wyzwania polskiej energetyki

Wciągu ostatnich lat obserwuje
się wzrost zapotrzebowania na
energię elektryczną.
Wzrost zapotrzebowania na
energię jest ściśle związany z
rozwojem gospodarczym!
Z raportu Agencji Rynku Energii przygotowanego na
prośbę Ministerstwa Gospodarki wynika, że
zapotrzebowanie na energię elektryczną wzrośnie w
2030 r. do 167,6 TWh, względem 119,4 TWh w 2010 r.
Procentowy udział poszczególnych źródeł
w produkcji energii w Polsce.
Głównym surowcem
energetycznym Polski jest węgiel
Węgiel jako surowiec
energetyczny ma jednak
sporo wad.
Wady węgla
1. Zasoby węgla kończą się.
Według niektórych przewidywań, węgla zostało nam już
tylko na około 40 lat.
2. Elektrociepłownie wykorzystujące węgiel emitują związki
szkodliwe dla środowiska, a zobowiązania Polski wynikające
z porozumienia w Kioto wymagają od nas redukcji emisji tych
związków o około 20% do 2020 r.
3. Ze względu na ochronę środowiska
tradycyjne technologie w energetyce
węglowej muszą być zastępowane
kosztownymi „czystymi technologiami
węglowymi”.
WNIOSEK - problem
Zapotrzebowanie na energię wciąż rośnie, a zasoby węgla,
jako głównego źródła energii w Polsce
drastycznie się zmniejszają.
Na mocy porozumienia z Kioto, Polska zobowiązana jest
do zwiększenia produkcji energii z OZE o 15% do 2020 r.
Rozwiązanie problemu:
Stopniowe zastępowanie węgla innymi
źródłami energii.
Weźmy sprawy w swoje ręce!
Elektrownie chętnie wprowadzają
alternatywne źródła energii, jest to
jednak proces długotrwały i wymagający
nowoczesnych linii przesyłowych.
Wiemy też, że ceny energii kupowanej od
elektrowni wciąż rosną.
Nie czekajmy więc na dzień, gdy wykorzystamy ostatnią
tonę węgla, a prąd elektryczny stanie się dla wszystkich
luksusem.
Weźmy sprawy w swoje ręce!
Zbudujmy dom samowystarczalny
energetycznie, oparty na alternatywnych
źródłach energii!
Alternatywne
źródła
energii w Polsce
SŁOŃCE
Źródło energii: Słońce
Na teren Polski dociera rocznie promieniowanie
słoneczne o energii 950 - 1250 kWh/m2.
Zatem promieniowanie słoneczne dostarcza dużo
energii, ale warunki klimatyczne i meteorologiczne nie
pozwalają na ciągłe jego wykorzystywanie.
Dlatego promieniowanie słoneczne nie może być
naszym jedynym źródłem energii.
Źródło energii: Słońce
W Polsce rozważa się następujące możliwości
wykorzystania promieniowania słonecznego jako
źródła energii:
1. Kolektory słoneczne
2. Ogniwa fotowoltaiczne (baterie słoneczne)
Kolektory słoneczne
Kolektor słoneczny- urządzenie do zamiany energii
promieniowania słonecznego na ciepło.
WYDAJNOŚĆ KOLEKTORÓW
Wydajność kolektorów zależy od warunków
klimatycznych:
100%
80%
84%
60%
61%
40%
20%
0%
96% 99% 99% 95%
86%
55%
39%
14%
16% 7%
sty. lut. mar. kwi. maj cze. lip. sie. wrz. paź. lis. gru.
Szacunkowy stopień pokrycia zapotrzebowania na
podgrzewanie ciepłej wody użytkowej energią
słoneczną
Wydajność zależy też od typu
kolektora
1. Płaski- pochłania tylko promieniowanie
bezpośrednie, przez co używa się go gł. latem
2. Próżniowy- pochłania promieniowanie bezpośrednie
i rozproszone, przez co zimą i w okresie przejściowym
jest bardziej wydajny niż kolektor płaski i droższy.
Kolektory słoneczne średnio
zaspokajają
ok. 60% zapotrzebowania na ciepłą
wodę użytkową.
Zatem czy ich używanie się opłaca?
Ile zaoszczędzimy z kolektorami?
Pięcioosobowa rodzina zużywa rocznie przeciętnie 146.000
litrów ciepłej wody użytkowej , na co potrzebuje niemal
6894 kWh ciepła.
Kolektory słoneczne są w stanie zaspokoić ok. 60% tych
potrzeb, czyli w tym przypadku 4136 kWh.
1 kWh kosztuje ok. 0,56 zł, zatem za 4136 kWh
zapłacilibyśmy 2316 zł
Podsumowując, używając kolektora słonecznego
czteroosobowa rodzina zaoszczędzi
2316 zł rocznie.
Koszt zakupu instalacji z kolektorem słonecznym dla
domu 5-osobowego to około 15.000 zł.
Zatem nasza inwestycja zwraca się po:
15.000/ 2688 ≈ 6 latach!
Okres gwarancji tych instalacji
wynosi często nawet 25 lat.
Kolektory słoneczne
to opłacalna inwestycja.
Należy również wspomnieć o dofinansowaniu
na kolektory słoneczne w formie dotacji
gminy lub 45%-owej dotacji na kolektory
w ramach programu Narodowego
Funduszu Ochrony Środowiska i
Gospodarki Wodnej w Warszawie.
Ogniwa fotowoltaiczne
Ogniwo fotowoltaiczne - krzemowa płytka
półprzewodnikowa służąca do zamiany
promieniowania słonecznego na prąd.
Ogniwa fotowoltaiczne są łączone w tzw. panele
słoneczne, które odbierają promieniowanie słoneczne
zarówno bezpośrednie, jak i rozproszone.
Dzięki temu uzależnienie od warunków
pogodowych jest mniejsze.
Sprawność ogniw fotowoltaicznych to
tylko 15%.
Jak już zauważyliśmy, roczne promieniowanie
słoneczne ma energię 950 - 1250 kWh/m².
Zatem z ogniw jesteśmy w stanie uzyskać
142,5-187,5 kWh/m².
Warto jednak zwrócić uwagę, że o ile latem jesteśmy
w stanie wyprodukować odpowiednią ilość energii,
tak zimą będzie to ilość znikoma.
Fakt ten, w obliczu wysokiej ceny paneli
fotowoltaicznych (kilkanaście do kilkadziesiąt
tysięcy, jeśli chcemy wyposażyć w prąd cały dom),
czyni te panele, jako główne źródło energii,
nieopłacalnymi.
ENERGIA
GEOTERMALNA
ENERGIA
GEOTERMALNA
ZIEMIA DOTYCZĄCA TERM- CIEPŁYCH
ŹRÓDEŁ
Energia geotermalna to wewnętrzna
energia cieplna Ziemi przekazywana
wodzie w szczelinach skalnych
Ze względu na niezależność od sieci
energetycznych, panele słoneczne doskonale
sprawdzają się w miejscach oddalonych od tych
sieci, np. w domkach letniskowych oraz w różnych
urządzeniach typu lampa, zegarki, kalkulatory.
Jak powstaje energia geotermalna?
W jądrze Ziemi zachodzi rozpad
pierwiastków promieniotwórczych
podczas którego emitowana jest duża ilość
energii (temperatura jądra wzrasta do
6000°C). Jest to energia geotermalna.
Energia ta przemieszcza się w kierunku
powierzchni Ziemi (zjawisko konwekcji)
ogrzewając skały i wody wypełniające szczeliny
skalne, częściowo zamieniające się w parę
wodną.
Lokalizacja wód geotermalnych w
Polsce
Na obszarze Polski jest
co najmniej 6600 km²
wód geotermalnych .
Zasoby te są dość
równomiernie
rozmieszczone na
znacznej części
obszaru Polski.
Wody geotermalne w Polsce mają
temperaturę 27-125°C, co wyklucza
stosowanie ich jako źródła energii
elektrycznej.
Są za to doskonałym źródłem ciepła.
Energia geotermalna w Polsce
- duże zasoby
- nie wymaga dostarczania
paliwa
- jest oszczędne (zamiana
węgla jako źródła ciepła na
energię geotermalną to
zmniejszenie kosztów
ogrzewania o 40%)
- Duże koszty instalacji
(kilkadziesiąt tysięcy złotych!)
- Jest zależny od warunków
klimatycznych. O sprawności
pompy ciepła decyduje
różnica temperatur nad i
pod powierzchnią ziemi
Jak możemy wykorzystać
energię geotermalną w domu?
Poprzez tzw. pompy ciepła.
W pompie ciepła krąży czynnik chłodniczy (niskowrząca ciecz o T wrzenia -10°C). W
miejscu, skąd pozyskujemy energię (woda, grunt) czynnik ten nagrzewa się i zamienia
się w parę. Para ta jest zasysana przez elektryczną sprężarkę, która podnosi ciśnienie
pary. Po wyjściu stamtąd para ma 20 bar czyli ok. 70°C. Wtedy swoje ciepło oddaje
otoczeniu, skrapla się i znowu płynie po ciepło.
Warto zauważyć, że pompa ciepła wymaga dostarczenia
energii (gdyż jest tam elektryczna sprężarka).
Pompa ciepła w przykładowym domu 1-rodzinnym o
powierzchni 150m2 ma moc 4700kW.
Pompy ciepła sprawdzają się
doskonale również jako
klimatyzatory.
Istnieją różne rodzaje instalacji wykorzystujących
pompy ciepła. O ich zastosowaniu decydują finanse,
ale także warunki (np. grunt- im bardziej piaszczysty i
suchy, tym gorzej), które ocenić powinien geolog.
Pompa i woda
Sonda pionowa
źródło
ciepła
Woda geotermalna Wszystkie źr.
geoterm.
wady i
zalety
pobiera wodę z ziemiingeruje w śr.
koszt
niższy koszt
Kolektor
gruntowy płaski
Ciepło gruntu z
promien. sł.
Istnieją różne typy pomp ciepłych. Dzieli się je ze
schem.
względu na źródło ciepła na te, które wykorzystują:
a) Wody geotermalne
b) Ciepło gruntu, które ten uzyskuje z promieniowania
słonecznego
Nie pobiera wody, więc nie zaburza
środowiska.
stała T źródła (7-12°c), więc mają większą
efektywność
najwyższy koszt
niedaleko od pow.
(1,5-2m), więc T
niestała  niższa
wydajność
niższy koszt
Przy ogrzewaniu domu poprzez pompy ciepła
należy wykorzystać ogrzewanie podłogowe
lub grzejniki niskotemperaturowe (50-60°C)
ENERGIA
WIATROWA
Energia wiatrowa to jedno z najstarszych źródeł energii.
Kiedyś wykorzystywano ją
w wiatrakach.
Dziś korzysta się z turbin
wiatrowych
Turbina wiatrowa
Wykorzystanie energii wiatrowej w turbinie wiatrowej
polega na zamianie kinetycznej energii wiatru na pracę
mechaniczną w postaci ruchu obrotowego wirnika.
Energia obrotów przenoszona jest do generatora, gdzie
przekształca się w energię elektryczną.
Turbiny są różnego rodzaju:
1.
2.
Poziome
Wolnostojące
i
pionowe
i
na dachu
Energia wiatrowa w Polsce
- brak emisji szkodliwych
związków do atmosfery
- brak konieczności
dostarczenia paliw
- nieskończone źródło
energii (wiatr)
- nadwyżki wyprodukowanej
energii można sprzedać
sieciom energetycznym
-całkowita zależność od
warunków pogodowych
(wiatru)
-wysoki koszt
Szacuje się, że
około 60% kraju
posiada dobre
warunki do
wykorzystania
wiatru jako
źródła energii.
Propozycją dla domów niezależnych
energetycznie są przydomowe
elektrownie wiatrowe.
Ich koszt zależy od mocy, jaką chcemy z
niej uzyskać. Jest on rzędu kilkunastukilkudziesięciu tysięcy złotych.
BIOMASA
Co to jest biomasa?
Biomasa - cała istniejąca na Ziemi materia organiczna,
wszystkie substancje pochodzenia roślinnego lub
zwierzęcego ulegające biodegradacji.
W celu uzyskania energii biomasę przetwarza się na tzw.
biopaliwa, które znajdują zastosowanie zarówno
ciepłownictwie, jak i w transporcie.
Biomasa w Polsce
- brak emisji szkodliwych
związków do atmosfery.
- uzyskiwanie energii z biomasy jest
dobrym sposobem na
zagospodarowanie nadwyżek
żywności, odpadków rolniczych i
leśniczych oraz odpadów
komunalnych
-konieczność odpowiedniego
przygotowania biomasy do
wykorzystywania jej w celach
energetycznych (suszenie,
fermentacje)
- konieczność odpowiedniego
przechowywania biopaliw (miejsce
o odpowiedniej wilgoci itd.)
- jest dobrym rozwiązaniem dla
- wartość opałowa biopaliw jest
rolników, którzy znajdują nowy
trochę mniejsza od wartości opałowej
rynek zbytu dla swoich produktów węgla
, np. owsa, pozwala wykorzystać swoje
odpadki oraz daje im nowe wyzwania,
np. uprawy energetyczne
Zatem biomasa jest dobrym źródłem energii.
Jest dobrym rozwiązaniem dla:
- państwa, które zobowiązane jest zmniejszyć emisję
CO2 i musi stawić czoło wyzwaniu, którym jest
odejście od energetyki opartej na węglu
- rolników
- wszystkich ludzi - biopaliwa to dobry sposób na
pozbycie się odpadków organicznych
Jak możemy wykorzystać
biomasę w domu?
1. Kominki i piec na pellet (granulowane trociny)
pellet ma wydajność ok. 30% mniejszą od węgla,
- niska zawartość popiołu (ok. 1%)
- cena pelletu: 600-800 zł/ tonę.
2. Piece na inne:
- na własnych nieużytkach można posadzić drzewa
energetyczne (szybki wzrost, małe wymagania
odnośnie gleby) i potem nimi palić
- odpadki leśne
- baloty ze słomy (1 t węgla= 1,5 t słomy)
-
3. Przydomowe biogazownie- dość popularne za
granicą, w Polsce nowatorskie.
Przykład:
w Szewni k. Zamościa jest przydomowa biogazownia
wytwarzająca gaz na potrzeby gospodarstwa
domowego. Uzyskuje się tam 1 m3/h z wrzuconych
50 kg/ dobę ulegających fermentacji płodów rolnych
bądź ich odpadów (buraki, zboże, słoma, liście).
Zatem w naszym niezależnym energetycznie domu
możemy wykorzystać:
- energię Słońca - ciepło z baterii słonecznych, energia
el. z ogniw fotowoltaicznych
- energię geotermalną - ciepło uzyskane przez pompy
ciepła
- energię wiatru - odebrana przez turbiny wiatrowe
- biomasę - poprzez kominki, piece i przydomowe
biogazownie
Koniec teorii.
Jak to będzie wyglądać
w praktyce?
Rozważmy przykładowy dom
5-osobowy o powierzchni 140 m2.
Zużywamy:
1. 4500 kWh prądu do
- napędzania urządzeń elektrycznych.
2. 6 t węgla co odpowiada ok. 30000kWh do
- ogrzewania wody (25%)- 7500 kWh
- ogrzewania domu (45%)- 13500 kWh
- wentylacji (30%)- 9000kWh
Zapotrzebowanie na energię
CIEPŁO
30 000 kWh
-baterie słoneczne
-pompy ciepła
-biomasa
ENERGIA EL.
4500kWh
- ogniwa
fotowoltaiczne
- mała elektrownia
wiatrowa
Ciepło
30000kWh
Kolektor słoneczny
Kupno kolektora słonecznego nie jest problemem.
Kupujemy gotowy zestaw przeznaczony dla 5 osób.
Koszt: 10.000- 15.000 zł (z montażem) w zależności od
firmy. W naszej gminie są dotacje w wysokości 40%, o
które powalczymy.
Wybrana instalacja zajmie 8m2 dachu.
Pamiętajmy jednak, że kolektor to nie wszystko - zaspokoi
tylko 60% naszych potrzeb.
Wróćmy do wykresu wydajności baterii słonecznych.
100%
16
4
1
1
5
14
39
80%
45
61
60%
84
86
93
40%
20%
14
39
61
84
96
99
99
95
86
55
16
sty.
lut.
mar.
kwi.
maj
cze.
lip.
sie.
wrz.
paź.
lis.
0%
Jak widać, latem kolektor słoneczny jest w stanie
zaspokoić niemal całe nasze potrzeby. Lecz co z
pozostałymi porami roku?
7
gru.
Pompy ciepła?
Pompy ciepła są w stanie zaspokoić nasze potrzeby, jednak
nie działają w bardzo niskich T (do -18°C, zalecana jest
granica -5°C). Mogą stanowić źr. ciepła w okresie
przejściowym i w dniach „lżejszej” zimy.
Dodatkowo ich podwójna funkcja (grzanie lub chłodzenie
pomieszczeń) jest bardzo kusząca.
Nasza działka nie jest zbyt duża. Na Kolektorach
zaoszczędziliśmy dzięki dotacjom, więc tutaj zaszalejmy:
wybierzmy sondę pionową!
Koszt: 15 000 zł.
A w mroźne, pochmurne dni…
Kiedy kolektor słoneczny i pompa ciepła zawiodą,
pozostaje nam biomasa.
Zainwestujmy w pole słabej jakości (nieużytek
rolniczy) i posadźmy tam wierzbę energetyczną.
Koszt takiego pola to kilka złotych za m², np. 3zł.
1 ha to koszt 30 000 zł.
Możemy na nim posadzić 15 tys. sadzonek (750zł). O
plantację należy dbać - odpowiednio spulchniać glebę,
nawozić. Sadzonki możemy również odsprzedawać, a
drewno z wierzby służyć nam będzie jako opał w
mroźne dni…
Energia
elektryczna
4500kWh
Ogniwa fotowoltaiczne
W naszym domu możemy wykorzystać lampy z bateriami
słonecznymi. Na zewnątrz domu mamy 4 lampy. Koszt
jednej lampy z baterią słoneczną to 100 zł. Jest to cena
konkurencyjna w porównaniu z innymi lampami
(oszczędzamy na prądzie).
Wartymi zainteresowania są również inne urządzenia
ogrodowe, np. kosiarka z baterią słoneczną.
Turbiny wiatrowe
Na naszej działce zbudujmy
elektrownię wiatrową o mocy
7,5 kW, której koszt to
ok. 35 000 zł.
Inwestycja zwraca się po ok. 17 latach. Powinna
zaspokajać potrzeby naszego domu na prąd
elektryczny.
Na dni bez wiatru…
Wartą uwagi jest również przydomowa biogazownia.
Problemem jest niewielka ilość firm, specjalizujących
się w budowie takich biogazowni (buduje się je w
elektrowniach).
Oto przykład jednej z takich biogazowni:
Koszty?
ok. 2000 zł
Zatem: nasz dom jest gotowy!
15000zł+15000zł+400zł+30000zł+750zł+35000zł+
2000zł= 93150 zł
Tyle kosztowałaby mieszkańców tego domu
niezależność energetyczna.
Budowa domu niezależnego pod
względem energetycznym w Polsce jest
zadaniem trudnym, ale możliwym.
Celem naszej prezentacji było ukazanie
konieczności zmian w polskiej
energetyce oraz tego, jak my wszyscy
możemy się do tych zmian przyczynić.
W obliczu rosnących cen surowców
energetycznych i ich szkodliwego
wpływu na środowisku warto
rozważyć chociażby jedno
alternatywne źródło energii.
Co możemy zrobić od zaraz?
Możemy racjonalnie korzystać z energii:
1. Wyłączać niepotrzebne oświetlenie
2. Wyłączać urządzenia, których nie używamy
3. Stosować energooszczędne oświetlenie
4. Kupować sprzęt AGD ze znakiem A+
Tylko dzięki racjonalnemu korzystaniu z energii możemy
zaoszczędzić aż 20% energii.
Wzrost produkcji energii o 20%, to ogromny koszt
finansowy, a korzystanie z energii „z głową” nie kosztuje
NIC!!!
Dziękujemy za uwagę.
Sylwia Gołąb
Anna Urbańczyk
Opiekun: Barbara Zegrodnik
Zespół Szkół nr 1 im. Gustawa Morcinka w Tychach