Odnawialne Źródła

Energii (OZE)

Przygotowali:

Kozioł Katarzyna

Gryz Sławomir

W grudniu 1997 roku w Kioto

został podpisany protokół. Wszedł

on w życie 16 lutego 2005 roku,

trzy miesiące po ratyfikowaniu go

przez Rosję 18 listopada 2004.

Protokół z Kioto jest prawnie wiążącym

porozumieniem, w ramach którego

kraje uprzemysłowione są zobligowane

do

redukcji ogólnej emisji gazów

powodujących efekt cieplarniany o

5,2% do roku 2012 w porównaniu z

rokiem 1990

Polska była uczestnikiem Szczytu

Ziemi w Rio de Janeiro w 1992 i

jednym z państw, które przyjęły

Ramową Konwencję Narodów

Zjednoczonych dotyczącej Zmian

Klimatycznych Terytorium

, dzięki

temu mogła podpisać protokół z

Kioto.

Polska wg postanowień traktatu miała

obniżyć

swoją

emisję

o

6% w

porównaniu z poziomem z roku 1988

(rok bazowy dla byłych krajów

socjalistycznych). Załamanie się gospodarki

narodowej w okresie transformacji,

spowodowało

spadek emisji

szkodliwych

gazów

o 33% w latach 1988-2001

. Polska

miała możliwość wręcz zarobić na handlu

swoimi nadwyżkami.

Niestety Komisja Europejska zdecydowała w

marcu 2005 ograniczyć Polsce przyznane jej

wcześniej w Krajowym Planie Rozdziału

Uprawnień na lata 2005-2007 limity. Komisja

Europejska argumentuje swoją decyzję tym,

że przyznanie Polsce nowych mniejszych

limitów nie spowodowało by ryzyka

niespełnienia przez Polskę kryteriów z Kioto,

natomiast przyznanie Polsce zbyt wysokich

limitów doprowadziłoby do masowej

sprzedaży limitów

przez polskie

przedsiębiorstwa,

co mogłoby doprowadzić

do

spadku ceny za tonę emisji dwutlenku węgla i

w konsekwencji zniechęcałoby do

proekologicznych inwestycji.

W Polsce emisja CO

2

wynosiła 210 mln

ton w 2006 roku wobec 203 mln ton

rok wcześniej.

Komisja Europejska zmniejszyła o
26,7% do 208,5 mln ton roczny
przydział uprawnień do emisji CO

2

dla

Polski na okres handlu 2008 - 2012 w
ramach unijnego systemu handlu
uprawnieniami do emisji.

Obecnie

emitujemy ok. 280 mln ton .

ODNAWIALNE

ŹRÓDŁA

ENERGII

Odnawialne Źródła

Energii:

• energia wiatru;
• energia wody;
• energia słońca;
• energia biomasy;

Wiatr jest to ruch powietrza

wynikający z :

• rotacji kuli Ziemskiej
• z nierównomiernego

nagrzewania dużych obszarów
powierzchni Ziemi przez Słońce

• zróżnicowanej absorpcji

promieniowania słonecznego
przez ląd i morze

WY

Ż

WYŻ

NIŻ

NIŻ

CIEPŁ
O

ZIMN
O

Wiatr

jest to ruch powietrza

atmosferycznego o przeważającej składowej

poziomej względem powierzchni Ziemi,

powstały wskutek

nierównomiernego rozkładu ciśnienia

atmosferycznego na danym poziomie nad

powierzchnią Ziemi. Ruch mas powietrza

odbywa się od wysokiego ciśnienia do

niskiego i jest tym większy, im większa jest

różnica ciśnień. Przepływ powietrza

następuje z obszaru o wyższym ciśnieniu do

obszaru o niższym ciśnieniu.

ENERGIA WIATRU

Energia wiatrowa

była najwcześniej, obok

spalania drewna, eksploatowaną przez

człowieka energią odnawialną. Pierwsze wiatraki

były wykorzystywane przez ludzi do mielenia

ziarna, oraz pompowania wody.

Egipcjanie 2000

lat przed naszą erą wykorzystywali energię

wiatru do napędu swoich łodzi

Pierwszy opis

użycia wiatraków do pompowania wody powstał

około 400 r. p.n.e. w Indiach. W Chinach oraz

krajach basenu Morza Śródziemnego wiatraki

pojawiły się na początku naszej ery. Stosowano

je głównie do przepompowywania wody

(nawadnianie i osuszanie pół) oraz mielenia

zboża.

Rok 644 n.e. uznany został za datę

pierwszej

udokumentowanej wzmianki o

wiatrakach

.

Od VI wieku naszej ery Persowie mielili ziarno,

używając do tego celu młynów wiatrowych. W

przeciwieństwie do konstrukcji, które

rozpowszechniły się w Europie,

perskie wiatraki

miały skrzydła poruszające się w płaszczyźnie

poziomej na pionowym wale.

Na

rok 1390

datuje się powstanie

pierwszego czteroskrzydłowego

wiatraku - pierwszego holendra,

zbudowanego przez holenderskiego

konstruktora aby usprawnić proces mielenia

zboża. Rozwój holendrów przypadł w Europie

dopiero za jakiś czas.

XVII wiek przynosi w

Europie upowszechnienie się wiatraka

holenderskiego, posiada on sztywną

konstrukcję, obracalną bryłę dachu o

podstawie kołowej, która mogła obracać się

wokół, dzięki czemu skrzydła ustawiały się

zawsze w kierunku prostopadłym do kierunku

wiatru. Holendry drewniane posiadały

budynek na rzucie ośmioboku a holendry

murowane na rzucie koła.

WIATRAKI

HOLENDERSKIE

Najstarszym typem wiatraka występującym na ziemiach

polskich jest wiatrak

kozłowy, czyli "koźlak

". Występowały

one już w pierwszej połowie XIV wieku na Kujawach i w

Wielkopolsce, natomiast rozpowszechnienie ich stosowania

przypada na wiek XV. Koźlaki dotrwały bez zmian

konstrukcyjnych do XX wieku i stanowiły najliczniejszą grupę

wiatraków. Ich cechą charakterystyczną jest to, że cały

budynek wiatraka wraz ze skrzydłami jest obracalny wokół

pionowego, drewnianego słupa tzw. sztembra. Sztember

podparty jest najczęściej czterema zastrzałami, a jego dolne

zakończenie tkwi w dwóch krzyżujących się podwalinach.

Z lewej wiatrak typu
"Koźlak" (Brodnia, gm.
Pęczniew, powiat
Poddębice, stan na rok
2000).

W roku 1850 młyny napędzane energią

wiatru pracowały z ogólną mocą około 1TW.

W roku 1745

angielski

konstruktor

Edmund Lee

wprowadza w

budowie wiatraka

pomocnicze koło

kierujące

automatycznie

wiatrak w stronę

wiatru.

W roku 1888 Charles F. Brush zbudował w

Stanach Zjednoczonych

pierwszą

samoczynnie działającą siłownię

wiatrową o mocy 12kW produkującą

energię elektryczną

. Konstrukcja

Amerykanina miała 17m średnicy i posiadała

144 drewniane łopaty, dostarczała przez

okres około 20 lat energii do ładowania

akumulatorów. Na świecie w tym samym

czasie wielu konstruktorów oraz zwykłych

pasjonatów pracowało nad konstrukcją

przydomowej turbiny wiatrowej, już wtedy

szukano także sposobu na komercyjne

wykorzystanie energii wiatru.

Charles F. Brush

był on jednym z pionierów

amerykańskiego przemysłu
elektrotechnicznego.

Jego firma Brush Electric, połączyła się w 1892

r. z Edison General Electric Company tworząc

General Electric (GE),

który dzisiaj jest

jednym z największych koncernów na świecie.

Duński pionier energetyki wiatrowej i

aerodynamiki

Poul la Cour

zastosował energię elektryczną z

siłowni wiatrowej do produkcji
wodoru w procesie elektrolizy.

Wygenerowany wodór służył jako

paliwo do lamp gazowych w celu

oświetlania szkoły. Odkrył on, że

znacznie wydajniejsze dla generatorów

elektrycznych są wirniki o kilku

łopatach.

Inżynier

Johannes Juul

, jeden z pierwszych

studentów la Cour'a, został w 1950 roku pierwszym

konstruktorem

siłowni wiatrowej

z generatorem

prądu przemiennego

Elektrownie
wiatrowa

Paula la Cour'a

Johannes Juul

w 1957 roku

zbudował

na wybrzeżu Gedser w

Danii

elektrownię wiatrową

,

której

założenia techniczne do dziś są

uważane za nowoczesne - siłownia

o mocy 200 kW posiadała

trójpłatowy wirnik zwrócony

przodem do

wiatru (up-wind),

generator asynchroniczny, mechanizm

ustawiania kierunku, hamulce

aerodynamiczne oraz regulację mocy

poprzez zmianę kąta natarcia łopat.

Pierwsza elektrownia wiatrowa

zbudowana według współczesnych

założeń konstrukcyjnych

.

Turbina Gedsera

przez

11 lat

pracowała

podłączona do

sieci

. Awaria

turbiny nastąpiła w

roku 1960,

następnie turbina

zakupiona została

przez amerykańską

agencję NASA,

która wykorzystała

ją w badaniach nad

rozwojem nowych

technologii.

Ponowny wzrost zainteresowania

szerszym wykorzystaniem energii

wiatru do celów energetycznych

miał miejsce

po kryzysie

energetycznym w latach 70

.

W

latach 80 XX wieku nastąpił

rozwój przemysłowej

energetyki wiatrowej

W Niemczech

profesor

Ulrich

Hutter

w krótkim

czasie skonstruował

serię

prototypowych,

horyzontalnych

urządzeń

o

zmiennym

ustawieniu kątów

natarcia skrzydeł

.

W Stanach Zjednoczonych

po

kryzysie energetycznym rząd

federalny wprowadził energetykę

wiatrową do krajowego

programu badań i rozwoju.

USA

korzystało w tych pracach z

technologii wojskowych i

najnowszych osiągnięć techniki.

W efekcie w

stanie Ohio

zainstalowano

prototypową

turbinę nazwaną

MOD-0

o

mocy

1 MW

, a

następnie

kolejne MOD-

0A i MOD-2.

MOD-0

Na przestrzeni lat

60 i 70 w

Europie

najpopularniejsze były

trójpłatowe konstrukcje o

mocy z zakresu od 10 do 25

kW

. W tamtych czasach

większość konstrukcji była

dziełem pasjonatów.

•

Konstruktor

Christian Riisager,

który w latach

1974-

1979

wybudował

około

30

turbin

wiatrowych.

• Po

roku 1980

duńskie zakłady

energetyczne

podjęły decyzję o

seryjnej budowie

maszyn o

generatorach 660

kW.

Niestety praca

tych maszyn okazała

się całkowicie

nieopłacalna pod

kątem produkcji

energii elektrycznej

Po pokonaniu problemu nieekonomiczności

wcześniej działających elektrowni wiatrowych

w latach 90 powstały pierwsze urządzenia

produkujące energię na skalę przemysłową.

Dzięki równoczesnemu rozwojowi innych

dziedzin techniki jak inżynieria

materiałowa, nowe technologie,

elektrotechnika

itp. można było w krótkim

czasie wypuścić na rynek turbiny coraz

większe i bardziej wydajne a zarazem mniej

awaryjne. Pojawiły się turbiny o mocy

początkowo 600 kW, następnie 800 kW a

w

końcu przekroczono wielkość 1MW

.

Obecnie generatory osiągają wielkość

rzędu kilku megawatów (np. ENERCON

E112

o mocy

4,5 MW

).

Turbina Vestas V.90

3

MW

Enercon E112

4.5

MW

Turbiny o mocy

powyżej

1 MW

Produkcja energii z elektrowni

wiatrowej.

• Energia wiatru

jest przekształconą formą

energii promieniowania słonecznego. Ocenia

się, że zaledwie 1-2% energii słonecznej

dochodzącej do Ziemi ulega przemianie w

energię kinetyczną wiatru. Ten mały procent

stanowi około 2500 TW(

Terawat

=

10¹² W

).

Gdy uwzględnimy wszelkie straty, fakt, że nie

wszędzie jesteśmy w stanie wybudować

elektrownię wiatrową, a także to, że 25 % tej

energii przypada na warstwę atmosfery

otaczającą bezpośrednio powierzchnię Ziemi

to wynikiem końcowym jest wartość 40 TW.

Produkcja energii z elektrowni

wiatrowej

• Siłownia wiatrowa zamienia energię

kinetyczną wiatru na energię mechaniczną

wirnika a następnie wirnik przekształca

poruszając wałem energię mechaniczną w

użyteczną energię elektryczną

.

• Niestety jedną z cech wiatru jest jego zmienność i

nieprzewidywalność. Dlatego zanim wybuduje się

turbinę niezbędne jest wykonanie pomiarów

podstawowych parametrów wiatru w miejscu
planowanej siłowni.

• Czas w jakim wykonujemy pomiar powinien

wynosić minimum 12 miesięcy. Badania te są

bardzo ważnym elementem, bo popełnienie

najmniejszego błędu pomiarowego daje

olbrzymie błędy w dalszych inwestycjach.

Schemat budowy

elektrowni wiatrowej

Działanie elektrowni

wiatrowej

• 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.

Działanie elektrowni

wiatrowej

• 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.

Europa - światowy lider

• W roku 2005 holenderscy naukowcy

stwierdzili, że

do roku 2020

energia wiatru

mogłaby zaspokoić

12%

światowego

zapotrzebowania na energię elektryczną.

• W roku 2004 w krajach starej Unii Europejskiej

moc zainstalowana elektrowni
wiatrowych zwiększyła się o 20,3% w
stosunku do roku 2003 i wynosiła 34 366
MW

- blisko trzy czwarte światowej mocy

zainstalowanej.

Europa - światowy lider

• Europejskim liderem w

wykorzystywaniu energii wiatru

pozostają

Niemcy,

które

w 2001 roku

dysponowały aż 46,1% światowej

mocy zainstalowanej.

• Jednak w 

roku 2004 najwięcej mocy

zainstalowanej przybyło w Hiszpanii

–

kraju o ponadprzeciętnej prędkości

wiatru (do 10m/s) i znakomitych

warunkach do rozwoju energetyki

wiatrowej.

Europa - światowy lider

•

Spośród

nowych członków UE

największą ilość mocy

zainstalowanej –

68,1 MW

-

posiada Polska

, jednak w roku

2004 nasz kraj zwiększył swój

potencjał tylko o ponad

11%,

podczas gdy w innym nowym

państwie Unii –

w Estonii

–

zasoby mocy zainstalowanej

wzrosły aż

o 583,8%.

Warunki dla elektrowni

wiatrowych

Żeby móc wykorzystywać

energię wiatru do produkcji

prądu niezbędne są

odpowiednie warunki:

• Występowanie wiatru o określonej prędkości.

Elektrownie

wiatrowe pracują zazwyczaj przy wietrze wiejącym z prędkością

od 5 do 25 m/s

, przy czym prędkość od 15 do 20 m/s uznawana

jest za optymalną (zbyt duże prędkości przekraczające 30 m/s –
mogą doprowadzić do mechanicznych uszkodzeń wiatraka).

• Najodpowiedniejsze warunki dla energetyki wiatrowej istnieją
zazwyczaj w

okolicach nadmorskich

– takich jak na przykład

Dolna Saksonia, skupiająca ponad 40% niemieckich elektrowni
wiatrowych - i

na terenach podgórskich.

Zalety i wady

• Energia wiatru jest

odnawialnym źródłem

energii (OZE) -

niewyczerpywalnym i

niezanieczyszczającym

środowiska.

• Elektrownie wiatrowe

mogą

wywierać negatywny

wpływ na otoczenie – na

ludzi, na ptaki, na

krajobraz.

• Problemem jest na

przykład wytwarzany przez

turbiny wiatrowe stały,

monotonny hałas o niskim

natężeniu, niekorzystnie

oddziaływujący na

psychikę człowieka.

Zalety i wady

• By zneutralizować jego

wpływ, wokół masztów

elektrowni wiatrowych

wyznacza się strefę

ochronną o szerokości 500

metrów

• Elektrownie wiatrowe

stwarzają niebezpieczeństwo

dla ptaków

. Szacują się, że

farma wiatrowa o mocy 80

MW może zabić nawet 3500

ptaków w ciągu roku.

• Wywierają ujemny wpływ na

krajobraz

: zajmują one duże

powierzchnie i zlokalizowane

są często w turystycznych

rejonach nadmorskich i

górskich.

Zalety i wady

Przykładowy rozkład natężenia dźwięku dla elektrowni

wiatrowej

Dla porówiania warto znać inne poziomy natężenia

dźwięków:

szept - 20 dB,

wnętrze domu - 50 dB,

wnętrze samochodu - 70 dB,

młot pneumatyczny - 120 dB.

Aspekty ekologiczne

wykorzystania energii

wiatru

• Na aspekty ekologiczne trzeba patrzeć

globalnie, gdyż zanieczyszczenia

atmosfery nie uznają żadnych granic. Dla

przykładu

uniknięte emisje

poprzez

wykorzystanie energii wiatru do produkcji

1 TWh energii elektrycznej

to około:

5 500     ton SO

2

4 222     ton NO

x

700 000 ton CO

2

49 000   ton pyłów i żużlu

Przy omawianiu zalet energii elektrycznej

uzyskiwanej z wiatru należy pamiętać o

najważniejszej zalecie, o

nie wyczerpalności tego źródła.

Elektrownie wiatrowe

-przegląd sytuacji

Elektrownie wiatrowe-przegląd

sytuacji cd.

Elektrownie wiatrowe

w

Polsce

• W

roku

2003

w naszym kraju pracowało

około

40 profesjonalnych siłowni

wiatrowych, sprzedających energię

elektryczną do sieci

, a największą polską

farmą wiatrową był posiadający dziewięć

elektrowni wiatrowych

park w Cisowie

koło Darłowa

. Moc zainstalowana

każdej

elektrowni w tym parku

wynosi

2 MW

, a

wysokość turbiny

wraz ze skrzydłami -

118 m.

Rozmieszczenie

elektrowni

wiatrowych

w Polsce

Moc zainstalowana w energetyce

wiatrowej w Polsce to ~280 MW (

stan

na 29.01.2008

)

Wśród inwestycji wyróżnić można 9 profesjonalnych

projektów:

„Uprzywilejowanymi " rejonami

pod względem zasobów

energii

wiatru

są:

• środkowe, najbardziej wysunięte na

północ części

wybrzeża od Koszalina po

Hel

,

• Wyspa Uznam,
• Suwalszczyzna,
• środkowa Wielkopolska i Mazowsze,
• Beskid Śląski i Żywiecki,
• Bieszczady i Pogórze Dynowskie.

Poniższa mapa przedstawia mezoskalową rejonizację

Polski pod względem zasobów energii wiatru w

kWh·m

2

/ rok.

Wydzielono 5 rejonów o różnych

zasobach

energii dla wysokości

30 m

nad pow. gruntu.

Z mapy tej

wynika, że

około 60 % kraju posiada dobre warunki do

wykorzystania wiatru

, jako źródła czystej energii.

Chronologia powstania

elektrowni wiatrowych w

Polsce

• 1991 Lisewo Zlokalizowana w województwie

pomorskim pojedyncza elektrownia wiatrowa firmy

Nordtank NKT 150/25 o mocy 150 kW powstała w

wyniku współpracy Elektrowni Szczytowo-Pompowej

Żarnowiec S.A a firmami duńskimi. Koszty zakupu

elektrowni pokrył rząd duński, a koszty posadowienia

poniosła strona polska.

• 1991 Swarzewo Kolejna w Polsce elektrownia

wiatrowa powstała w województwie pomorskim.

Siłownia wiatrowa firmy Danmark Folkecenter o mocy

95 kW użytkowana przez firmę Energia z Gdańska.

• 1994 Rytro Pojedyncza 160kW-atowa elektrownia

wiatrowa EW-160 wyprodukowana przez nowosądecką

firmę Nowomag.

Chronologia powstania

elektrowni wiatrowych w

Polsce

• 1995 Zawoja Użytkowana przez klasztor

siłownia wiatrowa o mocy 160 kW

wyprodukowana przez Nowomag.

• 1995 Wrocki Elektrownia Nowomag o

mocy 160 kW użytkowana prywatnie,

całkowicie prywatna inwestycja,

finansowana przy wsparciu NFOŚ oraz EKO

Funduszu.

• 1996 Kwilicz Gminna elektrownia

wiatrowa firmy Nowomag o mocy 160 kW .

Chronologia powstania

elektrowni wiatrowych w

Polsce

• 1997 Rogożnik Zlokalizowana obok Wojkowic elektrownia

wiatrowa typu ZEFIR 12A o mocy 30kW wyprodukowana przez

firmę Dr. Ząber.

• 1997 Rembertów Pojedyncza turbina wiatrowa LW-250 o mocy

250 kW firmy Lagerway użytkowana przez firmę Van Melle –

Poland.

• 1997 Starobieninio Użytkowana przez Kaszubski Uniwersytet

Ludowy elektrownia N27/250 firmy Nordex Dania o mocy 250 kW.

Chronologia powstania

elektrowni wiatrowych w

Polsce

• 1997 Swarzewo Dwie elektrownie wiatrowe typu TW-600 o

łącznej mocy 1,2MW wyprodukowane przez Tacke użytkowane

są przez firmę WestWind Poland.

• 1999 Cisowo 5 siłowni wiatrowych firmy SeeWind o łącznej

mocy 660kW. Użytkownik prywatny - firma EnergiaEco Sp.z.o.o.

• 2000 Rymanów 2 elektrownie wiatrowe o mocy 160 kW

każda, wyprodukowane przez firmę Nowomag, użytkownik

prywatny.

Chronologia powstania

elektrowni wiatrowych w

Polsce

• 2000 Wróblik Szlachecki 2 elektrownie

wiatrowe

Nowomag typu EW-160

o łącznej

mocy 320 kW.

• 2000 Nowogard Pojedyncza elektrownia

wiatrowa typu

V29-225 firmy Vestas

o mocy

255 kW użytkowana przez gminę,

początkowo miała zasilać lokalną

oczyszczalnię ścieków. W ciągu pierwszych

miesięcy pracy wyprodukowała w lutym

2000 roku 3699 kWh, w marcu 4790 kWh,

roczna produkcja na poziomie ok 330MWh.

Chronologia powstania

elektrowni wiatrowych w

Polsce

• 2001 Barzowice Farma o mocy ponad 5 MW

zbudowana z 6 turbin wiatrowych firmy Vestas

typu V52 o mocy 850kW każda, wysokość wieży

elektrowni : 86 m, średnica wirnika : 52 m a jego

powierzchnia 2122 m kwadratowych.

• 2001 Cisowo 9 siłowni wiatrowych firmy Vestas

V80 o łącznej mocy całej farmy 18 MW.

Użytkownikiem jest prywatna firma EnergiaEco

Sp.z.o.o. Moc pojedynczej turbiny : 2MW, wysokość

wieży 80 m, średnica wirnika 80 m, roczna

produkcja energii na poziomie 41000MWh.

• 2003 Zagórze Największa w Poslce farma

wiatrowa zbudowana z 15 turbin fitmy Vestas typu

V80 o mocy 2MW każda, użytkowana przez duńską

firmę Elsam A/S Tymień.

ENERGIA SŁOŃCA

Słońce jest podstawowym źródłem

energii dla naszej planety. Przed

milionami lat energia słońca

docierająca do ziemi została uwięziona

w węglu, ropie naftowej, gazie

ziemnym itp. Również słońcu

zawdzięczamy energię jaką niesie ze

sobą wiatr czy fale morskie. Można

także bezpośrednio wykorzystywać

energię słoneczną poprzez

zastosowanie specjalnych systemów

do pozyskiwania i akumulowania

energii słonecznej.

1878 -

Francuski nauczyciel

matematyki przedstawia na wystawie
w Paryżu maszynę parową ogrzewaną
energią słoneczną jako sposób na
zmniejszenie zależności od
angielskiego węgla. Wynalazek jego
nie doczekał się realizacji z powodu
spadku cen węgla.

1956 -

Pierwsze praktyczne ogniwo

słoneczne powstało w Bell Laboratories
w New Jersey. W ciągu roku pojawił się,
jako rozwojowy produkt, odbiornik
radiowy zasilany energią słoneczną.

1960 -

Firma Hoffman Electronics

wyprodukowała ogniwo słoneczne o
sprawności

14%

.

1983 -

Całkowita moc zainstalowana

w ogniwach słonecznych wynosi

21,3

MW

.

 

2004 -

Opracowanie ogniw foto-

elektrochemicznych.
 

2006 -

Uruchomiony zostaje program

California Solar Initiative,
przeznaczający

2,8 miliarda USD

na

rozwój ogniw słonecznych.

Promieniowanie słoneczne jest to

strumień energii emitowany przez

Słońce równomiernie we wszystkich

kierunkach. Miarą wielkości

promieniowania słonecznego

docierającego ze słońca do ziemi jest

tzw. stała słoneczna.

Jest ona wartością gęstości strumienia energii

promieniowania słonecznego na powierzchni

stratosfery i obecnie wynosi 1,4 kW/m

2

. W

promieniowaniu słonecznym docierającym do
powierzchni Ziemi wyróżnia się trzy składowe

promieniowania:

- bezpośrednie pochodzi od widocznej tarczy

słonecznej

- rozproszone powstaje w wyniku wielokrotnego

załamania na składnikach atmosfery

- odbite powstaje w skutek odbić od elementów

krajobrazu i otoczenia.

Energię

słońca

można

pozyskiwać na dwa

sposoby:

1.W postaci energii

elektrycznej.

2.W postaci energii cieplnej.

Aktualnie najpopularniejszą

metodą uzyskiwania energii

elektrycznej z słońca jest

Fotowoltaika

czyli wytwarzanie

prądu elektrycznego z

promieniowania słonecznego przy

wykorzystaniu zjawiska

fotowoltaicznego.

Fotowoltaika

znajduje obecnie

zastosowanie, mimo stosunkowo

wysokich kosztów, w porównaniu z tzw.

źródłami konwencjonalnymi, z dwóch

głównych powodów: ekologicznych

(wszędzie tam, gdzie ekologia ma

większe znaczenie niż ekonomia) oraz

praktycznych (promieniowanie

słoneczne jest praktycznie wszędzie

dostępne).

Ogniwo fotowoltaiczne zbudowane

jest z dwóch płytek krzemowych.

Gdy promienie słoneczne padają

na ogniwo, elektrony z dolnej

warstwy przemieszczają się do

warstwy górnej, generując

napięcie elektryczne.

Z fotoogniw buduje się

baterie słoneczne, które

można z kolei układać w

duże panele łącząc

równolegle i podnosząc tym

samym ich moc.

Aby wykorzystać w domowych

warunkach energię słoneczną

w postaci energii elektrycznej,

musimy połączyć w układ

baterię słoneczną, akumulator

oraz najczęściej przetwornicy

prądu.

Pozyskiwanie energii

słońca w postaci energii

cieplnej

Potencjał energetyczny Słońca

jest naprawdę olbrzymi:

całoroczne światowe

zapotrzebowanie na

energię

mogłoby zostać

pokryte

przez promieniowanie

słoneczne, docierające do

powierzchni Ziemi

w ciągu

zaledwie

jednej godziny!

Największym

problemem nie

jest pozyskanie tej

energii lecz jej

zmagazynowanie i

wykorzystanie we

właściwym czasie.

Wykorzystuje się w

tym celu systemy

solarne z

wykorzystaniem

kolektorów

słonecznych, które

można podzielić na

następujące grupy:

Aktywne

( z wymuszonym obiegiem

grawitacyjnym - całoroczne instalacje), do

instalacji dostarcza się dodatkową energię

z zewnątrz, zwykle do napędu pompy lub

wentylatora przetłaczających czynnik

roboczy (najczęściej wodę lub powietrze)

przez kolektor słoneczny. Funkcjonowanie

kolektora słonecznego jest związane z

podgrzewaniem przepływającego przez

absorber czynnika roboczego, który

przenosi i oddaje ciepło w części odbiorczej

instalacji grzewczej.

Pasywne

( grawitacyjne - instalacje

letniskowe), 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.

Kolektory słoneczne

służą

do konwersji energii

promieniowania słonecznego

na ciepło. Energia docierające

do kolektora służy do produkcji

ciepła przekazywanego

nośnikiem ciepła, którym może

być ciecz (glikol, woda) lub gaz

(np. powietrze).

•Zasada działania

kolektorów słonecznych
wygląda następująco:

Ciekawostki dotyczące

wykorzystania energii

słonecznej

W Niemczech planuje się

w

bieżącym dziesięcioleciu

zainstalować systemy

fotowoltaiczne na 100

tysiącach

dachów,

w Unii

Europejskiej

(nie licząc Niemiec)

400 tysięcy

,

w Japonii 700

tysięcy

, a

w Stanach

Zjednoczonych ponad milion

takich urządzeń.

Pojazd wyprodukowany przez

General Motors zasilany z baterii

słonecznych

„Sunraycer”

(promyk

słońca)

wygrał w 1987 roku

wyścig na dystansie 3138km

osiągając średnią prędkość

67km/h.

Miał prawie doskonałe

kształty pod względem

areodynamicznym. Podczas

zainstalowania w nim dodatkowych

źródeł zasilania osiągał prędkość

nawet 100km/h

We Francuskich Pirenejach w Mont

Louis wielki piec przemysłowy

ogrzewany jest przez wielopiętrową

konstrukcję doskonale

wypolerowanych, małych reflektorów,

odpowiednio ustawionych, tworzy

gigantyczne, zakrzywione zwierciadło

(paraboliczny reflektor). W punkcie

skupienia uzyskuje się temperaturę do

3000

o

C.

Japoński projekt GENESIS zakłada

ustawienie w pustynnych rejonach

elektrowni słonecznych, zbudowanych

z cienkowarstwowych ogniw i

utworzenie globalnej sieci

energetycznej z nadprzewodzących

kabli.

Żeby zaspokoić światowe

potrzeby energetyczne wystarczyłoby

pokryć ogniwami zaledwie

4%

powierzchni pustyń i nauczyć się

przesyłać prąd bez strat.

Istnieje również projekt wykorzystania

energii słonecznej z przestrzeni kosmicznej.

ten projekt zakłada wystrzelenie na orbitę

okołoziemską 40

satelitarnych elektrowni

słonecznych

(

SPS - Solar Power Satelites

),

wyposażonych w olbrzymie panele baterii

słonecznych. Wytworzona elektryczność ma

być zamieniana na promieniowanie

mikrofalowe, transmitowane do odbiorników

na Ziemi, gdzie nastąpi znowu zamiana w

prąd elektryczny.

Niestety

,

mikrofalowe

wiązki energii z satelitarnych elektrowni

słonecznych spaliłyby wszystkie napotykane

na drodze niemetalowe przedmioty oraz

żywe istoty

.

Czy Polska jest dobrym

miejscem do budowy

paneli oraz kolektorów

słonecznych?

Wielu polaków uważa, iż energię
słoneczną można pozyskiwać jedynie
w „ciepłych krajach” i jedynie latem,
a budowa w Polsce elektrowni
słonecznych jest tak samo
bezpodstawna jak elektrowni
wiatrowych. Podejście to chociaż
powszechne - jest bardzo mylne.

Zasoby energii

słonecznej w Polsce

Najistotniejszymi parametrami podczas
wykorzystywania energii słońca są
roczne wartości nasłonecznienia
(

insolacji

) - wyrażające ilość energii

słonecznej padającej na jednostkę
powierzchni płaszczyzny w określonym
czasie. Na kolejnych slajdach
przedstawiono rozkład sum
nasłonecznienia na jednostkę
powierzchni poziomej wg

Instytutu

Meteorologii i Gospodarki Wodnej

dla

wskazanych rejonów kraju.

Dane zaprezentowane na

rysunku na powyższym

slajdzie odnoszą się do skali

regionalnej. W rzeczywistych

warunkach terenowych,

wskutek lokalnego

zanieczyszczenia atmosfery i

występowania przeszkód

terenowych, rzeczywiste

warunki nasłonecznienia mogą

odbiegać od podanych.

Rejon

Rok
(I-XII)

Półrocze letnie
(IV-IX)

Sezon letni
(VI-VIII)

Półrocze zimowe
(X-III)

Pas nadmorski

1076

881

497

195

Wschodnia część
Polski

1081

821

461

260

Centralna część
Polski

985

785

449

200

Zachodnia część
Polski z górnym
dorzeczem Odry

985

785

438

204

Południowa
część polski

962

682

373

280

Południowo-
zachodnia część
polski
obejmująca
obszar Sudetów
z Tuchowem

950

712

393

238

Tabela - Potencjalna energia

użyteczna w

kWh/m

2

/rok

w

wyróżnionych rejonach Polski

BIOMASA

BIOMASA

• Biomasa to najstarsze i najszerzej

współcześnie wykorzystywane odnawialne
źródło energii.

• Biomasa to cała istniejąca na Ziemi

materia organiczna, wszystkie substancje
pochodzenia roślinnego lub zwierzęcego
ulegające biodegradacji. Biomasą są resztki
z produkcji rolnej, pozostałości z leśnictwa,
odpady przemysłowe i komunalne.

BIOMASA

• Według definicji Unii Europejskiej

biomasa

oznacza podatne na rozkład

biologiczny frakcje produktów, odpady

i pozostałości przemysłu rolnego

(łącznie z substancjami roślinnymi i

zwierzęcymi), leśnictwa i związanych z

nim gałęzi gospodarki, jak również

podatne na rozkład biologiczny frakcje

odpadów przemysłowych i miejskich

(

Dyrektywa 2001/77/WE

).

BIOMASA

• Zgodnie z Rozporządzeniem Ministra

Gospodarki i Pracy z

dnia 9 grudnia

2004 roku

biomasa to stałe lub ciekłe

substancje pochodzenia roślinnego lub

zwierzęcego

, które ulegają

biodegradacji, pochodzące z produktów,

odpadów i pozostałości z produkcji

rolnej oraz leśnej, a także przemysłu

przetwarzającego ich produkty, a także

części pozostałych odpadów, które

ulegają biodegradacji (

Dz. U. Nr 267,

poz. 2656

).

W zależności od sposobu

pochodzenia biomasę możemy

podzielić na:   

• -

produkt roślinny

(drewno, rośliny

energetyczne, słoma, ścieki ligninowe,

makulatura),

• -

produkt zwierzęcy

(komunalne osady

ściekowe, obornik, gnojowica), albo substancje

przetworzone: 

• -

biogaz z fermentacji metanowej

gnojowicy, osadów ściekowych, odpadów

wysypiskowych,

• -

bioetanol z fermentacji alkoholowej

, 

• - 

gaz pirolityczny z gazyfikacji

drewna lub

osadów ściekowych.

ROŚLINY

ENERGETYCZNE

Uprawy energetyczne

to takie,

których płody wykorzystuje się do

wytworzenia ciepła, energii

elektrycznej, czy też paliwa,

ciekłego lub gazowego

. W

europejskiej strefie klimatycznej pod

pojęciem roślin energetycznych

rozumiane są:

ROŚLINY ENERGETYCZNE

cd.

• rośliny o dużym przyroście biomasy

(np.

miskantus(

trawa

), wierzba,

ślazowiec

), które mogą być stosowane

m.in. w celach grzewczych,

• rośliny jednoroczne

, o dużej

zawartości cukru i skrobi (

zboża,

ziemniaki, buraki, kukurydza na ziarno

),

wykorzystywane do produkcji etanolu,

•

rośliny oleiste

(

rzepak, słonecznik i

len

), z których wytłacza się olej roślinny.

Rośliny na opał

Rośliny

energetyczne

uprawiane w

celach

opałowych,

zależnie od

cech

fizjologicznych,

można

podzielić na

trzy grupy: 

• rośliny trawiaste

(m.in.: mozga

trzcinowata, manna

mielec, tymotka

łąkowa oraz

miskantus),

• rośliny zielne

(np.:

ślazowiec, topinambur i

konopie siewne)

• rośliny drzewiaste

szybkiej rotacji,

nazywane również

odroślowymi (topola,

wierzba i grochodrzew)

• duży przyrost roczny,
• odporność na choroby i szkodniki
• niewielkie wymagania względem

siedliska oraz możliwość
zmechanizowania prac

Podstawowymi cechami,

roślin

wykorzystywanych dla celów

grzewczych

powinny być ;

Rośliny do celów

grzewczych

• Mozga trzcinowata

(Phalaris arundinacea
L.) - gatunek rośliny
wieloletniej należąca do
rodziny wiechlinowatych
(trawy). Występuje na
całym niżu Polski,
zwłaszcza w
zbiorowiskach
nadwodnych, bywa
także uprawiana. Jest
rośliną rzadką.

• Ślazowiec

pensylwański

(Sida
hermaphrodit
a

)

Ślazowiec pensylwański (

Sida

hermaphrodita

)

Ślazowiec pensylwański należący do rodzaju Sida, został

introdukowany do Polski w latach 50

. Naturalnie

występuje w Ameryce Północnej. Inne gatunki z tego

rodzaju spotykane są na obszarach Afryki, Australii i

Wyspach Zielonego Przylądka. Ślazowiec

pensylwański występuje w formie zwartych, silnie

ukorzenionych krzewów wykształcających

kilkadziesiąt łodyg o długości

do 400 cm i średnicy 5-

35 mm

. Roślina rozmnażana jest poprzez sadzonki

korzeniowe, zielne lub nasiona. Ślazowiec

pensylwański jest mało wymagający pod względem

klimatycznym i glebowym.

W uprawie rolniczej może

być użytkowany przez 15, 20 lat

.

Do celów

energetycznych wykorzystuje się nadziemne

części roślin tj. zdrewniałe i zaschnięte łodygi.

Zbiory biomasy przeprowadza się corocznie

uzyskując około

12 t.s.m./ha.

• Topinambur

(

Helianthus

tuberosus

) –

zawiera

inulinę

polimer

beta-D-

fruktofuranozy

(prebiotyk)

- jest materiałem

zapasowym wytwarzanym przez
niektóre rośliny zamiast

skrobi

.

Topinambur (Helianthus

tuberosus

)

Topinambur inaczej zwany słonecznikiem bulwiastym

jest silnie spokrewniony z popularnym słonecznikiem

zwyczajnym. Naturalnie występuje w Ameryce

Północnej. Topinambur jest rośliną bulwiastą

osiągającą

2-4 m wysokości. Roślina występuje w

postaci pojedynczych łodyg o średnicy do 30 mm.

Cechą charakterystyczną jest

silnie rozwinięta część

podziemna - roślina wytwarza pędy podziemne tzw.

bulwy. Topinambur jest mało wymagający pod

względem warunków klimatycznych i glebowych.

Może być uprawiany na różnych typach gleb, jednak

najlepiej udaje się na glebach średnio zwięzłych.

Do

celów energetycznych wykorzystuje się części

nadziemne oraz bulwy.

Zeschnięte, nadziemne

części rośliny można bezpośrednio spalić,

przerobić na brykiet lub pelet. Bulwy natomiast

wykorzystywane są do produkcji bioetanolu.

• Róża

wielokwiatowa
(Rosa multiflora)

Róża wielokwiatowa (Rosa

multiflora)

Róża wielokwiatowa w warunkach naturalnych spotykana

jest m.in. na terenie Polski (jako gatunek

niezmodyfikowany). Roślina występuje w formie bardzo

wysokich i szerokich krzewów. Tworzące krzewy

łukowate

pędy osiągają wysokość

od 4 do 7 m.

Gatunek jest mało

wymagający pod względem klimatycznym i glebowym.

Róża wielokwiatowa dobrze znosi ubogie gleby

piaszczyste klas V i VI, spotykana jest nawet na

wydmach. Dużym atutem rośliny jest odporność na

niekorzystne warunki pogodowe w tym odporność na

niskie temperatury i długotrwałą suszę. Różę bezkolcową

na plantacjach energetycznych sadzi się w rozstawach

0,5x1 m. Zbiór biomasy polega na przycięciu pędów

rośliny na wysokość ok. 10 cm nad powierzchnię gleby.

Cechą charakterystyczną rośliny jest bardzo szybki

roczny przyrost biomasy. Uzyskany z 1 hektara roczny

plon w zależności od warunków glebowych oscyluje w

granicach 10 - 20 t. Róża wielokwiatowa

stosowana jest

powszechnie przy rekultywacji gleb narażonych na erozję

wodną i wietrzną.

• Rdest Sachaliński

(Polygonum
sachalinense)

Rdest Sachaliński

(Polygonum sachalinense)

Rdest Sachaliński naturalnie występuje w Azji

wschodniej. Rdest jest byliną o nagich,

kanciastych łodygach dochodzących do

3 m

wysokości.

Liście są szerokojajowate o

długości do 30 cm i szerokości do 15 cm.

Rdest sachaliński bardzo dobrze plonuje na

glebach rolniczych, dobrze uwodnionych.

Żywotność plantacji rdestu określa się

na około 15 lat.

Pomimo stosunkowo

krótkiego okresu wegetacyjnego rośliny (od

kwietnia do pierwszych przymrozków)

charakteryzuje się ona znacznym

przyrostem biomasy.

• Miskant

olbrzymi
(Miscanthus
sinensis
gigantea)

Miskant olbrzymi

(Miscanthus sinensis

gigantea)

Miskant olbrzymi jest trawą kępową,

osiągająca

wysokość od 2 do 3,5m.

Średnica

pędów waha się od 1 do 3 cm. Miskant

olbrzymi jest rośliną mało wymagającą, jego

uprawa dobrze wychodzi nawet na glebach

klasy V i VI pod warunkiem dostatecznego

uwilgotnienia w pierwszym roku uprawy.

Produktywność uprawy miskanta

olbrzymiego wynosi od 10 do 30 ton/ha

suchej masy. Trwałość rośliny określa

się na około 15 lat. Sadzonki wysadza

się w rozstawie 1x1 m.

• Miskant cukrowy

(Miscanthus
sacchariflorus)

Miskant cukrowy

(Miscanthus sacchariflorus)

Miskant cukrowy jest rośliną o sztywnych

pędach, o długości dochodzących do 2,5 m i

grubości 1 cm.

W Polsce z 1 ha uzyskuje się

od 5 do 20 ton suchej masy. W

przeciwieństwie do miskanta olbrzymiego

wyróżnia go lepsza odporność na

przymrozki. Miskant cukrowy dobrze

znosi gleby lekkie, zasobne w składniki

pokarmowe, niezbyt uwilgotnione

.

Rozstaw wysadzania sadzonek to 05 x 1 m.

•Wierzba

energetyczn

a

(Salix spp.)

Wierzba energetyczna (Salix

spp.)

W terminologii rolniczej wiklina, łac.

Salix spp.

-

to szybko rosnący krzew, którego drewno, po

stosunkowo prostym przygotowaniu, nadaje

się m. in. do spalania w celu pozyskania

ciepła. Opał z wierzby może występować w

formie zrębków (kilkucentymetrowe kawałki

pędów), brykietu (sprasowane suche,

zgęszczone drewno) oraz peletu (granulat

drzewny do zautomatyzowanych pieców).

Wierzbę stosuje się również do obsadzania

terenów bagnistych, skażonych chemicznie

lub zagrożonych erozją.

Wierzba energetyczna (Salix

spp.)

Plantacje wierzby energetycznej

opłaca się zakładać na glebach II - IV

klasy. Poziom wód gruntowych: 1-1,5

m. Opady: ponad 500 mm. Dobrze

prowadzona plantacja daje zbiory

przez okres około 25 lat.  Przeciętnie

plon świeżej biomasy wynosi

20-30

ton z hektara

(zawartość wody w

drewnie ok. 50 %).

Wierzba energetyczna (Salix

spp.)

Koszt założenia plantacji (prace rolne, nawozy, sadzonki,

bez zakupu ziemi) waha się od 4000 - 7000 zł na

hektar. Dochód rolnika na sprzedaży zrębków ponad

1000 zł

z hektara plantacji.

Pozyskiwanie energii z wierzby, funkcjonuje od

kilkudziesięciu lat w Szwecji, USA oraz w Europie

zachodniej. W Polsce od kilku lat. Przepisy Unii

Europejskiej oraz polskie wspierają tego typu

działalność. Udział odnawialnych źródeł energii

w bilansie energetycznym kraju stale rośnie i musi

rosnąć - zgodnie z umowami międzynarodowymi,

które Polska podpisała.

Rozporządzenia UE w

sprawach OZE

Dyrektywa w sprawie

promocji energii

elektrycznej ze źródeł

odnawialnych na

wewnętrznym rynku

energii elektrycznej

2001/77/EC

.

Przedmiotem Dyrektywy są zasady promocji i

wsparcia energetyki odnawialnej w

krajach członkowskich UE. W Dyrektywie

zaproponowano wprowadzenie 5 letniego okresu

zbierania doświadczeń związanych ze

stosowaniem obecnie obowiązujących różnych

mechanizmów wspierających rozwój

energetyki odnawialnej w poszczególnych krajach

Unii. Przyjęty

12 % całkowity udział

energii odnawialnych

w bilansie zużycia

energii pierwotnej państw

Unii w 2010 roku

został

przeliczony na odpowiedni udział energii

elektrycznej ze źródeł odnawialnych (włączając

dużą energetykę wodną) w całkowitej produkcji

energii elektrycznej

w roku 2010 i wyniósł

on 22,1 %,

czyli około 674,9 TWh.

Dyrektywa

2002/91/EC

w

sprawie

charakterystyki

energetycznej

budynków

Dyrektywa ta powstała w związku z koniecznością

znacznego zmniejszenia

energochłonności

budownictwa, odpowiedzialnego za 40% zużycia

energii finalnej w krajach Unii Europejskiej

(najbardziej energochłonny sektor gospodarki

europejskiej), a konsekwencji odpowiednio

wysokiego zanieczyszczenie środowiska. Dyrektywa

stwierdza, że w odnawialnych źródłach energii tkwi

olbrzymi, niewykorzystany jeszcze potencjał.

Dlatego też zobowiązuje ona każdy kraj

członkowski do przeprowadzenia jednorazowo

oceny możliwości wykorzystania potencjału

OZE w nowo-projektowanych budynkach.

Ocena taka posłuży następnie jako materiał

wyjściowy do opracowania listy lokalnie

dostępnych rozwiązań OZE spełniających

kryteria efektywności ekonomicznej.

Dyrektywa w sprawie

restrukturyzacji ram

wyznaczających

podatki na produkty

energetyczne

2003/96/EC

Dyrektywa ustala minimalne progi

podatkowe na podstawowe produkty

energetyczne i energię elektryczną, gaz

naturalny i węgiel. Jednocześnie

Artykuł

15 Dyrektywy

zezwala krajom

członkowskim na wprowadzania

częściowych lub

całkowitych zwolnień

podatkowych na pewne formy energii i

ich wykorzystanie, w tym energii

produkowanej ze źródeł odnawialnych

,

tj.

energii słonecznej, wiatrowej, fal i

pływów morskich, wodnej, biomasy i

geotermalnej.

Dziękuję za

uwagę !