1
Wpływ energetyki
na
ś
rodowisko
Wykład XIV
Wpływ energetyki na
ś
rodowisko wyra
Ŝ
a si
ę
przed
przede wszystkim w oddziaływaniu na:
powietrze atmosferyczne - zwi
ą
zany z emisj
ą
zanieczyszcze
ń
zawartych w spalinach
powierzchni
ę
ziemi – zwi
ą
zane ze
składowaniem
odpadów paleniskowych
wody podziemne – np. pobierane do celów
technologicznych
wody powierzchniowe – zrzut wód
pochłodniczych, tak
Ŝ
e problem elektrowni
wodnych
przyrod
ę
i krajobraz – oddziaływanie to ma
charakter potencjalny i odnosi si
ę
do lokalizacji
np. elektrowni konwencjonalnych oraz du
Ŝ
ych
farm wiatrowych
2
1. Energetyka konwencjonalna
Schemat działania elektrociepłowni konwencjonalnej
3
Energetyka konwencjonalna
W konwencjonalnej elektrowni
kondensacyjnej nast
ę
puje w procesie
spalania zamiana energii chemicznej
paliwa w energi
ę
ciepln
ą
pary, nast
ę
pnie
energia cieplna zamieniana jest w energi
ę
kinetyczn
ą
, a ta z kolei w energi
ę
elektryczn
ą
. Zarówno energia elektryczna
jak i energia cieplna przesyłana jest liniami
elektroenergetycznymi, czy te
Ŝ
sieci
ą
wodoci
ą
gow
ą
do odbiorców.
Energetyka konwencjonalna
4
Oddziaływanie na powietrze
atmosferyczne
emisje z elektrowni konwencjonalnych
urz
ą
dzenia do ograniczania
zanieczyszczenia powietrza – urz
ą
dzenia
odpylaj
ą
ce (zasadnicze, zasilaj
ą
ce,
wentylacyjne, obiegi wtórne, aparatura
pomiarowa)
w elektrowniach stosuje si
ę
: elektrofiltry,
odpylacze mechaniczne, wielostopniowe
Oddziaływanie na powietrze
atmosferyczne
Na
ś
rodowisko oddziaływaj
ą
przede wszystkim
produkty spalania paliw, a wi
ę
c pochodz
ą
ce z
obiegu paliwowego elektrowni. Nale
Ŝą
do nich:
spaliny, zawieraj
ą
ce niewychwycony przez
odpylacze popiół lotny (pył), dwutlenek siarki,
tlenki azotu, tlenek w
ę
gla, popiół lotny
wychwycony przez odpylacze spalin,
Ŝ
u
Ŝ
el spod
kotłów, odpady i
ś
cieki z instalacji odsiarczania
spalin.
W obiegu paliwowym nast
ę
puje tak
Ŝ
e pylenie
powierzchniowe: przy rozładunku, składaniu
czerpaniu w
ę
gla ze składów, jak równie
Ŝ
przy
transporcie, składowaniu i załadunku popiołu i
Ŝ
u
Ŝ
la.
5
Oddziaływanie na powietrze
atmosferyczne
Ograniczanie zanieczyszcze
ń
:
zmniejszanie emisji tlenków azotu
uszlachetnianie surowca (zgazowanie w
ę
gla,
oczyszczanie spalin kotłowych)
zmniejszanie ilo
ś
ci NO
x
powstaj
ą
cych w
procesie spalania w kotłach (spalanie
dwustrefowe, palniki o specjalnej konstrukcji,
recyrkulacja spalin, doprowadzenie wody i pary
do strefy spalania, zmniejszenie nadmiaru
powietrza, obni
Ŝ
enie temperatury gor
ą
cego
powietrza
Wykorzystanie wody w procesach
wytwarzania energii elektrycznej
produkcja pary w obiegu wodno-parowym
ochładzanie pary w obiegu chłodz
ą
cym
skraplacze
szczególne wymagania dotycz
ą
ce jako
ś
ci
wody
6
Zapotrzebowanie elektrowni
na wod
ę
:
chłodz
ą
c
ą
do chłodzenia i skraplania pary w
procesie wytwarzania energii elektrycznej
(główny problem oddziaływania na
ś
rodowisko)
ruchow
ą
do chłodzenia ło
Ŝ
ysk pomp, silników,
generatorów, turbin, chłodzenia transformatorów
olejowych (3-5%)
kotłow
ą
do uzupełniania strat w obiegu wodno-
parowym
do transportu hydraulicznego odpadów
paleniskowych oraz do utrzymania czysto
ś
ci
(korzysta si
ę
ze
ś
cieków powstaj
ą
cych w
elektrowniach)
do zaspokojenia potrzeb gospodarczo-
higienicznych załogi i ochrony ppo
Ŝ
.
Emitery hałasu w elektrowniach
urz
ą
dzenia na składowiskach w
ę
gla
(maszyny rozładowcze, kruszarki, młyny
w
ę
gla)
chłodnie kominowe i wentylatorowe
(równie
Ŝ ź
ródło roszenia przyległych
terenów)
transformatory
wył
ą
czniki powietrzne wysokiego napi
ę
cia
7
Inne problemy hała
ś
liwo
ś
ci
energetyki
wydmuchy pary z zaworów
bezpiecze
ń
stwa (zwłaszcza
rozruchowych)
wydmuchy spr
ęŜ
onego powietrza
hała
ś
liwa praca wentylatorów powietrza i
ich przewodów ss
ą
cych
Zabiegi zapobiegaj
ą
ce nadmiernej
hała
ś
liwo
ś
ci urz
ą
dze
ń
energetycznych
uwzgl
ę
dnienie w opracowywaniu konstrukcji i
technologii nowych urz
ą
dze
ń
odpowiednia eksploatacja i konserwacja urz
ą
dze
ń
i
zabezpiecze
ń
zabezpieczenie stanowisk obsługi
stosowanie indywidualnych
ś
rodków
zabezpieczaj
ą
cych
zwi
ę
kszenie chłonno
ś
ci akustycznej pomieszcze
ń
racjonalne usytuowanie budynków, pomieszcze
ń
i
urz
ą
dze
ń
8
Główne czynniki wpływaj
ą
ce na
stan terenu, lasów i gleb
wykorzystanie powierzchni przez elektrownie
(moc turbozespołów, parametry pracy kotłów i
turbin, rodzaj paliwa, system chłodzenia
skraplaczy turbin
powierzchnia składu w
ę
gla, zbiorników na olej
opałowy i gaz ziemny, całkowita powierzchnia
zbiornika wody chłodz
ą
cej
powierzchnia stacji elektroenergetycznej
wysokiego napi
ę
cia
powierzchnia terenu zajmowanego przez
napowietrzne linie elektroenergetyczne
Procesy degradacji gleb zwi
ą
zane z
obecno
ś
ci
ą
zanieczyszcze
ń
w powietrzu
nadmierne zakwaszenie
alkalizacja
akumulacja substancji szkodliwych dla
ś
wiata ro
ś
linnego
problem – odpady paleniskowe:
ź
ródło
zanieczyszcze
ń
atmosfery (pylenie
składowisk)
9
2. Energetyka j
ą
drowa
Co to jest reaktor j
ą
drowy?
Energia pochodzi z
reakcji rozszczepienia
j
ą
der w rdzeniu
reaktora
Reaktory:
energetyczne,
naukowo-badawcze,
militarne
10
Reaktory energetyczne
Elektrownie j
ą
drowe – bezpieczne i
ekologiczne
ź
ródła energii
Energia w postaci ciepła zamieniana jest
na energi
ę
elektryczn
ą
Analogia do elektrowni w
ę
glowej – energia
cieplna ze spalania w
ę
gla.
Obiegi technologiczne
elektrowni j
ą
drowej
1.
Pierwotny: rozszczepienie atomów,
wytwarzanie energii cieplnej w reaktorze
j
ą
drowym, przekazanie do obiegu
wtórnego w wymienniku
2.
Wtórny: dalsze ogniwa wytwarzania
energii elektrycznej
11
Idea działania reaktora
Reakcja rozszczepiania
j
ą
der promieniotwórczych
(Uran)
235
U
92
+
1
n
0
=> [
236
U
92
]* =>
141
Ba
56
+
92
Kr
36
+ 3
1
n
0
+ Q
Reakcja ła
ń
cuchowa,
samopodtrzymuj
ą
ca si
ę
MASA KRYTYCZNA –
bez niej niemo
Ŝ
liwa jest
reakcja ła
ń
cuchowa
Rozszczepienie j
ą
dra uranu 235
powolnym neutronem
Idea działania reaktora
Warunkiem
samopodtrzymywania si
ę
reakcji jest, aby w reakcji
rozszczepienia był
wytwarzany co najmniej
jeden neutron zdolny
wywoła
ć
nast
ę
pne
rozszczepienie. Gdy w
ka
Ŝ
dej reakcji
rozszczepienia b
ę
dzie
powstawa
ć ś
rednio
wi
ę
cej ni
Ŝ
jeden takich
neutronów, reakcja
rozwinie si
ę
lawinowo,
gdy mniej reakcja
ła
ń
cuchowa wyga
ś
nie.
12
Porównanie elektrowni tradycyjnej (a)
i j
ą
drowej (b)
• Dobrze zaprojektowana i
obsługiwana elektrownia
j
ą
drowa jest ekologiczna i
całkowicie bezpieczna w
przeciwie
ń
stwie do klasycznej
elektrowni opałowej
(w
ę
glowej, gazowej etc.).
• Elektrownie konwencjonalne =
odpady (hałdy pow
ę
glowe)
i gazy cieplarniane
• Elektrownia j
ą
drowa nie
emituje szkodliwych gazów
• Koszty eksploatacji elektrowni
j
ą
drowej s
ą
mniejsze
Wymagania stawiane
elektrowniom j
ą
drowym
dotycz
ą
ce usytuowania (odległo
ść
od
siedzib ludzkich, wpływ na
ś
rodowisko –
ro
ś
liny, zwierz
ę
ta, ludzie)
dotycz
ą
ce odpadów (usuwanie odpadów
promieniotwórczych, kontrola
strefy ochronne
13
Dlaczego ludzie boj
ą
si
ę
energetyki j
ą
drowej?
Brak wiedzy i radiofobia (Czarnobyl)
Lobby energetyki w
ę
glowo-naftowej
Nieprzemy
ś
lanie działania grup
pseudoekologicznych
S
ą
siedzi Polski maj
ą
elektrownie
j
ą
drowe
Energetyka j
ą
drowa – jedyna szansa na
niezale
Ŝ
no
ść
energetyczn
ą
kraju
test ''Ivy Mike'', pierwsza na
ś
wiecie eksplozja termoj
ą
drowa
14
Najwi
ę
ksze awarie elektrowni
j
ą
drowych
1979 – Three Mile Island
1986 - Czarnobyl
Na Ziemi to nie człowiek pierwszy wykorzystał energi
ę
j
ą
drow
ą
…
2 miliardy lat temu „pracowały” tzw. reaktory naturalne.
Najbardziej znanym jest naturalny reaktor w miejscowo
ś
ci
Oklo w południowo-wschodnim Gabonie (Afryka)
15
3. Nowe rozwi
ą
zania w energetyce
Nowe technologie
wzbogacanie w
ę
gla kamiennego (zmniejszanie
zasiarczenia i zapopielenia)
stosowanie kotłów fluidalnych (mo
Ŝ
liwo
ść
znacznego odsiarczania – 90% i odazotowania
– 85% paliwa w procesie spalania
wykorzystanie układów gazowo-parowych
(pozwalaj
ą
na podniesienie sprawno
ś
ci
wytwarzania energii elektrycznej z 35% do 45-
50%)
zagazowanie paliw stałych (pozwala na spalanie
w elektrowniach „czystego” paliwa)
16
Niekonwencjonalne metody
wytwarzania energii
energia geotermiczna (mo
Ŝ
liwo
ś
ci w
Polsce)
wykorzystanie energii słonecznej
wykorzystanie energii wiatru
wykorzystanie energii fal morskich
wykorzystanie biomasy (plantacje
energetyczne, np. wierzba energetyczna)
inne: metoda magnetohydrodynamiczna
(MHD), ogniwa paliwowe, wodór
Czy turbiny wiatrowe s
ą
hała
ś
liwe?
Elektrownia wiatrowa, jak ka
Ŝ
de urz
ą
dzenie techniczne,
emituje d
ź
wi
ę
k. Prawidłowo zlokalizowane elektrownie
wiatrowe, dzi
ę
ki zastosowaniu wielu rozwi
ą
za
ń
słu
Ŝą
cych ekranowaniu emisji d
ź
wi
ę
ku, nie s
ą
hała
ś
liwe.
Praca elektrowni wiatrowych posadowionych w
odległo
ś
ci kilkuset metrów od domostw i zabudowa
ń
gospodarskich nie jest w ogóle słyszalna, z uwagi na to,
Ŝ
e d
ź
wi
ę
k emitowany przez obracaj
ą
ce si
ę ś
migła jest
pochłaniany przez otoczenie (szum wiatru w drzewach i
ro
ś
linach, tzw. „hałas otoczenia”). Uzyskanie zgody na
realizacje inwestycji wymaga przeprowadzenia
szczegółowych bada
ń
w zakresie emisji hałasu. Ka
Ŝ
dy
realizowany projekt musi spełnia
ć
normy w zakresie
dopuszczalnych poziomów emisji hałasu.
Ś
rednio
przyj
ąć
mo
Ŝ
na,
Ŝ
e w odległo
ś
ci 350m od pracuj
ą
cej
turbiny odbieramy d
ź
wi
ę
k o nat
ęŜ
eniu 40 dB.
17
Czy turbiny wiatrowe s
ą
hała
ś
liwe?
78
Pralka
70
Odkurzacz
115
Płacz
ą
ce dziecko
70
Hała
ś
liwa restauracja
60
Klimatyzacja
80
Ruch uliczny w miastach
Gło
ś
no
ść
Ź
ródło ha
ł
asu
Jaki jest wpływ elektrowni
wiatrowych na ptaki?
Badania naukowe przeprowadzone na
ś
wiecie
wskazuj
ą
,
Ŝ
e wpływ elektrowni wiatrowych na
ptaki zale
Ŝ
y od zastosowanego typu urz
ą
dze
ń
,
ich wysoko
ś
ci, liczby, ustawienia wzgl
ę
dem
siebie, ale w najwi
ę
kszym stopniu uzale
Ŝ
niony
jest od wyboru lokalizacji inwestycji. Parki
wiatrowe stanowi
ą
przeszkod
ę
na trasie przelotu
ptaków jednak jako obiekty o du
Ŝ
ej wysoko
ś
ci, w
dodatku poruszaj
ą
ce si
ę
, s
ą
widoczne dla
ptaków, które w wi
ę
kszo
ś
ci przypadków z
łatwo
ś
ci
ą
je omijaj
ą
(dostosowuj
ą
kurs przelotu
lub jego pułap).
18
Jaki jest wpływ elektrowni
wiatrowych na ptaki?
Kolizje ptaków z elektrowniami zdarzaj
ą
si
ę
w
sytuacji zlokalizowania elektrowni na trasie
głównych przelotów ptaków lub w miejscu, gdzie
znajduj
ą
si
ę
wa
Ŝ
ne dla nich
Ŝ
erowiska. Pewne
zagro
Ŝ
enie wyst
ę
powa
ć
mo
Ŝ
e tak
Ŝ
e w trakcie
nocnych przelotów i w warunkach złej
widoczno
ś
ci. Pami
ę
ta
ć
nale
Ŝ
y jednak,
Ŝ
e
wi
ę
kszo
ść
migracji ptaków odbywa si
ę
na
wysoko
ś
ciach znacznie przekraczaj
ą
cych 150
m, czyli zdecydowanie ponad pracuj
ą
cymi
elektrowniami wiatrowymi. A tak
Ŝ
e o tym,
Ŝ
e
wpływ energetyki wiatrowej na
ś
miertelno
ść
ptaków jest w porównaniu z innymi formami
działalno
ś
ci ludzkiej niewielki.
Jaki jest wpływ elektrowni
wiatrowych na ptaki?
5500
Budynki
1000
Koty
1000
Inne formy działalno
ś
ci cz
ł
owieka
880
Linie wysokiego napi
ę
cia
700
Pojazdy
700
Pestycydy
250
Wie
Ŝ
e telekomunikacyjne
<1
Elektrownie wiatrowe
Ilo
ść
(na 10000
przypadków)
Przyczyna
19
Czy elektrownie wiatrowe
wpływaj
ą
na krajobraz?
Elektrownie wiatrowe jako urz
ą
dzenia wysokie
(do 150 m), o kolorze kontrastowym w stosunku
do tła nieba oraz powierzchni ziemi z ró
Ŝ
nymi
formami jej u
Ŝ
ytkowania, w dodatku poruszaj
ą
ce
si
ę
, wpływaj
ą
na krajobraz. W zale
Ŝ
no
ś
ci od
ukształtowania terenu i sposobu jego
zagospodarowania, a tak
Ŝ
e typu i liczby
posadowionych w jednym miejscu urz
ą
dze
ń
,
parki wiatrowe mog
ą
by
ć
widoczne nawet z
du
Ŝ
ych odległo
ś
ci. Ocena wpływu
projektowanych inwestycji na krajobraz jest
jednak bardziej zło
Ŝ
ona ni
Ŝ
samo stwierdzenie,
Ŝ
e s
ą
one widoczne.
Czy elektrownie wiatrowe
wpływaj
ą
na krajobraz?
Rozwa
Ŝ
any jest tak
Ŝ
e wpływ na zmian
ę
dotychczasowego charakteru otoczenia, który w
du
Ŝ
ej mierze jest sprawa subiektywnego
postrzegania, zale
Ŝ
ny bowiem od osobistych
upodoba
ń
i pogl
ą
dów oceniaj
ą
cego. Przez wiele
osób turbiny postrzegane s
ą
jako nowoczesne,
przyjazne
ś
rodowisku instalacje, o prostym a
jednocze
ś
nie wyrafinowanym kształcie.
Oceniaj
ą
c wpływ elektrowni wiatrowych na
krajobraz, pami
ę
ta
ć
nale
Ŝ
y,
Ŝ
e alternatywa dla
energii odnawialnej jest energia z
konwencjonalnych
ź
ródeł, których wpływ na
krajobraz jest nieporównywalnie wi
ę
kszy.
20
Dlaczego wykorzystanie
elektrowni wiatrowych zapobiega
globalnemu ociepleniu?
Produkcja energii z elektrowni wiatrowych stanowi
czyste, tzw. „zero-emisyjne”
ź
ródło generacji energii.
Oznacza to,
Ŝ
e przy produkcji energii elektrycznej przez
turbiny wiatrowe do atmosfery nie s
ą
emitowane gazy
cieplarniane, które generowane s
ą
podczas spalania
paliw kopalnych w konwencjonalnych
ź
ródłach generacji
(elektrowniach i elektrociepłowniach). W polskim
systemie elektroenergetycznym produkcja 1 MWh
energii w oparciu o w
ę
giel kamienny powoduje emisje
0,9 t CO
2
, za
ś
w oparciu o w
ę
giel brunatny 1,05 t CO
2
.
Zast
ę
powanie
ź
ródeł konwencjonalnych przez
ź
ródła
energii odnawialnej pozwala wi
ę
c na unikni
ę
cie emisji
du
Ŝ
ej ilo
ś
ci dwutlenku w
ę
gla do atmosfery.
Czy budowa elektrowni
wiatrowych wpływa na turystyk
ę
?
Do
ś
wiadczenia gmin, na terenie których wybudowano w
Polsce farmy wiatrowe (Wolin, Darłowo), dowodz
ą Ŝ
e
elektrownie wiatrowe pozytywnie wpływaj
ą
na rozwój
turystyki. Turbiny postrzegane s
ą
jako atrakcje
turystyczne, a z czasem staja si
ę
lokalnymi symbolami.
Inwestycje budowy parków wiatrowych z reguły
korzystnie wpływaj
ą
na rozwój regionu, przyczyniaj
ą
c si
ę
do poprawy infrastruktury, a tak
Ŝ
e promocji gminy jako
przyjaznej
ś
rodowisku.
Ś
rodki uzyskane z tytułu
podatków mog
ą
by
ć
przeznaczane m.in.: na rozwój
turystyki, projekty edukacyjne czy inne projekty
ekologiczne, które przyci
ą
ga
ć
b
ę
d
ą
turystów do
przyjazdu i wypoczynku na terenie gminy. W wielu
krajach europejskich w miejscu posadowienia turbin
tworzone s
ą
centra edukacji ekologicznej, do których
przyje
Ŝ
d
Ŝ
aj
ą
dzieci i młodzie
Ŝ
.
21
Gdzie w Polsce znajduj
ą
si
ę
parki wiatrowe?
30,6 MW
zachodniopomorskie
Jagni
ą
tkowo
30 MW
łódzkie
Kamie
ń
sk
40,5 MW
warmi
ń
sko-mazurskie
Kisielice
22 MW
pomorskie
Puck
50 MW
zachodniopomorskie
Tymie
ń
8,4 MW
pomorskie
Gniewino
30 MW
zachodniopomorskie
Zagórze
18 MW
zachodniopomorskie
Cisowo
5,1 MW
zachodniopomorskie
Barzowice
moc
województwo
lokalizacja
Jak wygl
ą
da stan rozwoju rynku
energetyki wiatrowej w Polsce na
tle rozwoju sektora w Europie?
Energetyka wiatrowa w Polsce nadal znajduje si
ę
w fazie
narodzin. Na terenie kraju posadowione s
ą
o ł
ą
cznej
mocy ok. 280 MW.
Ś
rednia moc posadowionej turbiny
wynosi ok. 1,52 MW. Nasycenie elektrowniami
wiatrowymi w Polsce nale
Ŝ
y do najni
Ŝ
szych w Europie.
W 2007 roku ł
ą
czna produkcja energii elektrycznej w
elektrowniach wiatrowych w Polsce wyniosła 392,6 GWh
energii elektrycznej - znacznie wi
ę
cej ni
Ŝ
w roku 2006,
kiedy z wiatru wyprodukowano 245,5 GWh co oznacza,
i
Ŝ
udział produkcji energii z wiatru w produkcji energii w
odnawialnych
ź
ródłach energii ogółem ukształtował si
ę
na poziomie ok. 6%.
22
Jak wygl
ą
da stan rozwoju rynku
energetyki wiatrowej w Polsce na
tle rozwoju sektora w Europie?
Tymczasem na terenie Europy posadowione s
ą
turbiny
wiatrowe o ł
ą
cznej mocy ponad 56535 MW, na
ś
wiecie
ponad 94122 MW. W samym 2007 roku, na terenie
krajów Unii Europejskiej posadowiono ł
ą
cznie turbiny o
mocy 8554 MW, co oznacza 18% wzrost zainstalowanej
mocy w stosunku do roku poprzedniego.
Jak wygl
ą
da stan rozwoju rynku
energetyki wiatrowej w Polsce na
tle rozwoju sektora w Europie?
Liderem bran
Ŝ
y w zakresie wielko
ś
ci rynku nadal
pozostaj
ą
Niemcy, gdzie ł
ą
czna moc zainstalowana
przekracza 22 240 MW, na drugim miejscu pod
wzgl
ę
dem zainstalowanej mocy znajduje si
ę
Hiszpania –
ponad 15140 MW. Ponadto, w sze
ś
ciu krajach UE
zainstalowana moc znacznie przekracza 1GW – w Danii
(3136 MW), Włoszech (2726 MW), Wielkiej Brytanii
(2389 MW), Portugalii (2150 MW), Francji (2454 MW)
oraz Holandii (1746 MW). W Polsce nie wybudowano
dotychczas
Ŝ
adnego projektu typu offshore, czyli
realizowanego na morzu, podczas gdy w krajach takich,
jak Wielka Brytania, Dania czy Holandia, inwestycje na
morzu stanowi
ą
główny kierunek rozwoju sektora.
23
Podstawowa literatura
Ciechanowicz W., Energia,
ś
rodowisko i
ekonomia. Wyd. IBS PAN, Warszawa 1997.
Kucowski J., Laudyn D., Przekwas M.,
Energetyka a ochrona
ś
rodowiska. WNT,
Warszawa 1987.
Lewandowski W.M., Proekologiczne
ź
ródła
energii odnawialnej. WNT, Warszawa 2001.
Flaga A., In
Ŝ
ynieria wiatrowa. Podstawy i
zastosowania, Arkady, Warszawa 2008.
Boczar T., Energetyka wiatrowa, PAK,
Warszawa 2007.