TERMODYNAMIKA- zajmuje się przemianami jednych form energii w drugie oraz badaniem praw i zależności rządzących tymi przemianami.

Termodynamika chemiczna- zajmuje się badaniem i wyjaśnianiem procesów chemicznych i towarzyszącym im efektów energetycznych. Stosuje ogólne zasady termodynamiki

UKŁAD- celowo wybrana część przyrody tzn ciało lub zespół kilku ciał, która poddawana jest obserwacji, a od otoczenia oddzielona jest wyraźnie ukształtowaną powierzchnią.

UKŁAD OTWARTY- ukł mogący swobodnie wymieniać z otoczeniem masę i energię

UKŁAD PÓŁOTWARTY- wymienia energię, nie wymienia masy

UKŁAD ZAMKNIĘTY- nie wymienia ani masy ani energii

PARAMETRY UKŁADU: służą do opisania układu: temp, ciśnienie, objętość, skład (ilość moli składników)

FUNKCJE TERMODYNAMICZNE- charakteryzują się tym, że wartości każdej z nich zależą tylko od stanu początkowego i końcowego układu, a nie zależą od drogi po której układ doszedł do tego stanu.

FUNKCJE TERMODYNAMICZNE- energia wewnętrzna (U), entalpia (H), energia swobodna (F), potencjał termodynamiczny (G), entropia (S). Wymiar entropii jest J/K pozostałe to J.

WIELKOŚCI INTENSYWNE- można je zmierzyć w każdym miejscu ukł i ich wartości zależą od wewnętrznego składu układu a nie od jego globalnej masy - temp, ciśnienie,stężenie

Energia wewn układu- suma energii wszystkich cząstek układu

WIELKOŚCI EKSTENSYWNE- proporcjonalna wartość jest zależna do masy układu (objętość, energia wewn,entalpia,entropia,potencjał termodynamiczny)

PRACA I CIEPŁO są sobie równoważne. Praca jest przekazywaniem uporządkowanego ruchu między obiektami makroskopowymi. Może być praca kinematyczna, potencjalna, elektryczna, wewnętrzna.

PRZEMIANA ADIABATYCZNA- bez wymiany ciepła z otoczeniem, zmiana energii wew (dU) ilościowo równa jest pracy wykonanej w tej przemianie. Jeżeli na ukł została wykonana praca elementarna Wel to oznacza, że układowi została dostarczona energia w ilości Wel na sposób pracy

dU-Wel=0

PRZEMIANA NIEADIABATYCZNA- dU- Wel ≠0

Różnica między wielkością przyrostu energii wew a ilością energii przekazanej na sposób pracy- jest to CIEPŁO

dU-Wel=Qel

PIERWSZA ZASADA TERMODYNAMIKI (prawo zachowania energii)

dU= Wel+ Qel

W układach półotwartych i otwartych energia wew ukł może ulec zmianie w wyniku wymiany ciepła Qel i pracy Wel z otoczeniem.

Aby podkreślić, że praca elementarna Wel może składać się z róznych rodz prac prace nieobjętościowe ozn się symbolem W'el:

dU=pdV+Qel+W'el

po przekształceniu d(U+pV)=Vdp+Qel+W'el

U+pV=H (entalpia)

EFEKT CIEPLNY przemiany izochorycznej (V=const) przebiegającej od stanu 1 do stanu2 równa się różnicy energii wew w obu stanach U1-U2=Qv

Efekt cieplny przemiany izobarycznej (p=const) H1-H2=Qp

Wynika z tego ze w przemianie izobarycznej pod względem formalnym entalpia odgrywa tę samą rolę co energia wewwn w p.izochorycznej

PRAWO HESSA

Efekt cieplny reakcji chem nie zalezy od drogi przemiany danych substratow na określone produkty, jeśli tylko wszystkie przemiany SA izochoryczne lub izobaryczne i nie towarzyszy im praca nieobjętościowa

Substraty-----------półprodukt----------produkty końcowe

Układy muszą znajdować się w tej samej temp,po tym samym cisn a stężenia reagentów muszą być jednakowe.

Entalpia substancji prostych=0 w warunkach standardowych.

DRUGA ZASADA TERMODYNAMIKI

Podstawą jest nieodwracalność procesów zachodzących w sposób samorzutny w przyrodzie. Towarzyszy temu wytworzenie energii na zewnątrz. Są jednak wyjątki:

ENTROPIA jest funkcją stanu tzn ze zmiana entropii układu podobnie jak zmiana energii wewn i entalpii nie zalezy od drogi po której zaszla przemiana a zalezy tylko od stanu początkowego i koncowego przemiany.

W przemianie odwracalnej entropia przyrody (układu i otoczenia) nie zmienia się, ile entropii traci układ tyle zyskuje otoczenie i odwrotnie.

TdS=Qwl - Pr.odwracalny

W przemianie nieodwracalnej entropia przyrody wzrasta. Jeśli entropia układu w danej przemianie maleje to entropia otoczenia wzrasta wiecej niż zmalała entropia układu i otoczenia.

TdS>Qel- Pr.odwracalny

Qel=dU-Wel

to:

TdS>dU-Wel

T-temp w której została wymieniona energia na sposób ciepła

dS- zmiana entropii układu

dU- zmiana energii wewn układu

Wel-praca elementarna

= odnosi się do przemian odwracalnych

> do nieodwracalnych

ENERGIA SWOBODNA układu (F) mierzona jest w J. Jest ona składową energii wew wraz z energią związana ukł (TS)

U-TS=F

Warunkiem samorzutności procesów izotermiczno-izochorycznych jest ubytek energii swobodnej. Wynika z tego, że reakcje chem, w których nie ma pracy nieobjętościowej zachodzą tylko wówczas, gdy następuje ubytek energii swobodnej. Wielkość tego ubytku może być miarą samorzutności reakcji.

WARUNKI SAMORZUTNOŚCI PROCESÓW

dU<0, gdy S,V=const

dH<0, gdy S,p=const

dF<0, gdy T,V=const

dG<0, gdy T,p=const

ZWIĄZKI MIĘDZY FUNKCJAMI

G=F+pV

F=U-TS

H=U+pV

G=H-TS

TRZECIA ZASADA TERMODYNAMIKI

Według Plancka entropia każdego ciała doskonale jednolitego o skończonej gęstości maleje do zera, gdy do zera maleje temperatura.

Lim S=0

WĘGLE KOPALNE

Należy go grupy 14,hybrydyzacja sp3, jonowy charakter wiązań

Ma dużą energię wiązania C-C (348 kJ/mol)- mozliwość tworzenia łańcuchów, tworzenie wiązań wielocząstkowych.

Bardzo rozpowszechniony- minerały (kalcytCaCO3, MagnezytMgCO3, DolomitMgCO3*CaCO3, Syderyt FeCO3), CO2, związki organiczne

Ilość C w atmosferze w postaci CO2 6*10do11t, w wodach morskich w postaci CO2-1,7*10do13t, w związkach organicznych 3*10do11t

Węgiel występuje w 3 odmianach alotropowych (DIAMENT, GRAFIT, FULLERENY)

DIAMENT

Jest bezbarwny, przezroczysty, twardy, łamiące światło kryształy, nie przewodzi prądu elektrycznego, w obecności zanieczyszczeń robi się żółty, brunatny, niebieski, fioletowy. Oszlifowany diament to brylant. Gęstość d=3,5g/cm3

Jest bierny chemicznie, spala się w temp >800C, ulega działaniu jedynie stopionej saletry i sody.

Zastosowanie:

-ostrz do świdrów górniczych, cięcie szkła, jubilerstwo, łożysko w precyzyjnych urządzeniach

Hybrydyzacja orbitali atomów C - sp3, odległość C-C 154pm

Każdy atom C łączy się z 4 innymi atomami C

GRAFIT

Ciało czarno-szare o słabym połysku metalicznym, miękki, „tłusty” w dotyku, przewodzi prąd elektryczny i ciepło. Gęstość d=2,2g/cm3.

Krystalizuje w płaskocentrowanej sieci heksagonalnej dla której typowa jest hybrydyzacja typu sp2, odległość C-C(w warstwie)141pm, 335pm między warstwami, każdy atom C łączy się z 3 innymi, kąt 120, przewodnictwo elektryczne wynika z zapełnionych w połowie orbitali zdelokalizowanych atomów C w graficie.

Zastosowanie:

Elektrody, moderator w stosach atomowych, ołówki, z dodatkiem gliny-wyrób tygli do topienia metali

FULLERENY

Jest każda cząsteczka składająca się tylko z atomów węgla o zamkniętej budowie klatkowej wewnątrz pustej. Mogą istnieć fullereny o liczbie atomów od 20 do 960.

Najmniej stabilna jest cząstka C36 - w powietrzu ulega uwodnieniu), największa jest C560.

Najbardziej stabilne są C60. Cząsteczka taka zawiera 20 pierścieni 6-członowych, 12 pierścieni 5-członowych oraz 30 wiązań podwójnych.

Możemy je nazywać związkami super aromatycznymi. Cząsteczki te podobnie jak pierścień benzenowy wyróżniają się wielką potencjalna różnorodnością w tworzeniu zw chem. Z obcym atomem zamkniętym wew klatki fulleru spełnia rolę kontenera molekularnego.

Elektronika-Mogą być izolatorami, półprzewodnikami, przewodnikami o bardzo zróżnicowanej przewodności. Elektryka-Zastosowanie fullerenu jako kontenera molekularnego dla wodoru daje mozliwośc budowy ekologicznie czystego pojazdu zasilanego energią elektryczną za pomocą ogniw paliwowych lub silnikiem spalającym wodór. Medycyna-Są aktywne biologicznie, oddziałują na wirusy, bakterie, enzymy i zywe komórki. Służą jako lancet do rozcinania łańcuchów DNA.

NANORURKI

Obiekty włókniste powstające podczas syntezy fullerenów. Powstają przez zwinięcie warstw grafenowych zbudowanych z regularnych sześciokątów w powierzchnię cylindryczną bez szwu. Końcówki rurek są zamykane przez „beret” składający się z 6 pięciokątów, czyli przykładowo połówkę półkuli DNA.

Jest to najmocniejsze włókno jakie dotychczas otrzymano i być może najmocniejsze z tych które mogą być kiedykolwiek otrzymane. Jest idealnym włóknem molekularnym o sieci zbudowanej z silnych wiązań kowalencyjnych C-C, które należą do najmocniejszych w przyrodzie.

Przewodnictwo cieplne nanorurek w kierunku osiowym jest porównywalne do najlepszych włókien węglowych zaś w kierunku poprzecznym znikome. Rozszerzalność cieplna jest znikomo mała. Na podstaie tych właściwości nanorurki uznano za doskonały wypełniacz do polimerów, w celu poprawy ich właściwości przewodzących zwłaszcza kompozytów

WĘGIEL BEZPOSTACIOWY-SADZA

Powstaje m.in. podczas termicznego rozkładu substancji organicznych (sadza,węgiel kostny, koks).

Miałki, czarny proszek stanowiący mikrokrystaliczny grafit, Odznacza się dużą aktywnością chemiczną i zdolnością do adsorpcji. Sadzę otrzymuje się przez niecałkowite spalanie substancji org lub rozkład termiczny węglowodorów.

Zastosowanie:

Napełniacz do gum, tworzyw sztucznych, jako pigment do tuszów, lakierów, farb drukowych, składnik materiałów wybuchowych.

PODZIAŁ ŹRÓDEŁ ENERGII

KONWENCJONALNE

PIERWOTNE- węgiel kamienny, brunatny, ropa naftowa, gaz ziemny

WTÓRNE- para wodna, woda gorąca, koks, brykiety, olej opałowy, olej napędowy, Etyliny, benzyny

NIEKONWENCJONALNE

ODNAWIALNE- energia słoneczna, wiatru, hydroenergetyka, energia fal, biomasa, pływy morskie

NIEODNAWIALNE- energia jądrowa, geotermia, pompy ciepła

WĘGIEL DRZEWNY- w wyniku destylacji rozkładowej drewna. Jest porowatą, kruchą, czarną subst, której skład zależy od koncowej temp procesu podczas destylacji (im wyższa temp tym więcej węgla). Stosowany do wyrobu elektrod, filtrów, w hutnictwie, farmacji.

WĘGIEL KOSTNY- produkt zwęglania kości zwierzęcych w temp 400-700C. Jest to czarny proszek o budowie porowatej. Odznacza się właściwościami adsorpcyjnymi. Sklada się w 9-11% z czystego C, oraz z soli mineralnych: Ca3PO4, CaCO3, Mg3PO4. Stosowany w farmacji, przemyśłe spożywczym np.do odbarwiania soków.

WĘGIEL LECZNICZY- drzewny lub kostny, jako środek adsorbujący toksyny, drobnoustroje, zw org np.alkaloidy

WĘGIEL AKTYWNY- czarna, porowata subst stała o silnie rozwinietej powierzchni wykazująca doskonałe właściwości sorpcyjne. Otrzymuje się metodami bezpośrednimi lub metodami chemicznymi.

Metoda bezpośrednia polega na zwęgleniu surowców w temp 1000C (drewno, pestki) lub w temp 450-500C a nastepnie aktywowaniu otrzymanego produktu w temp 800-1000C przez utlenianie (głównie parą wodną).

Metoda chemiczna- zwęgleniu poddaje się surowce nasycone chlorkami metali lub kwasami a otrzymane produkty ogrzewa się w temp niższej niż w metodzie bezpośredniej.

Produkt handlowy w postaci proszku, ziaren, granulek. Stosowany jako adsorbent w oczyszczaniu wody.

WĘGLE KOPALNE:

W skład w.k wchodzą C,O,H, w mniejszych ilościach S,N i niepalne subst mineralne tworzące po spaleniu kopaliny popiół. W zależności od zawartości C wyróżnia się: torf, w.kamienny, brunatny i antracyt.

TORF

Jest masą org-mineralną powstałą z roślinności bagiennej w wyniku zachodzących w niej biochemicznych procesów w warunkach nadmiernej wilgotności przy słabym dostępie powietrza. Proces powstawania jest powolny, stopniowy proces rozkładu powodujący wzbogacanie się roślinnej materii org w węgiel, azot i części niepalne.

Masa bagienna ulega z czasem coraz silniejszemu procesowi rozkładu, który zachodzi przy aktywnym udziale mikroorg, przy czym intensywność rozkładu zależy nie tylko od rodzaju roślin torfotwórczych, ale także od warunków środowiskowych (temp, zawartości tlenu, składu chem wody)

Wzrost stopnia rozkładu powoduje zwiekszenie się zawartosci w torfie humusu, którego ilość decyduje o wartości opałowej, chłonności, przepuszczalności, popielności i innych cechach torfu.

Torf w stanie naturalnym składa się z silnie uwodnionej mieszaniny rozłożonych szczątków roślinnych, popielniczych i niewielkich ilości szczątków zwierzęcych. W skład subst org wchodzą: bituminy, kwasy huminowe i ich sole, hemiceluloza, celuloza, lignina, zw.białkowe- stanowi ona 60%, zaś zw mineralne torfu to:SiO2,Cu,Fe,K,P.

Torf w stanie naturalnym w zależności od stopnia rozkładu ma różną konsystencję i masę. Torf o słabym rozkładzie- brunatny,konsystencja włóknista, torf o silnym rozkładzie- czarny, jednolita masa włóknista.

Zawartość wody w złożu torfowym wynosi 84-96%. Torfy wysokie są bardzo kwaśne (pH 3-4), niskie są zwykle słabo kwaśne lub obojętne. Na opał używa się suchego torfu o zawartości popiołu poniżej 20%. Wartość opałowa torfu jest ok. dwukrotnie wyższa od wartości opałowej węgla.

W wyniku przeróbki termicznej(wytlewanie) z torfu wysokiego otrzymuje się produkt stosowany do produkcji farb, węgla aktywnego- półkoks torfowy. Przez ekstrakcję benzenami lub alkoholem otrzymuje się produkt składający się z wosku i żywic.

WĘGIEL BRUNATNY

Gatunek węgla kopalnego zawierający 65-78% pierwiastka węgla. Może mieć barwę od jasnobrunatnej do czarnej. Wyróżnia się kilka odmian węgla brunatnego: krylitowy (wyraźnie zachowana struktura drewna), miękki:ziemisty (węgle o niejednorodnym przełomie, po wysuszeniu łatwo rozsypują się na drobne kawałki) łupkowy: (o wyraźnej podzielności warstwowej, po wysuszeniu mniej się kruszy), twardy (duża zwięzłość, węgle matowe o przełomie muszlowym, węgle błyszczące które zbliżone są do kamiennych).

Jako surowiec energetyczny stosowany jest w elektrowniach a także jako opał w gosp domowych. Spalaniu poddaje się węgiel brunatny suchy lub sprasowany w postaci brykietów. Pozostały po spaleniu popiół jest uzywany jako kruszywo i środek wiążący w budownictwie.

Jedną z podstawowych metod przeróbki chem jest jego wytlewanie. W procesie tym obok gazu i wody wytlewnej otrzymuje się półkoks stosowany do produkcji gazów przemysłowych w metalurgii, jako reduktor tlenków metali oraz smołę wytlewną (słuzy do produkcji benzyny, parafiny, olejów smarowych). Wędle ksylitowe stosowane bogate w celuloze służą do produkcji płyt pilśniowych, tektury - zamiast drewna.

WĘGIEL KAMIENNY

Zawiera 78-92% pierwiastka węgla. Antracyt zawiera ok. 96% węgla. Ma barwę czarną, jest twardy, paląc się daje długi błyszczący płomień. Większość węgla kamiennego należy do węgli humusowych, powstałych na obszarach torfowisk ze szczątków flory lądowej. Ma niejednorodną budowę. Można odróznić kilka odmian petrograficznych (witryn-błyszczący, duryt-matowy, Klaryt-półbłyszczący, fuzyt-włóknisty).

Przeróbka w.kamiennego opiera się na utlenianiu, odgazowaniu, uwodnieniu.

Utlenianie węgla kamiennego może być całkowite lub niecałkowite. Proces odgazowania polega na termicznym jego rozkładzie bez dostepu powietrza, może być prowadzony w niskiej temp (500-600C) tzw wytlewanie lub wysokiej (900-1100C).

Produkty wytlewania: smoła wytlewna, benzyna, woda wytlewna, gazy, benzol.

Najważniejszą metodą przeróbki węgla kamiennego jest odgazowanie wysokotemperaturowe.

KOKSOWANIE WĘGLA KAMIENNEGO

Jest ton nagrzewanie węgla w temp ok. 1000C bez dostępu powietrza. W rezultacie zachodzących reakcji otrzymujemy produkt stały- koks oraz produkty lekkie (woda pogazowa, smoła węglowa, benzol, gaz koksowniczy)

Węgiel poddawany koksowaniu musi mieć odpowiednią jakość. Sposób przygotowania i składu mieszanki wsadowej decyduje o zawartości siarki, popiołów, wyprodukowanym koksie oraz o granulacji porowatości i wytrzymałości mechanicznej. Proces przygotowania węgla do koksowania polega na odważeniu składników mieszanki wsadowej oraz ich rozdrobnieniu i wymieszaniu. Gotowa mieszanka wsadowa zawiera:>9%wody, <8%popiołu

Koksowanie prowadzi się w tzw komorach koksowniczych mających zwykle 14m dł i 5m wys i tylko 0,5m szer. Mała szer pozwala na szybkie ogrzanie wsadu, który ma nieduże przewodnictwo cieplne. Ściany komór wykonane są z cegieł ceramicznych ogniotwórczych.

Zespół kilkudziesięciu komór ustawionych obok siebie równolegle do swojej dłuższej osi tworzy BATERIĘ KOKSOWNICZĄ. Sąsiednie komory oddzielone są od siebie kanałami grzejnymi. Tu umieszczone są palniki opalone gazem generatorowym lub koksowniczym.

W TEMP 350-480C zaczyna się wydzielać smoła węglowa, powstają warstwy węgla w stanie plastycznym, które stanowią opór swobodnemu ruchowi lotnych produktów koksowania.

PRODUKTY KOKSOWANIA:

Pierwotne produkty koksowania zawierają alkany (metan), cykloalkany,fenole. Plastyczne produkty lotne nie mogą bezpośrednio unosić się ku górze komory, znajdują one ,,łatwiejszą'' drogę do silnie nagrzanych ścian bocznych, przy których zachodzi reakcja rozkładu chem. W efekcie zmienia się skład produktów lotnych koksowania. Główne składniki to wodór, para smoły węglowej, duże ilości odpornych chemicznie węglowodorów aromatycznych.

90% koksu zużywa hutnictwo.Gaz koksowniczy używany jest jako paliwo po wcześniejszym wydzieleniu z niego amoniaku, benzolu, smoły. W tym celu gaz koksowniczy chłodzi się do temp.80C Podczas chłodzenia wykraplaa sięczęść par smoły i para wodna.

96-97% węgla reszta to azot, siarka, wodór i ozon.

Koks 73-77%, smoła węglowa 3-4%, benzol ok. 1%, amoniak ok. 0,3%, oczyszczony gaz koksowniczy 15-18%

PRZERÓBKA SMOŁY WĘGLOWEJ:

Czarna ciecz d=1,19-1,24kg/dm3. Zawiera bardzo dużo zw chem z niej wydzielające się węglowodory aromatyczne (benzen,toluen,ksylen) i wielopierścieniowe (pirydynt, chinolina). Są to bardzo poszukiwane związ,ki (surowce) w produkcji tworzyw sztucznych, włókien syntetycznych, środków leczniczych,barwników. W wyniku destylacji smoły węgl wyodrębnione zostają nast.frakcje:

Z WĘGLA KAMIENNEGO MOŻNA POZYSKAĆ

Olej lekki (benzen, ksylen)170C, olej karbolowy (fenole)170-220C, olej naftalenowy (70% naftalenu)220-270C, olej antracenowy (antrocen, chryzen)270-360C, pak (pozostałości)>360C.

ELEKTROWNIE KONWENCJONALNE

Składają się z kotła, pompy, turbiny, generatora i skraplacza.

ETAPY WYTWARZANIA ENERGII W ELEKTROWNIACH parowych opalanych węglem lub gazem obejmuje 3 etapy:

-wytwarzanie ciepła w wyniku spalania paliw kopalnych w kotle parowym, które jest wykorzystywane w produkcji wysokotemp pary przy wysokim ciś

-przemiana entalpii pary w energię kinetyczną motora turbiny

-przemiana energii kinetycznej w energię elektryczną

POPIÓŁ:

Emisję popiołu można częściowo zredukować stosując paleniska na zasadzie cyklonu lub filtrów mechanicznych lub elektrostatycznych. Odpowiednie urządzeniaredukują np.98% pyłu a emituje 2% najdrobniejszych cząstek

TLENKI SIARKI:

Wielkość emisji SOx zależy od zawartości siarki w paliwie. Nie jest możliwe usunięcie siarki przed lub podczas spalania, co byłoby najbardziej efektywne. Możliwe jest usunięcie siarki w elektrowniach konwencjonalnych dopiero z gazów wylotowych. W przypadku El.konwen mały wpływ na redukcję emisji może mieć konstrukcja lub eksploatacja kotła.

WPŁYW NA ŚRODOWISKO

W czasie eksploatacji elektrowni na paliwa kopalne emituje do atmosfery zanieczyszczenia: pył, tlenki siarki, tlenki azotu, tlenki węgla, węglowodory.

ROPA NAFTOWA

Powstała przez przeobrażenia subst org przy udziale mikroorg.

Jest mieszaniną przeróżnych związków węglowodorów stałych,ciekłych i gazowych.

To emulsja solanki- woda rozproszona w cieczy hydrofobowej.

Ze względu na skład węglowodorów ropę naftową dzielimy na 7 klas oraz na 12 grup w zalezności od zawartości siarki i żywic. Oczyszczona ropa naftowa bez solanki wymaga jeszcze poddaniu innym procesom.

Właściwości ropy naftowej:

-fizyko-chemiczne:rozpuszczalność, ciśnienie pary, współczynnik rozdziału, współcz.rozkładu, sorpcja, desorpcja, parowanie

-chemiczne-reakcje REDOX, hydroliza, halogenacja, dehalogenacja, rozpad fotochemiczny

-mikrobiologiczne- podatność na biotransformację lub biodegradację

Stopień zagrożenia środowiska przyrodniczego wynikający z zanieczyszczeń gleb i gruntów zależy od rodzaju gruntu, rodzaju subst zanieczyszczającej. W przypadku gdy grunt jest nieprzepuszczalny początkowo zanieczyszczeniu ulega wierzchnia warstwa. Natomiast w gruntach przepuszczalnych rozlane na powierzchni węglowodory wsiakają w głąb przechodząc przez strefę aeracji do warstwy wodonośnej. Ulegają po części adsorpcji na materiale skalnym po części zaś infiltruje az do osiągnięcia zwierciadła wody podziemnej. Zanieczyszczenia nagromadzone w strefie aeracji mogą podlegać:

-adsorpcji- na ziarnach gruntu lub materiale skalnym-faza stała

-rozpuszczeniu- w wodzie (w wilgoci zawartej w glebie) - f.ciekła

-biodegradacji-rozkładowi dzięki bakteriom obecym w glebie

-odparowaniu- do powietrza glebowego -faza lotna

ZANIECZYSZCZENIA NAGROMADZONE w strefie aeracji mogą podlegać procesom biodegradacji, odparowaniu do powietrza glebowego, rozpuszczeniu w wodzie, sorpcji.

Najkorzystniejsza jest biodegradacja. Tu węglowodory ulegają rozkładowi na CO2 i wodę dzięki czemu obniża się stężenie zanieczyszczeń w gruncie.

ROZPUSZCZALNOŚĆ WĘGLOWODORÓW

Praktycznie nie rozpuszczają się w wodzie (alifatyczne), bardzo duża rozpuszczalność w wodzie (aromatyczne), duża prężność pary nasyconej ich rozpuszczaniu w wodzie jest większa od rozpuszczalności alifatycznych (naftenowe), rozpuszczalność WWA w wodzie jest niewielka

BIODEGRADACJA- uleganie rozkładowi biologicznemu

STOPIEŃ BIODEGRADACJI ZALEZY OD:

-obecności mikroorganizmów degradujących i współzawodniczących

-koncentracji i dostępności zanieczyszczeń

-obecności tlenu lub innych związków utleniających

-stopnia wilgotności gruntu

-pH

-temperatury

-reakcji redox

OLEJE MINERALNE I SMARY

Składają się głównie z węglowodorów nie są agresywne w stosunku do betonu. Wyjątek stanowią wyroby przemysłu rafineryjnego zawierające składniki kwaśne pochodzące z rafinacji chemicznej lub oleje maszynowe, które zawierają kwaśne produkty utleniania. W tych przypadkach może wystąpić korozja kwaśna betonu.

ZANIECZYSZCZENIA WÓD PRODUKTAMI ROPOPOCHODNYMI

Zawartość węglowodorów w wodach nieznacznie zanieczyszczonych kształtuje się na poziomie 0,01-1 g/m3, natomiast w wodach silnie zanieczyszczonych osiąga wartość kilku, kilkunastu g/m3. Zawartość węglowodorów w wodzie powoduje zmiany jej cech organoleptycznych już przy niskich stężeniach 0,01 g/m3

Węglowodory wprowadzane do wody podlegają różnym procesom fiz, chem.biol. prowadzącym do stopniowej, powolnej degradacji.

GAZ ZIEMNY

Wszystkie gazy wystepujące w litosferze. Są to mieszaniny gazowe, które powstały w wyniku rozmaitych termicznych procesów zachodzących z udziałem bakterii, rozkładu org i nieorg składników skorupy Ziemi. Mają bardzo zróżnicowany skład i zawierają w różnych kombinacjach i proporcjach: N H2S,CO2,H,He,argon,O2,parę wodną, CO i org związki siarki pary rtęci.

LNG- gaz w postaci ciekłej skroplony w temp -163C.Podczas skraplania gaz ziemny zostaje oziębiony do -163C. Skroplenie gazu ziemnego powoduje 630 razy zmniejszenie jego objętości. Wartość paliwa określamy poprzez podaanie liczby oktanowej.

Skraplanie g.z wiąże się z dokładnym jego oczyszczaniem z CO2 i N, propanu, butanu i wiloci oraz He. Jest to bardzo czyste paliwo o liczbie oktanowej (LO)=130. G.Z z uwagi na niską temp wymaga zbiornika kriogenicznego.

WALORY GAZU

Dzeki swej kaloryczności wykorzysta jest jako cenne źródło energii (1 peta-10do15J)-27mln m3 gazu, łatwość i wygoda transportu (rurociagami), łatwość sterowania i automatyzacji procesu spalania a przede wszystkim możliwość osiągania wyższych wskaźników sprawności energetycznej w porównaniu z urządzeniami zasilanymi innymi paliwami. Gaz dzięki wysokiej kaloryczności wykorzystywany jest jako cenne źródło energii. Jest najbardziej „komfortowym” paliwem dla wszelkich stacjonarnych urządzeń energetycznych tj kotły, suszarnie, przemysłowe piece grzewcze, kuchnie domowe.

PODZIAŁ GAZU ZIEMNEGO: niekonwencjonalny-z tzw. źródeł niekonwencjonalnych, konwencjonalny- ze złoża

Do złóż konwencjonalnych należą:

-szczelne, mało przepuszczalne formacje

-solanki znajdujące się w utworach geologicznych pod cisn

-biomasa odłożona na lądach i dnie mórz

-hydraty

SNG- może być wytworzony z węgla (z jego zgazowania) lub zgazowania pozostałości naftowej lub w wyniku metanizacji CO i Co2 zawartego w gazie syntezowym - z czego powstaje gaz syntetyczny. Etap jest potrzebny gdy nie chce się poprzestać na produkcji średniokalorycznego gazu ze zgazowania.

PROCESY OCZYSZCZANIA GAZU ZIEMNEGO

Dobór procesu oczyszczania zależy od składu i parametrów gazu oraz objętości natężenia jego dopływu z odwiertów.

Gazy ziemne i zaazotowane, kondensatowe, zasiarczone, zawierające tlen- odgazowanie- odgazowanie i odrtęciowienie- adsorpcyjne osuszanie glikolem, adsorpcyjo-utleniające usuwanie H2S.

PRZERÓBKA GAZU ZIEMNEGO

Gazy ziemne dzielą się na:

-zaazotowane

-kondensatowe

-zasiarczone

-zawierające Hg

PRZERÓBKA GAZU ZIEMNEGO:

Może być prowadzona metodami:

ZACHOWAWCZĄ- polegają na rozkładzie mieszaniny węglowodorów na podstawie własności fizycznych o charakterze produktu celowego pod względem technicznym i handlowym. Metodą zachowawczą można przerobić tylko „gaz mokry” rozdzielając go na 3 grupy o charakterze produktów celowych: węglowodory gazowe (metan, etan), węglowodory, które w temp pokojowej można łatwo skroplić przez zastosowanie odpowiedniego cisnienia (propan, butan), węglowodory benzynowe (od pentanu w górę).

PRZETWÓRCZĄ- zmieniającą strukturę chemiczną węglowodorów w celu otrzymania nowych produktów. Węglowodory wchodzące w skład g.z od etanu w górę mogą zostać poddane odwodnieniu. Uzyskane w ten sposób węglowodory nasycone stanowić mogą surowiec w wielu syntezach organicznych

ISTNIEJĄ 3 METODY ODGAZOLINOWANIA:

Adsorpcyjna,absorpcyjna,kompresyjna

-adsorpcja- jako sorbent stosowany jest węgiel aktywny. Proces odgazowania prowadzi się w urządzeniach zwanych adsorberami (naczynia cylindryczne o pojemności 2-20m3) , w których węgiel aktywny układa się na sitach metalowych. Polega na pochłanianiu ciężkich składników „gazu mokrego”. Odbywa się w cieczach zwanych wodami absorpcyjnymi. Od góry splywa olej i pochłania węglowodory do fazy gazowej przepływającej z dołu do góry. Olej nasycony zaabsorbowanymi węglowodorami spływa na spód wieży a gaz uwolniony opuszcza wieżę od góry jako gaz suchy odgazolinowany. Jeżeli do adsorbera od dołu wprowadzony zostanie gaz mokry to w 1 stadium w porach sorbentu zostaną zatrzymane wszystkie węglowodory. Przy danym doprowadzeniu gazu węglowodory będą wypierać lżejsze węglowodory, które będą przechodzić do coraz lżejszych warstw.

-metoda kompresyjna- stosowana tylko gdy przeróbce podlega gaz bardzo bogaty w węglowodory paliwowe- prowadzona pod zwiększonym ciśnieniem.

ZAGROŻENIA DLA ZDROWIA LUDZKIEGO:

-infekcja dróg oddechowych- tlenki siarki, azotu, pył, PAN

-zapalenie płuc, gruźlica- tlenek węgla

-choroby serca- tlenek węgla, tlenki siarki

-astma- SO42-, NO3

-wylew krwi do mózgu- tlenek węgla

-rak krwi- działanie aldehydów

-nowotwory żołądka i płuc- pyły i węglowodory

-duszności, bóle głowy- ozon

NIEKONWENCJONALNE ŹRÓDŁA ENERGII

PRAWO ENERGETYCZNE- mówi, że pod pojęciem niekonwencjonalne źródła energii należy rozumieć takie, które w procesie spalania nie wykorzystują organicznych paliw kopalnych. Można tu zaliczyć: energie wodną, wiatrową, słoneczną, geotermalną oraz pochodzą ze spalania i przetwarzania różnego rodzaju odpadów z biomasy. Zaletą tych źródeł jest fakt, że nie powodują zwiększania zawartości dwutlenku węgla Podczas spalania biomasy emisja CO2 jest równoważna jego podborem przez rośliny w fotosyntezie.

Przeszkodą upowszechnianiu NŹE sąbariery finansowe, prawne i techniczne, a także niskie ceny tradycyjnych paliw kopalnych nie uwzględniając kosztów degradacji środowiska i zagrożeń dla zdrowia i życia ludzkiego.

ENERGIA WEWNĘTRZNA ZIEMI (GEOTERMICZNA)

Można zaliczyć do obu rodzajów energii. Gejzery są źródłem nieodnawialnym, energia gorących skał jest energią odnawialną. Przeszkodą w upowszechnianiu niekonwencjonalnych źródeł energii są bariery prawne, finansowe i techniczne. Rozwój tej energii to sposób na uniezależnienie się od dostawców.

Energia geotermiczna o wyższym potencjale temperaturowym służy do produkcji energii elektrycznej, zaś energia elektryczna o niższym potencjale temperaturowym służy zwykle jako źródło ciepła do ogrzewania pomieszczeń.

Tego typu elektrownie geotermiczne pracują bez kotłów, których spaliny i odpady zanieczyszczają środowisko. Jednak wydobywająca się z nich para wodna zawiera siarkowodór i duże ilości dwutlenku węgla, woda zaś zawiera sód, potas i chlorki. Uwarunkowania te zmuszają do stosowania obiegu pośredniego, który jest droższy. Wydobywaniu się pary z wnętrza Ziemi towarzyszą głośne dźwięki.

Czasami w elektrowni geotermicznej stosowany jest cykl binarny z freonem, wrzący w temperaturze -33^oC przy ciśnieniu atmosferycznym. Pary freonu służą do napędu turbin. Przy takim właśnie rozwiązaniu funkcjonuje elektrownia geotermiczna na Kamczatce.

Moc zainstalowana w elektrowniach geotermicznych na świecie osiągnęła w 1990 roku ok. 8000 MW.

Do największych tego typu elektrownii zaliczamy:

• Geyers w Kalifornii - 502 MW

• Lardarello we Włoszech - 390 MW

Wairakei w Nowej

ENERGIA JĄDROWA

PROMIENIOTWÓRCZOŚĆ

Naturalną promieniotwórczość wykazują tor i uran, wykazują one te właściwości niezależnie od rodzaju związku w jakim występują. Promieniotwórczość wykazuje także polon i rad. 83-92 w takim przedziale liczby atomowej pierwiastki wykazują promieniotwórczość. Cechą charakterystyczną subst promieniotwórczych jest czas połowicznego zaniku (rozpadu)

Rodzaje promieniotwórczości: gamma, alfa, emisja beta minus (gdy jest dużo neutronów, które rozpadają się do protonu i emisji beta minus).

Z subst radioaktywnej promienie ulegają w polu magnetycznym lub rozszczepieniu na 3 oddzielne wiązki:

-promienie alfa- odchyla się w strone bieguna ujemnego, ma zasięg 3-7cm, jest mało przenikliwe, potrafi je zatrzymać kartka papieru

-promieniowanie beta- zasięg do 2m, zatrzymuje je płyta kilkumilimetrowej grubości np. aluminiowa

-promieniowanie gamma- zatrzymywane przez warstwę ołowiu grubości kilkunastu cm

JEDNOSTKĄ DAWKI pochłoniętej energii promieniowania jonizujacego w układzie SI jest GREJ (Gy)- ilość promieniowania, które materia o masie 1kg przekazuje energię 1 J. Dawka pochłoniętej energii zależy od ilości preparatu promieniotwórczego, czasu eksplozji.

1Sv=1Gy dla promieniowania gamma

PALIWO- materiał stosowany jako źródło ciepła (lub posrednio energii mech i elektr) do celów przemysłowych, technologicznych, transportowych i bytowych. Paliwo stosowane do spalania zew nosi nazwę paliwa opałowego a do spalania wew- paliwa napędowego. Zależnie od stanu skupienia rozróżnia się paliwa ciekłe, stałe i gazowe a zaleznie od pochodzenia- naturalne, sztuczne i opadowe.

PALIWA JĄDROWE są źródłem energii w reaktorach jądrowych.

PALIWO JĄDROWE- subst zawierająca materiał rozszczepialny (233U, 239Pb) w stężeniu umożliwiającym przebieg łancuchowego rozszczepienia jąder atomowych i stosowana jako źródło energii w reaktorze jądrowym. Paliwo to stosuje się zazwyczaj w postaci stałej.(metale,stopy,spieki)

Rys elektrowni jądrowej

REAKCJE TERMOJĄDROWE

Wydzielanie się energii w reakcjach syntezy termojądrowej wynika z faktu, że energia wiązania nukleonów w jądrze helu jest znacznie większa od energii wiązania nukleonów w jądrach izotopów wodoru. W plazmie deuteronowej zachodzą reakcje:

Energia wiązania jądra:

E=mc2

m-masa

c-prędkość światła w próżni

Równoważność masy i energii jest jednym z najważniejszych wniosków wynikających z teorii Einsteina.

ΔE=Δmc2

Gdzie:

Δm=Mnn+Zmp-m

E(Z,N)= E- nuklid zawierający N neutronów i Z protonów (N+Z=A)

Mp=1,00727u mN=1,00866u-masa neutronu,me=masa jądra nuklidu

C=3*10do8m/s-prędkość światła w próżni

Przejawem równości E=mc2 jest tzw.deficyt masy pojawiający się zawsze gdy układ oddaje energię. Widoczny jest szczególnie zmiana energii przypadająca na jednostkę masy są duże.

DEFICYT MASY- (niedobór) delta m przejawia się m.in. w różnicy pomiędzy masą jądra atomów a sumą mas nukleonów wchodzących w jego skład i jest równy energii wiązania jądra atomowego ΔE. Tak więc energia wiązania jądra =iloczynowi niedoboru masy i kwadratu prędkości światła w próżni.

K=liczba neutronów danej generacji/liczba neutronów generacji poprzedniej

k- współczynnik mnożenia

Wielkość k zależy od konstrukcji reaktora, jego rozmiarów. Reaktor dla którego k<1 jest w stanie podkrytycznym i reakcja szybko wygasa.

k>1-reaktor w stanie nadkrytycznym

k=0 reaktor w stanie krytycznym

KRYTERIUM LAWSONA głosi, że iloczyn gęstości jąder w plazmie i czasu zatrzymania plazmy w temp zapłonu plazmy powinien przewyższać wartość progową 10²⁰-10²¹ s/m3.

Konieczność utrzymania wysokiej temp oznacza, że plazma nie może znaleźć się w kontakcie ze ścianami jakiegokolwiek naczynia, dlatego należy wypracować specyficzne techniki utrzymania plazmy. Ruchem cząstek naładowanych w plazmie można sterować przy użyciu pola magnetycznego. Najefektywniejszą konfiguracja pol magn jest konfig.TOROIDALNA - wygląda ona jak pączek amerykański. W układach tworzących zamknięte pułapki magnetyczne, w reaktorach zwanych Tokamakami grzeje się i gromadzi plazma o gęstości ok.10do21m3. Największym zbudowanym tokamakiem jest JET. Doświadczenia JET wykazaly że zdalne sterowanie reakcją syntezy jest możliwe.

ENERGIA SŁOŃCA

Energia promieniowania słonecznego stanowi najwieksze źródło energii, którym dysponuje człowiek. Energia słon o mocy 81*10do9MW ogrzewa kulę ziemską z tego 27*10do9MW przypada na lądy. Roczna suma energii którą otrzymujemy z promieniowania słonecznego przewyższa 35000 razy aktualne, roczne jej zużycie.

Początku energii szukano we wnętrzu słońca. Ma ono średnicę 100 ray większą od średnicy Ziemi. Ze wzgl na rozmiary masa słońca jest olbrzymia, a w głębszych jego warstwach zachodzą przemiany niespotykane na ziemi.

Promieniowanie słoneczne jest to strumień energii wysyłany równomiernie przez słońce we wszystkich kierunkach z tego do zewnętrznej atmosfery dociera promieniowanie o mocy 1,39 kW/m2. Wartość ta została nazwana STAŁĄ SŁONECZNĄ.

Promieniowanie to zostaje jednak osłabione w wyniku rozproszenia, odbicia i adsorpcji na cząstkach pyłów i gazów. Dla Polski suma promieniowania bezpośredniego i pośredniego wynosi max 1 kW/m2. Max moc można uzyskać przy bezchmurnym niebie i w południe

Względy techniczne oraz ograniczenia w zakresie przestrzennego zagospodarowania kraju nie pozwalają jak dotąd wykorzystać w pełni tej energii.

Wystepują ponadto w każdym rejonie systematyczne, okresowe zmiany nasłonecznienia: dobowe, sezonowe oraz wywoływane zjawiskami klimatycznymi, działalnością przemysłową prowadzącą do zanieczyszczenia powietrza i innymi przyczynami.

PODSTAWOWE SPOSOBY KONWERSJI ENERGII SŁONECZNEJ:

-najbardziej wydajną i dostępną jest KONWERSJA FOTOTERMICZNA w wyniku, której promieniowanie słoneczne przy użyciu kolektora zamieniane jest na ciepło.

-w wyniku KONWERSJI FOTOELEKTRYCZNEJ w ogniwach fotowoltanicznych. Promieniowanie słoneczne zamieniane jest na prąd stały, który może być zamieniony na prąd zmienny

-KONWERSJA FOTOCHEMICZNA polega na zmianie energii słonecznej w energię procesów chemicznych

METODA HELIOTERMICZNA- sposób wykorzystania energii słonecznej. Polega na przemianie prom słonecznego w ciepło doprowadzane nastepnie do turbiny napędzającej generator. Elementami stosowanymi w tej metodzie są HELIOSTATY czyli zwierciadła ogrzewane energią słońce i kierujące odbite promieniowanie na umieszczony centralnie na wysokiej wieży absorbent składający się z rurek ogniskujących na sobie odbite od heliostatów promienie słoneczne. Wewnątrz rurek jest czynnik roboczy (sód, lit), którego pary napędzają turbinę. Mieszanina ta musi charakteryzować się dobrymi warunkami i magazynowaniem ciepła oraz wysoką sprawnością termiczną. Usytuowanie heliostatów i wieży centralnej może być różne. Wieża może znajdować się w środku owalnego lub okrągłego pola albo na skraju heliostatów. Heliostaty wyposażone sa w urządzenia sterujące.

SYSTEMY ZDECENTRALIZOWANE- wykorzystuja pole kolektorów. Mogą być stosowane kolektory płaskie lub paraboliczne.

KOLEKTORY SŁONECZNE muszą się składać z kilku warstw:

-przezroczysta pokrywa (ze szkła o niskiej zawartości tlenków żelaza)

-absorber (wykonany z metalu dobrze przewodzącego ciepło, najlepiej miedź lub aluminium. Do płyty absorbenta przylutowane sa rurki, którymi przepływa ciecz robocza. Ciecz robocza to mieszanka alkoholowa podobna do samochodowych płynów chłodniczych umożliwiająca pracę kolektora nawet w okresie zimowym)

-izolacja (wełna mineralna lub poliuretan)

-obudowa aluminiowa

Ważne aby kolektor miał wysoki współ absorpcji krótkofalowego promieniowania słonecznego (alfa).

W praktyce ilość energii cieplnej uzyskanej za pomocą kolektora zależy głównie od rodzaju i budowy kolektora, różnicy temp między kolektorem a otoczeniem, systemu regulacji magazynowania i izolacji, intensywności docierającego promieniowania.

Do najbardziej typowych elementów słonecznej instalacji grzewczej należą: zbiornik na wodę, wymiennik ciepła przez który przepływa ciecz robocza ogrzewając przy tym wodę w zbiorniku, pompka która pompuje ciecz roboczą przez kolektory i wymiennik ciepła, regulator.

PASYWNE WYKORZYSTYWANIE ENERGII SŁONECZNEJ- polegają na takim projektowaniu budynku bądź jego nieznacznej przebudowie aby nie tylko zminimalizować straty ciepła ale również je pozyskać. Polega na wpuszczeniu max ilości światła bądź ciepła w takiej formie jak są. Dzięki temu zbędne sa skomplikowane urządzenia i instalacje.

Elektrownie słoneczne umieszczone na satelitach geostacjonarnych wykorzystując fakt że promieniowanie słoneczne na orbicie takiego satelity pozwala uzyskać co najmniej 10 razy więcej energii niż na Ziemi.

ORBITA GEOSTACJONARNA - jest orbitą kołową (ok36000 km nad ziemią)leżącą na płaszczyźnie równika. Krążące po takiej orbicie satelity dokonują obiegu Ziemi dokładnie wtedy gdy nasza planeta wykonuje jeden pełny obrót wokół własnej osi.

METODA HELIOELEKTRYCZNA- uzyskanie prądu elektrycznego bezpośrednio z promieniowania słonecznego za pomocą ogniw fotoelektrycznych.

W ogniwach fotoelektrycznych ma zastosowanie jedno z praw mechaniki kwantowej. Światło słoneczne padając na powierzchnię niektórych metali powoduje powstawanie niewielkiego prądu elektrycznego.

PÓŁPRZEWODNIKI- srebro, miedź, żelazo. Mają dużo wolnych elektronów. W przewodnikach jeden lub więcej elektronów może oderwać się od atomu i poruszać się swobodnie i uczestniczyć w przewodzeniu prądu. Materiały takie jak drewno, guma, szkło nie przewodzą prądu elektrycznego ponieważ nie maja swobodnych elektronów.

Półprzewodniki to ciało stałe posiadające mniej swobodnych elektronów niż metal lecz więcej niż izolator.

Materiały takie jak szkło, drewno, guma (tzw izolatory) nie przewodzą prądu elektrycznego ponieważ nie mają swobodnych elektronów. W izolatorach wszystkie elektrony są ściśle związane ze swoimi atomami i nie mogą poruszać się swobodnie po krysztale.

POZIOM FERMIEGO lub ENERGIA FERMIEGO- to ta wartość energii, przy której poziomy sa w połowie obsadzone przez elektrony. Energia ta jest najwyższym obsadzonym przez elektrony poziomem gdy metal zanjduje się w temp zera bezwględnego.

PÓŁPRZEWODNIKI DOMIESZKOWE:

Dla zrozumienia roli obcych elektronów w półprzewodnikach posłużyć się można przykładem arsenu, który zastępuje atom germana w krysztale popularnego materiału półprzewodnikowego jakim jest german. Atom germanu posiada 4 elektrony walencyjne. Kiedy atomy tworzą kryształ wszystkie elektrony walencyjne biorą udział w uzupełnianiu pasma walencyjnego. Można założyc ze jeden z atomów germanu zastąpiony jest atomem arsenu.

PODSTAWOWE CECHY INSTALACJI FOTOWOLTANIANYCH

-żadne paliwo nie jest potrzebne,a zatem wszelkie problemy związane z transportem i magazynowaniem paliwa są wyeliminowane

-nie wymagają one intensywnego chłodzenia zatem mogą być lokalizowane z daleka od rzek

-ogniwa przekształcają także rozproszoną część promieniowania słonecznego padającego na ziemię dlatego stanowią asekuracyjną metodę wytwarzania energii elektrycznej w krajach o przeważającej pogodzie pochmurnej

-w przeciwieństwie do innych źródeł ich wydajność nie zmniejsza się wraz z upływem czasu. Ich żywotność wynosi 20-30 lat. Na skutek braku części ruchomych nie ulegają zuzyciu, nie wymagają części zamiennych ani konserwacji

KONCENTRATORAMI nazywamy optyczne systemy ogniskowania i wzmacniania światła słonecznego kierowanego na ogniwa fotoelektryczne. Najczęściej są to konstrukcje zwierciadlane, rynny paraboliczne lub soczewki Fresnela. Głównym problemem przy stosowaniu koncentratorów jest to, że wysokie natężenie promieniowania słonecznego mogłoby nagrzać ogniwo zbyt silnie, zmniejszając jego sprawność lub doprowadzić do jego zniszczenia. Stosowanie koncentratorów ma na celu zmniejszenie powierzchni ogniw.

Najbardziej typowe zastosowania systemów fotowoltanicznych to:

-telekomunikacja-zasilanie stacji radiowo-telekom.

-rolnictwo-zasilanie urządzeń pompujących, nawadniających konserujących żywność

-budownictwo mieszkaniowe-oświetlaniei zasilanie elektrycznych urządzeń gospodarstw domowych

-transport- oświetlanie przystanków i ulic, napęd pojazdów słonecznych

-elektroenergetyka-produkcja energii elektrycznej na potrzeby ogólnej sieci elektroenergetycznej

- elektronika użytkowa - zasilanie np. kalkulatorów, zegarków

Systemy fotowolaniczne można podzielić na AUTOMATYCZNE dające prąd stały i podłączone do sieci dające prąd zmienny.

ELEKTROWNIE Z GENERATOREM MHD

MAGNETOHYDRODYNAMICZNA (MHD) metoda bezpośredniego przetwarzania energii cieplnej w energię elektryczną polega na wzajemnym oddziaływaniu strumienia zjonizowanego gazu i stacjonarnego pola magnetycznego. Odbywa się to w temp ok. 2700C przy prędkości strumienia gazu ok. 1000 m/s i przy indukcji pola magnetycznego ok.
2-6T. Jonizację gazu ułatwia tzw posiew czyli niewielka ilość (0,1-1%) metali alkalicznych (Cs, Rb, K, Na) posiadających niskie wartości potencjałów jonizacji. Ze względu na koszty, metale wyłapywane są ze spalin i ponownie wprowadzane do obiegu.Instalacja tego typu pracuje w USA 50MW mocy i w bylym ZSRR 25 MW. Sprawność elektrowni z generatorami MHD wynosi 50-60%; o ok. 15-25% więcej niż elektrowni konwencjonalnej. Zawarta w spalinach siarka wiązana jest przez K2CO3 tworząc siarczan (VII) potasu. Ze względu na wysoką temp spali tworzą się znaczne ilości tlenków azotu (bada się sposób wytwarzania z nich nawozów azotowych).

Po przejściu przez generator MHD strumień gorących spalin może oddawać swe ciepło w kotle parowym, który zasila turbinę tworząc drugie ogniwo elektrowni (konwencjonalne). Generator MHD odgrywa rolę instalacji czołowej w stosunki do elektrowni konwencjonalnej.W budowie znajduje się elektrownia z generatorem MHD w Riazianiu. Moc generatora w Raizaniu 270MW, moc turbiny parowej 312 MW. Produktem dla generatora MHD w Riazaniu jest gaz ziemny. Gaz wprowadzany jest do komory spalania wraz z powietrzem wzbogaconym w tlen i z posiewem K2CO3.

Produkty spalania gazu ziemnego w postaci plazmy pod ciś 0,85MPa, temp 2650C, przewodności elektrycznej 10s/m i prędkości 1300 m/s wprowadzane są do kanału generatora MHD, w którym poddane zostają działaniu pola magnetycznego o indukcji 5,8T, w wyniku czego powstaje prąd stały przetwarzany nastepnie w falowniku na prąd przemienny o częstotliwości 50Hz. Kanał generatora MHD ma dł 30 m i jest chłodzony wodą.

OGNIWA PALIWOWE- zasilane gazem ziemnym. Cały proces zaczyna się od wydzielenia czystego wodoru w urządzeniu zwanym reformerem. Powstający przy tym CO2 jest usuwany na zewnątrz. Podobnie jest w przypadku metanolu. Następnie wodór trafia do właściwego ogniwa wywołując kolejne reakcje chemiczne

ELEKTROLIZA- przez roztwor wodny przepuszczony prąd elektryczny. OGNIWO - taki uklad w którym samorzutny uklad jest przyczyną powstania prądu .SCHEMAT WODOROWEGO OGNIWA PALIWOWEGO:

Ogniwa paliwowe uchodzą za przyjazny środowisku napęd przyszłości, produkują energię elektryczną z paliw węglowodorowych. Uzyskany z takiego paliwa gaz bogaty w wodór jest odprowadzony do anody ogniwa paliwowego, do katody zaś jest odprowadzony tlen z powietrza. Wodór i tlen reagują z elektrolitem w której płynie prąd. Ogniwo paliwowe pracuje bez przerwy, jeśli tylko wodór i tlen są doprowadzane do elektrod. Ogniwa paliwowe są kwalifikowane w zależności od rodzaju elektrolitu, który jest w nich używany. Z rodzajem elektrolitu wiążą się temperatury, w których zachodzą reakcje, niektóre ogniwa paliwowe połączone z różnymi elektrolitami; polimerowym, alkalicznym, w postaci kwasu fosforowego, ciekłych węglanów litu i potasu, stałego utleniacza pracują w temperaturze od 80° C do 1000° C. Pierwsze ogniwa paliwowe rozpoczęły prace w 1960 r. Podstawowymi zaletami ogniw paliwowych jest duża sprawność wytwarzania energii elektrycznej oraz niuciążliwość

Dla środowiska. Dalszymi zaletami są: dowolna i wymagająca mało miejsca lokalizacja, cicha praca - co pozwala umieszczać je w środku wielkich miast, zmniejszając nakłady na sieci przemysłowe i rozdzielcze, łatwość a także szybkość i ekonomiczność budowy wynikająca z modułowego systemu, małe potrzeby wodne, wreszcie łatwość rozbudowy.

Ogniwa paliwowe wysoko temperaturowe mogą być również używane do wytwarzania ciepłej wody lub pary technologicznej we współpracy z turbinami parowymi i gazowymi. Sprawność takich elektrociepłowni będzie wynosiła 75-86%. Przewiduje się pracę elektrowni z ogniwami paliwowymi wspólnie z zakładami zgazowania węgla, które dostarczałoby potrzebne paliwo.

. REAKCJE REFORMOWANIA CH4+O2=2H2+CO2

Platynowy katalizator na anodzie wyrywa z gazu elektrony a dodatnio naładowane jony (protony) wodorowe „rozpuszczają się” w elektrolicie.

REAKCJA ANODOWA 2H2=4H+4e^-

Obojętny elektrycznie tlen doprowadzany do katody przechwytuje swobodne elektrony powodując powstawanie prądu stałego. Ujemnie naładowane jony tlenu reagują w elektrolicie z protonami również znajdującymi się w elektrolicie i wytwarzają wodę

REAKCJA KATODOWA O2+4H⁺+4e^-=2H2O

PRZEBIEGI REAKCI W OGNIWACH PALIWOWYCH:

ENERGETYKA WODNA

Znanym i od dawna wykorzystywanym surowcem energetycznym jest „biały węgiel”. Tak nazywa się w przenośni przemieszczające się masy wody rzecznej i morskiej. Najobficiej obdarzona białym węglem w stosunku do powierzchni kontynentu jest Eurupa, najskromniej zaś Australia.

Rozwój elektrowni wodnych- czystych dla otoczenia, niezależnych od wydobycia i transportu paliw- ograniczony jedynie wymogami odpowiednich warunków zew (terenowych i geologicznych) oraz zależy od wielkości kapitału posiadanego przez inwestora.

POTENCJAŁ ENERGETYKI WODNEJ może być liczony jako suma potencjałów wszystkich cieków, przy uwzględnieniu wysokości spadku, wielkości przepływu oraz teoretycznej sprawności przetwarzania energii wody w energie elektryczną lub jako potencjał techniczny, który w stosunku do potencjału brutto pomniejszony jest o współsprawności turbiny i generatora oraz uwzględnia stopień wykorzystania spadku i przepływu wody. Na turbiny nie zawsze jest skierowana cała woda pochodząca z cieku ponieważ część wody przeznaczona może być na cele komunalne i rolnicze. Ocenia się że potencjał techniczny energetyki wodnej wynosi 30 - 40 % potencjału brutto.

ZALETY ENERGETYKI WODNEJ

Główna korzyść polega na zaoszczędzeniu określonej ilości paliwa kopalnego wraz ze wszystkimi pozytywnymi skutkami tego faktu a więc uniknięciem kosztownego i niebezpiecznego wydobycia kopalin oraz ich transportu a także zużycia energii na te cele. Są czyste ekologicznie i technicznie łatwiejszy. Mniejsze koszty obsługi. Większa niezawodność. Niższe koszty eksploatacji. Proces wytwarzania energii w elektrowni wodnej traktowany jest jako odnawialny tzn. na potencjale energetycznym który samoczynnie ulega odtworzeniu.

WADY ENERGETYKI WODNEJ

Zmiany klimatyczne (spadek temp, zwiększone opady i zachmurzenie oraz prędkość wiatru). Odnawialność zasobów wodnych jest względna.

PODSTAWOWĄ ROLĘ w przemianie energii wody śródlądowej w energię elektryczną odgrywa energia potencjalna. W turbinach wodnych nastepuje zmiana energii potencjalnej na kinetyczną, a następnie w prądnicach elektrycznych (hydrogeneratorach) jest zamieniana na energię elektryczną. Moc elektrowni wodnej wyraża się wzorem:

P=8Q*H P-moc [kW], Q-przepływ wody [m3/s], H-wys spadku użytecznego [m] H=h_A-h_B-delta h_s(delta h_s-straty spadku w zbiorniku i przewodach doprowadzających wodę do elektrowni) Współczynnik liczbowy 8 uwzględnia sprawność elektrowni i przyspieszenie ziemskie.

SZTUCZNE SPADY stwarza się poprzez:

-spietrzenie górnego poziomu wody

-obniżenie dolnego poziomu lub budowę elektrowni podziemnej

-budowę kanału spietrzającego dzięki czemu zmniejszają się straty przepływowe

NAJWAŻNIEJSZYMI URZĄDZENIAMI MEW (mała elektrownia wodna) są: turbina, prądnica, układ regulacyjny, sterowanie turbozespołu, przekładnia.

MEW można podzielić ze względu na lokalizację na zbudowane na jazie lub zaporze w miejscach do których woda doprowadzona jest kanałem lub rurociągiem od budowli pietrzacej na rzece.

W małej hydroenergetyce stosowany jest także następujący podział:

-mikro energetyka wodna do której zalicza się obiekty o mocy do 50-70 kW

-mini energetyka wodna obejmująca obiekty o mocy do 100kW w niektórych krajach do 1MW

-mała energetyka wodna z mocą zainstalowana od 0,5-1MW do 5-15MW (kraje uprzemysłowione).Różnica doboru kryteriów wynika z warunków miejscowych różnego stopnia rozwoju poszczególnych krajów wielkości kapitału obrotowego.

W zależnościI od wysokości spadu MEW dzieli się na 3 kategorie:

-niskospadowe 2-20m

-średniospadowe 20-150m

-wysokospadowe >150m

MEW mogą wykorzystywać potencjał niewielkich rzek rolniczych, zbiorników retencyjnych, systemów nawadniających, wodociągowych, kanalizacyjnych, kanałów przerzutowych. Konstrukcja urządzeń w MEW nie jest skomplikowana, budynki mają małe gabaryty.

ZASADA DZIAŁANIA MEW

Woda przy ujęciu zostaje pozbawiona zanieczyszczeń mechanicznych takich jak patyki, liście, papiery. Następnie w zbiorniku umieszczonym pod ziemią woda oczyszcza się z piachu i mniejszych śmieci. Zbiornik ten oczyszcza się automatycznie co pewien czas z nagromadzonego materiału rzecznego. Zbiornik ten ponadto magazynuje wodę.

Po oczyszczeniu woda przepływa kanałem (od dł od kilkunastu do kilkudziesięciu metrów) umieszczonym pod ziemią do budynku elektrowni. Turbina wraz z generatorami zwykle znajdują się pod powierzchnią ziemi. Woda uderzając w łopatki turbiny napędza ją, ta z kolei napędza generator wytwarzający energie elektryczną. Po tym procesie woda trafia np. do strumienia z którego została pobrana.

ZALETY MEW

-nie zanieczyszcza środowiska

-mogą być zaprojektowane i wybodowane w ciągu 1-2 lat, wyposażenie jest dostępne, a technologia dobrze opanowana

-wymagają nielicznego personelu i mogą być zdalnie sterowane

-rozproszone w terenie skracają odległości przesyłu energii i zmniejszają związane z tym koszty

WADY MEW

Trudności techniczne związane z realizacją MEW spowodowane są zazwyczaj złym stanem technicznym obiektów hydrotechnicznych, zwłaszcza zamuleniem, zarośnięciem zbiorników i kanałów dopływowych i odpływowych, uszkodzeniem zapór, urządzeń piętrzących, upustowych, dewastacja budynków. Problemy MEW mogą być także spowodowane brakiem mozliwości nabycia na rynku krajowym odpowiedniego wyposażenia np. turbin, układów regulacyjnych i niektórych typów prądnic a także wyspecjalizowanych przedsiębiorstw przystosowanych do wykonywania tych robót.

ENERGIA POZYSKIWANA Z MÓRZ I OCEANÓW

WYKORZYSTANIE ENERGII PŁYWÓW MORSKICH

W korzystnych warunkach topograficznych możliwe jest wykorzystanie pływów (przypływów i odpływów) mórz. Ujście rzeki wpływającej do morza i wysokie jej brzegi umozliwiają budowę zapory pozwalającej na wypłynięcie wód morskich w doliny rzek podczas przepływu i wypuszczenie ich poprzez turbiny wodne podczas odpływu. Elektrownie pracujące w oparciu o prądy morskie sa bardzo kosztowne a o ich lokalizacji decydują korzystne, silne w danym rejonie prądy morskie.W drugiej połowie 1995 r w poblizu północnego wybrzeża Szkocji rozpoczęła pracę pierwsza na swicie elektrownia napędzana siłą prądów morskich. Elektrownia ta miała zastąpić siłownię atomowągdyż ta nie spełniała norm bezpieczeństwa.

WYKORZYSTANIE ENERGII FAL MORSKICH

Istnieją 2 sposoby wykorzystujące energię fal morskich napędzających albo wielką turbinę (MOSC) i OWC (zbiornik zbudowany na platformie na brzegu rzeki). Zbiornik jest zbudowany na platformach na brzegu morza. MOSC-Fale wlewają się na pdstawę platformy i wypychają powietrze do górnej części zbiornika. Sprężone przez fale powietrze wprawia w ruch turbinę Wellsa która napędza generator. Elektrownię typu MOSC projektuje się obecnie w Szkocji. Będzie miała ona moc 2000MW i będzie się składała z modułów po 5 MW. Będzie ona też ochraniała brzeg morski przed zniszczeniem.

Innymi sposobami wykorzystywania fal morskich są „tratwy” i „kaczki”. Każda tratwa składa się z 3 części połączonych ze sobą zawiasami i poruszających się na falach. Ruch fal porusza tłoki pomp znajdujących się na środkowej części tratwy. Pompowana woda napędza turbinę sprężoną z generatorem.

ENERGIA GEOTERMALNA

Energia skumulowana w gruntach, skałach i płynach (para, woda) wypełniających pory i szczeliny skalne. Energia ta jest praktycznie niewyczerpalna ponieważ na drodze konwekcji przenoszona jest z głębi Ziemi. Ciepło wydzielane we wnętrzu Ziemi pochodzi z rozpadu pierwiastków promieniotwórczych. Energetyka geotermalna bazuje na gorących wodach cyrkulujących w przepuszczalnej warstwie skalnej skorupy ziemskiej poniże 1000m. Wody geotermalne zawierają rozp składniki mineralne NaCl, KCl, CaCl2, SiO2.

ENERGIA GEOTERMALNA

Energia skumulowana w gruntach, skałach i płynach (para, woda) wypełniających pory i szczeliny skalne. Energia ta jest praktycznie niewyczerpalna ponieważ na drodze konwekcji przenoszona jest z głębi Ziemi. Ciepło wydzielane we wnętrzu Ziemi pochodzi z rozpadu pierwiastków promieniotwórczych. Energetyka geotermalna bazuje na gorących wodach cyrkulujących w przepuszczalnej warstwie skalnej skorupy ziemskiej poniże 1000m. Wody geotermalne zawierają rozp składniki mineralne NaCl, KCl, CaCl2, SiO2.

WYKORZYSTANIE ENERGII GEOTERMALNEJ rozwinęło się w dwóch kierunkach. Pierwszy polega na zastosowaniu płynu geotermalnego o wysokiej entalpii (najczęściej para wodna) do wytwarzanie energii elektrycznej. Drugi sposób wykorzystania polega na zastosowaniu płynu geotermalnego bezpośrednio do ogrzewania.

Coraz częściej stosowane są pompy cieplne umożliwiające korzystanie z energii geotermalnej niskotemperaturowej wystepującej na głębokości od 1 do 1,5m w skałach i wodach je wypełniających. Pompy cieplne uruchamiane energią elektryczną lub gazową pozwalają na zmianę niskich temp uzyskiwanych z Ziemi (10-30C) do temp przydatnej w ciepłownictwie (45-80C).

ABY MÓC EKSPLOATOWAĆ CIEPŁO GEOTERMALNE potrzebne są 3 składniki:

-medium,

-porowata formacja skalna posiadająca odpowiednią przewodność hydrauliczną

-źródło ciepła do ogrzewania formacji skalnej.

Schemat ideowy elektrowni geoterm.

Jednotworowe systemy pozyskiwania wody geoterm.:

a.jednowarstwowy otwarty z pompą głębinwą

b.dwuwarstwowy zamknięty z systemem eksploatacyjno - zatłaczającym.

Korzystanie z en. geotermalnej nie jest tak ekologiczne jak korzystanie z en. wiatru czy en, słonecznej . Problem polega na tym ze korzystanie z en. geotermalnej powoduje emisję szkodliwych gazów uwalniających się z geopłynu. Dotyczy to zwłaszcza H₂S który powinien być pochłaniany w odpowiednich instalacjach co podnosi koszty produkcji en elektrycznej. Innym zagrożeniem jest radon wydobywa się wraz z parą ze studni geotermalnej.

Zasoby geoterm:

-hydrotermiczne

-petrotermiczne

Źródła en geoterm: podział ze względu na stan skupienia nośnika ciepła a także temperatur:

-grunty i skały do głębokości 2500m

-wody gruntowe jako dolne źródło ciepła dla pomp grzewczych

-wody gorące i ciepła wydobywane przy pomocy wierconych otworów eksploatacyjnych,

-para wodna

-wsady solne

-gorące skały z których energia zabierana jest przez wodę cyrkulującą pod wysokim ciśnieniem przez system szczelin naturalnych.

Istnieją również sztuczne zbiorniki w suchych gorących skałach. Również gejzery (nieodnawialne) - ogrzewanie wody nagromadzonej z powierzchni, woda musi się nagromadzić podgrzewa się i płyn zostaje wyrzucony.

Najistotniejszą chrakter. Źródła geotermalnego jest jego temperatura (Tp), ilość rozpuszczonych soli, zawartość rozpuszczonych gazów oraz ciśnienie na dnie studni geotermalnej.

E=me

E=H-Ho-To(S-So)

H, S - entalpia całościowa i entropia dla warunków na powierzchni ziemi

m - strumień masy

Te parametry fizyczne decydują o porównaniu wskaźnika energet. wartości studni geoterm. Dla porównania potencjałów możliwości termodynam. używa się pojęcia energii geopłynu na powierzchni studni. Wielkość ta E jest iloczynem strumienia masy (m) i energii właściwej (e). Indeksy dolne odnoszą się do warunków atmosferycznych panujących w obrębie studni.

Możliwe jest także wykorzystywanie energii zawartej w magmie w aktywnie wulkanicznie rejonach globu ziemskiego. Rezerwy magmy zawierają ogromną energię.

POMPY CIEPŁA Urządzenia zaopatrujące większość domów P.C. przemieniają ciepło o niskiej temperaturze (nawet przy temp. Poniżej 0 stopni C) w ciepło o wysokiej temperaturze. Odbywa się to w układzie zamkniętym poprzez stałą zmianę stanu fizycznego czynnika roboczego( parowanie, sprężanie, skraplanie, rozprężenie). P.C. pobierają z otoczenia ( gruntu, wody , powietrza, zmagazynowane ciepło słoneczne )i oddaje je wraz z energią napędową w formie do obwodów wody ciepłej lub grzewczej.

Współczes. Efektywność (E ) określa oddana moc grzewczą w stosunku do zastosowanej mocy napędowej. Współczynni efektywności równy 4 określa ze jedna część zużytej energii elektrycznej zostanie przemieniona w 4 części wykorzystywanej mocy grzewczej. Współ. Ten jest wartością chwilową. Energia dostarczona w czasie całego sezonu grzewczego w stosunku do dostarczanej energii elektrycznej energii napędowej daje roboczą zdolność grzewczą. Obieg odbywa się w zasadzie w odwrotnym cyklu Carnota

Ec- wspol. Sprawności wg Carnota

Tu-temp otoczenia z którego pobierane jest ciepło

T-temp otoczenia do którego oddawane jest ciepło

Delta T- rożnica temperatur

Współczynnik efektywności jako róznica temperatur pomiedzy źródłem ciepła a skraplaczem. Dla rzeczywistego cyklu pomp współ. Efektywności (e) będzie mniejszy od Eo z powodu strat termicznych, mechanicznych i elektrycznych a także z powodu zapotrzebowania na energie napędów pomocniczych.

Czynniki robocze powinny być niepalne i nietrujące i odprowadzające w niskich temp i wysoki wewnetrzny wspolczynnik ciepła,

E jest uzależniowny od róznicy temperatur pomiędzy źródłem ciepła a rozdziałem ciepła im mniejsza jest różnica temperatur tym efektywniej pracuje każda pompa ciepła.

Energia pobrana z otoczenia :powierzchnia „a”

Energ napędowa sprężarki powierzchnia „b”

Całkowita oddana energia : powierch. „a”+”b”

S - entropia

Wykres zalęzności T - S (wykres składa się z dwóch adiobat -s- const oraz dwóch izoterm T=const.)

4-1 parowanie

1-2 sprężanie

2-3 skraplanie

3-4 rozprężanie

Sprężarkowa pompa ciepła(rys)

POMPY CIEPŁA

Pompy ciepła są urządzeniami pozwalającymi na transformację ciepła ze źródeł niskotemperaturowych, tzw. dolnych źródeł ciepła, na wyższy poziom energetyczny, określany pojęciem górnego źródła ciepła. Bezpośrednie wykorzystanie dolnych źródeł ciepła dla celów ogrzewczych czy klimatyzacyjnych pomieszczeń, ze względu na niski poziom energetyczny, jest w technice niemożliwe. Wykorzystać je można dopiero po odpowiedniej transformacji (pompowania) ciepła za pomocą pomp ciepła.

Ponieważ temperatura wody na wyjściu z pompy nie powinna przekraczać 50° C, dlatego najbardziej odpowiednim systemem ogrzewania jest system niskotemperaturowy do którego zalicza się np. ogrzewanie podłogowe. Tego typu ogrzewanie, pozwala dla uzyskania komfortu grzewczego zasilać układ grzewczy czynnikiem o temperaturze 30 - 40° C. Pompa cieplna jest tu więc idealnym urządzeniem. Im większa jest powierzchnia grzewcza oddająca ciepło, tym większy jest udział ciepła promieniującego i tym bardziej równomiernie jest ono oddawane. Ciepło promieniujące odczuwane jest jako ciepło przyjemne już przy temperaturze 20° C, a uczucie jest tak przyjemne jak przy innych źródłach ogrzewania w temperaturze 20° C. Obniżenie temperatury o 2° C pozwala zaoszczędzić 10% energii grzewczej. Połączenie ogrzewania podłogowego ze ściennym (rury grzewcze w ścianach) jest najlepszą formą ogrzewania nowoczesnego domu energooszczędnego. Stosowane w pompach cieplnych czynniki grzewcze są obojętne w stosunku do ozonu, są również niepalne, co znakomicie podnosi poziom bezpieczeństwa ogrzewanego domu.
W miejscu gdzie są zainstalowane pompy ciepła można suszyć nawet białe pranie ponieważ nie występuje tu wydzielanie sadzy ani trujących spalin.

Instalacja grzewcza z pompami ciepła składa się z dolnego źródła ciepła (WQA), pompy ciepła (WP) oraz górnego źródła ciepła (WNA). Ziemia i Słońce to źródła taniej i nieograniczonej energii cieplnej, której wykorzystanie niesie ze sobą korzyści ekonomiczne i ekologiczne. POMPA CIEPŁA umożliwia wykorzystanie tego ciepła.

Zasada działania pompy ciepła polega na zamianie energii cieplnej pobieranej ze środowiska naturalnego (grunt, wody powierzchniowe i podziemne) na energię użyteczną służącą do ogrzewania. Stosując pompę ciepła 75% energii otrzymujemy za darmo ze środowiska a jedynie płacimy za 25% energii zużytej do napędu sprężarki, czyli z 1 kWh energii elektrycznej otrzymujemy ok. 4 kWh energii cieplnej.

Podstawowymi elementami pompy ciepła są:

• sprężarka

• skraplacz

• parownik

• zawór rozprężny

• dolne źródło ciepła

• górne źródło ciepła

Zasada działania sprężarkowej pompy ciepła polega na wykorzystaniu właściwości czynnika roboczego - specjalnego płynu, którym wypełniona jest instalacja wewnętrzna pompy. Płyn przepływając przez parownik pobiera ciepło z gruntu lub wody (są to tzw. dolne źródła ciepła i paruje zamieniając się w gaz. Ogrzany gaz spręża znacznie podnosząc tym samym jego temperaturę sprężarka pompy napędzana silnikiem elektrycznym. Przegrzana para ochładza się, a następnie skrapla w skraplaczu. Właśnie wtedy następuje oddanie ciepła wodzie, która wypełnia grzejniki nazywane górnym źródłem ciepła (6). Następnie ochłodzony płyn przepływając przez zawór rozprężny (4) , gdzie następuje redukcja wysokiego ciśnienia, wraca do parownika i cały proces rozpoczyna się ponownie.

Pompa ciepła wykorzystuje niskotemperaturową energię słoneczną i geotermalną zakumulowane w gruncie i wodach podziemnych (dolne źródło ciepła), a następnie przekazuje energię cieplną o wyższej temperaturze, podniesionej nawet do 60C do instalacji centralnego ogrzewania i ciepłej wody użytkowej (górne źródło ciepła).

Dolnym źródłem w przypadku instalacji przemysłowych może być również ciepło towarzyszące różnym procesom technologicznym:

• ciepło zakumulowane w ściekach w oczyszczalniach ścieków,

• ciepło zakumulowane w ściekach porafineryjnych w rafineriach naftowych ,

• ciepło zakumulowane w wodach kopalnianych w kopalniach węgla,

• ciepło z procesu schładzania mleka w mleczarniach.

Pompa ciepła może znaleźć bardzo różnorodne zastosowanie

Między innymi może:

• ogrzewać budynki jedno i wielorodzinne,

• ogrzewać budynki komunalne (szkoły, szpitale itp.),

• ogrzewać obiekty sakralne,

• służyć do przygotowania ciepłej wody użytkowej,

• może ponadto wykorzystywać ciepło odpadowe z procesów technologicznych,

• służyć w ogrodnictwie, warzywnictwie i rekreacji może wreszcie służyć jako klimatyzator

Koszt inwestycyjny pompy ciepła jest wyższy niż przy stosowaniu konwencjonalnej instalacji opalanej węglem, olejem lub gazem, lecz koszty eksploatacyjne są niższe i (sięgają 30% kosztów eksploatacji konwencjonalnej). Instalacja pomp ciepła jest o 30-40% droższa niż instalacja kotłów olejowych tej samej mocy, lecz mniejsze wydatki na paliwo powodują zwrot różnicy w nakładach inwestycyjnych po 4-6 latach.

Główną zaletą pompy ciepła jest wykorzystanie ciepła odpadowego z różnych procesów technologicznych o temperaturze 20-30° , zwykle traconego bezużytecznie. Pompy ciepła, umożliwiając pokrywanie zapotrzebowanie na ciepło bez spalania paliw kopalnianych, są korzystne dla środowiska, którego nie zanieczyszczają produktami spalania. Same pompy ciepła pracują cicho i nie wydzielają żadnych zanieczyszczeń.

---