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