1.WSTĘP
Energia towarzyszy człowiekowi na naszej Planecie od zarania jego
dziejów. Zmieniły się tylko formy i źródła energii na kolejnych etapach rozwoju cywilizacyjnego ludzkości. Nasi praprzodkowie w miarę upływającego czasu dokonywali coraz to nowych wynalazków i zaczęli wykorzystywać odnawialne źródła energii, siłę wiatru i wody. Rewolucja przemysłowa i agrarna przyniosły nowoczesną cywilizację przemysłową i narastające problemy z ochroną środowiska naturalnego. Rozwój hutnictwa spowodował powstanie górnictwa węglowego. Wynalezieniu silnika spalinowego towarzyszył rozwój górnictwa nafty i gazu. Zaczyna się wiek energii. W tym szerokim spektrum różnych form energii człowiek wykorzystywał energię geotermalną na długo przed paliwami kopalnymi. O gorących źródłach mówią legendy, przekazy i mitologie różnych plemion i narodów. Odkrycia archeologiczne potwierdzają, że od tysięcy lat znane było wykorzystywanie gorących źródeł wody na powierzchni Ziemi w różnych częściach świata. Opisy historyczne pochodzące sprzed dwóch tysięcy lat wskazują na korzystanie z bogactwa wód geotermalnych w Chinach i cesarstwie Rzymskim, gdzie używano wody do celów leczniczych i rekreacyjnych. Wykorzystywały od wieków lokalne źródła gorącej wody, plemiona starych cywilizacji indiańskich w Ameryce i mieszkańcy Japonii. Szerokie wykorzystanie wód i energii geotermalnej na skalę przemysłową, na potrzeby ciepłownicze i do produkcji prądu elektrycznego zaczęło się dopiero na początku XX wieku z wyraźnym, corocznym wzrostem udziału energii geotermalnej w ostatnich kilkudziesięciu latach. Prognozy rozwoju sektora energii na świecie w XXI wieku przewidują znaczący wzrost udziału energii geotermalnej w ogólnym bilansie pierwotnych nośników energii.
2. Energia geotermalna jest wewnętrznym ciepłem Ziemi nagromadzonym w skałach oraz w wodach wypełniających pory i szczeliny skalne. Jeżeli spojrzymy na przekrój naszej planety , to ogromna ilość ciepła nagromadzona jest w jądrze i w skorupie ziemskiej. W jądrze temperatura dochodzi do 4000-4500° C, a pod skorupą ziemską do 1000 °C. Zachodzi nieustający przepływ ciepła od wnętrza Ziemi do górnych warstw skorupy i na powierzchnię Ziemi.
W krajach rozwiniętych , zużywających duże ilości energii elektrycznej, moc uzyskana z elektrowni geotermalnych jest w ogólnym bilansie wartością z reguły marginalną. Elektrownie te spełniają rolę lokalnego źródła uzupełniającego. W odmiennej sytuacji znajdują się kraje rozwijające z południowej i środkowej Ameryki, z Azji i Afryki. Kraje te z ludnością sięgającą 70% populacji światowej zużywają około 25% energii elektrycznej wyprodukowanej na świecie, z czego na cele komunalno-bytowe zaledwie około 14%. Z drugiej strony w większości tych krajów istnieją zasoby wysokotemperaturowych wód i par geotermalnych umożliwiających uzyskanie taniej energii. W niektórych z tych krajów już udział energii elektrycznej uzyskanej z energii geotermalnej stanowi znaczącą pozycję.
Bezpośrednie wykorzystanie energii z wód geotermalnych o niskich i
średnich temperaturach od wartości kilkudziesięciu do ponad 100 °C obejmuje bardzo szeroki zakres zastosowań praktycznych, od wykorzystania w ciepłownictwie po wykorzystanie w przemyśle, rolnictwie, ogrodnictwie, hodowli ryb, balneologii i rekreacji . Struktura wykorzystania zasobów energii geotermalnej na świecie przestawiono na. Ogólna moc instalacji geotermalnych w 58 krajach świata wykorzystujących bezpośrednio energię gorących wód osiąga wielkość ponad 15000 MW.
3. ENERGIA WIATRU
Energia wiatru jest odmianą energii słonecznej, ponieważ jednak jej pozyskiwanie różni się znacznie, postanowiliśmy poświęcić wiatrakom osobną stronę. Wiatr jako źródło energii został dostrzeżony stosunkowo wcześnie. Nic w tym dziwnego. W jeden wietrzny dzień można było wykonać więcej pracy dzięki wiatrakom niż przez tydzień ręcznie. Były one znane w starożytnych Chinach, Babilonii. W VIII wieku naszej ery powstały pierwsze wiatraki w Holandii. Jednak największe znaczenie miały one w XVI i XVII wieku. Po wynalezieniu maszyny parowej ich znaczenie zmalało aby mogły przeżyć ponowny renesans pod koniec XX wieku. Ich liczba ciągle wzrasta a ich produkcja jest obecnie tak duża, że stanowią np. trzeci główny produkt eksportowy takich "wiatrakowych potęg" jak Dania. Ich liczba w tym kraju wynosi ok. 400sztuk. Np: maluteńki, wiatraczek mierzący "tylko" 60 metrów, średnicy rotora "jedynie" 44 metrów ma moc 660 kW. Jest to wiatrak średniej wielkości i mocy - największy dostępny na rynku (niestety jeszcze nie na Polskim) ma moc 2 MW. Są oczywiście również i wiatraki zupełnie małe, do przydomowej produkcji prądu, na łódkę czy na działkę. Wszystkie jednak składają się z kilku niezastąpionych elementów: wieży, na której całość jest zamontowana, rotora / wirnika - składającego się na ogół z trzech łopat (spotykane są też rotory z dwoma lub czterema). Oprócz tego wewnątrz znajduje się generator (takie trochę większe dynamo), system hamulcowy, system przełożeń, instalacja odgromowa, oraz różnego typu instalacje meteorologiczne, kontrolne i sterujące. Nowoczesny wiatrak jest zupełnie zautomatyzowany co znacznie upraszcza jego obsługę. Oczywiście aby cała instalacja działała potrzebny jest wiatr. Większość wiatraków zaczyna produkować prąd przy prędkości wiatru 3-5 m/s przy czym uzyskują optimum przy prędkości 15 - 20 m/s. Po przekroczeniu tych wartości wydajność znowu spada aż to zupełnego zatrzymania i odwrócenia wiatraka od wiatru gdy jego prędkość przekroczy bezpieczną granicę. Prąd wyprodukowany za pomocą wiatraków można bądź zmagazynować w akumulatorach (rozwiązanie zalecane w przypadku małych, przydomowych elektrowni) bądź sprzedać do sieci (przy czym dostawca energii wyprodukowanej w ten sposób ma pierwszeństwo nad innymi dostawcami a państwowy odbiorca musi przyjąć całą wyprodukowaną przez niego energię
Jakie są zalety elektrowni wiatrowej EW 160 - 22 - 30 ?
Przede wszystkim oszczędność paliw i związane z tym zmniejszanie emisji dwutlenku węgla i innych szkodliwych gazów do atmosfery, brak zanieczyszczenia środowiska naturalnego, stały koszt jednostkowy uzyskiwany energii elektrycznej, minimalne straty (lokalizacja siłowni w pobliżu użytkownika), możliwość współpracy elektrowni wiatrowej z siecią energetyki państwowej lub praca w sieci wydzielonej, możliwość sprzedaży nadwyżek energii, krótki czas amortyzacji (około 5 lat), praca bezosobowa, trwałość określona na około 25 lat
Model śmigła
DANE TECHNICZNE |
|
Rodzaj sprzętu: |
5xSEEWIND 25/132. |
Przeciętna prędkość wiatru: |
5,6 m/s na wysokości wału |
Roczna produkcja energii: |
1.200.000 KWh - równoważy zapotrzebowanie ok. 400 gospodarstw domowych |
Oszczędność dla środowiska: |
1.336.000 kg dwutlenku węgla CO2 |
śmigła: |
materiał GFK, epoxid |
Średnica/powierzchnia rotora: |
22 m. prędkość regulowana stailem, 380 m2 |
waga śmigieł: |
420 kg jedno śmigło |
obrót rotora: |
generator 1 42 obr./min. generator 2 |
wieża: |
cylindryczna konstrukcja stalowa |
Wysokość wału: |
31,5 m |
Przekładnie: |
planetarne, transmisja 1:36 |
Hamulce: |
3 regulowane, elektromagnetyczne, wentylacyjne |
Sterowanie: |
automatyczne sterowanie ruchu przez mikroprocesor, kontrola danych przez modem |
moc znamionowa: |
5x132 kW |
Minimalna prędkość wiatru: |
2,8 m/s |
Optymalna prędkość wiatru: |
13-25 m/s |
Maksymalna prędkość wiatru: |
25 m/s |
granica wytrzymałości: |
60 |
Budowa elektrowni wiatrowej.
Wał główny
Łożysko główne;
Rama gondoli;
Mechanizm skręcający;
Skrzynia biegów;
Hamulec;
Wał generatora;
Generator;
Stacja hydrauliczna;
Stacja meteo;
4.Energia Słoneczna :
To już końcowe lata XX wieku - czas na nasze intensywne refleksje w temacie ekologii. I jeśli się nie opamiętamy w porę, nie zaczniemy myśleć chociażby tylko o wnukach, to będziemy przeklinać naszą dzisiejszą bezmyślną rozrzutność, nasz dzisiejszy brak roztropności, której wynikiem będzie zniszczenie światowych zasobów energii. Już teraz jest zbyt mało czasu, aby ociągać się z dodaniem do listy światowych braków następnego - niedoboru zaopatrzenia w energię.
Na całym świecie prowadzone są prace, których efekty rozwiązałyby kryzys energetyczny i związane z nim katastrofy ekologiczne. Okazuje się, że jedynym, znanym obecnie źródłem energii, wystarczająco obfitym, by zaspokoić globalne potrzeby przez długi, praktycznie nieskończony czas, jest Słońce. Kwestią otwartą są badania, które umożliwiłyby stwierdzenie, do jakiego stopnia można by wykorzystać stały dopływ tego rodzaju energii.
Słońce jest bardzo atrakcyjnym źródłem mocy, a energia słoneczna dopływa prawie do każdego zakątka Ziemi. To potężne źródło energii, jakim jest ta bliska nam gwiazda, mogłoby zaopatrzyć w całą potrzebną moc wszystkich ludzi. Całkowita energia promieniowania słonecznego, docierającego w ciągu roku do powierzchni Ziemi, wynosi około 3,9 miliona eksadżuli, przy czym roczne zużycie energii przez ludzkość oszacowano na 350 eksadżuli. Moc wysyłanego przez Słońce promieniowania jest więc 15 tysięcy razy większa, niż potrzeby roczne mieszkańców Ziemi, a jej gęstość wynosi 1300[W/m2].
Pora zwrócić uwagę na metody pozyskiwania energii słonecznej, których na pewno nie zdominowała jedna technologia. W tabeli podano przybliżone wydajności zamiany energii słonecznej na pracę mechaniczną lub energię elektryczną różnych urządzeń, zwanych urządzeniami "słonecznymi". Uważny czytelnik zauważy duże zróżnicowanie prezentowanych wydajności.
Przybliżone wydajności zamiany energii słonecznej na pracę mechaniczną
lub energię elektryczną dla różnych urządzeń.1. Maszyny cieplne - kolektor 3 - 5 %2. Maszyny cieplne - układ skupiający 15-25 %3. Generator termoelektryczny - układ skupiający 20-30 %4. Generator termoelektryczny - kolektor 0.5-1 %5. Generator termoelektryczny - kolektor + układ skupiający 3-5 %6. Generator fotoelektryczny 3-30 %7. Systemy fotobiologiczne wykorzystujące rośliny wyższe 1-2 %8. Systemy fotobiologiczne wykorzystujące mikroorganizmy 2-3 %CENTER>
Trudno powiedzieć, żeby było to dobre kryterium selektywności wyboru ekologicznych systemów przetwarzania. Energia słoneczna nic nie kosztuje, a więc czynnikiem, który będzie w dużym stopniu decydował o wartości metody, jest całkowity koszt urządzenia przetwarzającego. Różnice tutaj mogą być znaczne, gdyż ocena metody zależy od wielu czynników. Chcę zwrócić uwagę, że urządzenia zasilane energią słoneczną mogłyby stanowić konkurencję dla innych metod otrzymania energii. Z różnych źródeł informacji dowiadujemy się, że miliony takich urządzeń są już w użyciu. Potwierdza to ich konkurencyjność, zwłaszcza na obszarach nieuprzemysłowionych. Dodatkowo na korzyść tych urządzeń przemawiają następujące fakty:
1. niepotrzebna jest kolektywna akcja zarządzania lub centralne planowanie;
2. możliwa byłaby rezygnacja z konieczności organizowania kosztownej sieci dystrybucyjnej.
Na dzisiejszym etapie wykorzystania urządzeń słonecznych należałoby się skupić na wytwarzaniu mocy na niewielkie potrzeby indywidualnego odbiorcy w rozproszonych i odizolowanych regionach. Może to wpłynąć chociażby na ustaloną formę egzystencji i problem przestaje być jedynie czysto technologiczny oraz ekonomiczny, lecz urasta do rangi socjologicznego.
KOLEKTORY SŁONECZNE
- podstawowy element instalacji słonecznej, jego zadaniem jest przekształcenie energii słonecznej w energię cieplną poprzez specjalną płytę absorpcyjną. Najczęściej stosuje się tzw. kolektory płaskie cieczowe.
Każdy kolektor tego typu składa się z:
przezroczystej szyby
powłoki absorpcyjnej
systemu rurek miedzianych w których przepływa ciecz solarna
ocieplenia od spodu
obudowy aluminiowej w której zamknięte są ww. elementy.
W zależności od użytych materiałów współczynnik pochłaniania energii słonecznej może osiągnąć wartość do 95-97%.
Kolektor rurowo-próżniowy
- jest on inaczej zbudowany niż kolektor płaski cieczowy. Oparty jest na szklanej rurze w środku której umieszczono cienki absorber z rurką metalową, wewnątrz której umieszczona jest jeszcze jedna rurka. Ciecz płynie wewnętrzną rurką i wpływając od dołu do zewnętrznej rurki, nagrzewa się przejmując ciepło od absorbera. Ten typ kolektora charakteryzuje się większą sprawnością niż kolektor płaski w okresie o zwiększonym zachmurzeniu.
Zakres stosowania coraz to bardziej urozmaiconych urządzeń wykorzystujących energię słoneczną, takich jak: grzejniki wody, destylatornie, suszarki, wytwornice wodoru, tlenu itp. mogą spowodować powstanie miejscowego "słonecznego" przemysłu energetycznego. Rozwój tego przemysłu musi być poparty odpowiednim ustawodawstwem, które gwarantowałoby np.: produkcję urządzeń w postaci umożliwiającej łatwe składowanie w miejscu przeznaczenia lub narzucałoby obowiązek instalowania przetworników energii słonecznej w instytucjach użyteczności publicznej - szkołach, szpitalach itp.
Problem lokalnej energetyki narzuca potrzeby globalnych działań, a rozwój energetyki słonecznej jest skierowany na usprawnienie przetwarzania tej energii w elektryczną.
Najczęściej stosowanymi i najbardziej badanymi metodami są: termiczna i fotoelektryczna. Istota metody termicznej to skupienie promieni słonecznych, które wytwarzają gorącą parę. Skierowana do napędzania turbin generatorów tak wytworzona para powoduje powstanie prądu elektrycznego. Odbywa się to podobnie, jak w klasycznych elektrowniach opalanych węglem. Druga z metod - fotoelektryczna - pozwala bezpośrednio uzyskać prąd elektryczny za pomocą baterii słonecznych. Działają one w oparciu o zjawisko fotowoltaiczne, zachodzące w półprzewodnikach.
Zjawisko to po raz pierwszy zaobserwował w 1839 roku francuski fizyk Edmond Becquerel. Światło ulega bezpośredniej zamianie na prąd elektryczny. Na złączu półprzewodnikowym powstaje napięcie, zaistniałe na skutek przemieszczania się wewnątrz materiałów elektronów wybitych z ich stabilnych położeń. Równowaga w półprzewodniku została naruszona właśnie przez padające fotony o odpowiedniej wartości energii. Ogniwa fotowoltaiczne są jednak wciąż zbyt kosztowne, ale ich przyszłość jako urządzeń przetwarzających rysuje się optymistycznie. Nowoczesne technologie do ich produkcji wprowadza się dopiero od niedawna, a wydajność tych przetworników jest, jak wykazują obliczenia, wyraźnie poniżej granic teoretycznych rozważań. Cena elektryczności pochodzącej z baterii słonecznych powinna spadać z upływem czasu, w którym są prowadzone badania. W przyszłym stuleciu, a to już tak niedługo, powinny one konkurować z konwencjonalnymi metodami wytwarzania prądu, a przede wszystkim energii użytecznej. Oczywiście należy rozwiązać jeszcze wiele trudności związanych chociażby z przechowywaniem, przesyłaniem i sprawniejszym zastosowaniem wytwarzanego prądu w fotoogniwach.
Opracowanie i upowszechnienie bardziej wydajnych ekonomicznie technologii pozyskania energii słonecznej wpłynie na nasze środowisko. Istnieje nadzieja, że zmniejszy się zanieczyszczenie powietrza, a globalne zmiany klimatu ulegną zahamowaniu.
5. Energia morza
Aktualnie wykorzystuje się energię pływów morskich, fal morskich oraz energię cieplną mórz. Przewiduje się wykorzystanie energii prądów morskich. Największa na świecie elektrownia pływowa, uruchomiona w 1967 r., pracuje we Francji przy ujściu rzeki La Rance do Kanału La Manche (k. Saint-Malo). Ma ona 24 turbiny wodne o mocy po 10 MW, a więc jej moc wynosi 240 MW. Elektrownie wykorzystujące pływy morskie pracują także w Kanadzie, Chinach i Rosji. Projektowane są w Wielkiej Brytanii, Korei Południowej i w Indiach. Elektrownie wykorzystujące energię fal morskich, napędzających turbiny wodne, pracują np. na norweskiej wyspie Toftestallen k. Bergen, dając moc 350 kW, oraz na wyspie Islay u wybrzeży Szwecji. Energię uzyskuje się też przez wykorzystanie różnicy temperatury wody oceanicznej na powierzchni i w głębi oceanu. Najlepsze warunki do tego celu istnieją na oceanicznych obszarach równikowych, gdzie temperatura wody na powierzchni wynosi ok. 30°C, a na głębokości 300-500 m - ok. 7°C. Wykorzystanie tej różnicy temperatury odbywa się przy zastosowaniu amoniaku, freonu lub propanu, który paruje w temperaturze wody powierzchniowej i jest skraplany za pomocą wody czerpanej z głębokości 300-500 m. Cała instalacja, wraz z generatorem, znajduje się na pływającej platformie i nosi nazwę elektrowni maretermicznej. Energia elektryczna jest przesyłana na ląd kablem podmorskim. Prąd wytwarzany w takich elektrowniach wykorzystywany jest na wyspie Bali w Indonezji (5 MW), w Japonii (10 MW), na Tahiti (5 MW) i na Hawajach (40 MW). .
Schemat ideowy elektrowni wykorzystującej pływy morskie.
W korzystnych warunkach topograficznych możliwe jest wykorzystanie pływów morza. Ujście rzeki wpływającej do morza i wysokie jej brzegi umożliwiają budowę zapory, pozwalającej na wpłynięcie wód morskich w dolinę rzeki podczas przypływu i wypuszczeniu ich poprzez turbiny wodne podczas odpływu, pokazaliśmy to na rysunku.
Największa na świecie taka elektrownia znajduje się we Francji. Ma ona 24 turbiny wodne rewersyjne o mocy po 10MW, a więc cała elektrownia ma moc 240MW. Pracuje od 1967 roku.
Takie elektrownie pracują również w Kanadzie, Chinach i byłym ZSRR, a są projektowane w Wielkiej Brytanii, Kanadzie, Korei Południowej i Indiach. Dla ekonomii pracy elektrowni wykorzystujących pływy nie jest bez znaczenia, że ich okres eksploatacji jest liczony na 100 lat. Wadami elektrowni tych jest zasalanie ujść rzek oraz erozja ich brzegów wskutek wahań wody, a także utrudnianie wędrówek ryb w górę rzek.
Wykorzystanie energii fal morskich.
Istnieją dwa rozwiązania wykorzystania energii fal morskich napędzających:
-turbinę wodną
-powietrzną.
W pierwszym rozwiązaniu woda morska pchana kolejnymi falami wpływa zwężającą się sztolnią do położonego na górze zbiornika. Gdy w zbiorniku tym jest wystarczająca ilość wody, wówczas przelewa się ona przez upust i napędza turbinę rurową Kaplana, sprzężona z generatorem. Po przepłynięciu przez turbinę woda wraca do morza. Wykorzystana jest więc przemiana energii kinetycznej fal morskich w energię potencjalną spadu.
Instalacja taka pracuje od 1986r. na norweskiej wyspie Toftestallen koło Bergen dając moc 350kW. Takie rozwiązanie jest znane pod skrótem OWC.
Schemat urządzejnia wykorzystującej energię fal morskich typu MOSC
komora żelbetonowa
przewód powietrzny
turbina i generator
przestrzeń powietrzna
oscylujące kolumna wody
wlot
piasek
skała
wylot
platforma
W drugim rozwiązaniu zbiornik jest zbudowany na platformach na brzegu morza. Fale wlewają się na podstawę platformy i wypychają powietrze do górnej części zbiornika. Sprężone przez fale powietrze wprawia w ruch turbinę Wellsa, która napędza generator. Rozwiązanie takie jest znane pod skrótem MOSC. Na rysunku pokazano schemat takiej elektrowni, zbudowanej na wyspie Islay u wybrzeży Szkocji. Norwegia buduje elektrownie wykorzystujące fale morskie o mocy 2MW na wyspie Tongatapu na południowym Pacyfiku. Elektrownię typu MOSC projektuje się obecnie w Szkocji. Będzie ona miała moc 2000MW i będzie składała się z modułów po 5MW. Będzie ona też ochraniała brzeg morski przed zniszczeniem.
Innymi sposobami wykorzystania energii fal morskich są "tratwy" (a - rys. poniżej) i "kaczki"(b). Każda "tratwa" składa się z trzech części połączonych ze sobą zawiasami i poruszających się na falach. Ruch fal porusza tłoki pomp znajdujących się w środkowej części "tratwy". Pompowana woda napędza turbinę sprzężoną z generatorem. Eksperymentalna "tratwa" pracuje koło wyspy Wight (Wielka Brytania).
Widok "tratwy" i schemat "kaczki" wykorzystującej energię fal morskich.
W przeciwieństwie do "tratw", które wykorzystują pionowy ruch fal, "kaczki" wykorzystują poziome ruchy wody morskiej. Łańcuchy "kaczek" umieszczone na długim pręcie podskakując na falach niezależnie od siebie wprowadzają w ruch tłoki pomp. Pompowana woda napędza turbiny. "Kaczki" o małej mocy służą od lat do oświetlenia boi.
Wykorzystanie energii cieplnej oceanu.
Przemiana energii cieplej oceanu to wykorzystanie różnicy temperatury wody na powierzchni i w głębi morza lub oceanu. Jest to możliwe na obszarach równikowych; woda morska ma tam na powierzchni temperaturę ok. 30 sC, a na głębokości 300-500m temperaturę ok. 7 şC. Wykorzystanie tej różnicy polega na zastosowaniu czynnika roboczego, który paruje w temperaturze wody powierzchniowej i jest skraplany za pomocą wody czerpanej z głębokości 300-500m. Czynnikiem takim jest amoniak, freon lub propan. Cała instalacja wraz z generatorem znajduje się na platformie pływającej.
Schemat ideowy elektrowni maretermicznej.
skraplacz
kocioł propanowy
kabel podmorski
Dużym problemem w takiej instalacji jest korozja materiałów w wodzie morskiej i osadzanie się na powierzchniach wymienników ciepła organizmów morskich, rozwijających się bujnie w ciepłej wodzie. Sprawność elektrowni maretermicznej wynosi 2,5% przy różnicy temperatury 20 sC, a 6% przy różnicy 40ş. Instalacje takie są konkurencyjne na obszarach, które są zasilane elektrowniami dieslowskimi, pracującymi na drogim paliwie. Energia taka jest wykorzystywana w Indonezji (5MW), Japonii (10MW), na TAHITI (5MW) i na Hawajach (40MW).
Ogniwa paliwowe, których zastosowanie pozwoli na efektywniejsze uzyskiwanie i większą produkcję energii elektrycznej niezbędnej do zasilania układów w samochodach zaprezentował amerykański koncern Delphi na wystawie Engine Expo 2001 w Stutttgarcie. Przedsiębiorstwo pracuje też nad reformerami służącymi do uzyskiwania wodoru z benzyny lub z oleju napędowego . Nowoczesne samochody są coraz bardziej naszpikowane elektroniką. Coraz więcej układów sterowanych jest przez procesory, a w konstrukcji aut pojawia się też coraz więcej silników elektrycznych i podzespołów zasilanych prądem, tj. układy nawigacji, systemy wspomagające pracę zawieszenia czy klimatyzacja. W najbliższej przyszłości znajdą zastosowanie takie rozwiązania, jak elektryczny układ kierowniczy drive-by-wire czy elektrycznie włączanie hamulców. Będzie więc rosła wartość mocy niezbędnej do sprawnego funkcjonowania aut, co niestety wymusza wzrost zużycia paliwa.
Jednym z pomysłów na rozwiązanie tego problemu jest zastosowanie ogniw paliwowych do wytwarzania prądu. Jeśli przyjmiemy, że używana obecnie prądnica dla wytworzenia 1 kW energii elektrycznej zwiększa zużycie paliwa o 1,5 l/100 km, to ogniwa paliwowe potrzebują go o 45% mniej, mimo że zasilane są bezpośrednio benzyną, a nie mechanicznie przez pasek klinowy.
Plazma- zjonizowany gaz zawierający w przybliżeniu takie same ilości ładunków ujemnych i dodatnich. Ze względu na specyficzne własności nazywany czwartym (obok ciała stałego, cieczy i gazu) stanem skupienia materii.
Pod względem właściwości elektrycznych plazma podobna jest do metalu . Ze względu na specyficzne zjawiska wyróżnia się plazmę zimną (o temperaturze rzędu 10 tys. K), która wykorzystywana jest w plazmomotronach , w napędzie plazmowym, w generatorach magnetohydrodynamicznych i gorącą (o temperaturze ponad 1 mln K) wytwarzaną w celu badania warunków powstawania kontrolowanej reakcji termojądrowej .
Na Ziemi plazma występuje rzadko (np. płomień), natomiast w przestrzeni kosmicznej stanowi najczęściej występujący stan materii - z plazmy zbudowane są niektóre gwiazdy (np. Słońce) i galaktyki .
Jonizacja, zjawisko odrywania elektronów od atomu. W jego wyniku z obojętnego elektrycznie atomu powstaje naładowany dodatnio jon i swobodne elektrony. Dla ciał stałych terminem jonizacji określa się zjawisko oddania elektronu z pasma walencyjnego do pasma przewodnictwa. Typowymi sposobami uzyskania jonizacji są zderzenia (promieniowanie jonizujące )z elektronami, jonami, atomami albo innymi cząstkami (alfa, protonami , mezonami itd.) lub kwantami promieniowania gamma , lub rentgenowskimi oraz jonizacja termiczna (termojonizacja). Wyróżnia się ponadto jonizację pierwotną i wtórną.
Stan skupienia, forma występowania danej substancji określająca jej podstawowe cechy fizyczne. Tradycyjnie wyróżniano trzy stany skupienia :ciało stałe , ciecz , gaz w XX w. dodano do nich dwa nowe: plazmę i kondensat nazywany płynną plazmą.
Bardziej precyzyjne jest pojęcie stanu fazowego, określające strukturę mikrocząstkową (atomową) materii. Wyróżnia się stany: krystaliczny (tzw. uporządkowanie dalekie cząsteczek), bezpostaciowy (uporządkowanie cząstek bliskich sobie, charakteryzuje on zarówno niektóre ciała stałe, np. ciał szkliste czy polimery, jak i ciecze) oraz gazowy (brak uporządkowania).
Zmianom stanów fazowych danej substancji towarzyszą przejścia fazowe .
Plazmotron, urządzenie służące do otrzymywania plazmy o temperaturze od 4 tys. do 30 tys. K na skutek ogrzania gazu w łuku elektrycznym lub w zmiennym polu elektromagnetycznym .
Generatory tyrystorowe
a) Zasada działania :
Zasilający transformator sieciowy służy do dopasowania napięcia zasilającego. Prostownik tyrystorowy przetwarza energię pobieraną z sieci prądu zmiennego na energię regulowanego prądu stałego. Dzięki temu napięcie wyjściowe generatora regulowane jest w sposób ciągły w zakresie od 10% do 100% napięcia znamionowego. Dławik wygładzający w obwodzie prądu stałego zapewnia bezprzewodowy przepływ energii z prostownika do falownika tyrystorowego i ogranicza prąd w przypadku wystąpienia zwarcia w odbiorniku. Falownik tyrystorowy pracuje w układzie pełnego mostka jednofazowego. Elektroniczny układ sterujacy generuje impulsy zapłonowe tyrystorów prostownika i falownika. Napięcie wyjściowe zadawane jest przy pomocy potencjometru zadającego lub innego układu nadrzędnego. Napięcie wyjściowe jest stałe, niezależnie od wahań napięcia w sieci i zmian oporności obciążenia. Przy przeciążeniach generator jest automatycznie wyłączany.
b) Zalety:
całkowita odporność na zwarcia
- wysoka sprawność przy pełnym obciążeniu i biegu jałowym
- automatyczne dostosowanie częstotliwości pracy do częstotliwości rezonansowej odbiornika, dzięki czemu zbędne są układy przełączające i regulatory do kompensacji mocy biernej
c) Zastosowanie :
- zasilanie pieców indukcyjnych tyglowych z wyłożeniem ceramicznym lub z tyglem grafitowym
- zasilanie nagrzewnic indukcyjnych
GENERATOR MAGNETOHYDRODYNAMICZNY -urządzenie przetwarzające bezpośrednio energię cieplną gazu (niekiedy ciekłego metalu) w energię elektr., przy wykorzystaniu zjawiska powstawania prądu elektr. w przewodniku (w tym wypadku gazie) poruszającym się w polu magnet. (indukcja magnet.); w g.m. zjonizowany gaz (plazma) o wysokiej temp. i ciśnieniu rozpręża się w dyszy uzyskując w ten sposób strumień o dużej prędkości, który następnie przepływa przez kanał umieszczony pomiędzy biegunami elektromagnesu , a więc przez pole magnet. o liniach prostopadłych do kierunku przepływu; w gazie indukuje się prąd elektr., którego przepływ związany jest z ruchem elektronów o ładunku ujemnym oraz - w kierunku przeciwnym - dodatnio naładowanych jonów; cząstki te gromadzą się na elektrodach (zwykle są to dwie ściany tunelu, przez który przepływa gaz) i powodują w obwodzie elektrod przepływ prądu stałego (przy jednorodnym i stałym polu magnet. oraz ustalonym przepływie gazu) lub zmiennego (gdy czynniki te zmieniają się cyklicznie); sprawność przemiany energii w g.m. jest relatywnie wysoka i waha się w granicach 50-60%, jednak zastosowanie g.m. w elektrowniach napotyka duże trudności związane z wymiennikami ciepła; obecnie zespoły o niższej sprawności stosowane są w skali półtechnicznej. Pierwszy laboratoryjny g.m. zbudowano 1959 w USA .
GENERATOR VAN DE GRAAFFA :
generator elektrostatyczny urządzenie do uzyskiwania wysokich stałych napięć elektr. ładunek dodatni odbierany z ostrza dodatniej elektrody jest przenoszony za pomocą pasa transmisyjnego do wnętrza drugiej elektrody w kształcie kulistej czaszy; generator ten wraz ze źródłem jonów oraz rurą akceleracyjną stanowi akcelerator Van de Graaffa używany do przyspieszania jonów do energii rzędu MeV.
Generator kwarcowy :
generator drgań elektrycznych małej mocy, ale wielkiej częstości, charakteryzujący się niezwykle dużą stabilnością drgań. Wykorzystano w nim własności piezoelektryczne kryształu kwarcu. Stabilność częstości dochodzi do 10-9 w zakresie od kilku kHz do kilkudziesięciu MHz. G. k. służy jako wzorzec częstości i wzorzec czasu. Zob. też zegar kwarcowy.
Generator akustyczny :
generator lampowy lub tranzystorowy wytwarzający harmoniczne drgania napięcia elektrycznego o częstościach drgań od 16 Hz do 20 kHz. Jest to zakres częstości fal dźwiękowych, które słyszy człowiek, jeśli tylko ich natężenie przekracza próg słyszalności.
GENERATOR GAZU : gazogenerator, czadnica,
urządzenie stanowiące rodzaj pieca do wytwarzania gazu palnego z paliwa stałego ( węgla , koksu ) poprzez jego spalanie przy niedoborze tlenu (spalanie redukcyjne).W g.g. przez warstwę rozżarzonego węgla lub koksu (temp. 800-1300oC) przepuszcza się tzw. czynnik zgazowujący: powietrze, parę wodną lub ich mieszaninę, otrzymując w rezultacie gaz powietrzny (generatorowy) wodny lub mieszany. Dużą efektywność zgazowania i korzystny skład gazu uzyskuje się w czadnicach nowego typu przy zastosowaniu mieszaniny przegrzanej pary wodnej i tlenu podawanej pod ciśnieniem ok. 2,3 MPa. G.g. wykorzystywane są głównie w hutach, koksowniach i gazowniach. Szczególny przypadek stanowiły g.g. stosowane w pojazdach z silnikami napędzanymi gazem powietrznym uzyskiwanym przez spalanie drewna.
Generatory magnetohydrodynamiczne :
W generatorze magnetohydrodynamicznym przewodnikiem prądu jest zjonizowany gaz, czyli plazma, o przewodności elektrycznej wielokrotnie mniejszej od przewodności elektrycznej wielokrotnie mniejszej od przewodności elektrycznej wielokrotnie mniejszej od przewodności elektrycznej przewodnika miedzianego .jako przewodnik prądu może być tu także zastosowany ciekły metal lub jego para.
Generatory termioniczne :
Działanie generatora termionicznego jest oparte na efekcie Edisona, który polega na wysyłaniu elektronów przez rozżarzoną powierzchnię . Efekt ten może być wykorzystywany do bezpośredniego przetwarzania ciepła w energię elektryczną. Urządzenie , które może być wykorzystywane do tego celu składa się z dwóch równoległych płyt metalowych , emitera wysyłającego elektrony i kolektora zbierającego te elektrony, umieszczonych w próżni. Generator Termioniczny jest urządzeniem o małej mocy. Generatory te doskonale nadają się do współpracy z reaktorem jądrowym jako źródłem ciepła.
Generatory termoelektryczne:
Działanie tego generatora jest oparte na zjawiskach termoelektrycznych. Najprostszy generator termoelektryczny składa się z dwóch termoelementów , wykonanych z różnych materiałów i połączonych ze sobą np: płytką miedzianą. Generatory termoelektryczne są przeznaczone do wytwarzania małych mocy i znajdują obecnie tylko zastosowanie, np: jako żródło prądu w pojazdach kosmicznych.
W obecnej chwili w naszym kraju niekonwencjonalne źródła energii pokrywają niespełna 1,5 % zapotrzebowania na energię. Tymczasem w przypadku naszej ojczyzny czyli Polski mogłyby one zabezpieczyć całkowicie zapotrzebowanie kraju na wszystkie rodzaje energii, pozwalając jednocześnie na uniknięcie degradacji środowiska naturalnego. Im szybciej uda się więc pokonać przeszkody stojące na drodze do intensywnego wykorzystania niekonwencjonalnych źródeł energii, tym łatwiejsze będzie rozwiązanie wielu problemów gospodarczych, ekologicznych i społecznych.
Energia czerpana ze źródeł odnawialnych jest przyjazna środowisku, właśnie to skłoniło nas jako przyszłych elektryków do tego aby zainteresować się tymi alternatywnymi źródłami energii. Sądzimy, że te oto źródła stanowią przyszłość.
Na zakończenie chcieliśmy przedstawić układ hydro budowy:
WIATR+SŁOŃCE+BGR
„RODZAJE ENERGII NIEKONWENCJONALNEJ, URZĄDZENIA DO PRZETWARZANIA ENERGII, OGNIWA PALIWOWE”
MUSZER MICHAŁ
KL V TECHNIKUM
„RODZAJE ENERGII NIEKONWENCJONALNEJ, URZĄDZENIA DO PRZETWARZANIA ENERGII, OGNIWA PALIWOWE”
DAMIAN JAWORSKI
KL V TECHNIKUM
Wyszukiwarka