energia geotermalna

„Odnawialne źródła energii możliwe do
wykorzystania w lokalnej gospodarce”
- 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 w 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 z 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 (1)
 Energia geotermalna w Polsce jest konkurencyjna pod względem
ekologicznym i ekonomicznym w stosunku do 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 (2)
 W Polsce regiony o optymalnych warunkach geotermalnych w dużym
stopniu pokrywają 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.
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
Mapa strumienia cieplnego Polski cd.
 Obszary o podwyższonych wartościach strumienia, oznaczone na 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 warunkach hydrogeologicznych.
 Praktyka wskazuje, że ten drugi warunek ma w większości przypadków
bardziej istotne znaczenie.
Ciepłownia Mszczonów – przykład
wykorzystania energii geotermalnej na terenie
woj. Mazowieckiego (1)
 Główną przesłanką do uruchomienia ciepłowni geotermalnej był istniejący
otwór poszukiwawczy za ropą i gazem, który wykonano jeszcze w latach 70tych.
 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 terenie
woj. Mazowieckieg (2)
 Podmszczonowskie wody geotermalne o temperaturze 42 °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
(kolektory poziome)
 Poziome wymienniki ciepła ułożone są na głębokości ok. 1,0 - 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
(kolektory pionowe)
 Pionowy wymiennik ciepła (sonda pionowa) to ułożony w odwiercie
wymiennik pionowy.
 Stanowi zamknięty obieg, w którym cyrkuluje niezamarzający roztwór glikolwoda.
 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 (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.
 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
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;
- rozproszenie w terenie skraca odległości przesyłu energii i zmniejsza
związane z tym koszty.
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 i 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
 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.
 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,
wpływających 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
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
 Układy skojarzone należy 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 ciepłao 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 do wykładu
(moduł zadawania pytań dostępny jest na dole tekstu
wykładowego dla zalogowanych uczestników)
oraz do przystąpienia do testu on-line!
www.ews21.pl
Dofinansowano ze środków dotacji
Narodowego Funduszu Ochrony
Środowiska i Gospodarki Wodnej