ENERGETYKA WODNA

Udział w produkcji energii elektrycznej

Świat 20% Polska 1,1%

Wykorzystanie zasobów użytkowych

100% - 9800 TWh/rok 100% - 13,7 TWh/rok

Świat - 22,4% Polska - 12%

Elektrownie wodne - obiekty wielofunkcyjne

• Stabilizacja stosunków wodnych

• Źródła wody

• Poprawa komunikacji

• Nowe tereny rekreacyjne

Kaskada Dolnej Wisły - program budowy ciągu elektrowni (zbudowano jedynie elektrownię Włocławek 160 MW

Mała energetyka wodna - lata 50-te 6300 siłowni wodnych - obecnie ~300

Rodzaje elektrowni wodnych

• Elektrownie wodne przepływowe - nie mają zbiornika do magazynowania wody, lecz wykorzystują ciągły przepływ cieku wodnego

• Elektrownie wodne zbiornikowe - gromadzenie wody w okresach małego obciążenia systemu elektroenergetycznego lub w okresach powodziowych. Wykorzystywane głównie jako elektrownie szczytowe

• Elektrownie wodne pompowe - górne zbiorniki napełniane za pomocą pomp w okresach małego obciążenia systemu elektroenergetycznego. Wykorzystywane jako elektrownie szczytowe

Pozostałe funkcje gospodarcze elektrowni wodnych

• Stabilizacja stosunków wodnych

• Ochrona przed powodziami

• Źródła wody pitnej

• Gospodarka rybna i nawadnianie terenów rolniczych

• Tereny rekreacyjne

Zasada wykorzystania energii wodnej

Moc elektrowni wodnej

- strumień wody

ΔH - różnica wysokości między poziomami wody

Największe elektrownie wodne

• 12000MW - Itapu (Brazylia/Paragwaj)

• 9700MW - Gran Coulec (USA)

• 9000MW - Guri (Wenezuela)

Polska

• 160MW - Włocławek

• 680MW - Żarnowiec

• 500MW - Porąbka Żar

Energetyka jest przyjaznym dla środowiska źródłem energii. Zastępuje, bowiem produkcję energii elektrycznej w elektrowniach węglowych ograniczając emisję szkodliwych substancji. Ale energetyka wodna nie pozostaje również bez ujemnego wpływu na środowisko. Podwyższenie poziomu wody powoduje podniesienie się poziomu wód gruntowych i konieczność odwodnień w okresach roztopów wzrasta niebezpieczeństwo awarii zapór wodnych.

4.3 ENERGETYKA SŁONECZNA

Moc wiązki promieniowania w kierunku Ziemi - 173000TW

Moc zainstalowana w polskich elektrowniach - 0,033TW

~30% - odbite od atmosfery

~47% - ciepło pochłonięte przez lądy i morza

~23% - obieg hydrologiczny (opady i parowanie

320TW - ruch powietrza

40TW - fotosynteza

Sposoby wykorzystania (konwersja lokalna)

• wykorzystanie promieniowania bezpośredniego i rozproszonego w procesach ogrzewania (układy pasywne i aktywne - kolektory słoneczne)

• wykorzystanie promieniowania bezpośredniego w procesach wysokotemperaturowych (piece i elektrownie słoneczne)

• ogniwa fotowoltaniczne (bezpośrednia zamiana energii słonecznej na energię elektryczną η_f 10-11%)

Struktura promieniowania słonecznego

• promieniowanie ultrafioletowe

• promieniowanie widzialne

• promieniowanie podczerwone

Warunki krajowe

Średnia gęstość energii słonecznej na obszarze Polski - 1000kWh/m² rok

Liczba godzin słonecznych - 1600 h/rok

80% energii słonecznej - okres wiosenno-letni

Okres ogrzewniczy - październik - kwiecień (50% obciążenia grudzień - luty)

Sposoby wykorzystania energii słonecznej w Polsce

• podgrzewanie wody użytkowej - płaskie kolektory słoneczne (promieniowanie bezpośrednie i rozproszone)

• podgrzewanie powietrza

• rolnictwo (suszarnie, tunele foliowe)

• podgrzewanie wody w basenach kąpielowych

Pasywny (bierny) system ogrzewania słonecznego polega na wykorzystaniu naturalnego dopływu i przekazywania promieniowania słonecznego we wnętrzu budynku o specjalnej konstrukcji. Rolę kolektorów (akumulatorów) ciepła spełniają określone elementy konstrukcji budynku.

W aktywnych systemach ogrzewania słonecznego wykorzystuje się kolektory płaskie lub koncentrujące.

Pasywny system ogrzewania słonecznego

Kolektory słoneczne

Zalety:

• zmniejszenie zużycia paliw konwencjonalnych

• spełnienie kryteriów budownictwa ekologicznego

Wady:

• przypadkowe zmiany strumienia EPS

• najmniejsza wydajność w okresie największego zapotrzebowania na ciepło grzewcze

• konieczność instalowania dodatkowych urządzeń grzewczych o małej bezwładności cieplnej w celu otrzymania stałej temperatury w budynku (najlepiej z automatyczną regulacją temperatury)

• konieczność dostosowania konstrukcji budynku do wykorzystania EPS

wykorzystanie promieniowania bezpośrednio w procesach wysokotemperaturowych jest realizowane za pomocą zwierciadeł tworzących heliostat (zwierciadło ukierunkowane na słońce)

przykład

Piec słoneczny w Odeillo (Pireneje)

180 posrebrzanych zwierciadeł

moc - 1MW

temperatura - 4000K

Stawy słoneczne

Są to baseny wypełnione wodą o różnej koncentracji soli, które spełniają rolę zarówno kolektorów i akumulatorów energii słonecznej. Promieniowanie słoneczne jest pochłaniane przede wszystkim w głębszych warstwach stawu, gdzie koncentracja soli jest największa wskutek większego zasolenia dolna warstwa wody nie unosi się ku górze i pełni rolę akumulatora.

Ogniwo fotowoltaniczne jest zbudowane jako złącze dwóch przewodników o odmiennym typie przewodnictwa elektrycznego

Działanie ogniw fotowoltanicznych polega na generowaniu siły elektromotorycznej w wyniku napromieniowania półprzewodnika. Fotony o energiach większych niż progowa dla danego materiału półprzewodnikowego powodują uwalnianie części elektronów.

Najczęściej stosowany materiał półprzewodnikowy - krzem, a także german, arsenik galu, tellurek i siarczek kadmu, selen. Sprawność energetyczna 10-11%.

Odbiorniki satelitarne.

Baterie słoneczne umieszczone na sztucznym satelicie. Wytwarzanie ciągłe energii ze sprawnością 15-20%, przesyłanie na Ziemię za pomocą fal ultrakrótkich i zamiana na energię elektryczną ze sprawnością 70-80%.

4.4 ENERGIA GEOTERMICZNA

Ciepło wnętrza Ziemi (reakcje rozpadu ²³⁸U, ²³⁵U, ²³²Th, ⁴⁰K)

Zasoby energii geotermicznej

• hydrotermiczne (woda, para, mieszanina pary i wody)

• petrotermiczne (warstwy skalne)

Sposoby wykorzystania

• temperatura geopłynu powyżej 150˚C (elektrownie geotermiczne np. USA „The Geysers” 1000MW, 180˚C)

• temperatura poniżej 150˚C (cele ciepłownicze, klimatyzacyjne, rolnicze, leczniczo-rekreacyjne (np. Reykiavik (Islandia) 600MW - miejski system ciepłowniczy)

Warunki krajowe (temperatura wód 45-75˚C)

• ogrzewanie budynków, szklarni, ośrodków rekreacyjnych

• współpraca z miejskimi systemami ciepłowniczymi

Podhale, okręg szczeciński (Pyrzyce), okręg grudzińsko-warszawski

4.5 ENERGETYKA WIATROWA

Siłownie wiatrowe

Min 4-6m/s nom 10-12m/s

Moce kilkanaście kW - 3MW

System stabilizacji mocy i częstotliwości

Urządzenia akumulujące i rezerwowe

Kalifornia (1500MW), Dania

Możliwości krajowe

Znaczenie lokalne np. akumulacja energii potencjalnej wody

Moc wiatru

4.6 BIOMASA

Biomasa jako źródło paliw

Do biomasy zalicza się:

• odpady powstające przy produkcji i przetwarzaniu produktów roślinnych

• szybko rosnące rośliny hodowane na specjalnych plantacjach w celach energetycznych

• odpady komunalne i odchody zwierzęce do produkcji biogazu

---