Opracowanie OŹE

Wykonali: Maciej Olechnowicz

Mateusz Parafiński

Piochu

Uczyć się gamonie wstrętne!!

1. Pakiet 3x20 (tendencje rozwojowe, technologie )- (moce w krajach koszty i sprawności )

Pakiet "3x20" dotyczy: ograniczenia do 2020 roku emisji CO2 o 20 procent, zmniejszenia
zużycia energii o 20 procent, oraz wzrost zużycia energii z odnawialnych źródeł z obecnych
8,5 do 20 procent. Celem pakietu jest zmuszenie krajów UE do "zielonej rewolucji" w
przemyśle i energetyce: odejścia od wysokoemisyjnego węgla na rzecz odnawialnych źródeł
energii oraz oszczędzania energii. Zdaniem większości PE pakiet gwarantuje równowagę
między koniecznością troski o środowisko a interesami przemysłu.

2. Energetyka wiatrowa

- Tendencje rozwojowe w Polce – wiatraki
Pierwsza turbina wiatrowa w Polsce została zainstalowana w 1991r.
Do roku 2005 energetykę wiatrową w Polsce cechował mały postęp. Po roku 2006 nastąpił
znaczny wzrost liczby instalowanych turbin wiatrowych, jak i farm wiatrowych.
Aktualnie na terenie Polski znajduje się kilka farm znacznej wielości takich jak: Margonin czy
Tychowo. Obecnie w Polsce jest tendencja do budowania farm wiatrowych, zamiast
pojedynczych wiatraków.

-Maszyny elektryczne w wiatrakach ( silniki , transformatory )
Generatory – przetwarzają energię mechaniczną silnika wiatrowego na energię elektryczną
przy stałej lub zmiennej prędkości obrotowej wału silnika

-generetory indukcyjne – pracują z prawie stałą prędkością obrotową,
- genetaroty synchroniczne muszą mieć przekształtnik i układ regulacji wzbudzenia, w
nowszych generatorach wzbudzenie jest wywołane przez magnesy stałę,

Generatory powinny cechować:

- duża niezawodność tzn. długa praca bez wymiany i konserwacji

-współczynnik mocy cos (fi) powinien być bliski 1,

-udział wyższych harmonicznych w prądzie powinien być minimalny,

-powinny być utrzymane stałe parametry sieci: częstotliwość i poziom napięcia
ich prędkość obrotowa do 1500-3000 obr/min, uzyskujemy ją poprzez przekładnie

która zwiększa prędkość obrotową wału głównego która waha się w przedziale 30-80
obr/min

Transformatory :

Prądnice elektrowni wiatrowych maja przeważnie napięcie 690V

Ważnymi wymaganiami stawianymi transformatorom elektrowni wiatrowych są ich gabaryty

i masa, umożliwia to zainstalowanie transformatora wewnątrz wierzy.
Np. transformator SLIM o zredukowanej masie o 1000kg, zbudowany w oparciu o wysokiej jakości
materiały izolacyjne co pozwoliło na zwiększenie obciążalności termicznej transformatora. Kolejnym
parametrem jest zmniejszenie ilości oleju chłodzącego, a podniesienie maksymalnej temperatury
pracy.

-Charakterystyki turbin wiatrowych
Na stronie 37 w książce Jastrzębskej

-Potentaci i największe turbiny

Potentetów mogłby ktoś dopisać na szybkości

- Enercon, E- 126największa turbina o mocy 7,5 MW
- Nordex, N80 – 2,5MW
- Siemens, największa i zarazem najbardziej innowacyjna turbina wiatrowa o mocy 6MW a
średnicy wirnika zaledwie 75m
- Vestas. V164 o mocy 7MW ale nie wiem czy to nie jest dopiero koncept. (może już gdzieś
jest zainstalowana)

- opisać farmy wiatrowe z przykładami
- Margonin 120MW – 60 wiatraków po 2 MW każdy
- Karścino 90 MW – 60 wiatraków
- Karcino 51 MW – 17 wiatraków

- zalety i wady wiatraków
Zalety:
Znaczne zredukowanie zanieczyszczenia środowiska,
Zmniejszenie zużycia energii ze źródeł nieodnawialnych,
Zagospodarowanie nieużytków
Nowe miejsca pracy
Oszczędności na surowcach – energia wiatrowa jest bezpłatna
Wady:
Duże rozproszenie elektrowni
Wprowadzenie zakłóceń do sieci energetycznych
Wysoki poziom hałasu, szkodliwe ultradźwięki ( szczególnie stare turbiny)
Zakłócanie fal ultradźwiękowych
Konieczność stosowania akumulatorów energii
Zakłócanie krajobrazu
Zagrożenie dla ptaków
Wysokie koszty inwestycyjne

3. Energetyka Wodna

- największe elektrownie wodne (zapory i ich wysokości )

- Zapora ROGUN w Tadżykistanie 335m
- Grande Dixence 285m w Szwajcarii – najwyższa w Europie
- Itaipu 196m – W Ameryce Południowej na rzece Parana
- Tama 3 przełomów 185m Chiny

- projektowanie dużych obiektów wodnych (np. Jangcy)

Itaipu – przy budowie po stronie Brazylii wycięto las na powierzchni 65000 ha. Po

zakończeniu budowy obszar ten ponownie zalesiono. Na terenie elektrowni, ze względu na
różnice poziomów wód, wybudowano specjalny kanał dla ryb o długości 10km.

Jangcy – Hydroelektrownia Three Gorges ( Tama Trzech Przełomów)łączny okres jej

budowy trwał 13 lat. Jej szerokość t o3km, a wysokość 185m. Napełnianie zbiornika trwało
od roku 2003 do 2009. Tama pełni 3 zadania”: spiętrzenie wody do wytwarzania energii

elektrycznej, jak i zapobieganie powodziom, oraz ułatwienie żeglugi śródlądowej. Moc
elektrowni to 17,7 GW.

- turbiny wodne i ich typy opisać

- przepływowe, na rzekach nizinnych
- regulacyjne, magazynowanie wody w zbiornikach i przetwarzanie jej na energię
elektryczną w miarę zapotrzebowania,
- kaskadowe, z wieloma zbiornikami wodnymi, pozwala to na lepsza regulację
magazynowanie i przetwarzanie wody, dobre zabezpieczenie przeciwpowodziowe.
- pompowo szczytowe, w których przetwarzanie energii elektrycznej na energię
potencjalną wody odbywa się w godzinach nocnych, a następnie zawraca się energię
do sieci w godzinach szczytowych w ciągu dnia.

4. Fotowoltaika

Najpowszechniejszym materiałem do produkcji ogniw jest krzem monokrystaliczny i polikrystaliczny
Fotowoltaika jest dziedziną zajmującą się wytwarzaniem energii elektrycznej z odnawialnego źródła
jakim jest Słońce. Ogniwa fotowoltaiczne wykorzystują efekt fotoelektryczny wewnętrzny do
generacji energii elektrycznej prądu stałego. Efekt ten polega na podwyższeniu poziomu
energetycznego elektronu po przechwyceniu kwantu światła. Najprostsze ogniwo fotowoltaiczne
zbudowane jest z warstwy półprzewodnika, katody, anody i podłoża.
Ogólnie można wyróżnić następujące typy fotoogniw:
- zbudowane na podłożu krzemowym (I generacja)
- zbudowane na podłożu z arsenku galu (II generacja),
- zbudowane na podłożu polimerowym (III generacja).

Rozwiązania technologiczne

3 typy ogniw krzemowych:

-monokrystaliczne
-polikrystaliczne
-cienkowarstwowe (krzem bezpostaciowy)

Najpowszechniejszym materiałem do produkcji ogniw jest krzem monokrystaliczny i polikrystaliczny.
Ogniwa krzemowe stanowią aż 80% światowej produkcji. Na produkcję ogniw krystalicznych
znaczący wpływ miały badania i opracowania dotyczące metody hodowania monokryształów metali,
tzw. metoda wyciągana. Szybkość wyciągania kryształu musi być dokładnie taka jak szybkość
krystalizacji, różnej dla różnych materiałów. Otrzymane druty są monokryształami danego materiału.
Monokrystaliczne ogniwa krzemowe są wykonane z płytek o przekroju kołowym i przycinane do
przekroju kwadratowego ( przeważnie wym. 10 x 10 o ściętych narożnikach )Polikrystaliczne ogniwa
są produkowane w postaci prostopadłościennych bloków, a następnie cięte na prostokątne płytki, w
których formuje się bariera potencjału.

NOWE TECHNOLOGIE:
Zaliczamy do nich m.in.: stosowanie krzemu amorficznego-urządzenia małej mocy, stosuje się tu
technologię cienkowarstwową o materiale półprzewodnikowym grubości kilku mikronów
naniesionym na tanie podłoże, co pozwala na redukcję kosztów. Do tej chwili nie rozwiązanym
problemem w porównaniu do tradycyjnych ogniw amorficznych jest ich szybsze starzenie się.

Ogniwo barwnikowe zbudowane po raz pierwszy w 1989r. Na szklane podłoże zostaje naniesiona
warstwa dwutlenku tytanu TiO2. Po spiekaniu staje się ona porowata i uzyskiwana jest duża
powierzchnia. Ogniwo to zaliczamy do kategorii; fotoelektrochemicznej. Gł. Cecha-pochałanianie
światła i rozdział nośników ładunku w różnych materiałach. Obecnie drogie max sprawność ~10%.
Rozwiązanie fotowoltaiczno-fototermiczne –możliwość konwersji kombinowanej; czynnik chłodzący
przepływa kanałami pod ogniwami. Jest to jednocześnie sposób na eliminację negatywnego wpływu
temperatury dla pracy ogniwa oraz obniżki sprawności.
Rozwiązanie PV/T –korzystnie jest stosować ogniwa z krzemu amorficznego. Mają małą sprawność, a
także małą ujemną zależność od temperatury. W odróżnieniu od ogniw krzemowych
monokrystalicznych, czasami posiadają dodatni współczynnik temperatury.

Ogniwo termo fotowoltaiczne –działanie na zasadzie konwersji promieniowania podczerwonego, ale
mogą pracować również przy wykorzystaniu promieniowania cieplnego. Ich stosowanie zapewnia
większą sprawność konwersji paliwa na elektryczność, a także umożliwia zasilanie odizolowanych
obiektów. Uzyskana moc z prądnicy jest 60-krotnie większa niż w przypadku konwersji
fotowoltaicznej.

Potentaci

Kraje przodujące w produkcji ogniw fotowoltaicznych w 2006r.
Kraj

[%]

Japonia

36,4

Niemcy

20,0

Chiny

15,1

Pozostałe kraje Europy

8,2

USA

6,8

Tajwan

6,7

Obszary i dziedziny


Głównymi obszarami zastosowań fotoogniw są:



urządzenia elektroniczne powszechnego użytku;
- Znajdują zastosowanie w zegarkach, kalkulatorach, radiach czy ładowarkach baterii.



systemy wolno stojące;
- Najistotniejsze z grup, dostarczają od kilku-kilku tys. watów. Pozwalają na zasilanie
oświetlenia,

telefonów

awaryjnych

na

autostradach,

latarni

morskich,

stacji

meteorologicznych, sygnalizacji ostrzegawczej i znaków drogowych czy zasilania sterowania
systemów kolejowych. Takie systemy są niezawodne i nie wymagają obsługi.



systemy dołączone do sieci elektroenergetycznych;
Nie wymaga on akumulatorów, a przez zastosowanie wysokosprawnego falownika pozwala
na uzyskanie współczynnika sprawności większego od 0,8. Wyróżnić tu można 3 grupy
instalacji: małe poniżej 10kW, średnie do 100 kW, wielkie >100. Przykładem zastosowania
ogniw słonecznych w budownictwie jest dworzec kolejowy Lehrter w Berlinie czy dom
słoneczny Heliotrop, obracający się ku Słońcu. Do nowoczesnych inwestycji zalicza się parki
solarne oraz ochrona antykorozyjna rurociągów gazowych i naftowych umieszczonych pod
ziemią.



systemy hybrydowe;
-Pracują na zasadzie wykorzystywania sposobów wytwarzania energii np. współpraca z
kolektorem słonecznym, co pozwala uniknąć negatywnego wpływu temp. na pracę ogniwa,
wykorzystując energię cieplną oraz zwiększając sprawność konwersji. Przykładem takiego
systemu jest również współpraca instalacji słonecznej i turbiny wiatrowej w stacji
meteorologicznej i latarni morskiej na wyspie Granite Island, gdzie energia jest najpierw
generowana, a potem magazynowana w bateriach.



urządzenia wojskowe i kosmiczne.
-Przykładem jest tutaj statek kosmiczny typu Helios, w którym baterie słoneczne zostały
zastosowane do zasilania o łącznej pow. 184m2

- Energetyka w Polsce (MEW)

Mała elektrownia wodna (MEW) – elektrownia wodna o mocy zainstalowanej poniżej 5 MW. To
kryterium stosuje się w Polsce oraz w niektórych krajach Europy zachodniej. W większości państw
Unii Europejskiej do małych elektrowni zalicza się te o mocy do 10 MW, poza
krajami skandynawskimi,

Szwajcarią i Włochami, gdzie za "małe" uznaje się elektrownie do 2 MW.

Małe elektrownie wodne wykorzystują środowisko przyrodnicze, stąd mają licznych zwolenników i
przeciwników. Uznawane są za odnawialne źródła energii, a ich właściciele uzyskują certyfikat
wytworzenia tzw. zielonej energii

. Towarzyszące elektrowni wodnej urządzenia hydrotechniczne oraz

sama elektrownia wpływają, zarówno korzystnie jaki i niekorzystnie, na bilans hydrologiczny i
geomorfologiczny okolicy oraz

biocenozę rzeki.

Na małą elektrownię wodną składa się:



próg piętrzący rzekę: stały (piętrzący wodę do stałego poziomu) lub ruchomy (o zmiennej
wysokości piętrzenia poziomu wody),



budynek elektrowni z siłownią (urządzenia elektryczne produkcyjne i przesyłowe, turbiny),



kanał doprowadzający i odprowadzający wodę z turbin,



opcjonalnie: przepławka.

Kryterium spadu:
-niskospadowe 2-20m
-średniospadowe do 150m
-wysokospadowe powyżej 150m
- pływające po rzece
-derywacyjne.
W MEW stosuje się turbiny:
- Peltona
- Turgo
- Franzisa do dużego spadu wody – do 400m
- Kaplana
- Banki-Mitchella

Sprawność MEW wynosi ok 30%, a doskonalsze konstrukcje maja sprawność nawet do 90%

Zalety małych elektrowni wodnych



nie zanieczyszczają środowiska i mogą być instalowane w licznych miejscach na małych ciekach
wodnych;



zwiększają tzw. małą retencję wodną (poziom wód gruntowych) na obszarze powyżej progu;



zmniejszają erozję denną powyżej progu;



mogą być zaprojektowane i wybudowane w ciągu 1-2 lat, wyposażenie jest dostępne
powszechnie, a technologia dobrze opanowana



mogą być wykonywane przy użyciu miejscowych materiałów i siły roboczej, a ich prostota
techniczna powoduje wysoką niezawodność oraz długą żywotność



nie wymagają licznego personelu i mogą być sterowane zdalnie



rozproszenie w terenie skraca odległość przesyłu energii i zmniejsza związane z tym koszty;

 wysokie dotacje i korzystne warunki kredytowania budowy MEW.

Wady

małych elektrowni wodnych



powstanie długiej cofki (przeciętnie kilkaset metrów) powyżej progu: zamulenie koryta,
pogorszenie jakości wody i jej zdolności do samooczyszczania, przegrzewanie się wody w rzece
w okresie upałów, zmniejszenie natlenienia wody, osadzanie i kumulowanie się na dnie mułu,
zanieczyszczeń, substancji toksycznych;



naruszenie równowagi biologicznej rzeki i zubożenie ekosystemu wodnego: zanik gatunków ryb
prądolubnych i zimnolubnych w obszarze cofki, podział jednolitej populacji ryb na dwie
subpopulacje powyżej i poniżej przegrody, zanik tarlisk w obrębie oddziaływania MEW;



uniemożliwienie migracji ryb (przy braku przepławki) lub drastyczne utrudnienie ich migracji (przy
istniejącej przepławce) – jako podstawowej funkcji życiowej organizmów wodnych;



problemy w korycie poniżej przegrody: zwiększenie erozji dennej, zanik żwiru, obniżenie dna rzeki
oraz poziomu wód gruntowych;



niska wydajność energetyczna w porównaniu z innymi odnawialnymi źródłami energii;



wysokie koszty budowy powodujące nieopłacalność inwestycji bez dotacji;



niestabilność dostaw prądu do sieci, związana z wahaniami przepływów w rzece;



uszkodzenia ryb przechodzących przez niektóre rodzaje turbin;



protesty społeczne towarzyszące budowie i eksploatacji MEW.

- Jak wygląda rozwój energetyki wodnej i wiatrowej w Polsce
Wodna: obecnie w Polsce wykorzystuje się ok 12 % potencjału energetycznego wody. Moc dużych
elektrowni w Polsce stanowi 2042MW a MEW 116,5 MW. Pierwsze MEW’y powstały w Polsce u
schyłku XIXw. Przed wojną było ich 8000, obecnie pozostało z nich zaledwie 25% z czego większość w
złym stanie. Planuje się odbudowę tych elektrowni – turbiny kielichowe
Nowe technologie pozwalające na rozwój MEW:
- turbiny Archmiedesa
- turbiny VLH
- układ elektryczne rozwiązujące problem bardzo wolnych obrotów oraz znacznej zmienności spadów
na rzekach nizinnych
- systemy elektronicznego sterowania i optymalizacji pracy elektrowni
- skuteczne bariery ochronne dla ryb

Potencjał MEW:
Teoretyczny: 13,4 TWh/rok
Techniczny: 5,0 TWh/rok
Ekonomiczny 2,5 TWh/rok

WIATR:
- W 2020 r. elektrownie wiatrowe będą najtańszym odnawialnym źródłem energii elektrycznej -
technologią, w której koszty produkcji energii będą porównywalne z kosztami produkcji energii
elektrycznej w funkcjonujących elektrowniach jądrowych.
- Prognoza rozwoju energetyki wiatrowej przewiduje zainstalowanie mocy wynoszącej ok. 13 GWe w
2020 r. – w tym 11 GWe w lądowych farmach wiatrowych, 1,5 GW w morskich farmach wiatrowych
oraz 600 MW w małych elektrowniach wiatrowych.
- Udział elektrowni wiatrowych w produkcji energii elektrycznej będzie szybko wzrastać, do 24% w
2020 r. i prawie 45% w 2030 r.
- Energetyka wiatrowa to jedna z najtańszych opcji technologicznych redukcji emisji CO2. Zgodnie z
opracowanym scenariuszem, redukcja emisji CO2 do atmosfery za sprawą energetyki wiatrowej
wyniesie 33 mln ton w 2020 r., z dalszym potencjałem wzrostu do 65 mln ton w 2030 r.
- Prognozowany jest wzrost liczby zatrudnionych w energetyce wiatrowej z ponad 2000 osób
(ekwiwalent pełnoetatowych stanowisk pracy) w 2008 r. do 66 tysięcy w 2020 r.
- Rozwój energetyki wiatrowej wpłynie na lokalną aktywizację gospodarczą.
- W 2020 r. do kas gminnych z tytułu podatku od nieruchomości może wpłynąć nawet 212 mln zł/rok
(ok. 2% wszystkich przychodów własnych gmin wiejskich, a w gminach o korzystnych warunkach
wietrzności nawet do 17 %).
- Przychody dzierżawców (rolników) z terenów pod elektrownie wiatrowe w 2020 r. mogą wynosić
ponad 100 mln zł/rok.
- Energetyka wiatrowa wniesie istotny wkład w realizację Dyrektywy 2009/28/WE, w perspektywie
2020 r. Przy prognozowanym w niniejszym raporcie osiągnięciu przez Polskę 21% udziału
wyprodukowanej zielonej energii w zużyciu energii finalnej brutto w 2020 roku, energetyka wiatrowa
dostarczyłaby 14,5% całości energii z OZE.
- Udział energetyki wiatrowej w zużyciu zielonej energii elektrycznej może wzrosnąć z obecnych ok.
15% do ponad 62% w 2020 r., a jej udział w zużyciu energii finalnej brutto może osiągnąć 3,8%.