Paliwa kopalne
Węgiel, ropa naftowa i gaz są najpowszechniej wykorzystywanymi z
ródłami energii. 80 %
energii zużywanej na świecie pochodzi ze spalania tych właśnie paliw. Nazywane są często
paliwami kopalnymi, gdyż występują w podziemnych złożach.
Uformowały się ok. 300 mln lat temu - jeszcze przed epoką dinozaurów - ze związków
organicznych w wyniku zalegania przez kilkadziesiąt lub kilkaset milionów lat pod ziemią,
gdzie były poddane wysokiemu ciśnieniu. Są surowcami nieodnawialnymi - naukowcy są
podzieleni co do czasu na jaki wystarczą ludzkości - według różnych szacunków węgla
starczy na ok 200 lat, ropy i gazu na ok 50. Obecnie opiera się na nich światowa gospodarka -
i mimo intensywnych prac nad odnawialnymi z
ródłami energii wciąż nie ma dla nich
alternatywy.
Węgiel
Skała osadowa powstała ze szczątków roślin, które bez dostępu powietrza uległy uwęgleniu.
Obecnie jest najpowszechniej występującym paliwem. Niestety węgiel wydobywany w
kopalniach zawiera zanieczyszczenia takie jak siarka i azot, które podczas spalania uwalniane
są do atmosfery. Jest niekorzystne dla środowiska, gdyż te szkodliwe powracają na ziemię w
formie tzw. kwaśnych deszczów. Innym niekorzystnym produktem spalania jest dwutlenek
węgla. Powszechnie uważa się, że to właśnie emisja tego gazu jest odpowiedzialna za
obserwowane ocieplenie klimatu.
Węgiel jest głównym paliwem dla elektrowni cieplnych, któe są największym
konwencjonalnym z
ródłem energii elektrycznej. W ostatnich latach nastąpił znaczący postęp
w technologii czystego spalania węgla, który umożliwia zatrzymanie w filtrach 99 %
popiołów i 95 % siarki i azotu
(http://www.fe.doe.gov/education/energylessons/coal/index.html)
Najwięksi producenci węgla
kamiennego i brunatnego 2006r. y
ródło: na podstawie danych z IEA
1
Polska posiada bogate
złoża węgla brunatnego, wydobywanego w kopalniach odkrywkowych. Niestety, taka forma
eksploatacji złoża pozostawia po sobie niemal księżycowy krajobraz. Zdjęcie: Kopalnia
Węgla Brunatnego w Bełchatowie. y
ródło: Wikipedia
Polska posiada bogate zasoby węgla. Dzięki temu jest on podstawowym surowcem
energetycznym w Polsce. Ponad 90% energii elektrycznej wytwarzanej w Polsce pochodzi z
elektrowni spalających węgiel kamienny lub brunatny. W okolicach Legnicy istnieją
największe w Europie i prawdopodobnie na świecie złoża węgla brunatnego.
Ropa naftowa
Prawdopodobnie powstała wskutek beztlenowych procesów gnilnych ze szczątków roślin i
zwierząt sprzed milionów lat, zachodzących pod wysokim ciśnieniem. Tak przynajmniej
twierdzi większość naukowców, ale są też alternatywne teorie zakładające że złoża
węglowodorów powstały już podczas narodzin naszej planety lub stale się tworzą pod
wpływem reakcji zachodzących głęboko pod skorupą ziemską.
2
Najwięksi producenci ropy
naftowej 2006r. y
ródło: na podstawie danych z IEA
Ropa jest podstawowym paliwem dla transportu - paliwa wyprodukowane z ropy napędzają
samochody (benzyna), ciężarówki, statki, pociągi (diesel), samoloty (nafta lotnicza). Z ropy
wytwarza się też oleje niezbędne dla prawidłowej pracy silników, plastiki, lekarstwa, nawozy
sztuczne.
Gaz ziemny
Gaz pochodzenia organicznego - zbierający się w przestrzeniach skorupy ziemnej, często
towarzyszący pokładom węgla lub ropy. Jego głównym składnikiem jest metan - łatwo palny
gaz, który spalając się nie wydziela prawie zanieczyszczeń. W naturalnej postaci nie posiada
zapachu, ale firmy gazowe dodają do niego aromaty zapachowe, aby łatwiej można było
zauważyć ewentualne ulatnianie się. Ze względu na łatwość przesyłu rurociągami i czyste
spalanie jest szeroko wykorzystywany w gospodarstwach domowych do ogrzewania i
gotowania.
3
Najwięksi producenci gazu
ziemnego 2006r. y
ródło: na podstawie danych z IEA
Elektrownie cieplne
Mimo, że węgiel, ropa i gaz świetnie się nadają do wytwarzania elektryczności najszersze
zastosowanie w tej dziedzinie znalazł węgiel. Energię z paliw kopalnych produkuje się w
wielkich zakładach przemysłowych - elektrowniach cieplnych.
Najpopularniejszym paliwem w elektrowniach cieplnych jest węgiel kamienny lub brunatny.
Węgiel kamienny jest najczęściej dowożony do elektrowni transportem kolejowym. Z uwagi
na mniejszą kaloryczność węgla brunatnego transport kolejowy jest mało opłacalny, dlatego
elektrownie na węgiel brunatny buduje się w bezpośrednim sąsiedztwie kopalni (np.
elektrownia Bełchatów) - urobek jest przesyłany bezpośrednio do elektrowni systemami
przenośników. Węgiel zanim trafi do kotła jest osuszany i mielony w młynach węglowych.
Pył węglowy jest wdmuchiwany do kotła, gdzie ulega spaleniu.
4
Elektrownia A
aziska, jedna z
największych w Polsce zużywa rocznie 2,7 mln ton węgla. Daje to średnio 123 wagony węgla
dziennie!
Kocioł jest stale zasilany wodą, paliwem i powietrzem. Produktem głównym kotła jest para
wodna o określonych parametrach, produktami ubocznymi, które należy usunąć, są spaliny,
popiół i żużel. Kotły parowe wykorzystywane w elektrowniach wytwarzają parę przegrzaną
(zwaną także parą suchą). Jest to para mająca temperaturę wyższą niż temperatura wrzenia
cieczy. Przykładowo: w kotłach używanych w największej Polskiej elektrowni na węgiel
kamienny w Kozienicach (model AP-1650, Fabryka Kotłów RAFAKO SA) para wylotowa
ma temperaturę 540 C i ciśnienie 17.2 Mpa. Zastąpienie pary mokrej parą przegrzaną
podniosło sprawność maszyn parowych i turbin. Przegrzana para przepływa rurociągiem do
turbiny. Wykorzystana skrapla się, jest chłodzona i przepompowywana spowrotem do kotła.
W turbinie parowej energia cieplna pary wodnej jest przekształcana w energię mechaniczną.
Składa się z elementu wirującego (wirnika) oraz kadłuba. Układ łopatkowy turbiny jest
złożony z nieruchomych wieńców łopatkowych (tzw. wieńce kierownicze, związane z
kadłubem) oraz wieńców wirujących związanych z wirnikiem. Para przy odpowiedniej
5
prędkości napływa na łopatki turbiny. Powstaje moc mechaniczna, która jest przenoszona na
wał maszyny.
Wirnik turbiny parowej jest sprzęgnięty z generatorem elektrycznym. Stosuje się najczęściej
trójfazowe prądnice synchroniczne dużej mocy - od kilkunastu do kilkuset MW. W zależności
od konstrukcji (liczby biegunów) wirnik wiruje z prędkością 1500 lub 3000 obr/min.
Prędkość ta musi być stała w celu utrzymania stałej częstotliwości prądu (50Hz). Napięcie na
wyjściu ze względu na ograniczenia izolacji nie przekracza 30 kV. Nie jest to dużo w
porównaniu z napięciami przesyłanymi liniami przesyłowymi, gdzie osiągają poziom 400 kV.
Moce generatorów sięgają 750 MVA. Energia elektryczna wytwarzana w elektrowni
przekazywana jest do systemu elektroenergetycznego, skąd pobierana jest przez odbiorców.
Schemat budowy elektrowni cieplnej, z
ródło: FM.T. Westra, S. Kuyvenhoven - Energy
powering your world
6