardzo ciężkie i
podatne na zmęczenie materiału.
LOKALIZACJA ELEKTROWNI
Wydajność siłowni wiatrowych w dużej mierze zależna jest od ich lokalizacji w terenie. Na wydajność siłowni zasadniczy
wpływ ma ukształtowanie terenu (podłużne wzgórza, pojedyncze wzgórza i góry, skarpy zagłębienia, przełęcze),
przeszkody (budynki, drzewa). Płaski obszar porośnięty trawą jest typowym przykładem terenu o jednolitej szorstkości. Na
tym obszarze prędkość wiatru na wybranej wysokości jest prawie jednakowa. Przeszkody terenowe (budynki, rzędy drzew,
pojedyncze drzewa), znajdujące się na drodze przesuwających się mas powietrza, powodują gwałtowne zmniejszenie
prędkości wiatru i wzrost turbulencji w jej pobliżu
Charakterystyka klas szorstkości.
Zależność prędkości wiatru od wysokości
GENERATORY
Generator w elektrowni wiatrowej ma za zadanie zamienić energię mechaniczną w elektryczną. Jego konstrukcja nieco
odbiega od typowych prądnic. Jednym z powodów jest to, że źródło mocy (wirnik turbiny wiatrowej) dostarcza
zmieniający się, w zależności od warunków wiatrowych, moment napędowy.
•
•
•
•
•
Generatory do elektrowni wiatrowych powinny spełniać następujące wymagania i zalecenia:
konstrukcja generatora powinna zapewnić długotrwała pracę bez wymiany i konserwacji podzespołów,
dla efektywniejszego wykorzystania energii wiatru korzystniejszy jest wariant generatora pracującego ze
zmienną prędkością wirowania,
współczynnik mocy powinien być bliski jedności (należy unikać pobierania mocy biernej przez generator),
należy zmniejszyć do minimum udział wyższych harmonicznych prądu dostarczanego do sieci,
należy utrzymywać parametry sieci.
Generatory w europejskich elektrowniach wiatrowych wg mocy i rodzaju rozwiązania
Najpopularniejsze schematy układów konwersji w elektrowniach wiatrowych pracujących na sieć wydzieloną z prądnicami
prądu stałego
Najpopularniejsze schematy układów konwersji w elektrowniach wiatrowych pracujących na sieć wydzieloną z prądnicami
prądu przemiennego
Schematy najczęściej stosowanych układów w energetyce zawodowej
SCHEMAT BLOKOWY ELEKTROWNI
Uproszczony schemat budowy typowej
siłowni wiatrowej dla energetyki
zawodowej
Elektrownia wiatrowa Vestas V80 (2 MW)
1) sterownik piasty
2) cylinder systemu sterowania łopatami
3) oś główna
4) chłodnica oleju
5) skrzynia przekładniowa
6) sterownik VIP z konwerterem
7) hamulec postojowy
8) dźwig serwisowy
9) transformator
10) piasta wirnika
11) łożysko łopaty
12) łopata
13) układ blokowania wirnika
14) układ hydrauliczny
15) tarcza hydraulicznego układu hamowania
wirnika
16) pierścień układu kierunkowania
17) rama
18) koła zębate układu kierunkowania
19) generator
20) chłodnica generatora.
ENERGIA WIATRU
Wiatr jest odnawialnym źródłem energii. Jest to ruch powietrza spowodowany różnicą gęstości ogrzanych
mas powietrza i ich przemieszczaniem ku górze. Powoduje to różnicę ciśnień, a naturalna tendencja do
ich wyrównywania powoduje powstawanie wiatru.
Światowe zasoby energii wiatru, które nadają się do wykorzystania z technicznego punktu widzenia, to 53
tys. TWh/rok. Ta ilość energii jest 4 razy większa niż wynosiło globalne zużycie energii elektrycznej w
1998 roku.
Najbardziej istotną cechą energii wiatrowej jest jej duża zmienność, zarówno w przestrzeni (geograficzna) jak i w
czasie. Zmienność wiatru w czasie dotyczy bardzo szerokiej skali czasu - od sekund do lat. Wyróżnia się następujące
Rodzaje zmienności w czasie: WIELOLETNIĄ I ROCZNĄ.
Energia wiatru w poszczególnych miesiącach roku oraz w ciągu doby (wykres powstał na podstawie pomiarów na terenie
Danii, ale jest wspólny dla klimatu umiarkowanego).
Moc wiatru można obliczyć ze wzoru:
P=1/2*g*v3*t [J/m2 ]
gdzie: g-gęstość powietrza [kg/m3]
v – prędkość wiatru [m/s2 ]
t – czas [s]
Turbiny wiatrowe wykorzystują mniej
niż 50% mocy wiatru.
Rozkład gęstości mocy w funkcji wiatru.
.
ELEKTROWNIE WODNE
RODZAJE ELEKTROWNI WODNYCH
BUDOWLE HYDROTECHNICZNE, ELEMENTY ELEKTROWNI WODNYCH
INNE ROZWIĄZANIA ELEKTROWNI WODNYCH
ROZMIESZCZENIE ELEKTROWNI WODNYCH W POLSCE
RODZAJE ELEKTROWNI WODNYCH
Elektrownie wodne cechuje wyjątkowa różnorodność rozwiązań, wynikająca z konieczności
każdorazowego dostosowania się do istniejących warunków lokalnych. Elektrownie wykorzystujące
energię wód śródlądowych można podzielić na grupy według następujących kryteriów:
•
wartości spadu
•
sposobu pokrywania obciążeń w układzie elektroenergetycznym
•
sposobu gospodarowania zasobami wodnymi
Najbardziej rozpowszechniony jest następujący podział elektrowni:
•
elektrownie przepływowe
•
elektrownie zbiornikowe
•
elektrownie szczytowo-pompowe
•
małe elektrownie wodne
BUDOWLE HYDROTECHNICZNE, ELEMENTY ELEKTROWNI
WODNYCH
Budowle hydrotechniczne, w zależności od przeznaczenia, można podzielić na:
•
budowle piętrzące, do których zaliczyć należy zapory i jazy; - ujęcia wody;
•
budowle doprowadzające i odprowadzające wodę, do których należą kanały, rurociągi
i sztolnie wraz z budowlami towarzyszącymi;
•
inne budowle, takie jak: śluzy żeglugowe, przepławki dla ryb i pochylnie dla tratew
W budownictwie hydrotechnicznym wyróżnia się zapory betonowe, zapory ziemne i kanały. W
Polsce najbardziej są rozpowszechnione zapory betonowe typu ciężkiego. Zapory ziemne są
budowane na terenach nizinnych. W celu ujęcia wody filtrującej przez zaporę stosuje się system
drenażowy. Zapory są wykorzystywane często jako drogi komunikacji publicznej. Kanały
energetyczne łączące zbiornik z elektrownią są prowadzone w wykopie lub w półwykopie.
Umocnienia kanałów wykonuje się płytami betonowymi, żelbetowymi lub asfaltobetonowymi.
Elektrownia wodna składa się z następujących podstawowych elementów:
blok elektrowni (część podwodna)
hala maszyn
hala montażowa
pomieszczenia gospodarcze
ciągi komunikacyjne
W elektrowni niskospadowej większa część bloku znajduje się pod wodą i tworzy budowlę piętrzącą wodę. Wymiary
bloku zależą od sposobu doprowadzenia wody, zatem od rodzaju i wielkości turbiny.
INNE ROZWIĄZANIA ELEKTROWNI WODNYCH
Elektrownie pływakowe
Wiatr wiejący nad morzami i oceanami przekazuje wodzie duże wartości energii potencjalnej. Jednym z najlepszych
sposobów na wykorzystanie tej energii jest urządzenie zwane kolumną oscylacyjną (oscillating water column -OWC)..Gdy
fale uderzają kolumnę osadzoną na wale połączonym z pompą, obroty wału powodują kompresję powietrza które napędza
generator.
Pierwszy model takiej elektrowni został użyty w Japonii do zasilania światła na szczycie boji nawigacyjnej. Takie kolumny
są na razie w trakcie eksperymentów. Jedno z takich urządzeń, które jest najbardziej zaawansowanym przetwornikiem
energii fal na energięPojedyncze pływaki łączone są w łańcuchy po 25. Gdy falują w dół i górę napędzają pompę. W tej
chwili prowadzone są prace nad poprawieniem sprawności tych urządzeń. elektryczną, pracuje w Tofteshallen w Norwegii
gdzie produkuje 500 kilowatów elektryczności.
Pojedyncze pływaki łączone są w łańcuchy po 25. Gdy falują w dół i
górę napędzają pompę. W tej chwili prowadzone są prace nad
poprawieniem sprawności tych urządzeń.
Elektrownie te wykorzystują zjawisko przypływów i odpływów morza.
Przypływy przychodzą i odchodzą, więc można za pomocą elektrowni
przypływowych można przekształcić energię przypływów w energię
elektryczną. Elektrownie te mogą być usytuowane w deltach i ujściach
rzek, na plażach i innych miejscach do których dociera przypływ.
Najpierw ustawia się zaporę na rzece bądź plaży. Gdy nadchodzi
przypływ woda napełniając zbiornik porusza turbiną produkując energię.
Gdy przypływ osiąga maksimum zagradza się wlew, i gdy nadchodzi
odpływ można ponownie otworzyć wlew i woda wypływając ze
zbiornika ponownie porusza turbiną.
Elektrownie przepływowe
Elektrownia przypływowa została skonstruowana po raz pierwszy na początku XX wieku. Wtedy jeszcze nie posiadały
dwukierunkowych turbin, więc mogły wykorzystać tylko połowę energii przypływu. Elektrownie tego typu pracują w
Kanadzie, Francji, byłym Związku Republik Radzieckich i w Chinach, przy czym największym urządzeniem tego typu jest
elektrownia na rzece Rance w Francji która produkuje 320 MW elektryczności.Wybudowanie takiej elektrowni jest bardzo
kosztowne, i często produkują energię w porze w której zapotrzebowanie na nią jest najmniejsze.
Poza tym budowle tego typu mają spory wpływ na środowisko, m.in. zagradzają drogę rybom podążającym w górę rzeki na
tarło oraz znacznie zmieniają ekosystem.
Elektrownie typu OTEC
Elektrownie typu OTEC (The Ocean Thermal Energy Converter
- Oceaniczny konwerter energii cieplnej) są urządzeniami
zaprojektowanymi do produkowania energii elektrycznej w
ciepłych, tropikalnych wodach.
OTEC używa cieplejszej wody (na powierzchni) do ogrzania
cieczy, która wrze w niskich temperaturach (freon, amoniak).
Wytworzona w ten sposób para napędza turbinę połączoną z
generatorem. Następnie gaz jest wpuszczany do skraplacza w
którym chłodziwem jest zimna woda (pobrana z dna).
ROZMIESZCZENIE ELEKTROWNI WODNYCH W POLSCE
ENERGIA GEOTERMALNA
CO TO JEST ENERGIA GEOTERMALNA
RODZAJE ENERGII GEOTERMALNEJ
OKRĘGI GEOTERMALNE W POLSCE
WYKORZYSTANIE ENERGII GEOERMALNEJ
WYKORZYSTANIE ENERGII GEOTERMALNEJ
W 2000 roku energię geotermalną do produkcji energii elektrycznej wykorzystano w 23 krajach.
Zainstalowana moc w elektrowniach geotermalnych osiągnęła wartość około 8000 MW, przy rocznym
zużyciu energii blisko 50000 GWh
Bezpośrednie wykorzystanie energii z wód geotermalnych o niskich iśrednich temperaturach od wartości
kilkudziesięciu do ponad 100 °C obejmuje bardzo szeroki zakres zastosowań praktycznych, od
wykorzystania w ciepłownictwie po wykorzystanie w przemyśle, rolnictwie, ogrodnictwie, hodowli ryb,
balneologii i rekreacji (tab.2). Struktura wykorzystania zasobów energii geotermalnej na świecie
przestawiono na fig.6. Ogólna moc instalacji geotermalnych w 58 krajach świata wykorzystujących
bezpośrednio energię gorących wód osiąga wielkość ponad 15000 MW.
OKRĘGI GEOTERMALNE W POLSCE
Wody geotermalne znajdują się pod powierzchnią prawie 80% terytorium Polski. Na poniższej mapce
przedstawiony jest podział na prowincje i okręgi geotermalne. Pomimo tak licznego występowania wód
ich eksploatacja nie jest łatwa, przeszkodą są zarówno warunki wydobycia jak i ekonomiczna strona tego
typu przedsięwzięcia.
Na terenie Polski, wody geotermalne
posiadają stosunkowo niską temperaturę
do 80 0C, tak wiec ich wykorzystanie nie
może być uważane za w pełni
odnawialne. Dotychczas w Polsce
wykorzystuje się bardzo znikomą część
potencjału geotermalnego. Zakłady
geotermalne istnieją w Pyrzycach k.
Szczecina i Bańskiej Niżnej k.
Zakopanego. W najbliższym czasie
planuje się zakończenie budowy
instalacji ogrzewania geotermalnego dla
Zakopanego i Mszczonowa k. Warszawy.
RODZAJE ENERGII GEOTERMALNEJ
W skorupie ziemskiej występuje kilka rodzajów energii geotermalnej.
Jest to energia magmy i energia geociśnień, energia gorących suchych skał, i energia geotermalna
nagromadzona w wodach podziemnych.
Szczególnie sprzyjające warunki do powstania systemów geotermalnychistnieją w obrębie krawędzi płyt
litosfery w tzw. strefach ryftowych i strefach subdukcji.
CO TO JEST ENERGIA GEOTERMALNA
Energia geotermalna jest wewnętrznym ciepłem Ziemi nagromadzonym w skałach oraz w wodach
wypełniających pory i szczeliny skalne. Jeżeli spojrzymy na przekrój naszej planety, to ogromna ilość
ciepła nagromadzona jest w jądrze i w skorupie ziemskiej. W jądrze temperatura dochodzi do 40004500° C, a pod skorupą ziemską do 1000 °C. Zachodzi nieustający przepływ ciepła od wnętrza Ziemi
do górnych warstw skorupy i na powierzchnię Ziemi.
ENERGIA BIOMASY
POJĘCIE - BIOMASA
GŁÓWNE RODZAJE BIOMASY STOSOWANE NA CELE ENERGETYCZNE
WŁAŚCIWOŚCI POSZCZEGÓLNYCH RODZAJÓW BIOMASY
ZALETY STOSOWANIA BIOMASY
POJĘCIE - BIOMASA
Biomasa stanowi trzecie, co do wielkości na świecie, naturalne źródło energii. Według definicji Unii
Europejskiej biomasa obejmuje wszelką substancję organiczną pochodzenia roślinnego lub zwierzęcego,
jak też wszelkie pochodne substancje uzyskane z transformacji surowców pochodzenia roślinnego lub
zwierzęcego. Jako surowiec energetyczny wykorzystywana jest głównie biomasa pochodzenia roślinnego,
powstała w procesie fotosyntezy.
Produkty rolnicze:
słoma roślin zbożowych
gałęzie z przecinek sadów oraz inne odpady produkcji roślin i warzyw
alkohole (surowce: ziemniak, burak cukrowy, zboże) jako dodatki do benzyn silników gaźnikowych
olej rzepakowy (surowce: rzepak uprawiany na gruntach częściowo skażonych) jako paliwo dla
silników wysokoprężnych
biogaz z nawozu organicznego produkcji zwierzęcej
biogaz z osadów ściekowych, odpadów komunalnych płynnych i stałych
Produkty leśne:
drzewa i gałęzie z przecinek i cięć sanitarnych lasów
gałęzie z cięć produkcyjnych
odpady z przemyslu drzewnego, trociny itp.
plantacje lasów energetycznych lisciastych (grubizna do budowy domów jednorodzinnych), czuby i
gałęzie pocięte na łupki do spalania w piecach grzewczych o mocy cieplnej okolo 200 kW
GŁÓWNE RODZAJE BIOMASY STOSOWANE NA CELE ENERGETYCZNE
•drewno i odpady z przerobu drewna: drewno kawałkowe, trociny, wióry, zrębki, kora itp.
•rośliny pochodzące z upraw energetycznych: rośliny drzewiaste szybkorosnące (np. wierzby, topole,
eukaliptusy), wieloletnie byliny dwuliścienne (np. topinambur, ślazowiec pensylwański, rdesty), trawy
wieloletnie (np. trzcina pospolita, miskanty)
•produkty rolnicze oraz odpady organiczne z rolnictwa: np. słoma, siano, buraki cukrowe, trzcina
cukrowa, ziemniaki, rzepak, pozostałości przerobu owoców, odchody zwierzęce
•frakcje organiczne odpadów komunalnych oraz komunalnych osadów ściekowych
•niektóre odpady przemysłowe, np. z przemysłu papierniczego
Obecny udział biomasy w
zaspokojeniu światowych
potrzeb energetycznych wynosi
14% i bazuje głównie na
odpadach z rolnictwa i
leśnictwa oraz bezpośredniego
wykorzystania lasów. W
przyszłości większy udział
będą miały uprawy roślin
energetycznych zakładane na
gruntach marginalizowanych
Biomasa jest podstawowym
źródłem energii odnawialnej
wykorzystywanym w Polsce,
jej udział w bilansie
wykorzystania OZE w 1999
roku wynosił 98,05%.
WŁAŚCIWOŚCI POSZCZEGÓLNYCH RODZAJÓW BIOMASY
Według Europejskiego Centrum Energii Odnawialnej EC BREC obecny potencjał techniczny
biomasy
w Polsce szacowany jest na ok. 755 PJ/rok, jednak w stosunku do możliwości zasoby biomasy są
wykorzystywane tylko w 12%
ZALETY STOSOWANIA BIOMASY
Zalety stosowania biomasy:
•
ograniczenie emisji gazów cieplarnianych
•
wykorzystanie lokalnych zasobów energetycznych
•
decentralizacja wytwarzania energii
•
zróżnicowanie źródeł energii
•
ograniczenie szkód w środowisku związanych z wydobyciem paliw kopalnych
•
zagospodarowanie odpadów
•
wspieranie rozwoju społeczno-gospodarczego poprzez tworzenie nowych miejsc
pracy
Biomasa do celów energetycznych może być wykorzystywana w postaci stałej, ciekłej lub
gazowej. Paliwa stałe produkowane z biomasy są wykorzystywane w procesie spalania,
gazyfikacji lub pyrolizy do produkcji energii cieplnej i elektrycznej. Biopaliwa ciekłe (olej,
alkohol) znajdują zastosowanie głównie w transporcie. Alkohol metylowy i etylowy pochodzenia
roślinnego może być dodawany do paliw tradycyjnych. Natomiast biogaz powstały w wyniku
fermentacji beztlenowej zawierający około 50-70% metanu służy do produkcji energii
elektrycznej lub cieplnej albo jest dostarczany do sieci gazowej.