328
W ród urz dze energetyki geotermalnej jest wiele obiektów, które wyst puj w
innych działach (np. wymienniki ciepła, pompy ciepła, turbiny). Specjaln konstrukcj
maj pompy i otwory eksploatacyjne, w literaturze brak jest jednak danych o tych
obiektach.
Wykorzystanie (w strefie równikowej) ró nicy mi dzy temperatur wody na
powierzchni morza (H"305 K) a temperatur wody w jej gł bi (H"280 K) jest mo liwe
w elektrowni maretermalnej. Czynnikiem roboczym jest w niej amoniak albo propan.
Schemat elektrowni maretermalnej przedstawiono na rysunku 17.30. Zespól turbina
 generator jest umieszczony na platformie pływaj cej. Gor ca woda z powierzchni
morza powoduje odparowanie propanu i skierowanie go do turbiny. Rozpr ona para
jest skraplana za pomoc wody pompowanej z gł boko ci 300 500 m [9]. Sprawno ć
takiej elektrowni nie jest wysoka  2 3%, ale ródło energii jest niewyczerpalne.
Elektrownie tego typu pracuj na Bali (5 MW), w Japonii (10 MW) i na Hawajach
(40 MW). Planuje si , by nie przesyłać wytworzonej energii kablem na najbli szy l d,
lecz by j wykorzystywać do produkcji wodoru czy metanolu i w postaci ciekłej
przewozić tankowcami do u ytkowników.

  

    
17.4.4. Urz dzenia hydroenergetyki
Kr enie wody w przyrodzie objawia si mi dzy innymi w tym, e na powierzchni
ziemi formuj si cieki wodne lub zbiorniki, w których si ona zbiera. Ruch wody na
powierzchni odbywa si pod wpływem siły grawitacyjnej. Urz dzenia, które
wykorzystuj energi cieków lub energi potencjaln dwóch zbiorników o ró nym

329
poło eniu zwierciadła cieczy nazywa si urz dzeniami hydroenergetycznymi.
Poniewa kr enie wody w przyrodzie jest zjawiskiem ci głym, energi tych cieków
zalicza si wi c do  energii odnawialnej . Moc silnika wodnego siłowni okre la si ze
wzoru

1 = P Å" J Å" + Å"· , (17.2)
w którym:
P  strumie masy wody przepływaj cej przez kanał doprowadzaj cy do silnika;
J  przyspieszenie ziemskie;
+  spadek wody (ró nica pomi dzy poziomami w zbiorniku górnym i dolnym);
·  sprawno ć siÅ‚owni.
Przy ograniczonej ilo ci wody przepływaj cej przez rzek moc siłowni podnosi si
przez spi trzenie wody (zwi kszenie +).
Urz dzeniami, które wykorzystuj energi potencjaln wody s obecnie turbiny
wodne omówione w rozdziale 10. Na rysunku 17.31 przedstawiono schematy dwóch
siłowni ró ni cych si wielko ci spadu, a co za tym idzie rodzajem turbiny.

330


a)

 







 

 
Siłownie wodne nap dzaj ce generator pr du elektrycznego nosz nazw
elektrowni wodnych. Składaj si one z cz ci hydrotechnicznej i energetycznej. W
skład cz ci hydrotechnicznej wchodz :
¾ budowle pi trz ce (zapory i jazy),
¾ zbiorniki,
¾ uj cia wody,
¾ budowle doprowadzaj ce i odprowadzaj ce wod (kanaÅ‚y, ruroci gi, sztolnie),
¾ budowle towarzysz ce.
Na rysunku 17.32 przedstawiono przykład zapory murowanej.




331
Inne elementy hydrotechnicznych budowli elektrowni wodnych omówiono w
pracy [14].
Cz ć energetyczna elektrowni wodnej składa si z:
¾ budynku elektrowni,
¾ bloku energetycznego (turbina i generator) znajduj cego si w maszynowni,
¾ ci gów komunikacyjnych,
¾ pomieszcze i urz dze pomocniczych.
Na rysunku 17.33 przedstawiono schemat budynku elektrowni wodnej.
Ze wzgl du na sposób gospodarowania przepływem wody elektrownie wodne
dzieli si na:
¾ przepÅ‚ywowe,
¾ zbiornikowe,
¾ pompowe.




  

  

  

 



332
W elektrowniach przepływowych nie s niezb dne zbiorniki do gromadzenia
wody, wykorzystuje si bowiem ci gły przepływ rzeki. Gdy jednak mo na je budować
(ukształtowanie terenu), wówczas ułatwiona jest racjonalna gospodarka wod , a ze
zbiorników mo na korzystać równie w celach pozaenergetycznych.
Elektrownie pompowe, zwane tak e szczytowo-pompowymi, maj cechy
akumulatorów energii.
Na rysunkach 17.34 17.37 przedstawiono przykłady elektrowni ró nych typów.
W energetyce wykorzystuje si równie energi wody morskiej (fal, pływów,
pr dów itp.). Na rysunku 17.38 przedstawiono przykład ideowy elektrowni pływowej.
Inne sposoby korzystania z energii wód morskich znajduj si w fazie rozwi za
prototypowych.



   

 formatorów, 8 

333



 

   








334

Rys. 17.37. Plan sytuacyjny i przekrój elektro



 zbiornik górny (1  

 

  

  komora wyrównawcza wraz z napowietrz

    

  





 
17.4.5. Energetyczne wykorzystanie biomasy

335
Biomasa ju najstarszym, znanym człowiekowi no nikiem energii. To wła nie
drewno, trawy, słoma i inne substancje pochodzenia ro linnego i zwierz cego były
ródłem ciepła w prehistorycznych


ogniskach i redniowiecznych pie-
cach grzewczych. Rozwój
górnictwa w gla, ropy i gazu
sprawił, e na biomas , zwłaszcza
w XX wieku spogl dano jak na
surowiec nieenergetyczny. Do
zmiany tej opinii przyczynił si
kryzys paliwowy z ko ca
ubiegłego wieku, wówczas to
zwrócono ponownie uwag na
naturalny, wyst puj cy od
milionów lat ła cuch konwersji
energii (rys. 17.39).
Analiza ilo ciowa tego
Å‚a cucha pokazuje, e
odnawiaj ce si systematycznie
jego ogniwa dotycz strumieni
energii o kilka rz dów wielko ci
wy szych ni potrzeby
energetyczne współczesnej
cywilizacji i e celowe jest
podj cie działa zmierzaj cych
do opracowania technologii
pozyskiwania energii, choć cz ciowo opartych na tym ła cuchu konwersji energii.

Na rysunku 17.40


przedstawiono schemat
najcz ciej wyst puj cych
procesów  produkcji oczekiwanych postaci energii z surowców ro -
linnych.

336
ro liny o du ej
pozostało ci plantacje
zawarto ci cukru ro liny oleiste
odpady ro linne energetyczne
lub skrobi









CIEPA
O, ELEKTRYCZNO Ć, PRACA MECHANICZNA


Ró ne zastosowania uzyskiwanej z biomasy energii przedstawiono na kolejnych
rysunkach: ogrzewanie budynków (spalanie słomy)  17.41, do nap du silników
wysokopr nych (zgazowanie biomasy)  17.42. Spalanie gazu umo liwia stosowanie
innego ni para czynnika roboczego, co pozwala na podniesienie sprawno ci procesu
konwersji energii biomasy w prac mechaniczn .

 

      powrót, 9 

 

337

















N

  
Schemat procesu fermentacji metanowej, dzi ki której z niektórych form biomasy
mo na otrzymać paliwo gazowe (biogaz) pokazano na rysunku 17.43.









nie kwasów








338
Rys. 17.43. Proces wytwarzania biogazu z odpadów produkcji rolniczej [18]
Z biomasy mo na równie otrzymać paliwa ciekłe (etanol, olej nap dowy)  na
rysunku 17.44 pokazano bilans wytwarzania oleju nap dowego z rzepaku.
Wytwarzanie energii z biomasy wi e si z produkcj odpowiednich ro lin (wierzba,
trzcina chi ska i inne), co stwarza nowe mo liwo ci poszerzenia areału upraw w
rolnictwie, oraz nowoczesnych maszyn i aparatów, co jest wyzwaniem dla
energomechaników.
























































339














dów






17.5. Zastosowanie generatorów
magnetohydrodynamicznych w energetyce
W ród niekonwencjonalnych metod konwersji energii cieplnej w energi
elektryczn jest metoda magnetohydrodynamiczna. Pomysł takiej konwersji pochodzi
jeszcze z XIX wieku, ale jego realizacja techniczna stała si mo liwa dopiero w
drugiej połowie wieku XX, dzi ki zastosowaniu generatora
magnetohydrodynamicznego (w skrócie generator
MHD), działaj cego na zasadzie indukowania si
napi cia (siły elektromotorycznej) w przewodniku
poruszaj cym si w polu magnetycznym. W tym
jednak przypadku zamiast przewodu metalowego
wykorzystuje si gaz prze- wodz cy pr d
elektryczny  plazm (rys. 17.46).


Plazma, której si u ywa w generatorze, to spaliny powstałe ze spalania
klasycznych paliw w taki sposób, by uzyskać jak najwy sz temperatur (2000 3500
°C), powoduj ca ich jonizacj . Spaliny nabieraj pr dko ci w dyszy. W celu
zwi kszenia przewodno ci elektrycznej plazmy do spalin dodaje si metali
alkalicznych, by stanowiły tzw. posiew. Sprawno ć generatorów MHD (rys. 17.47)
waha si w granicach 15 20%, dlatego nie pracuj one samodzielnie, ale jako cz ć

340
wst pna klasycznej siłowni cieplnej, gdy plazma wylatuj ca z generatora ma tak
wysok temperatur , e mo e posłu yć do produkcji pary tak jak w konwencjonalnej
siłowni. Elektrownia taka (rys. 17.48) osi ga sprawno ć przekraczaj c 50 52%. Na
rysunku 17.49 przedstawiono ró ne schematy elektrowni z członem MHD.

 

   

  










  













zbiór posiewu,





 

   

  

341





  

   

   
17.6. Ogniwa paliwowe [13]
W ogniwach paliwowych zachodzi konwersja energii chemicznej w energi
elektryczn . Bior w niej udział paliwa, (którymi s np. wodór, w glowodory,
amoniak, sód itp.) oraz tlen. Proces utleniania polega na oddzielaniu elektronów od
paliwa, przeniesieniu ich przez obwód zewn trzny do utleniacza i na poł czeniu
powstałych na elektrodach jonów w ko cowy produkt. Nast puje to w elektrolicie.
Najpopularniejsze s obecnie ogniwa wodorowo-tlenowe (rys. 17.50), składaj ce si z
elektrody ujemnej, elektrody dodatniej, zbiornika z elektrolitem, zbiorników z
paliwem i utleniaczem oraz pompy obiegowej, oddzielacza wody i chłodnicy. Na
elektrodzie ujemnej zachodzi nast puj ca reakcja
2H + 4OH- Ò! 4H O + 4e (17.3)

342

Powstałe elektrony poprzez obwód zewn trzny płyn do elektrody dodatniej,
gdzie przy jej powierzchni zachodzi reakcja utleniacza z wod
O + 2H O + 4e Ò! 4OH- (17.4)
Powstałe jony płyn w elektrolicie do elektrody ujemnej, zamykaj c obwód
elektryczny. Zachodz ca w elektrolicie sumaryczna reakcja ma nast puj c postać
2H + O Ò! 2H O (17.5)
a wi c jest to spalanie wodoru, ale efektem energetycznym jest głównie energia
elektryczna, a tylko w niewielkim stopniu ciepło. Ogniwa tego typu maj wysok
sprawno ć, s trwałe, ciche, nie zanieczyszczaj rodowiska. Maj jednak małe moce
jednostkowe.





 





17.7. Reaktory
termoj drowe
Dotychczas nie udało si przeprowadzić kontrolowanej reakcji termoj drowej,
mimo bardzo intensywnych prac. Byłoby to niewyczerpalne ródło energii,
uzyskiwanej z ci kich izotopów wodoru (deuter D i tryt T) oraz lekkiego izotopu litu
(Li). Gdyby j dra wymienionych izotopów udało si do siebie zbli yć na odległo ć
przyci gania j drowego, wówczas mogłyby być zainicjowane reakcje syntezy, np.:

1

D + DÒ! He + Q + 3,27 MeV (17.6)
0


343



1
D + T Ò! He + Q + 17,58 MeV (17.7)
0
Olbrzymie ilo ci wytwarzaj cej si przy tym energii cieplnej mo na odprowadzić
z reaktora przez czynnik chłodz cy. Reakcje syntezy wymagaj bardzo wysokiej
temperatury (rz du 100 milionów kelwinów). Materii w takim stanie nie utrzyma
aden materiał konstrukcyjny, dlatego do jej przechowywania buduje si odpowiednie
urz dzenia (tzw. pułapki magnetyczne). W urz dzeniach tych, oprócz
przechowywania, mo na plazm zag szczać, zwi kszaj c tym sposobem szans
wyst pienia reakcji. Jedn z metod koncentracji plazmy jest stosowanie lasera (rys.
17.51).



 

  

  
    

 
Literatura
[1] B J., 2GQDZLDOQH UyGáD HQHUJLL, PWN, Warszawa 1989.
[2] C Z., *HQHUDWRU\ PDJQHWRK\GURG\QDPLF]QH, WNT, Warszawa 1969.
[3] D R., 0DJD]\QRZDQLH HQHUJLL FLHSOQHM, PWN, Warszawa 1990.

344

[4] G Z., L J., %LRPDVD MDNR RGQDZLDOQH UyGáR HQHUJLL L HNRORJLF]QH SDOLZR
SU]\V]áR FL, w:  Paliwa ekologiczne w Polsce i na wiecie , III Sympozjum Petrochemia-
-Blachownia, Zarz d Główny SITPChem, K dzierzyn-Ko le 2002, s. 1 15.
[5] J W., 6LOQLNL ZLDWURZH, WNT, Warszawa 1959.
[6] .RQVWUXNFMD SU]\U] GyZ L XU] G]H SUHF\]\MQ\FK, praca zbiorowa, WNT, Warszawa 1996.
[7] K A., 3OD]PD, WNT, Warszawa 1985.
[8] K W., T B., Z K., %LRJD]RZQLH Ä… GURJD XHIHNW\ZQLDQLD
UROQLFWZD, Gospodarka Paliwami i Energi , nr 7, 1996, s. 16 18.
[9] L D., P M., S F., (OHNWURZQLH, WNT, Warszawa 1990.
[10] L W. M., 3URHNRORJLF]QH UyGáD HQHUJLL RGQDZLDOQHM, WNT, Warszawa
2001.
[11] L W., =DVLODQLH VLOQLNyZ VSDOLQRZ\FK SDOLZDPL DOWHUQDW\ZQ\PL, ITE, Radom 1995.
[12] Materiały reklamowe firmy  AgroEnergetyka .
[13] M R., B M., 3U]HPLDQ\ HQHUJHW\F]QH, WPW, Warszawa 1989.
[14] M S., J S., (OHNWURZQLH ZRGQH, PWT, Warszawa 1957.
[15] N T., 0HFKDQL]DFMD UROQLFWZD, t. 1, PWRiL, Warszawa 1982.
[16] Nowak W., Soba ski R., Kabat M., Kujawa T., 6\VWHP\ SR]\VNLZDQLD L Z\NRU]\VWDQLD
HQHUJLL JHRWHUPLF]QHM, Wydawnictwo Politechniki Szczeci skiej, Szczecin 2000.
[17] P J., 3RGVWDZ\ WHFKQLNL FLHSOQHM Z UROQLFWZLH, PWRiL, Warszawa 1983.
[18] S B., 5HQHZDEOH HQHUJ\, Academic Press, San Diego 2000.
[19] S S., 1DS G K\GURVWDW\F]Q\, t. I, WNT, Warszawa 1990.
[20] S J. i in., 3U]HP\VáRZD HQHUJLD RGSDGRZD =DVDG\ Z\NRU]\VWDQLD 8U] G]HQLD,
WNT, Warszawa 1993.
[21]S A., &]DV HQHUJLL, WKiA
, Warszawa 1988.