[ Pobierz całość w formacie PDF ]
AgnieszkaKaczmarek
POLITECHNIKAGDAŃSKA
WYDZIAŁELEKTROTECHNIKIIAUTOMATYKI
KATEDRAELEKTROENERGETYKI
ZESPÓŁELEKTROWNIIGOSPODARKIENERGETYCZNEJ
TECHNOLOGIEWYTWARZANIAENERGII
ELEKTRYCZNEJ
SKRYPT DO LABORATORIUM
ŹRÓDŁAENERGII
GDAŃSK2008
2.ŹRÓDŁAENERGII
2.1Wprowadzenie
Wytwarzanieenergiielektrycznejiciepłatogłównecelepolskiesektoraenergetycznego.
Procespozyskiwaniaenergiipoleganałańcuchuprzemianenergiipocząwszyodpierwszego
ogniwaktórymsąźródłaenergii.
2.2.Podziałźródełenergii
Źródłaenergiidzielimynaodnawialneinieodnawialne,coprzedstawiononarysunkuponiŜej.
OrganicznepaliwapierwotnenaleŜądogrupynajintensywniejeksploatowanychsurowców
energetycznychzwłaszczawęgielkamienny,brunatnyczyropanaftowaorazgazziemny.
WrazzewzrostemproekologicznejświadomościspołeczeństwajakrównieŜdzięki
mechanizmomokreślonymprzezUnięEuropejskącorazwiększymzainteresowaniemcieszą
siępaliwaodnawialne,zwłaszczawykorzystująceenergiiwiatru,słońcaczyciekówwód.
Energetyczne zastosowanie odnawialnych źródeł energii umoŜliwia ograniczenie
negatywnegowpływuenergetykinaśrodowiskonaturalnepoprzezobniŜeniepoziomuemisji
substancji szkodliwych dla środowiska naturalnego tj. emisje CO
2
czy pyły, jak równieŜ
oszczędnośćpaliwapierwotnegokrajowychzasobównaturalnych
Rys1.Podzałźródełenergiipierwotnej.
2.3.Charakterystykaźródełenergii
2.3.1.Odnawialneźródłaenergii(OZE)
Energetycznewykorzystanieźródełodnawialnychznanejestodzaraniawieków.Człowiekod
czasuopanowaniaogniawykorzystywałgoodogrzewaniapoprzezspalanieopału(biomasy).
PrzyglądającsiękonstrukcjomwodnymiwiatrakomwykorzystywanymjuŜwśredniowieczu
czywcześniejzaczasówstaroŜytnegoRzymumoŜnadostrzecjakenergiawiatruiwody
napędzałaurządzeniapomocewcodziennejpracy.Zielonaenergiawytwarzana
zodnawialnychźródełenergiiniedewastujeśrodowiskanaturalnego,aumoŜliwia
zaspokojeniezapotrzebowanianaenergięwprawdzienaraziewskalilokalnej,leczmoŜe
wprzyszłościdziękiwsparciukompleksowegosystemuwdraŜaniaOZEprocentowyudziału
wwytwarzaniukrajowejenergiiwzrośnie.
Biomasa
Biomasa to substancje organiczne pochodzenia roślinnego lub zwierzęcego, jak równieŜ
odpady ulegające biodegradacji. Wśród rodzajów wykorzystywanej energetycznie biomasy
moŜnawyróŜnić:
1.
drewnoiodpadyzprzerobudrewna(drewnokawałkowe,trociny,zrębki,kora)
2.
rośliny pochodzące z upraw energetycznych (rośliny drzewiaste szybko rosnące np.
wierzby,topole,eukaliptusy;wieloletniebylinydwuliściennenp.rdesty,topinambur;
trawywieloletnienp.trzcinapospolitaczymiskanty)
3.
produktyrolniczeorazodpadyorganicznezrolnictwa(słoma,siano,burakicukrowe,
trzcinacukrowa,ziemniaki,rzepak,pozostałościzprzerobuowoców)
4.
frakcjeorganiczneodpadówkomunalnychorazkomunalnychosadówściekowych
5.
niektóreodpadyprzemysłowenp.zprzemysłupapierniczego.
WśródroślinuprawianychnaceleenergetycznewPolsceznajdujesięm.in.wierzbawiciowa,
ślazowiec pensylwański, słonecznik bulwiasty, róŜa wielokwiatowa, rdest sachaliński,
miskanty.ListagatunkówulegawydłuŜaniuwrazzrosnącymzainteresowaniembiomasą.
Roślinywykorzystywaneenergetyczniesąbogatewzwiązkiligninoweicelulozowe.Ponadto
cechują się duŜym przyrostem rocznym, względnie duŜą wartością opałową, znaczną
odpornością na choroby i szkodniki jak równieŜ stosunkowo niewielkimi wymaganiami
glebowymi.
Biogaz, gaz wysypiskowy będący mieszaniną gazów powstających w wyniku fermentacji
metanowej równieŜ zaliczany jest do biomasy. Biogaz składa się głównie z metanu,
dwutlenku węgla oraz nieznacznych ilości innych gazów tj. siarkowodór, amoniak, azot,
tlenekwęgla,tlen,wodóritiola.
Mimo ekologicznego uzasadnienia biomasa nie stanowi głównego surowca
wykorzystywanego w naszym kraju. Trudności w bezpośrednim zastosowaniu jako paliwa
wynikają m.in. z niewłaściwego stanu skupienia, niewygodnych rozmiarów, duŜej
niejednorodnościskładu,małejgęstościąnasypowejistosunkowoniskiejwartościopałowej,
a przede wszystkim ze względu na duŜą wilgotność od której zaleŜy kaloryczność paliwa.
Dlatego teŜ dokonuje się przetworzenia odpadów roślinnych na biopaliwa poprzez suszenie,
rozdrobnienie, granulowanie oraz brykietowanie. Po wysuszeniu wartość opałowa biomasy
jestzbliŜonadoprzeciętnegowęglakamiennegocopokazujetabelanr2.
Tabelanr2.właściwościbiomasy[wgIICIOPPK]
paliwo
Wartośćenergetyczna[MJ/kg]
Zawartośćwilgoci[%]
Drewnokawałkowe
11.0012.0
2030
Zrębki
6.016.0
2060
Roślinyenergetyczne
13.021.5
Słoma
14.415.8
1020
Osadściekowy
11.0
Węgiel
29.832.7
520
Biomasastałanajczęściejjestspalanawpostacibrykietulubpellet.Brykietjest
paliwemopałowymwykonanymzmieszankipalnychskładnikówtj.:trociny,torf,miał,
węgieldrzewny,słomyitp.Proceswytwarzaniabrykietupoleganasprasowaniupodwysokim
ciśnieniem,bezdodatkusubstancjiklejącychrozdrobnionychodpadówdrzewnychiskłada
sięznastępującychfaz:przygotowaniesurowca,suszenie,rozdrobnienieiprzygotowanie
jednorodnejfrakcjiodpadu,brykietowaniebezdodatkówsubstancjiklejących,
kondycjonowanie(czylistabilizacjatermicznaiwytrzymałościowakruchegoproduktu),
pakowanieiskładowanie.
Okształciebrykietudecydujerodzajprasybrykietującej,zastosowanejdojegoprodukcji.
WyróŜniasięnastępującerodzajebrykietu:
brykietwkształciedługiegonakilkakilkanaściecmwalcaośrednicy50lub53mm
inieregularnejpodstawie,produkowanywbrykieciarkachmechanicznych,
brykietwkształciedługiegonakilkakilkanaściecmwalcaośrednicy3080mm
iregularnejbryle,wytwarzanywbrykieciarkachhydraulicznych,
brykietkominkowywkształcieośmiokątnegowalcazotworemwśrodku,
brykietwkształciekostki–najczęściejstosowanywkominkach
Do produkcji brykietu potrzebne są znaczne ilości wykorzystywanego surowca ze
stosunkowo niewielkiego obszaru. PowyŜej odległości 100 km, produkcja przestaje być
opłacalna, dlatego wytwarzanie brykietu najczęściej ma miejsce blisko ośrodków przemysłu
drzewnegoorazmeblarskiegojakrównieŜduŜychkompleksówleśnych.
Do największych zalet brykietu naleŜy wysoka wartość opałowa, duŜa gęstość, mała
wilgotność,niskazawartośćpopiołu,niskaemisjasubstancjiszkodliwychwprocesiespalania
orazszerokiespektrumzastosowań.
Pelletnatomiastjestpaliwemopałowymo100%składziedrzewawkształciecylindrycznych
granulek wykonanych z odpadów drzewnych pochodzących z tartaków, lasów i zakładów
obróbkidrewna.Pelletymająkilkacentymetrówdługościi(6÷25)mmśrednicy.Produkcja
pellet składa się z trzech faz: suszenia, mielenia i prasowania. Prasowanie następuje przy
uŜyciu duŜych sił dzięki czemu w niewielkich rozmiarów granulacie zostają zawarte duŜe
ilościsurowca.ProdukcjapelletjestdroŜszaiznaczniebardziejskomplikowananiŜbrykietu.
Pellety charakteryzują się wysoką wartością opałową (2,1 kg pellet zastępuje 1litr oleju
opałowego,zaśwartośćenergetycznadobrejjakościgranulatustanowiponad70%wartości
energetycznejnajlepszychgatunkówwęgla),łatwościąiniskimikosztamimagazynowania
itransportu,odpornościąnasamozapłon,zawilgocenieignicie,niskązawartościąpopiołu,
zerowymbilansememisjidwutlenkuwęglainiskąemisjądwutlenkusiarkipodczasspalania..
Woda
Energię wód wykorzystuje się do celów
energetycznych korzystając z energii
kinetycznejzawartejwspadachrzek
iciekachwodnych,jakrównieŜenergiiwód
spiętrzonychwzbiornikachograniczonych
np. zaporami. Hydroenergia jest przyjazna
środowisku,jednakprzydatnaenergetycznie
tylko na obszarach o znacznych opadach
atmosferycznych i odpowiednim ukształto
waniuterenu.Polskazewzględunanizinne
ukształtowanie, duŜą przepuszczalność
gruntów jak równieŜ nieznaczne opady nie
naleŜy do czołówki krajów wytwarzających fot. Zbiornik górny w Elektrowni śarPorąbka
energięzeźródełwodnych.
WiększośćkrajowychzasobówzlokalizowanajestwdorzeczurzekiWisły,jakpodajePolska
IzbaGospodarczaEnergiiOdnawialnejok.68%.DuŜąwagęwkrajowejenergetycewodnej
marównieŜrzekaOdra.WPolsceszerokorozpowszechnionajestmałaimikroenergetyka
wodna(MEW)oznaczeniulokalnymniedewastującanaturalnychdolinrzecznychinie
zakłócającakrajobrazuterenu.
Energia wód to nie tylko hydroenergia ale równieŜ energiameremotoryczna,czyli energia
pływów,faliprądówmorskich,będącawynikiemdziałaniagrawitacyjnegoKsięŜyca
i Słońca. W porównaniu z rzekami pozyskiwanie energii mórz i oceanów jest znacznie
bardziejskomplikowanetechnologicznie.
Wiatr
WiatrjestruchempowietrzawywołanymnajczęściejróŜnicąciśnieniaatmosferycznego.Jest
to ruch bardzo nieregularny mogący przybierać postać delikatnego zefirku a innym razem
groźnego Ŝywiołu niszczącego wszystko na swojej drodze. Wiatr wykorzystywany
energetyczniecechujesięprędkościąwzakresie(525)m/s.PowyŜejtychprędkościwyłącza
się turbiny wiatraków ze względu na moŜliwość wystąpienia uszkodzeń mechanicznych,
poniŜejpodanegopoziomuwytwarzaniejestnieopłacalnezekonomicznegopunktuwidzenia.
Tereny o znacznym krajowym potencjale wiatrowym to zwłaszcza obszary o znacznej
wysokości nad poziomem morza, gdzie nie ma przeszkód w postaci specyficznego
ukształtowaniaterenuorazniezalesionewzgórzaiwzniesieniaPolskipołudniowej
Zgodne z powyŜszym opisem okolice takie znajdują się w Sudetach, Beskidzie Śląskimi
śywieckim, w Bieszczadach, na Pogórzu Dynowskim, Garbie Lubawskim, w okolicach
Kielc.
Słońce
EnergiaSłońcaodpoczątkuistnienianaszejplanetujestwykorzystywanaprzezczłowieka.
Pod względem energetycznym stanowi czyste i w pełni naturalne źródło energii pierwotnej.
Wkrajowychrealiachenergiasłonecznawykorzystywanajestraczejlokalniedozaspokajanie
potrzebnaciepłoiciepłąwodę.PrzypomocysamegoSłońcamoŜnabyzaspokoićświatowe
zapotrzebowanie na energię – ok. 10000 GW[wg Laudyn]. Aby wyprodukować energię
załóŜmydlaprzykładunapoziomiemocy400MWnaleŜałobyzbudowaćogniwasłoneczne
opowierzchni400km
2
wnajbardziejnasłonecznionymterenie–Kalifornii.
Znaczne gabaryty ogniw, nowe i drogie jeszcze technologie są przyczyną braku instalacji
słonecznychwielkichmocy.
Polską Kalifornią pod względem nasłonecznienie jest południe Lubelszczyzny. Mniejsze
natęŜenie promieniowania w skali roku obserwuje się na terenie Polski Centralnej, gdzie
wynosi on (1022 – 1048) kWh/m
2
. Krajowe zasoby energii słonecznej są nierównomierne
pod względem czasu występowania i skupiają się głównie na okres wiosenno – letni (od
kwietniadowrześnia).
Geotermia
JestenergiąpozyskiwanązwnętrzaZiemi:skał,gruntów,jakrównieŜporiszczelinskalnych.
SzacowanyprzezPolskaIzbęGospodarcząEnergiiOdnawialnejkrajowypotencjał
geotermalnytoprawie80%terytoriumPolski,którepokrywająźródłageotermalne.Niestety
sątoźródłaniskotemepraturoweotemperaturachod(25do150)
0
Crozmieszczone
równomiernienaterenienaszegokraju.Wydobycieenergiigeotermalnejjestdośćtrudne
ikosztowne.AktualniewPolscepracują4ciepłowniewykorzystującegeotermię:Bańska
NiŜna,Pyrzyce,MszczonóworazStarogardSzczeciński.Wwykorzystaniuenergii
geotermalnejnaszerokąskalęprzodujeIslandia.
[ Pobierz całość w formacie PDF ]