2010-11-04

1

System elektroenergetyczny

wytwarzanie

energii elektrycznej

przesył

energii elektrycznej

rozdział

do odbiorców

Zadania

System elektroenergetyczny :

• umożliwia ekonomiczne gospodarowanie dostępną energią elektryczną
• pozwala zabezpieczyć się na wypadek awarii

części jego urządzeń

W skład systemu wchodzą:

1. zespół współpracujących ze sobą

elektrowni

2. sieci przesyłowe

3. sieci rozdzielcze

4. odbiorniki energii elektrycznej

2010-11-04

2

Podstawowe źródła energii elektrycznej

na świecie

Energia elektryczna jest wytwarzana na drodze przemiany innych rodzajów

energii (chemiczna, cieplna, mechaniczna).

konwencjonalne

(paliwa kopalne)

energia jądrowa

odnawialne źródła energii

(OZE)

Źródła energii

Lp. Elektrownia

Moc [MW]

Produkcja [TWh] w 2005 r.

1 Bełchatów

4430

29,5

2 Kozienice

2846

11,7

3 Turów

2106

13,5

4 Połaniec

1800

5,0

5 Rybnik

1775

10,1

6 Dolna Odra

1742

4,3

7 Opole

1532

8,3

8 Jaworzno III

1345

5,2

9 Pątnów

1200

6,7

10 Łaziska

1155

5,5

Wszystkie elektrownie

23962

119,0

w tym na węgiel brunatny

8824

54,9

w tym na węgiel kamienny

15738

64,1

dla porównania:
Całkowita produkcja energii w Polsce w
2008 r. (elektrownie węglowe +
pozostałe źródła)

154,6

(w tym eksport ok. 10 TWh)

2010-11-04

3

Elektrownie cieplne

•

elektrownie konwencjonalne

stosowane paliwa:

- węgiel kamienny

(w Polsce ok. 60 % wytwarzanej energii)

- węgiel brunatny

(w Polsce ok. 35 % wytwarzanej energii)

- gaz ziemny

(

w Polsce ok. 3 % wytwarzanej energii)

- ropa naftowa

•

elektrownie jądrowe

energia z rozszczepienia jąder atomów,

najczęściej uranu

Elektrownie konwencjonalne

Zależnie od paliwa, na energię elektryczną zamienia się

25-40 % energii chemicznej zawartej w paliwie.

energia

energia

energia

energia

chemiczna

cieplna

kinetyczna

elektryczna

kocioł

parowy

turbina
parowa

prądnica

strumień

energii

chemicznej

(paliwo)

moc

cieplna

(para)

moc

mecha-

niczna

moc elek-

tryczna

2010-11-04

4

Elektrownia węglowa

Schemat Elektrowni Bełchatów

2010-11-04

5

Przykładowy skład spalin z różnych paliw

Zagrożenie środowiska – pyły i gazy spalinowe

Instalacja oczyszczania spalin

2010-11-04

6

Elektrofiltr

Działanie polega na:

• ładowaniu elektrostatycznym

cząstek,

• wydzielaniu naładowanych

cząstek z pola elektrycznego,

• usuwaniu cząstek pyłu z

powierzchni wydzielania.

Elektrofiltry wykorzystują działanie
sił pola elektrycznego.

Proces odpylania odbywa się
w przestrzeni pomiędzy dwiema
elektrodami, przez którą
przepływa strumień odpylanego
gazu.

Odsiarczanie spalin - przekształcanie SO

2

i SO

3

w substancję łatwą do usunięcia ze spalin i z

instalacji.

Metody odsiarczania:

• suche

stosowanie (lub nie)

• półsuche

roztworów wodnych

• mokre

jako środowiska reakcji

90 % wszystkich IOS na świecie pracuje wg metody mokrej wapienno-

wapniakowej.
Stopień odsiarczenia

• metody mokre : 92-97 %

• suche, półsuche : 40-60 %

2010-11-04

7

Elektrownie jądrowe

Źródło energii cieplnej: reakcje jądrowe

zachodzące w paliwach rozszczepialnych (izotopy

uranu, plutonu) umieszczonych w reaktorach

atomowych.
Na energię elektryczną ulega przekształceniu

ok. 40 % energii wyzwolonej z paliwa jądrowego.
Zaleta: brak zanieczyszczeń atmosfery.
Wady:

- po awarii emisja substancji radioaktywnych,

- problem składowania odpadów.

zamknięty obwód obwód
wodny pierwotny wodny wtórny

2010-11-04

8

Odnawialne źródła energii

•

woda,

•

wiatr,

•

energia słoneczna,

•

biogaz,

•

biopaliwa,

•

biomasa,

•

energia geotermalna.

Inne OZE

(obecnie produkcja energii marginalna)

•

energia pływów morskich

już wykorzystywana we Francji, Anglii

•

energia falowania morskiego

elektrownie: pneumatyczne

(wymuszanie ruchu powietrza)

mechaniczne

(siła wyporu)

hydrauliczne

(przelewanie szczytów fal)

indukcyjne

(ruch pływaków)

•

energia kinetyczna prądów morskich

obecnie ich wykorzystanie jest małe, z powodu problemów

technicznych i obawy przed zaburzeniem naturalnej równowagi

2010-11-04

9

Elektrownie wodne

Wykorzystanie energii potencjalnej wody przepływającej ze zbiornika
położonego wyżej do niższego lub wykorzystanie wody przepływającej rzeką.

Rodzaje elektrowni wodnych:
•

przepływowe

naturalne spadki wody (np. rzeki)

• zbiornikowe

woda spiętrzana za pomocą zapór

sprawność: ok. 80 % energii potencjalnej wody

przekształcane na energię elektryczną.

•

pompowe

budowane między dwoma zbiornikami wodnymi

o różnych poziomach lustra wody

Gdy jest duże

zapotrzebowanie na

energię elektryczną

(szczyt) elektrownia

dostarcza energię

do systemu

elektroenergetycznego.

Gdy system ma

nadwyżkę mocy (noc)

woda pompowana ze

zbiornika dolnego do

górnego.

Hydrogenerator -

pracuje jako generator

lub jako silnik

napędzający pompy.

2010-11-04

10

• lokalizacja wybitnie korzystna

•

lokalizacja korzystna

•

lokalizacja dość korzystna

•

lokalizacja niekorzystna

•

lokalizacja wybitnie

niekorzystna

Elektrownie wiatrowe

sprawność: ok. 20 % energii wiatru przekształcane na energię elektryczną.

2010-11-04

11

Elektrownie słoneczne

Dwa sposoby wykorzystania energii słonecznej:

• przekształcenie bezpośrednio w energię

elektryczną za pośrednictwem fotoogniw

sprawność:

ok. 20 % energii promieniowania słonecznego przekształcane na

energię elektryczną

• system termiczny, w którym energia świetlna

zostaje przekształcona w energię cieplną,

wykorzystywaną do produkcji pary napędzającej

generatory

elektrownie z kolektorami słonecznymi (działanie podobne do soczewki

skupiającej światło)

Biogaz

Biogaz jest produktem fermentacji beztlenowej ciekłych i

stałych związków pochodzenia organicznego, zawierających

celulozę, białko, węglowodany, skrobię.

Miejsca pozyskiwania biogazu:
- wysypiska odpadów
- oczyszczalnie ścieków
- biogazownie gminne i wiejskie

produkcja z odpadów rolnych (gnojowica, obornik, słoma)

oraz upraw energetycznych (np. kukurydza, buraki)

2010-11-04

12

Biomasa

Do celów energetycznych wykorzystuje się spalanie biomasy

(tzw. biopaliwa stałe) :
•

drewno odpadowe z leśnictwa, rolnictwa, budownictwa,

transportu kolejowego oraz przemysłu,

•

słoma zbożowa, z roślin oleistych, strączkowych, siano,

•

plony z plantacji roślin energetycznych (np. w Polsce

uprawiana szybko rosnąca wierzba wiciowa),

•

odpady organiczne – osady ściekowe, osady w przemyśle

celulozowo-papierniczym, makulatura, odpady organiczne

z cukrowni, roszarni lnu, gorzelni, browarów itd.

Biopaliwa

Paliwa powstałe z przetwórstwa produktów organizmów

żywych (roślinnych, zwierzęcych, mikroorganizmów).
Biopaliwa ciekłe otrzymywane są w drodze fermentacji

alkoholowej węglowodanów do etanolu, fermentacji

butylowej biomasy do butanolu lub z estryfikowanych

olejów roślinnych (np. olej rzepakowy).
Najbardziej znane rodzaje biopaliw:
•

biodiesel,

•

bioetanol,

•

metanol,

•

butanol.

2010-11-04

13

Struktura paliw w energetyce zawodowej 2008 roku

Produkcja energii elektrycznej z OZE

w 2007 roku - struktura

Biomasa +

Biogaz

46%

Wiatr

10%

Woda

44%

2010-11-04

14

Energia elektryczna z OZE w Polsce

–

plan 2020

1.

Energetyka wiatrowa

– oczekiwany bardzo duży

przyrost mocy zainstalowanej, w tym na morzu.

2.

Biomasa

– układy kogeneracyjne

(biometanownie), wykorzystanie odpadów z
produkcji rolniczej i komunalnych, zwiększenie
wykorzystania

„upraw energetycznych”.

3.

Biogaz

– wykorzystanie biogazu uwalnianego ze

składowisk odpadów, z oczyszczalni ścieków.

4.

Energetyka wodna

– rozwój przede wszystkim

w zakresie małej energetyki wodnej.

5.

Fotowoltanika

– ze względu na koszty: tylko w

ograniczonym zakresie.

6.

Geotermia

– w miarę rozwiązań

technologicznych.

7.

Budowa do 2020 roku biogazowni o łącznej mocy
elektrycznej nie mniej niż 3 GW (2 tys. instalacji).

2010-11-04

15

Pozostała produkcja energii elektrycznej

•

elektrociepłownie

zakłady przemysłowe wytwarzające w jednym procesie

technologicznym w sposób skojarzony energię elektryczną oraz ciepło

w postaci czynnika (najczęściej wody) o wysokiej temperaturze dla

miejskiej sieci ciepłowniczej lub przemysłu

•

małe elektrownie napędzane silnikami spalinowymi

zasilanie niewielkich odbiorców lub zasilanie awaryjne (np. szpitali)

2010-11-04

16

2010-11-04

17

Plany rozwojowe energetyki w Polsce

1. realizacja założeń pakietu klimatyczno-energetycznego

(do 2020 r.)

tzw. „cel 3x20” :

- zmniejszenie emisji CO

2

o 20%,

- zwiększenie efektywności zużycia energii o 20%,

- zwiększenie do 20% udziału produkcji energii ze źródeł

odnawialnych.

2. nowe inwestycje w gazownictwie i przemyśle naftowym

Wzrost zdolności wydobywczych ropy naftowej i gazu ziemnego,

inwestycje w infrastrukturę mające znaczenie zarówno dla

wypełniania białych plam w dostępie do gazu, jak i dla

podniesienia stanu bezpieczeństwa energetycznego państwa

(podziemne magazyny gazu, połączenia międzynarodowe,

gazoport w Świnoujściu).

3. nowe inwestycje w źródła energii

Szacowane zapotrzebowanie na inwestycje w obszarze
wytwarzania energii do roku 2030 wynosi 1000 MW rocznie.
Oznacza to, że rocznie trzeba będzie inwestować ok. 1,5 mld euro
(w tym źródła odnawialne).

Harmonogram dla energetyki jądrowej zakłada, że najpóźniej pod
koniec 2013 roku zostanie zawarty kontrakt na budowę pierwszej
elektrowni jądrowej w Polsce, a sama budowa rozpocznie się
w 2016 roku. Koszt ok. 6-9 mld euro.