Zagadnienia na egzamin z przedmiotu Techniki pozyskiwania energii

1. Elementy składowe instalacji solarnej.

. Budowa kolektora słonecznego

1. Absorber

Absorber zastosowany w kolektorach słonecznych jest wykonany z segmentów, z których każdy składa się z miedzianej płytki połączonej z rurką miedzianą za pomocą zgrzewania ultradźwiękowego, co pozwala na doskonałe przekazywanie ciepła do czynnika grzewczego oraz wysoką wydajność.
Płytki absorbera są pokryte obustronnie warstwą niklu, a od strony czynnej wysoko selektywna warstwą wykonaną w technologii CERAMICMETAL-
STRUCTURE (CERMET) takich jak eta plus® lub Sunselect®. Pokrycia te zapewniają powierzchni absorbera wysoką absorbcję pozyskiwanej energii słonecznej.

2. Izolacja

W celu ograniczenia strat ciepła kolektor słoneczny posiada boczną i zewnętrzną izolację z niepalnej wełny mineralnej o grubości 30 mm ii 50 mm.

3. Rurka przepływowa

Rurka miedziana o średnicy zewnętrznej Ø8mm.

4. Rurka zbiorcza

Rurka miedziana o średnicy zewnętrznej Ø18 zakończona gładkimi końcówkami do łączenia za pomocą złączek samozaciskowych.

5. Obudowa

Wanna wykonana jest z blachy aluminiowej oraz kształtowników aluminiowych w kolorze naturalnym lub brązowym.

6. Szyba

Cięte na wymiar pryzmatyczne szkło solarne o niskiej zawartości tlenków żelaza Fe2O3 następnie jest poddawane hartowaniu, które zapewnia
odporność na rozbicie oraz wysoką przepuszczalność (91%) promieni słonecznych.

Elementy składowe zestawu solarnego: kolektor, zasobnik, wymiennik ciepła, regulatory, urządzenia zabezpieczające obieg solarny, pompa solarna, odpowietrznik, orurowanie, zawór zwrotny

2. Pasywne wykorzystanie energii słonecznej.

Energię słoneczną pasywnie wykorzystuje się w budownictwie pasywnym. Systemy solarne pasywne do swego działania nie potrzebują dodatkowej energii z zewnątrz. W tych systemach konwersja energii promieniowania słonecznego w ciepło zachodzi w sposób naturalny w istniejących lub specjalnie zaprojektowanych elementach struktury budynków pełniących rolę absorberów. Dla stanu energetycznego pomieszczenia (budynku) ważne są:odpowiednia lokalizacja okna, rozmiar przeszklenia i rozwiązania materiałowo - konstrukcyjne okna.

Dom pasywny według niemieckiego standardu Passivhaus korzysta z ogrzewania słonecznego pasywnego. Ciepło wpada do budynku przez olbrzymie okna, świetliki w dachu, jego ilość jest regulowana przy użyciu żaluzji. Do niedawna nie było to możliwe, bo na rynku nie były dostępne okna o współczynnikach wymiany ciepła zbliżonych do ścian. Z tego względu przez okna zimą uciekało więcej ciepła, niż mogło się dostać do środka. Inną koncepcją pasywnego słonecznego ogrzewania budynku jest zapewnienie dużej masy cieplnej, „zbierającej” energię słoneczną i następnie przekazującej ją (na drodze przewodzenia i konwekcji) do wnętrza.

3. Potencjał energetyczny biomasy.

Światowy potencjał energetyczny biomasy wynosi 3 * 10¹⁵ MJ/a jednak wykorzystuje się go tylko w 7% (35% w krajach rozwijających się i 3% w krajach uprzemysłowionych). W USA ogólna moc 350 elektrowni na biomasę wynosi 7000 MW, a planuje się wzrost do 2010r. do 13 000 MW (dane z książki z 2007roku, „Proekologiczne odnawialne źródła energii). W Polsce szacuje się, że w samym rolnictwie potencjał energetyczny niewykorzystanej biomasy wynosi104 PJ/a natomiast potencjał całkowity możliwej do zagospodarowania biomasy wynosi ok. 407,5 PJ (rolnictw0 195PJ, leśnictwo 101 PJ, sadownictwo PJ i przemysł drzewny 53,9 PJ. Grunty orne w Polsce, z których można pozyskac słome obozowa i rzepakowa stanowia 75-80%całego areału.

Dane z wykładu:

Wartosci energetyczne biomasy w skali globalnej w EJ/a na Świecie wynoszą 40, 8 obornik, 22,3 drewno przemysłowe, drewno energetyczne 13,3 itd. Na opolszczyznie85 % to grunty orne, 88% to biomasa . W powiecie opolskim największy potencjał energetyczny dają odłogi i słoma. (Szybkorosnace drzewo jako paliwo- 10 ton z hektara, 50 tys KWh na rok, 50 tys oleju)

4. Elektrownia szczytowo – pompowa (zasada pracy, wpływ na środowisko).

Elektrownie szczytowo-pompowe uczestniczą w wyrównywaniu szczytowych (maksymalnych) oraz minimalnychobciążeń systemu elektroenergetycznego i w ciągu doby są uruchamiane 1-2 razy w cyklu pracy pompowej iturbinowej- ten rodzaj pracy nazywa się pracą programową. W pracy programowej, elektrownia produkuje „drogą”szczytową energię elektryczną w momentach jej niedoboru w sieci. Energia ta produkowana jest za pomocą wody

doprowadzanej z górnego zbiornika. W momentach tzw. doliny nocnej lub dziennej kiedy odbiorcy pobierają małoenergii a jest ona nadal produkowana przez tradycyjne elektrownie pompy będące jednocześnie generatorami pobierają„tanią” energię elektryczną z systemu elektroenergetycznego przy czym energii elektrycznej do napędu pompdostarczają elektrownie parowe, jądrowe i wodne przepływowe. W czasie szczytu obciążenia elektrycznego woda jest

doprowadzana do turbiny wodnej, sprzężonej bezpośrednio z synchroniczną maszyną elektryczną, i następujeprzetwarzanie nagromadzonej w górnym zbiorniku energii wody na energię elektryczną. Elektrownia szczytowo-pompowa ze względu na swoje dobre właściwości rozruchowe może brać udział w pokrywaniu szybkich zmian obciążenia w systemie elektroenergetycznym- ten rodzaj pracy nazywa się pracą regulacyjną. Zbiornikami

górnymi elektrowni pompowej mogą być zbiorniki naturalne, np. jeziora lub zbiorniki sztuczne. Jako zbiorniki dolne są stosowane jeziora, spiętrzone wody w dolinach rzek, stare sztolnie kopalniane lub specjalnie wybudowane zbiorniki sztuczne. Przynajmniej jeden ze zbiorników musi być uzupełniany wodą naturalnego dopływu w celu pokrycia strat

wynikających z parowania i przecieków wody. W elektrowni szczytowo-pompowej, jak w żadnej innej elektrowni wodnej, bardzo ważnym parametrem jest spad. Im większy jest spad, tym dla określonej ilości energii wymagana jest mniejsza pojemność zbiorników, co wpływa na zmniejszenia nakładów inwestycyjnych. Pojemności zbiorników wystarczają zwykle na 2-6 godzinna pracę turbinową. Elektrownie pompowe w zasadzie powinny mieć spady ponad

100m, jednak są budowane również obiekty z mniejszymi spadami.

Jednocześnie dużym atutem elektrowni szczytowo-pompowych jest ich znikomy wpływ na środowisko. Elektrownia w Żarnowcu dobrze wpasowała się w otocznie i pozytywnie wpływa na jezioro. Spełnia szereg funkcji związanych z regulacją i utrzymaniem właściwych stosunków wodnych, zapewnia bezpieczeństwo przeciwpowodziowe na obszarze swego działania. Celem polepszenia ochrony przed potencjalnym zanieczyszczeniem wód prowadzonych jest szereg działań. Zastosowano np. oleje biodegradowalne. Systematycznie w ramach procesu modernizacji przechodzi się na łożyska samosmarne zaś w miejscach ewentualnych wycieków zainstalowano szczelne misy. Zmodernizowano systemy usuwania oleju z wód przeciekowych a także wprowadzono automatyczny system kontroli zapór oraz szeroko zakrojony proces kontroli wszystkich aspektów środowiskowych

5. Siłownia wiatrowa (budowa i zasada pracy).

Gondola z 3 łopatami, urządzenia sterujące SZKIC NARYSOWAĆ, Znajduje się w niej generator, komputer ustala ustawienie łopat, każda turbina wytwarza prąd na światło dla 2000 domow, turbina wylacza się automatycznie, kabel pod woda prowadzi do platformy transformatorowej.

Elektrownia wiatrowa składa się z wirnika i gondoli umieszczonych na wieży. Najważniejszą częścią elektrowni wiatrowej jest wirnik, w którym dokonuje się zamiana energii wiatru na energię mechaniczną. Osadzony jest on na wale, poprzez który napędzany jest generator. Wirnik obraca się najczęściej z prędkością 15-20 obr/min, natomiast typowy generator asynchroniczny wytwarza energię elektryczną przy prędkości ponad 1500 obr/min. W związku z tym niezbędne jest użycie skrzyni przekładniowej, w której dokonuje się zwiększenie prędkości obrotowej. Najczęściej spotyka się wirniki trójpłatowe, zbudowane z włókna szklanego wzmocnionego poliestrem. W piaście wirnika umieszczony jest serwomechanizm pozwalający na ustawienie kąta nachylenia łopat (skoku). Gondola musi mieć możliwość obracania się o 360 stopni, aby zawsze można ustawić ją pod wiatr. W związku z tym na szczycie wieży zainstalowany jest silnik, który poprzez przekładnię zębatą może ją obracać. W elektrowniach małej mocy, gdzie masa gondoli jest stosunkowo mała, jej ustawienie pod wiatr zapewnia ster kierunkowy zintegrowany z gondolą. Pracą mechanizmu ustawienia łopat, i kierunkowania elektrowni zarządza układ mikroprocesorowy na podstawie danych wejściowych (np. prędkości i kierunku wiatru). Ponadto w gondoli znajdują się: transformator, łożyska, układy smarowania oraz hamulec zapewniający zatrzymanie wirnika w sytuacjach awaryjnych.

6. Oszczędzanie energii a ochrona środowiska.

Ochrona środowiska, mająca na celu zahamowanie jego dalszej degradacji, jest możliwa nie tylko przez zastąpienie tradycyjnych źródeł energii jej odnawialnymi nośnikami, tańszym sposobem jest oszczędzanie energii.

Ochrona środowiska przez zmniejszenie zużycia energii nie musi wcale odbywać się kosztem obniżenia poziomu życia ani wiązać się z pogorszeniem warunków pracy, rezygnacją z ogrzewania mieszkań , oświetlenia ich i korzystania z coraz nowocześniejszych urządzeń gospodarstwa domowego. Nie jest to także zaprzestanie korzystania ze środków transportu czy wreszcie ograniczenie dostępu do różnych form wypoczynku. Energię można zaoszczędzić poprzez modyfikację istniejących systemów energetycznych zarówno w samym procesie jej wytwarzania, jak i transportu. Można wprowadzać nowe energooszczędne technologie w przemyśle, budownictwie, rolnictwie i gosp. domowych. A także promując oszczędzanie energii akcjami propagandowymi oraz wprowadzeniem zachęcających do oszczędzania bodźców ekonomicznych (odpisów podatkowych, tanich kredytw itp). Jak widać oszczędzanie energii nie jest niczym trudnym, a można dzięki temu chronić środowisko.

7. Przykłady wykorzystania energii odnawialnej w woj. opolskim (krótkie omówienie

przynajmniej trzech źródeł energii).

Energia słońca, wody, biomasy, geotermalna, wiatru.

1) Dla rolniczej Opolszczyzny wykorzystanie biomasy to najlepsza droga w kierunku produkcji energii z odnawialnych źródeł. Szansa zresztą została już dawno zauważona. W najbliższych latach planowane jest powstanie wielu ważnych inwestycji wykorzystujących biomasę.
   W Goświnowicach koło Nysy ma ruszyć ogromna fabryka biopaliw. Co więcej, ma to być największa w Polsce i czwarta w Europie wytwórnia etanolu. To oznacza wielkie zmiany także dla rolnictwa. Województwo opolskie wkrótce może zostać potentatem w produkcji kukurydzy na biopaliwa. Fabryka będzie mogła przerabiać około tysiąca ton ziarna dziennie. Na Opolszczyźnie kukurydzę uprawia się na 50000 hektarów. Rolnicy z regionu od kilku lat systematycznie powiększali areały upraw. Bodźcem do tego był rozwój produkcji biopaliw. W sumie fabryka ma wykorzystywać do przerobu na paliwo 350 tysięcy ton kukurydzy rocznie. Takiej ilości ziarna nie ma w regionie.

   Natomiast w Rychnowie (gm. Namysłów) planowana jest produkcja biodiesla. To biopaliwo otrzymywane z olejów roślinnych bądź tłuszczów zwierzęcych. Nadaje się ono do stosowania w silnikach diesla, przy czym jego spalanie jest znacznie bardziej przyjazne środowisku. Emituje mniej szkodliwych substancji chemicznych niż przy spalaniu oleju napędowego.
   Do budowy elektrociepłowni na biomasę przygotowują się natomiast Namysłów i Kluczbork.
   W naszym województwie bardzo dobrym materiałem do wykorzystania energetycznego jest nadwyżka słomy w rolnictwie. Istnieje również możliwość pozyskania energii w produkcji biogazu z odpadów organicznych. Podstawowym kierunkiem wykorzystania energetycznego biomasy jest produkcja ciepła technologicznego i grzewczego. Na terenie Opolszczyzny funkcjonują już małe kotłownie na słomę, które są głównie wykorzystywane do ogrzewania budynków oraz produkcji ciepłej wody, ogrzewania szklarni i suszarni zboża. Biogaz jest już w naszym województwie wykorzystywany do produkcji energii np. w oczyszczalniach ścieków w Opolu, Brzegu i Kędzierzynie-Koźlu. Tam wykorzystywany jest metan, który powstaje w procesie oczyszczania ścieków. Jednak energia przeznaczana jest tylko na potrzeby tych zakładów. Zupełnie nowe wyzwanie postawiono sobie natomiast w Kietrzu. Tam planują wybudowanie biogazowni, gdzie energia ma być produkowana w sposób przemysłowy. Wytwarzana w niej energia mogłaby zaspokoić potrzeby niemal całego miasta. Moc elektrowni w Kietrzu miałaby wynosić dwa megawaty. Biomasa wykorzystywana do produkcji energii pochodziłaby głównie z Kombinatu Rolnego w Kietrzu, a przede wszystkim z hodowli krów. Szacuje się, że budowa takiej biogazowni kosztowałaby około 40 mln zł. Biogazownie planują także budować w Skarbimierzu, Lewinie Brzeskim, Głubczycach i Lubszy. Planowana jest także budowa instalacji w gminie Skoroszyce, która oprócz produkcji składników biopaliw będzie produkowała energię cieplną i elektryczną do ogrzewania osiedla mieszkaniowego

2)Pod względem liczby elektrowni wodnych Opolszczyzna na tle całego kraju wypada bardzo dobrze. Na terenie województwa opolskiego pracuje 30 elektrowni wodnych o łącznej mocy blisko 30 MW.
   Oczywiście, wielki potencjał w tej gałęzi wykorzystywania odnawialnych źródeł energii stanowi Odra. Początek prac związanych z kaskadą górnej Odry rozpoczęto już w XIX wieku. Początkowo miała ona na celu skanalizowanie rzeki na potrzeby żeglugi. Pomysł energetycznego wykorzystania spiętrzeń zrodził się w latach 60. XX wieku. W 1995 r. ruszyły prace związane z planowanym powstaniem kaskady górnej Odry.
   Jednak opolskie elektrownie powstają również na Nysie Łużyckiej i znacznie mniejszych rzekach. Dlatego też i plany związane z naszym województwem są bardzo ambitne. Do 2020 roku ma powstać kolejnych 20 elektrowni wodnych o mocy 18,5 MW. To oznaczałoby zwiększenie produkcji energii odnawialnej o wartości znacznie przekraczające 50 proc. dzisiejszych możliwości.

3)energia słoneczna np. w Komprachcicach, dobrzeniu wielkim, i w wielu innych miejscowościach ludzie na prywatnych domach zamieszczaja kolektory sloneczne

8. Niskonakładowe sposoby oszczędzania energii w życiu codziennym.

Stosowanie sprzętu elektrycznego ( żarówki, lodówki, odkurzacze, telewizory itp.) o standaryzowanych wydajnościach lub wymiarach, które umożliwią porównanie energochłonności

urządzeń różnych firm i dokonywanie właściwego wyboru. Wybieranie urządzenia o parametrach dobranych w zależności od wielkości gospodarstwa domowego, pralka i zmywarka zużywa tyle samo wody i energii bez względu na stopień jej zapełnienia. Wszędzie gdzie możliwe stosować regulatory temperatury i wyłączniki czasowe, pozwalające korzystać z taryfy nocnej oraz samoczynnie wyłączające się urządzenia np. piece akumulacyjne, żelazka, czajniki. Ważne i niskonakładowe jest również eksploatowanie urządzeń zgodnie z instrukcją. Przykładem może być lodówka, której regularne odmrażanie, utrzymywanie właściwej temp. wnętrza, utrzymywanie właściwej odległości skraplacza od ściany pozwala zaoszczędzić ok. 210 kW *ha energii. Dużą uwagę należy też zwrócić na oszczędzanie oświetlenia, np. poprzez zakup świetlówek kompaktowych, korzystanie z optymalnej liczby punktów świetlnych, stosowanie samoczynnych wyłączników czasowych czy utrzymanie powierzchni żarówek we właściwej czystości. ( wentylacja 15 min wylaczone kaloryfery, nie za ciepla temp w domu, czyszczenie palnikow przy gotowaniu, kapiel pod prysznicem, rozmrazanie z zamrażalki do lodowki, standby w TV i agd,

9. Wpływ farm wiatrowych na środowisko.

Stanowią zagrożenie dla ptaków. Nie zanieczyszczają środowiska naturalnego. Powodują Hałas, cienie, zmiany w naturalnym krajobrazie, wahania napięcia elektrycznego.

10. Energetyczne możliwości zagospodarowania osadów ściekowych.

W wyniku termicznego suszenia osad przekształcany jest w produkt o zawartości

około 90% s. m., który może być wykorzystywany jako nawóz organiczny lub paliwo

energetyczne. Obecnie wiele oczyszczalni ścieków modernizuje tzw. ciągi osadowe, planując

zastosowanie wariantu termicznego przekształcania osadów. Pierwsza taka

instalacja została uruchomiona w Łomży, gdzie zastosowano proces spalania

osadów w kotle rusztowym z jednoczesnym wykorzystaniem energii cieplnej ze

spalania do procesów suszenia osadów. Podobne instalacje będą uruchomione np.

w Radomiu, Warszawie i Kielcach.

Wysuszone osady mogą mieć wartość opałową na poziomie:

- 11 000 kJ/kg s.m. (osad beztlenowo stabilizowany, mieszany – wstępny plus

wtórny),

- 20 000 kJ/kg s.m. (osad surowy mieszany, wstępny plus wtórny).

11. Spalanie zbóż – za i przeciw.

Owies nadaje się do uprawy w całym kraju.

PoniewaŜ jego wymagania glebowe są

niewielkie, pod uprawę moŜna wykorzystywać

takŜe ubogie gleby niskiej jakości i odłogi, ktore

są w ten sposob zagospodarowywane.

_ Owies uprawiany na terenach skaŜonych

oczyszcza glebę z metali cięŜkich, a poniewaŜ

nie nadaje się do spoŜycia przez ludzi czy

zwierzęta, moŜe zostać wykorzystany na cele

energetyczne.

_ Owies posiada właściwości fitosanitarne, czyli

jest dobrym przedplonem dla innych roślin.

Wprowadzenie owsa do płodozmianu zboŜowego

zmniejsza konieczność stosowania nawozow

mineralnych.

_ Owies jest łatwy w spalaniu. Cechuje się

stabilną wartością energetyczną (18,5

MJ/kg) i wilgotnością (10 – 13%).

_ Podczas spalania owsa powstają minimalne

ilości popiołu (ok.0,6%), ktory jest

doskonałym nawozem, nadającym się do

wykorzystania na polach czy w ogrodkach

przydomowych. Wykorzystywanie popiołu w

charakterze nawozu ogranicza konieczność

stosowania nawozow sztucznych.

_ Spaliny, powstające podczas spalania owsa

charakteryzuje mniejsza toksyczność w

porownaniu ze spalinami, powstającymi

podczas spalania innych paliw.

_ Dozowanie owsa do kotła moŜna łatwo

zautomatyzować.

_ Transport i magazynowanie owsa są

łatwiejsze, niŜ transport i magazynowanie

innych rodzajow biomasy, np. drewna czy

słomy.

_ W Polsce istnieje długa tradycja uprawy owsa,

nie występują więc trudności pojawiające się

nieraz w związku z hodowlą nowych gatunkow

roślin energetycznych.

_ Wykorzystując na cele energetyczne nadwyŜki

produkcyjne owsa, a takŜe ziarno niskiej

jakości bądź niezdatne do spoŜycia

zapobiegamy marnotrawstwu.

_ Produktem ubocznym uprawy zboŜ jest słoma,

ktora takŜe moŜe być wykorzystana jako

odnawialne źrodło energii.

_ Wykorzystujące do celow grzewczych owies

gospodarstwo domowe uniezaleŜnia się od

zewnętrznych dostawcow surowcow

energetycznych

PRZECIW:

_ Wysoka cena palnika (ponad 12 tys. zł.), bez

ktorego efektywne spalanie owsa nie jest moŜliwe

(owies wymaga odpowiedniej ilości powietrza i innej

temperatury, niŜ powszechnie stosowane rodzaje

biomasy).

_ Ryzyko inwazji szkodnikow (gryzonie, insekty).

_ Opor mentalny producentow rolnych

_ Nakłady na produkcje (nawozy – emisja CO2)

12. Biomasa – charakterystyka ogólna i rodzaje. Biomasa to najstarsze i najszerzej wykorzystywane odnawialne źródło energii. Zaliczamy do niej całą istniejącą na Ziemi materię organiczną, czyli wszystkie substancje pochodzenia roślinnego lub zwierzęcego ulegające biodegradacji. Są to więc resztki z produkcji rolnej, pozostałości z leśnictwa, odpady przemysłowe i komunalne.
   W wyniku spalania biomasy, do atmosfery przedostaje się dwutlenek węgla, ale tylko w takiej ilości, jaka została pochłonięta przez rośliny podczas wegetacji. Właściwość ta jest istotną zaletą, gdyż jej spalanie nie zwiększa ogólnej emisji gazu cieplarnianego, jakim jest dwutlenek węgla. Warto podkreślić, że biomasa stanowi trzecie co do wielkości na świecie naturalne źródło energii

Biomasa jest najmniej kapitałochłonnym odnawialnym źródłem energii. Jej produkcja może praktycznie przebiegać samoistnie np. w puszczach, na stepach i łąkach, a także w oceanach zbiornikach wody słodkiej.Biomasa jest produktem reakcji fotosyntezy, które przebiega pod wpływem promieniowania słonecznego.Podstawowymi składnikami biomasy są węglowodany, skrobia oraz lignina Rodzaje biomasy :Rosliny energetyczne :Szybkorosnace(wierzba salix), Zaiwerajace cukier(burak cukrowy), Oleiste(rzepak), Zawierajace skrobie(ziemniaki zboza kukurydza) pozostałości po zbiorach: drewno(z czyszczenia lasów), słoma, łodygi liscie, trawa(z czyszczenia parków miejskich), zwierzece produkty uboczne: odchody zwierzece(gnojowice, obornik, osady sciekowe, odpady organiczne uboczne : przemysłowe(przetwórstwo produktów ziwerzacych i rosl., komunalne(socjalno bytowe), ścieki

13. Energetyka zawodowa a elekt cieplarniany.

Polska energetyka zawodowa od wielu lat oparta jest głównie na spalaniu węgla kamiennego i brunatnego i nic nie wskazuje na to, że tendencja w najbliższym czasie znacząco ulegnie zmianie. Zobowiązania międzynarodowe wprowadzające zaostrzenia przepisów dopuszczających emisję dwutlenku siarki, tlenków azotu jak i innych związków ( co2, hcl,Hf, węglowodory) narzucaja wprowadzenie technologii oczyszczania gazów spalinowych. W Polsce podstawowymi technologiami są: mokra metoda odsiarczania, sucha metoda odsiarczania, półsucha metoda odsiarczania, spalanie w kotłach fluidalnych. Zastosowanie jednej z tych metod związane jest nierozerwalnie z powstaniem znaczącej ilości odpadow różniących się pod względem własności fizycznych i chemicznych. Górnictwo podziemne wykorzystuje odpady energetyczne.

14. Dlaczego świat musi obniżyć emisje CO2?

Czym jest efekt cieplarniany?

Ziemia posiada atmosferę o grubości ponad 1000 kilometrów. Atmosfera zawiera masy powietrza, które zatrzymują i magazynują ciepło pochodzące ze słońca pod postacią promieniowania podczerwonego. Podwyższenie temperatury powierzchni Ziemi będące skutkiem zatrzymywania energii słonecznej przez gazy cieplarniane nazywane jest efektem cieplarnianym lub "szklarniowym", a także globalnym ociepleniem.

W powstawaniu efektu cieplarnianego najważniejszą rolę odgrywa dwutlenek węgla, którego udział wynosi 50%. Tak wysoki udział CO₂ w efekcie cieplarnianym, mimo najmniejszej efektywności pochłaniania promieniowania podczerwonego jest możliwy dzięki jego wysokiej zawartości w atmosferze - ok. 0,03% (zaw. objętościowa). Rola dwutlenku węgla w efekcie cieplarnianym wciąż wzrasta, co jest skutkiem działalności człowieka: emisja CO₂ związana z przemysłem, połączona z gwałtownym zmniejszaniem się powierzchni terenów zalesionych. Oblicza się, że globalna emisja CO₂ wynosi ok. 1011 t/rok. W obecnym stuleciu stężenie tego gazu wzrosło od ok. 270 ppm na początku XX w. do 360 ppm w latach 80. W wielu miejscach na Ziemi obserwuje się wzrost średniej temperatury powietrza. Ogrzane wody w morzach i oceanach powodują topnienie lodowców na biegunach Ziemi oraz zwiększają swoją objętość, co prowadzi do podniesienia się ich poziomu.
W ciągu najbliższych pięćdziesięciu lat może dojść do zalania wielu obszarów położonych na małej wysokości bezwzględnej (n. p. m.). Obliczono, że w wyniku stopienia lodowców na Grenlandii i Antarktydzie pod wodą może znaleźć się prawie cała Holandia, Dania, znaczna część Belgii i Bangladeszu. Na terenie Polski może zostać zalany obszar położony w odległości nawet do 100 km od wybrzeża Morza Bałtyckiego.
Jednak teoretycznie możliwe jest również zwiększenie się masy lodowców. W wyniku ocieplenia klimatu zwiększy się parowanie wód w morzach i oceanach, co doprowadzi do zwiększenia ilości opadów na Ziemi. W okolicach biegunów naszej planety opady śniegu mogą przyczynić się do szybkiego nagromadzenia lodowców. Niestety obecnie nie obserwuje się takiego zjawiska.

Znacznie bardziej prawdopodobne jest przesunięcie się stref klimatycznych na Ziemi ku biegunom.

15. Budowa elektrowni jądrowej w Polsce – argumenty za.

• Elektrownie jądrowe stanowią źródła energetyczne będące nieniszczące dla środowiska, nie powodują wydzielania tlenków węgla, siarki i azotu, które są odpowiedzialne za występowanie kwaśnych deszczy i powstawanie efektu cieplarnianego, które w konsekwencji prowadza nieuchronnie do zatrucia atmosfery ziemskiej. Źródło energii nie zanieczyszczające środowiska naturalnego gazami zaliczanych do gazów cieplarnianych

•        Niezależność elektrowni od miejsc  występowania surowca – możliwość  ich budowania w miejscach, gdzie zajdzie taka  potrzeba

•        energia jądrowa sama jest tania, wybudowanie elektrowni jądrowej niesie ze sobą natomiast gigantyczne koszty

Czy rzeczywiście potrzebujemy reaktory jądrowe? Można na ten temat dyskutować, gdyż  zdania są podzielone. Jako że wyczerpują się zasoby paliw organicznych, takich ja węgiel, gaz ziemny czy ropa naftowa, które podczas wyzyskiwania ponadto zanieczyszczają środowisko naturalne, można by się spodziewać  że energetyka jądrowa w najbliższym czasie  będzie się nadal rozwijać

16. Budowa elektrowni jądrowej w Polsce – argumenty przeciw.

Elektrownie jądrowe stanowią wysoki czynnik ryzyka i są wysoce niebezpieczne w razie awarii. Można było się o tym przekonać kiedy to 26 kwietnia 1986 rok doszło do katastrofy reaktora jądrowego w elektrowni w Czarnobylu. Na skutek tego nieszczęścia atmosfera ziemska została skażona izotopami promieniotwórczymi ( dziesiątki radioaktywnych izotopów, a tym izotopy promieniotwórcze ¹³¹I oraz ¹³⁷Cs), doszło do skażenia znacznej części terenu Europy. Ta aktywność, która została uwolniona podczas awarii reaktora jądrowego stanowiła zaledwie ok. 4% całkowitej aktywności jaka była wytwarzana w reaktorach jądrowych w elektrowni  w Czarnobylu. Skażenia zostały wyniesione przy pomocy prądów termicznych będących skutkiem pożaru i wybuchu na wysokość ok. 2 km, dalej powodowały rozchodzenie się  zgodnie z kierunkami ruchu mas powietrza.

Duży problem w przypadku energetyki jądrowej stanową także odpady promieniotwórcze powstające jako efekty działania reaktorów. Składuje się je w odludnych miejscach , jednakże zawsze istnieje niebezpieczeństwo, że przedostaną się do środowiska

•        długi czas trwania budowy elektrowni atomowej

•        przy produkcji  niebezpiecznych odpadów radioaktywnych pojawia się  niebezpieczeństwo ich  składowania i przechowywania

•        niebezpieczeństwo awarii elektrowni jądrowych – przy dużej ilość elektrowni jeszcze większe,  katastrofa nuklearna jak w  Czarnobylu byłaby wielce prawdopodobna.

•        Brak możliwości wykorzystania energii jądrowej do transportu ciężarówek, samolotów czy statków.

•        Brak możliwości wykorzystania energii jądrowej jako surowca do otrzymywania tworzyw sztucznych, nawozów i środków ochrony roślin.

•        Pojawianie się  elektrowni atomowej stanowi problem i techniczny i fizyczny, i jednocześnie jest to problem nierozprzestrzeniania broni jądrowej.

 

17. Zasoby paliw kopalnych w Polsce – gaz ziemny.

18. Zasoby paliw kopalnych w Polsce – węgiel brunatny.

19. Zasoby paliw kopalnych w Polsce – ropa naftowa.

20. Charakterystyka energetyczna biomasy przetworzonej.

Zrebki

Zrebki sa to rozdrobnione kawalki drewna. Pozyskuje sie je glównie z odpadów produkcyjnych tartaków i zakladów stolarskich oraz przy okazji ciec pielegnacyjnych przydroznych drzew oraz drzew w parkach i sadach. Do przerobu odpadów drzewnych na zrebki sluza maszyny zwane rebakami. Wartosc opalowa zalezy w duzej mierze od gatunku drewna z którego sa dane zrebki oraz od ich wilgotnosci. Wartosc opalowa zrebków wynosi 6-16 MJ/kg a wilgotnosc 20-60%.

Pellet

Pellet mozna produkowac z wielu materialów zaliczanych do biomasy m.in. trociny drzewne, odpowiednio rozdrobniona sloma (równiez rzepakowa oraz lniana) i siano, luski ziarna zbóz (otreby), rozdrobniona mase z roslin energetycznych. Podstawowym warunkiem jaki musza spelniac wyzej wymienione materialy jest wilgotnosc na poziomie 5-12% oraz rozdrobnienie rzedu 2-6mm. Przy wiekszej wilgotnosci material nie nadaje sie do przerobu. Produkcja pelletu jest troche bardziej skomplikowana niz zrebków, polega na tloczeniu rozdrobnionego materialu przez matryce z otworami o srednicy 3-8mm. W przypadku trocin niepotrzebna jest zadna substancja spajajaca poniewaz wskutek cisnienia które powoduje rozgrzanie materialu wydziela sie w nim lignina która zastygajac spaja trociny, natomiast w przypadku slomy i siana wymagany jest niewielki dodatek spoiwa. Proces produkcji pelletu przypomina mielenie miesa w maszynce elektrycznej. Wartosc opalowa pelletu wynosi 16,5-17,5 MJ/kg, a wilgotnosc 7-12%.

Brykiet

Brykiet mozna produkowac z tych samych materialów co pellet. Wilgotnosc materialu powinna byc rzedu 5-12% tak samo jak w przypadku pelletu. Produkcja brykietu polega na prasowaniu rozdrobnionego materialu rzedu 5-25mm (w zaleznosci od mozliwosci prasy) w prasie hydraulicznej lub mechanicznej. W zaleznosci od uzytej maszyny brykiet moze miec postac kostki, walca lub ksztalt zblizony do walca. Wartosc energetyczna: 19-21 MJ/kg; wilgotnosc: 6-8%; zawartosc popiolu: 0,5-1% suchej masy.

Drewno kawalkowe

Drewno kawalkowe pozyskiwane jest z odpadów drewna konstrukcyjnego oraz przycinanych na wymiar pólproduktów np fryzów. Wartosc energetyczna: 11-22 MJ/kg, wilgotnosc – 20-30%, a zawartosc popiolu 0,6-1,5% suchej masy. Zalety:Wady:

21. Rodzaje układów do wytwarzania ciepła w skojarzeniu z prądem.

. Elektrociepłownie dużych mocy
• klasyczne(z turbinami parowymi)
• kombinowane (z turbinami parowymi i gazowymi)
• z zastosowaniem turbin gazowych
Elektrociepłownie małych mocy( układy CHP)
• z turbiną gazową lub mikroturbiną + kocioł odzysknicowy
• z silnikiem spalinowym + ukł. wymienników + generator
Układy hybrydowe
• elektrociepłownie z ogniwami paliwowymi
• ukł. hybr. z ogn. paliwowymi i turbinami gazowymi
• ukł. hybr. z ogn. paliwowymi i mikroturbinami gazowymi
Trójgeneracja
• układy z turbinami gazowymi i chłodziarkami absorpcyjnymi
• układy z turbinami gazowymi i chłodziarkami sprężarkowymi
• układy z mikroturbinami (z chłodziarkami absorpcyjnymi lub chłodnicami central klimat.)

22. Korzyści ze stosowania kogeneracji (w tym w odniesieniu do produkcji

rozdzielonej)

Korzyści ekonomiczne:
Do wytworzenia tych samych ilości energii elektrycznej i ciepła w układzie rozdzielonym potrzeba zużyć o 48 jednostek paliwa więcej niż w elektrociepłowni. W praktyce oszczędności paliwa dochodzą do 25-30%, w porównaniu z procesami rozdzielonymi. Sprawność ogólna procesu skojarzonego wynosi w przedstawionym przykładzie 85%, zaś procesów rozdzielonych łącznie 57%.
Korzyści ekologiczne:
Dzięki skojarzonemu wytwarzaniu energii elektrycznej i ciepła osiąga się zatem znaczącą oszczędność paliwa pierwotnego - np. węgla kamiennego czy gazu ziemnego. To z kolei powoduje niższą emisję zanieczyszczeń do atmosfery - tym samym kogeneracja jest najtańszym sposobem ograniczania emisji CO2 przy produkcji energii elektrycznej. Dodatkowo, dzięki oszczędności zużycia paliwa pierwotnego, następuje redukcja całkowitych kosztów paliwa oraz maleje uzależnienie od importu

• Oszczędność zużycia paliwa pierwotnego w skali całej gospodarki
• Mniejsza emisja CO2 w stosunku do produkcji rozdzielonej
• Redukcja kosztów całkowitych paliwa
• Maleje uzależnienie od importu
• Lepsze wykorzystanie energii chemicznej paliwa niż w produkcji rozdzielnej

23. Zalety i wady kogeneracji gazowej małej mocy.

1. ZALETY:
   - optymalne dopasowanie układu do potrzeb indywidualnego odbiorcy,
   -wysokie sprawności energetyczne urządzeń i bardzo małe wskaźniki emisji,
   - postęp techniczny w budowie turbin gazowych oraz zasilanych gazem tłokowych
   silników spalinowych połączony ze wzrastającą podaŜą tych urządzeń na rynku,
   -moŜliwość spalania gazów niskometanowych,
   -małe rozmiary elektrociepłowni i praktycznie bezobsługowa eksploatacja,
   - korzystne wskaźniki ekonomiczne dla inwestycji a przede wszystkim krótkie okresy
   zwrotu nakładów (nawet poniŜej 3 lat),
   - konkurencja na rynku paliw i energii oraz rozwój lokalnych rynków nośników energii,
   - odpowiednia polityka energetyczna zachęcająca do inwestowania w układy
   kogeneracyjne.

ZALETY – w skali kraju

• Korzystny efekt rozproszenia energetyki

• Korzystny wpływ na system elektroenergetyczny

- zwiększenie bezpieczeństwa energetycznego dostaw

- zmniejszenie strat przesyłu

- zmniejszenie zapotrzebowania na moc – zmniejszenie lokalnych deficytow

• Zmniejszenie emisji w skali kraju, w tym ograniczenie emisji CO2 i metanu

• Działanie stymulujące na rolnictwo w zakresie upraw energetycznych –

aktywizacja obszarow wiejskich

• Wykorzystanie odpadow z produkcji rolnej do produkcji biopaliw

• Rozwoj przemysłu krajowego (Cegielski – silniki, stocznie – zbiorniki na

biogaz, reaktory)
1. WADY:
- wysokie nakłady inwestycyjne (zwłaszcza w przypadku tradycyjnych TG),
-wysokie koszty serwisu i obsługi (w przypadku tradycyjnych TG)
-wysokie koszty eksploatacji w przypadku stosowania gazu ziemnego jako paliwa

24. Podstawowe elementy systemu ciepłowniczego.

Podstawowe elementy systemu ciepłowniczego to:
źrodła ciepła zasilające system w energię cieplną,
sieci rozprowadzające nośnik ciepła (najczęściej woda, czasem para wodna),
węzły ciepłownicze dostosowujące parametry nośnika ciepła do wymagań odbiorcow,
instalacje wewnętrzne w budynkach.

25. Podstawowe zadania realizowane w węźle cieplnym oraz elementy składowe węzła

cieplnego – krótko scharakteryzuj

Zadaniem węzłów cieplnych jest rozdział dostarczonego siecią ciepła do poszczególnych gałęzi odbiorczych, jak również miejscowa regulacja czynnika grzewczego i kontrola pod względem bezpieczeństwa procesu rozdziału energii i pracy poszczególnych urządzeń.
Elementy składowe:
• Zawory odcinające – odcina dopływ czynnika
• Zawór bezpieczeństwa – uniemożliwia niebezpieczne podniesienie ciśnienia
• Filtr – oczyszcza dopływający czynnik
• Liczniki ciepła, wodomierze, czujniki temperatury, manometry – pomiar i kontrola bezpieczeństwa
• Regulatory, reduktory - reguluje zmienia parametry czynnika
• Magnetyzer – zapobiega tworzeniu się kamienia w instalacji

26. Uzasadnij wysoką opłacalność układów kogeneracyjnych na biogaz wytwarzany w

oczyszczalniach ścieków.

Takie układy są wysoko oplacalne, ponieważ nośnik energetyczny jakim jest biogaz, jest produktem ubocznym oczyszczania ścieków i praktycznie bezpłatnym, również istotnym faktem jest to że biogaz jest odnawialnym produktem oczyszczania.

27. Możliwości wykorzystania energii geotermalnej na świecie i w Polsce

Polska ma bardzo dobre warunki geotermalne, gdyż 80% powierzchni kraju jest pokryte przez 3 prowincje geotermalne: centralnoeuropejską, przedkarpacką i karpacką. Temperatura wody dla tych obszarów wynosi od 30-130 °C (a lokalnie nawet 200 °C), a głębokość występowania w skałach osadowych od 1 do 10 km.Możliwości wykorzystania wód geotermalnych dotyczą 40% obszaru kraju (wydobycie jest opłacalne, gdy do głębokości 2 km temperatura osiąga 65 °C, zasolenie nie przekracza 30 g/l a także gdy wydajność źródła jest odpowiednia

28. Różnica między energią geotermiczną i geotermalną

Energia geotermiczna Ziemi jest to zatem energia
zakumulowana w magmie, skałach oraz płynach (woda, para
wodna, ropa naftowa, gaz ziemny itp.) wypełniających pory i
szczeliny skalne.
Z kolei energia geotermalna stanowi część energii
geotermicznej zawartej w wodach, parze wodnej oraz
otaczających je skałach

29. Różnica między GWE i GNE.

GWE umoŜliwia bezpośrednie wykorzystanie ciepła ziemi,
którego nośnikiem jest ciecz wypełniająca puste przestrzenie
skalne (woda, para, gaz i ich mieszaniny).
GNE nie daje moŜliwości bezpośredniego wykorzystania ciepła
ziemi - wymaga ona stosowania pomp ciepła jako urządzeń
wspomagających, które doprowadzają do podniesienia energii
na wyŜszy poziom termodynamiczny.

30. Która z form energii: elektryczna czy ciepło jest formą bardziej wartościową i cenną?

Krótko uzasadnij.

Energia elektryczna jest bardziej cenną formą energii, ponieważ w skali roku jest na nią większe zapotrzebowanie. Ma szersze zastosowanie i jest więcej możliwości w jej pozyskiwaniu ze źródeł nieodnawialnych. Dodatkowo rozwój technologii i budownictwa zmniejsza zapotrzebowanie na energię cieplną