Odnawialne źródła energii - źródła energii, których używanie nie wiąże się z długotrwałym ich deficytem - ich zasób odnawia się w krótkim czasie. Wyróżniamy źródła takie jak:

* siła wiatru - pierwsi ten sposób uzyskiwania energii wykorzystali Amerykanie. Zbudowali oni pierwszą elektrownie wiatrową. Obecnie elektrownie te są szczególnie popularne w krajach o małych zasobach surowców energetycznych, np. w Danii.

* energia słoneczna - wykorzystywana jest w ograniczonym stopniu, gdyż dopływ energii na powierzchnię Ziemi jest zróżnicowany i zmienny. Najlepsze warunki do jej pobierania panują jedynie w strefach zwrotnikowej, podzwrotnikowej i okołorównikowej. To źródło energii popularne jest przede wszystkim w małych gospodarstwach domowych i rolnych, które wykorzystują je dla własnych potrzeb, zwłaszcza we Francji, Kuwejcie i USA.

* zasoby geotermiczne - jest to wykorzystanie energii pozyskiwanej z gorących źródeł i gejzerów. Najczęściej ten rodzaj energii stosuje się w gospodarstwach domowych, medycynie i rolnictwie, zwłaszcza w USA, Włoszech, Nowej Zelandii oraz na Islandii.

* pływy morskie - ich energię wytwarza się dzięki zaporom zamykającym ujście do rzeki zatoki morskiej. Po nagromadzeniu w czasie przypływu wody w zbiorniku, wypuszcza się ją, wówczas napędza ona turbiny wytwarzające prąd. Tego typu energię wykorzystują m. in. Rosja i Francja.

* energia termoelektryczna - wytwarzana jest dzięki wykorzystaniu różnic temperatur między wodami powierzchniowymi a głębinowymi oceanów, np. na jednej z wysp Morza Karaibskiego.

* energia biogazów - jest to energia wytwarzana na bazie gnojowicy lub wysypisk śmieci. Wytwarzany w biogazowniach gaz wykorzystywany jest do produkcji energii elektrycznej lub ogrzewania mieszkań.

* energia termojądrowa - jest to energia wytwarzana w czasie reakcji spalania wodoru.

* energia z łupków i piasków bitumicznych - jest to energia produkowana na bazie zawartego w tych surowcach oleju mineralnego, z którego otrzymuje się benzynę i olej opałowy.

Mimo tylu dostępnych niekonwencjonalnych źródeł energii są one słabo wykorzystywane. Do głównych przyczyn tego faktu należą:

* wysokie koszty budowy elektrowni,

* brak środków finansowych na prowadzenie prac badawczych,

* brak zainteresowania nowymi źródłami ze strony polityków i biznesmenów, którzy największe zyski czerpią z eksploatacji, transportu i przetwórstwa konwencjonalnych surowców energetycznych.

A do źródeł nieodnawialnych:

• wodór

• energia magnetohydrodynamiczna

• ogniwa paliwowe

Energie wnętrza ziemi (geotermiczną) można zaliczyć do obu rodzajów źródeł: gejzery są źródłem nieodnawialnym, energia gorących skał jest zaś energią odnawialną.

Wyk prawie wszystkich niekonwencjonalnych źródeł energii elektrycznej jest zw z minimalnym, bądź nawet żadnym wpływem na środowisko. Z tego względu przyszłość należy do nich. Ograniczenia w ich stosowaniu są dwojakiego rodzaju:

- technologiczne, ze względu na postać występowania i możliwości praktycznego wykorzystania,

- ekonomiczne, związane z dużymi kosztami ich stosowania.

Rola ich w przyszłości będzie systematycznie zwiększała się ze względu na konieczność zmniejszenia obciążenia środowiska przez energetykę konwencjonalną.

WYKORZYSTANIE ENERGII SŁONECZNEJ

Energię słoneczną można wykorzystać do produkcji energii elektrycznej i do produkcji ciepłej wody. Są dwie metody wykorzystania energii słonecznej:

• metoda heliotermiczna

• metoda helioelektryczna

a) Metoda heliotermiczna

Metoda ta polega przemianie promieniowania słonecznego w ciepło, do doprowadzane następnie do turbiny napędzającej generator, wytwarzający energię elektryczną. El w niej stosowanymi są: heliostaty – zwierciadła ogrzewane energia Słońca i kierujące odbite jego promienie na wysokiej wieży absorber, składających się z rurek ogniskujących na sobie odbite od heliostatów promieniowanie słoneczne. Wew rurek absorbera krąży czynnik roboczy (sód, lit, hel, azotan potasu), którego pary napędzają turbinę. Odmianą tego typu elektrowni są liniowe kolektory słoneczne w postaci paraboloidów, w których ogniskowych są umieszczone rurowe absorbery a przepływającym medium roboczym. Uzyskiwana moc z takiego rozwiązania dochodzi do 1 MW.

Elektrownie heliotermiczne z wieżą centralna są oznaczane w literaturze anglosaskiej skrótem CRS (Central Receiver System), a elektrownie z liniowymi kolektorami słonecznymi w postaci paraboloidów – skrótem SEGS (Solar Electric Generating System).

Moc znamionową elektrowni słonecznych określa się w warunkach znormalizowanych, za które uznano napromieniowanie 1 kW/m2 przy temperaturze 20oC ( oznaczenie anglosaskie SOC – Standard Operating Conditions).

Pierwszą dużą elektrownią typu CRS była uruchomiona w Kalifornii w 1982 r. elektrownia Barstow o mocy 10 MW.

Przewiduje się budowę instalacji mieszanych słoneczno – paliwowych, składających się ze słonecznej wytwornicy pary na wieży i kotła opalanego gazem, przy czym powierzchnia ogrzewalna słonecznej wytwornicy pary jest włączona w układ kotła. Instalacja taka może pracować niezależnie od nasłonecznienia, a oszczędność paliwa uzyskiwaną dzięki pracy słonecznej wytwornicy pary szacuje się na 35%.

Elektrownie słoneczne charakteryzują się wysokimi kosztami eksploatacyjnymi, co powoduje, że większe nadzieje wiąże się z wykorzystaniem energii słonecznej w małych instalacjach do produkcji gorącej wody.

Kolektory słoneczne

Kolektory słoneczne umieszczone na dachu domu umożliwiają ogrzanie wody do +40oC, co wystarcza przy ogrzewaniu podłogowym. Są stosowane układy wykorzystujące współpracę dachowych kolektorów słonecznych z pompa cieplną i z grzejnikiem elektrycznym na tanią nocną energię elektryczna. Kolektory słoneczne podgrzewające wodę do temperatury ok. 65oC są wykorzystywane zarówno w rolnictwie, jak i do ogrzewania basenów kąpielowych oraz do wytwarzania ciepłej wody użytkowej tam, gdzie nie ma systemów ciepłowniczych.

Energia słoneczna jest wyk także za pomocą tzw. stawów cieplnych. Staw cieplny ma czarne dno asorbujące promienie słoneczne i dwie warstwy wody: dolną silnie zasoloną i górna ze zwykłej wody lub wody morskiej. Dolna warstwa pochłania promienie słoneczne, a duża jej gęstość utrudnia przewodzenie ciepła ku górze, wskutek czego nagrzewa się ona coraz bardziej. Ciepło jej zostaje oddane w wymienniku ciepła czynnikowi odparowującemu w stosunkowo niskiej temperaturze i jednocześnie napędzającemu turbinę. Duża pojemność cieplna wody daje w efekcie dużą zdolność kumulacyjną stawu, co pozwala pracować instalacji przy zmniejszeniu promieniowania słonecznego i usuwa podstawową wadę elektrowni słonecznych. Staw cieplny o powierzchni 25 ha daje moc 5 MW, przy koszcie w 1984 r. 3000 dolarów USA/kW (Izrael).

b) Metoda helioelektryczna

Metoda ta polega na bezpośredniej przemianie energii promieniowania słonecznego w energie promieniowania słonecznego w energię elektryczną za pomocą ogniw fotoelektrycznych. Ogniwa takie przemieniają w energie nie tylko bezpośrednie promieniowanie rozproszone (przy zachmurzeniu).

Ogniwa fotoelektryczne

Ogniwa fotoelektryczne są wykonane z krystalicznego krzemu, arsenku galu lub siarczku kadmu. Planuje się budowę elektrowni tego rodzaju o mocy 10 MW. Stosuje się w nich koncentrację promieniowania słonecznego przez zastosowanie zwierciadeł parabolicznych lub soczewek Fresnela. Ogniwa fotoelektryczne zajmują również wielką powierzchnię. Elektrownia o mocy 1000MW wymagałaby powierzchni 50 km2.Sprawność ogniw fotoelektrycznych jest mała i wynosi od 10% (ogniwa z krzemem polikrystalicznym) do 12-16 % (ogniwa z krzemem monokrystalicznym) i 23% (ogniwa z arsenku galu).Znalazły one szerokie zastosowanie w technice kosmicznej.

Ogniwa słoneczne przetwarzające energię słoneczną bezpośrednio w energię elektryczną nazywane są fotowoltaicznymi (ang. photovoltaic).Moc elektrowni fotoelektrycznych wynosi 2-10000kW.Najwiekszą,uruchomioną w 1984 r., elektrownią tego typu jest elektrownia Carissa Plain w Kalifornii o mocy 6,5 MW.

Planuje się budowę słonecznych elektrowni kosmicznych na satelitach geostacjonarnych wykorzystując fakt, ze promieniowanie słoneczne na orbicie takiego satelity pozwala na uzyskanie co najmniej 10 razy więcej energii niż na Ziemię. Energia ta w postaci fal ultrakrótkich byłaby przesyłana na Ziemię, gdzie za pomocą falowników byłaby zamieniana na prąd przemienny. Jest to jednak technika XXI wieku – uruchomienie takiej instalacji planuje się na ok. 2030 r., choć brzmi to jak science fiction.

Systemy fotowoltaiczne i hybrydowe

Systemy fotowoltaiczne i hybrydowe to produkty wykorzystujące takie źródła energii odnawialnej jak słońce i wiatr. Siłę promieniowania słonecznego i wiatru zamieniają na energię elektryczną zwaną potocznie prądem. Zastosowanie takich systemów w zależności od wielkości instalacji, jej możliwości produkcyjnych jest szerokie. Elastyczność tych produktów daje możliwość ich konfiguracji, tak aby dostosować je do potrzeb klientów. Z produktów, które oferujemy można zbudować autonomiczne w pełni niezależne zestawy oraz takie, które można podłączyć do sieci. System fotowoltaiczny składa się z modułów, paneli lub kolektorów fotowoltaicznych, oraz elementów dostosowujących wytwarzany w ogniwach prąd stały do potrzeb zasilanych urządzeń. Gdy system jest przewidziany do dostarczania energii elektrycznej w nocy, konieczne jest stosowanie odpowiedniego systemu magazynowania energii (akumulator) wyprodukowanej ciągu dnia. Jeżeli system zasila urządzenie stałoprądowe potrzebny jest kontroler napięcia. Do zasilania z systemu fotowoltaicznego urządzeń zmiennoprądowych konieczne jest użycie falownika. Potrzebna jest także odpowiednia konstrukcja kierująca moduły lub panele w kierunku Słońca .

Możliwości wykorzystania paneli słonecznych i turbin wiatrowych:

* zasilanie domów jednorodzinnych,

* zasilanie małych gospodarstw rolnych i zakładów produkcyjnych,

* zasilanie restauracji, barów, zajazdów ( np. przy drodze w oddalonym od sieci publicznej miejscu),

* zasilanie domków letniskowych ( np. w lasach, górach, nad rzekami, jeziorami itp. ),

* zasilanie działek rekreacyjnych, altan, przyczep kempingowych,

* zasilanie oświetlenia ogrodów, dróg dojazdowych, podjazdów, alejek,

* zasilanie oświetlenia reklam, znaków, tablic informacyjnych, aktywnych billboardów,

* zasilanie stacji telekomunikacyjnych, masztów przekaźnikowych, itp.,

* zasilanie jachtów,

* zasilanie wszelkich miejsc i urządzeń wykorzystujących energię elektryczną.

Rozróżniamy następujące rodzaje systemów fotowoltaicznych:

• Systemy autonomiczne w których urządzenie zasilane jest bezpośrednio z modułów - energia wyprodukowana w modułach jest wykorzystywana do bezpośredniego zasilania urządzenia np. wentylatora.

• Systemy autonomiczne na prąd stały DC-DC - energia wyprodukowana w modułach jest wykorzystana do ładowania akumulatora, z którego może być pobrana o każdej porze dnia i nocy. W systemie takim występuje regulator ładowania, który steruje procesem ładowania akumulatora, chroniąc go przed przeładowaniem lub zbyt głębokim rozładowaniem.

• Systemy autonomiczne produkujące prąd przemienny 230V DC-AC - system bliźniaczo podobny do systemu autonomicznego na prąd stały, wyposażony dodatkowo w przetwornicę napięcia, która przetwarza prąd stały na prąd przemienny 230Vac.

• Systemy autonomiczne - hybrydowe - system bliźniaczo podobny do systemu autonomicznego na prąd przemienny, wyposażony dodatkowo w generator prądotwórczy lub wiatrak, który służy do produkcji energii w okresach szczytowego zapotrzebowania.

• Systemy podłączone do sieci - służą do komercyjnej produkcji energii elektrycznej, sprzedawanej do sieci publicznej. Wyposażone są w specjalny falownik, który przemienia prąd stały na prąd przemienny i synchronizuje system z siecią. Pełni on również rolą zabezpieczenia w przypadku awarii sieci.

Biomasa

masa materii zawarta w organizmach. Biomasa podawana jest w odniesieniu do powierzchni (w przeliczeniu na metr lub kilometr kwadratowy) lub objętości (np. w środowisku wodnym - metr sześcienny). Wyróżnia się czasem fitomasę (biomasę roślin) oraz zoomasę (biomasę zwierząt), a także biomasę mikroorganizmów. Inny podział wyróżnia w ekosystemach biomasę producentów i biomasę konsumentów, które składają się na całkowitą biomasę biocenozy. Biomasa producentów tworzona jest w procesie fotosyntezy. Konsumenci i reducenci (destruenci) tworzą swoją biomasę kosztem biomasy producentów.

Biomasa wyrażana jest w postaci świeżej masy (organizmów żywych lub naturalna masa organizmów żywych) oraz suchej masy (masa organizmów żywych po wysuszeniu lub odparowaniu wody). Biomasa wyrażana jest w jednostkach wagowych (np. gram lub kilogram) a także w przeliczeniu na węgiel organiczny lub w jednostkach energii (kaloria, dżul).

Pomiar biomasy pozwala obliczyć produkcję biologiczną (zob. produktywność) poszczególnych jednostek organizacji biologicznej: osobnika, populacji, biocenozy, ekosystemu, biomu czy całej biosfery.

Fotosynteza:

6CO2 + 6H2O + światło = C6H12O6 + 6O2

podczas której tworzy się energia biomasy. Biomasa może być spalana bezpośrednio (np. w postaci drewna) albo przetwarzana na metan lub metanol, z tym samym przeznaczeniem.

Przetworzona biomasa w postaci odpadów zwierzęcych i odpadów rolnych, po ich fermentacji, tworzy biogazy, który zawiera 55 - 70% metanu . Biogaz jest wykorzystywany do palenisk, parników i kotłów wodnych, dostarczając ciepło niezbędne w gospodarce rolnej. Przy dużej jego produkcji może on być wykorzystywany jako paliwo do napędu silników średnioprężnych pracujących według obiegu Otto, sprzęgniętych z generatorami energii elektrycznej. Ciepło z chłodzenia silnika i odbieranie z jego gazów może służyć do wytwarzania ciepłej wody wykorzystanej m.in. do przyspieszenia procesu fermentacji biomasy.

W Polsce na potrzeby produkcji biomasy można uprawiać rośliny szybko rosnące:

* wierzba wiciowa (Salix viminalis)

* ślazowiec pensylwański lub inaczej malwa pensylwańska (Sida hermaphrodita)

* topinambur czyli słonecznik bulwiasty (Helianthus tuberosus)

* róża wielokwiatowa znana też jako róża bezkolcowa (Rosa multiflora)

* rdest sachaliński (Polygonum sachalinense)

* trawy wieloletnie, jak np.:

o miskant:

+ miskant olbrzymi czyli trawa słoniowa (Miscanthus sinensis gigantea)

+ miskant cukrowy (Miscanthus sacchariflorus)

o spartina preriowa (Spartina pectinata)

o palczatka Gerarda (Andropogon gerardi)

o proso rózgowe (Panicum virgatum).

Spalanie biomasy jest uważane za korzystniejsze dla środowiska niż spalanie paliw kopalnych, gdyż zawartość szkodliwych pierwiastków (przede wszystkim siarki) w biomasie jest niższa, a powstanie w procesie spalania dwutlenku węgla jest zredukowane niedawnym pochłanianiem przez te rośliny CO2. Natomiast dwutlenek wprowadzony do środowiska przy spalaniu paliw kopalnych jest dodatkowym dwutlenkiem węgla wnoszonym do atmosfery, zwiększającym globalne ocieplenie. Wadą biomasy stosowanej do spalania jest wydzielanie się szkodliwych substancji podczas spalania białek i tłuszczy.

Oprócz bezpośredniego spalania wysuszonej biomasy, energię pochodzącą z biomasy uzyskuje się również poprzez:

* zgazowanie - gaz generatorowy (głównie wodór i tlenek węgla) powstały ze zgazowania biomasy w zamkniętych reaktorach (tzw. gazogeneratorach) - jest on spalany w kotle lub bezpośrednio napędza turbinę gazową bądź silnik spalinowy, może być też surowcem do syntezy Fischera-Tropscha.

* w wyniku fermentacji biomasy otrzymuje się biogaz, metanol, etanol, butanol i inne związki, które mogą służyć jako paliwo.

* estryfikację - biodiesel.

Biogaz, gaz wysypiskowy - gaz palny, produkt fermentacji anaerobowej związków pochodzenia organicznego (np. ścieki, m.in. ścieki cukrownicze, odpady komunalne, odchody zwierzęce, gnojowica, odpady przemysłu rolno-spożywczego, biomasa) a częściowo także ich gnicia powstający w biogazowi. W wyniku spalania biogazu powstaje wbrew przekonaniom tyle samo tlenków azotu, co w przypadku spalania paliw kopalnych

Typowa biogazownia składa się urządzeń i obiektów do przechowywania, przygotowania oraz dozowania substratów. W urządzeniach magazynujących – silosach, zbiornikach, halach – przechowywane są substraty charakteryzujące się emisją nieprzyjemnych zapachów. Substraty w formie stałej wprowadza się do komór fermentacyjnych za pomocą specjalnych stacji, natomiast materiały płynne mogą być dozowane techniką pompową. Elementem niektórych biogazowni są również ciągi technologiczne przeznaczone do rozdrabniania, higienizacji lub pasteryzacji substratów. Niezbędnym elementem biogazowni jest komora fermentacyjna. Pozostałości pofermentacyjne są gromadzone w zbiorniku magazynowym. Poza systemem zbiorników w ramach biogazowni funkcjonują trzy istotne jej elementy – pompownia obsługująca transport substratów oraz pozostałości pofermentacyjne pomiędzy poszczególnymi zbiornikami, sterownia oraz urządzenie przetwarzające energię biogazu na energię cieplną lub elektryczną. Elementem biogazowni mogą być systemy wykorzystujące energię cieplną i pozwalające na uzyskanie dodatkowych dochodów z suszenia zboża, drewna.

Pierwsze tego typu instalacje powstały na przełomie 2002/2003 r i do dzisiaj pracują stabilnie osiągając zamierzone zdolności wytwórcze. Obecnie buduje się równolegle w całej Europie kilkaset biogazowni energetycznych. Wytwarzany w ten sposób biogaz będzie wykorzystywany zarówno do produkcji energii elektrycznej, cieplnej oraz jako paliwo silnikowe (CNG) dla pojazdów samochodowych lub po standaryzacji wprowadzany będzie do sieci gazowej jako alternatywne źródło dla gazu wydobywczego.

Potencjał biogazowy Polski przekracza wielokrotnie krajowe zużycie gazu ziemnego więc jest o co walczyć. Pozytywne skutki wdrażania technologii biogazowej obejmą nie tylko sektor energetyczny i przemysł, lecz również rolnictwo, środowisko naturalne, produkcję zdrowej żywności, postęp w nauce i w szeregu innych dziedzinach. Produkcja biogazu na dużą skalę może oznaczać zwiększenie bezpieczeństwa energetycznego kraju, zmniejszenie deficytu gazowego Państwa oraz w perspektywie długofalowej uniezależnienie się od importu gazu oraz wypełnienie zobowiązań unijnych dotyczących produkcji biopaliw i energii ze źródeł odnawialnych.

ENERGIA WIATRU

Ruch powietrza zwany wiatrem jest wywołany przez różnice w nagrzewaniu lądów i mórz, biegunów i równika oraz przez siłę Coriolisa, związaną z obrotowym ruchem Ziemi. Zasoby energii wiatru są niewyczerpalne. Szersze wykorzystywanie wiatru do celów energetycznych datuje się od kryzysu energetycznego w 1973 r. (choć w Danii pracowały elektrownie wiatrowe o łącznej mocy 100 MW przed 1939 r.). Od tego czasu powstało na świecie tysiące instalacji wykorzystujących wiatr do produkcji energii elektrycznej.

Światowe zasoby energii wiatru, które nadają się do wykorzystania z technicznego punktu widzenia to 53 tys. TWh/rok. Ta ilość energii jest 4 razy większa niż wynosiło globalne zużycie energii elektrycznej w 1998 roku. Najbardziej istotną cechą energii wiatrowej jest jej duża zmienność, zarówno w przestrzeni (geograficzna), jak i w czasie. Zmienność w czasie dotyczy bardzo szerokiej skali czasu- od sekund do lat.

Gdybyśmy chcieli odzyskać całą energię, jaką niesie wiatr, powietrze nie mogłoby opuścić wirnika. Nie uzyskalibyśmy wtedy jednak żadnej energii, gdyż powietrze nie mogłoby również wpaść w obszar wirnika.

Idealna turbina wiatrowa spowolni wiatr do 2/3 jego pierwotnej wartości i odzyska 59 % energii w nim zawartej. Zgodnie z prawem Betz\'a maksymalna teoretyczna sprawność zamiany mocy wiatru na moc mechaniczną wynosi 59,3%. Turbiny wiatrowe wykorzystują mniej niż 50% mocy wiatru.

Natura wiatru ma zasadniczy wpływ na wszystkie aspekty procesu konwersji energii wiatru na energię elektryczną, począwszy od wyboru lokalizacji i wyznaczania opłacalności inwestycji, poprzez rozwiązania techniczne turbin, przekładni mechanicznych i generatorów aż po problemy integracji z siecią elektroenergetyczną.

Moc znamionowa wiatrowego zespołu prądotwórczego jest określana przy pewnej prędkości wiatru. Jest nią zwykle prędkość 10-12 m/s. Zespoły te pracują w przedziale prędkości wiatru 5-25 m/s. Przy prędkości wiatru mniejszej niż 5 m/s są osiągane zbyt małe moce, natomiast przy prędkości wiatru większej niż 25 m/s prądnica jest automatycznie wyłączana, a turbina wiatrowa ustawiana równolegle do kierunku wiatru w celu uniknięcia zniszczenia. Wysokie wieże i śmigła stanowią zagrożenie dla otoczenia w czasie burz i huraganów.

Z powyższego wynika, że najważniejszym czynnikiem jest duża prędkość wiatru, gdyż zwiększenie średnicy łopatek jest ograniczone względami konstrukcyjnymi do 100 m. Nie mniej ważna niż prędkość jest wiatru jest jego stałość występowania w danym miejscu, gdyż od niej zależy ilość wyprodukowanej przez silnik wiatrowy energii elektrycznej w ciągu roku- a to decyduje o opłacalności całej instalacji. Z tego względu instalacje są budowane w miejscach ciągłego występowania wiatrów o odpowiednio dużej prędkości, zwykle większej niż 6 m/s. Są to zazwyczaj rejony nadmorskie i podgórskie. Roczny czas wykorzystania mocy zainstalowanej elektrowni wiatrowych wynosi 1000-2000 h/a i rzadko kiedy przekracza 2500 h/a.

Czynnikiem wpływającym na opłacalność elektrowni wiatrowych jest również możliwość sytuowania ich na terenach o małej gęstości zaludnienia i braku sieci elektrycznej. Elektrownie wiatrowe buduje się w górach ( do zasilania schronisk), na wyspach, do zasilania gospodarstw wiejskich leżących na odludziu.

Wady elektrowni wiatrowych:

· zapotrzebowanie na wielkie powierzchnie,

· hałas,

· zeszpecenie krajobrazu,

· ujemny wpływ na ptactwo.

Budowane są tzw. Farmy wiatrowe, tj. zespoły wiatrowych zespołów prądotwórczych, zajmujących zwarty obszar o dużej lokalnej prędkości wiatru. Farma wiatrowa ma pewne elementy wspólne, jak transformatory łączące ją z siecią, drogę dojazdową. Jest ona centralnie nadzorowana i sterowana. Moc zespołów zainstalowanych na farmach bywa różna. Aby uniknąć zakłócania sobie wzajemnie strumieni powietrznych wykorzystywanych przez każdy zespół, odległość pomiędzy wieżami jest zwykle większa niż 10 średnic wirników turbin powietrznych. Farmy wiatrowe zakłócają odbiór telewizyjny.

W budowie wiatrowych zespołów prądotwórczych przoduje Dania

Polska nie jest krajem o dobrych warunkach do wykorzystania energii wiatrowej. Tylko w niektórych regionach kraju Średnia prędkość wiatru przekracza 4 m/s. Prędkość ta jest niezwykle ważna gdyż jest to minimalna prędkość startowa większości elektrowni. Energia wiatru może być jedynie lokalnym i ograniczonym źródłem energii elektrycznej. Uprzywilejowanymi w Polsce rejonami pod względem wiatru są:

· środkowe, najbardziej wysunięte na północ części wybrzeża od Koszalina po Hel,

· rejon wyspy Wolin,

· Suwalszczyzna,

· Środkowa Wielkopolska i Mazowsze,

· Beskid Śląski i Żywiecki,

· Bieszczady i Pogórze Dynowskie

· Podhale

Budowa siłowni 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. 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.

WYKORZYSTANIE ENERGII MORZA

Do wytwarzania energii elektrycznej wyko się również energię pływów morza, fal morskich oraz energię cieplną mórz.

W korzystnych warunkach możliwe jest wykorzystanie pływów morza, czyli jego odpływów i przypływów. Ujście rzeki wpływającej do morza i wysokie jej brzegi umożliwiają budowę zapory, pozwalającej na wpłynięcie wód morskich w doliną rzeki podczas przypływu oraz ich wypłynięcie podczas odpływu.

Elektrownie wykorzystujące moc pływów pracują we Francji (największa), w Kanadzie, Chinach i byłej ZSRR, a projektowane są w Wielkiej Brytanii, Korei Południowej, Indiach i Argentynie.

Ważną cechą elektrowni pływowych jest ich okres eksploatacji liczony na ok. 100 lat. Wadami tych elektrowni jest zasalanie ujść rzek oraz erozja ich brzegów wskutek wahań poziomu wody, a także utrudnienia wędrówek ryb w górę rzeki.

Istnieją dwa rozwiązania wykorzystania energii fal morskich napędzających:

· turbinki wodne

· turbinki powietrzne

W pierwszym rozwiązaniu woda morska pchana kolejnymi falami wpływa zwężającą się sztolnią do położonego na górze zbiornika. Gdy w zbiorniku tym jest wystarczająca ilość wody, wówczas przelewa się ona przez upust i napędza turbinkę rurową Kaplana, sprzężoną z generatorem. Po przepłynięciu przez turbinkę woda wraca do morza tego typu rozwiązanie znane jest w literaturze pod skrótem OWC tj. Ocean Wave Column.

W drugim rozwiązaniu tj. przy wykorzystaniu turbinek powietrznych zbiornik jest zbudowany na platformie na brzegu morza. Fale wylewają się na podstawę platformy i wypychają powietrze do górnej części zbiornika. Sprzężone przez fale morskie powietrze wprawia w ruch turbinkę Wellsa napędzającą generator.

To rozwiązanie jest znane jako MOSC, czyli Multi-resonant Oscillating Column.

Innymi sposobami wykorzystania energii fal morskich są „tratwy” i „kaczki”.

Tzw. „kaczka” składa się z trzech stalowych części połączonych ze sobą zawiasami i poruszających się na falach. Ruch fal porusza tłoki pomp znajdujących się w środkowej części „tratwy”. Pompowana woda napędza turbinkę, sprzężoną z generatorem wytwarzającym energię elektryczną. Praca „tratw” polega na wykorzystaniu pionowego ruchu fal, zaś „kaczki” wykorzystują poziome ruchy wody morskiej.

Innym sposobem wykorzystania energii wód są tzw. elektrownie maretermiczne, które wykorzystują przemianę energii cieplnej oceanu (OTEC).

Przemiana energii cieplnej oceanu to wykorzystanie różnicy temperatury wody na powierzchni i w głębi mórz lub oceanu. Jest ona możliwa na obszarach równikowych; woda morska ma tam na powierzchni temperaturę ok. 30oC, a na głębokości 300-5000m temperaturę ok. 7oC. Wykorzystanie tej różnicy polega na zastosowaniu czynnika roboczego, który paruje w temperaturze wody powierzchniowej i jest skraplany za pomocą wody czerpanej z głębokości 300 -500m. Czynnikiem takim jest freon, amoniak lub propan. Cała instalacja wraz z generatorem znajduje się na pływającej platformie, a energia elektryczna jest dostarczana kablem podmorskim. Wadą tego systemu jest korozja materiału w wodzie morskiej i osadzanie się na powierzchniach wymienników ciepła organizmów morskich rozwijających się w ciepłej wodzie.

Sprawność elektrowni maretermicznej wynosi 2,5% przy różnicy temperatury 20oC, a 6% przy różnicy temperatury 40oC.

To źródło energii jest niewyczerpane i stale gotowe do wykorzystania, gdyż różnice temperatury wody w strefie równikowej są prawie stałe, niezależnie od pory roku.

Energia maretermiczna jest wykorzystywana na wyspie Bali w Indonezji, w Japonii, na Tahiti i na Hawajach.

Udział poszczególnych kontynentów w zasobach wodno-energetycznych Ziemi:

• EUROPA 12%

• AZJA 20,9%

• AMERYKA PÓŁNOCNA 19%

• AMERYKA POŁUDNIOWA 13%

• AFRYKA 22%

• AUSTRALIA 2,1%

• Byłe państwa ZSRR 11%

Elektrownia wodna to zakład przemysłowy zamieniający energię spadku wody na elektryczną.

Elektrownie wodne dzieli się na: "duże" i "małe", przyjmując, że małe elektrownie wodne (określane skrótem MEW) to te o mocy poniżej 5 MW. Podział ten jest dość umowny (w Skandynawii i Szwajcarii granicą są 2 MW, a w USA 15 MW), ale dość ważny, gdyż MEW są zaliczane do niekonwencjonalnych, odnawialnych i ekologicznych źródeł energii. Natomiast duże elektrownie wodne są tak na świecie rozpowszechnione (20% światowej produkcji energii elektrycznej), że traktowane są często jako konwencjonalne źródło energii, a duży stopień ingerencji w środowisko naturalne powstrzymuje wielu badaczy[kto?] od nazywania dużych elektrowni wodnych ekologicznymi. Wątpliwości te nie dotyczą małych elektrowni wodnych, których wpływ na środowisko jest znikomy.

Elektrownie wodne można podzielić na elektrownie przepływowe produkujące energię elektryczną oraz elektrownie szczytowo-pompowe, które służą głównie do magazynowania energii elektrycznej wyprodukowanej w inny sposób.

Pierwsza elektrownia wodna została zbudowana w 1882 roku w Appleton (Wisconsin) (USA) na rzece Fox. Dostarczała ona energię do fabryki produkującej papier. Było to dwa lata po pokazie, na którym Thomas Alva Edison po raz pierwszy zademonstrował publicznie wytwarzanie światła elektrycznego.

ELEKTROWNIE GEOTERMICZNE

Energia geotermiczna to energia wnętrza Ziemi, która objawia się w postaci gejzerów i tzw. ciepłych skał.

Gejzery są erupcją pary wodnej lub gorącej wody z wnętrza Ziemi, zaś do wykorzystania gorących skał należy wywiercić otwory i wtłaczać do wnętrza Ziemi zimną wodę a wypompowywać gorącą. Zaletą tego rodzaju rozwiązania jest to, iż ciepło geotermiczne jest wszędzie osiągalne w całej skorupie ziemskiej, a jego uzyskanie jest w zasadzie możliwe wszędzie tam, gdzie na wielkiej głębokości znajdują się wodoprzepuszczalne skały osadowe. Wpompowana w ten sposób woda przy wydobywaniu osiąga temperaturę ok. 80-90o. Oczywiście sięgnięcie do wyższych temperatur jest możliwe jeżeli są wiercone dziury na większej głębokości - jednak ten problem czeka na opracowanie technologiczne.

Zjawiska takie zazwyczaj mają miejsce na obszarach anomalii geologicznych.

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 –33oC 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 Zelandii – 290 MW

· Cerro Prieto w Meksyku 75 MW

Najstarsze z nich to Lardarello, która pracuje od 1904r. i Wairakei od 1958 roku.

Ponieważ Polska położona jest poza strefami aktywności tektonicznej i wulkaniczno-magmowej, nie ma u nas złóż wód termalnych lub pary która mogłaby być wykorzystana do produkcji energii elektrycznej.

Najcieplejsze i najbardziej wydajne źródła wód termalnych w Polsce to:

· otwór w pobliżu Koła z którego następuje samowypływ 80m3/h wody z głębokości 1,8 km o temperaturze 600C i zasoleniu do 9 g/l

· w pobliżu Uniejowa wydobywa się wody wgłębne w ilości 60 m3/h o temperaturze 69oC i o zasoleniu do 9 g/l z głębokości 2 km

· z otworu w Bańsku w pobliżu Nowego Targu o głębokości 5,2 km wydobywa się 60 m3/h wody o temperaturze eksploatacyjnej 72o C i o zasoleniu 3 g/l.

ELEKTROWNIE Z GENERATORAMI MHD (magnetohydrodynamiczne)

Magnetohydrodynamiczna metoda bezpośredniego przetwarzania energii cieplnej w energię elektryczną polega na wzajemnym oddziaływaniu strumienia zjonizowanego gazu i stacjonarnego pola magnetycznego. Odbywa się to w temperaturze ok. 2700oC przy prędkości strumienia gazu ok. 1000 m/s i przy indukcji pola magnetycznego ok. 2-6 T.

W celu łatwiejszej jonizacji gazu stosuje się tzw. posiew, czyli wprowadzenie do gazu metali alkaicznych o niskich potencjałach jonizacji, jak cez, rubid, potas i sód, w ilości 0,1-1 %. Ze względu na to, że są to metale bardzo drogie po spełnieniu swojej roli są ponownie wprowadzane do obiegu.

Sprawność elektrowni z generatorem MHD wynosi 50-60%, a więc o 15-25 % więcej niż sprawność elektrowni konwencjonalnej. Paliwem jest gaz ziemny a w przyszłości ma nim być węgiel. Zawarta w spalinach siarka przez użycie węglanu potasu jest prawie całkowicie związana, tworząc łatwo usuwalny siarczan potasu. Z tego względu jest to metoda bardzo korzystna dla środowiska. Jednakże z uwagi na wysoką temperaturę tworzą się znaczne ilości tlenku azotu i dlatego bada się ich wykorzystanie jako nawozów azotowych.

Elektrownie z generatorami MHD potrzebują 1,5 raza mniej wody niż elektrownie konwencjonalne i 2,5 raza mniej zanieczyszczają środowisko zanieczyszczają środowisko.

Strumień gorących spalin po spełnieniu swego zadania w generatorze MHD może oddawać swe ciepło w kotle parowym, który zasila turbinę, tworząc drugie konwencjonalne ogniwo elektrowni. Generator MHD odgrywa role instalacji czołowej w stosunku do elektrowni konwencjonalnej.

Największe elektrownie z generatorami MHD znajdują się w:

· Stanach Zjednoczonych o mocy 50 MW

· Byłym ZSRR o mocy 25MW

Ciekawostką jest elektrownia w Estonii, która pracuje eksperymentalnie wykorzystując jako paliwo zmielone łupki bitumiczne (niemożliwe do spalenia w kotłach konwencjonalnych) i wytwarzając moc 2 MW.

OGNIWA PALIWOWE - napęd przyszłości

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 nieuciążliwość dla środowiska –ok. 2 ppm NO i ok. 6 ppm CO. Emisja NO , SO , CO, cząsteczek stałych i węglowodorów jest ekstremalnie mała w porównaniu z technologiami opartymi na spalaniu paliwa. 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.

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 el 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

Ojczyzną pompy ciepła jest Szwajcaria, gdzie stosowano ja już przed II wojna światową.

BIOPALIWO

paliwo powstałe z przetwórstwa produktów organizmów żywych np. roślinnych, zwierzęcych czy mikroorganizmów.

Wyróżnia się biopaliwa:

* stałe - słoma w postaci bel lub kostek albo brykietów, granulat trocinowy lub słomiany - tzw. pellet, drewno, siano i inne przetworzone odpady roślinne;

* ciekłe - otrzymywane w drodze fermentacji alkoholowej węglowodanów do etanolu, fermentacji butylowej biomasy do butanolu lub z estryfikowanych w biodiesel olejów roślinnych (np. olej rzepakowy);

* gazowe:

o powstałe w wyniku fermentacji beztlenowej ciekłych i stałych odpadów rolniczej produkcji zwierzęcej (gnojowica, obornik, słoma, etc.) - biogaz;

o powstałe w procesie zgazowania biomasy - gaz generatorowy (gaz drzewny).

Produkcja biopaliw z glonów jest najbardziej wydajna. Znane są metody wykorzystania do tych celów terenów pustynnych. Wzbogacana w CO2 woda przepływa w foliowych zbiornikach, które eliminują jej parowanie. Półproduktem glonowej hodowli jest białko i O2. Efektywność glonów jest 30 x większa niż jakiegokolwiek innego rodzaju pozyskiwania paliwa. Departament Energii USA oszacował, że do pokrycia obecnego zapotrzebowania USA na paliwa wystarczy uprawa glonów na biopaliwo na powierzchni 15 tys mil2 (ok. 39000 km2)[1]. Paliwo glonowe stanowi tzw. biopaliwo 3 generacji.

Metody produkcji Biopaliw wytwarzanych z oleju rzepakowego, zbóż uprawnych oraz trzciny cukrowej na polu powstałym po wykarczowaniu lasu tropikalnego jest poddawana ostrej krytyce. Zauważono, że przy produkcji biopaliwa emitowanych jest 3x więcej gazów cieplarnianych niż przy wydobywaniu i spalaniu zwykłej benzyny. Wliczona w to jest ograniczona wymiana gazowa jaka ma miejsce na takim polu przeznaczonym do biouprawy. Pole wyjaławia się znacznie i wymaga kosztownej rekultywacji. Taka uprawa ogranicza bioróżnorodność. Przyczynia się do rozwoju patogenów, szkodników i chorób. Takie uprawy stwarzają poważne zagrożenie w czasach coraz większego zapotrzebowania na żywność.

Dolne źródło ciepła
Źródło ciepła, z którego pompa czerpie większość energii. Mogą nim być wody zarówno powierzchniowe jak i podziemne, grunt oraz powietrze. Dolnym źródłem mogą też być odpady przemysłowe, oczyszczalnie ścieków, spaliny itp.

Górne źródło ciepła

jest to medium, któremu pompa oddaje ciepło. Najczęściej woda w instalacji centralnego ogrzewania lub ciepła woda użytkowa.

Kolektor

Urządzenie służące do pobierania ciepła z dolnego źródła.

Parownik

Element pompy ciepła, w którym następuje oddawanie ciepła z dolnego źródła do czynnika roboczego. Wymiana odbywa się przez odparowanie czynnika roboczego w niskiej temperaturze i przy niskim ciśnieniu.

Skraplacz

Element pompy ciepła, w którym następuje przekazanie energii cieplnej czynnika roboczego pompy do instalacji grzewczej obiektu. Wymiana odbywa się przez skraplanie czynnika roboczego o wysokiej temperaturze i w wysokim ciśnieniu.

Sprężarka

Bardzo istotny element pompy ciepła. Pobiera energię elektryczną, służy do zwiększania ciśnienia czynnika roboczego pompy. Sprężanie czynnika odbywa się po pobraniu ciepła przez czynnik roboczy w parowniku i przed oddaniem ciepła w skraplaczu.

Zawór rozprężny

element pompy ciepła między skraplaczem i parownikiem służący do obniżenia ciśnienia czynnika roboczego do parametrów w których możliwe jest jego parowanie. Zawór rozprężny reguluje również ilość środka chłodzącego w zależności od obciążenia skraplacza.

COP - współczynnik efektywności

jest to stosunek energii wytworzonej przez pompę do energii pobranej głównie przez sprężarkę. W zależności od rodzaju pompy i przyjętych założeń eksploatacyjnych przyjmuje on wartości z zakresu 3 – 5. Wartość 5 oznacza, że pompa oddaje 5 razy więcej energii niż pobiera.

Cykl pracy pompy ciepła składa się z czterech kroków.

I. Parowanie

Do parownika trafia chłodny czynnik roboczy, jest to najczęściej ciekły freon lub amoniak o niskim ciśnieniu. Pod wpływem ciepła dostarczonego z dolnego źródła czynnik roboczy paruje.

II. Sprężanie

Będąc pod postacią gazową trafia on do sprężarki, która wykorzystując energię elektryczną podnosi ciśnienie i temperaturę czynnika roboczego.

III. Skraplanie

Dalej czynnik roboczy pod postacią gazu o wysokiej temperaturze i wysokim ciśnieniu trafia do skraplacza gdzie zmienia stan skupienia oddając energię cieplną do górnego źródła ciepła – instalacji grzewczej.

IV. Rozprężanie

Po wyjściu ze skraplacza czynnik roboczy jest cieczą o niskiej temperaturze ale o wysokim ciśnieniu. Przed powrotem do parownika ciśnienie obniżane jest w zaworze dławiącym. 

Rodzaje pomp ciepła w zależności od dolnego źródła ciepła

Dolne źródło ciepła jest jednym z najistotniejszych elementów systemu.

Powinno się ono charakteryzować przede wszystkim niezmiennością temperatury
w ciągu roku. Najczęściej wykorzystywane dolne źródła ciepła to:

• Grunt - można tu rozróżnić układ z gruntowym wymiennikiem ciepła poziomym oraz pionowym

• Woda (studnie, jeziora, rzeki) – są to najbardziej efektywne źródła energii dla pompy ciepła

• Powietrze – Wykorzystywane głównie w układach przygotowania CWU

• Ciepło odpadowe – powietrze wentylacyjne, ścieki

• Procesy chłodnicze – komory chłodnicze, wytwarzanie wody lodowej, klimatyzacja

Kolektor słoneczny to urządzenie zamieniające energię słoneczną na energię cieplną. Najczęściej wykorzystywane są płaskie kolektory słoneczne. Istnieją również tubowe kolektory próżniowe, które posiadają wyższą sprawność przetwarzania energii, jednak są droższe.

Kolektory można podzielić na:

• płaskie

  • gazowe

  • cieczowe

  • dwufazowe

• płaskie próżniowe

• próżniowo-rurowe (nazywane też próżniowymi, w których rolę izolacji spełniają próżniowe rury)

• skupiające (prawie zawsze cieczowe)

• specjalne (np. okno termiczne, izolacja transparentna)

Kolektory słoneczne najpowszechniej wykorzystywane są do:

• podgrzewania wody użytkowej,

• podgrzewanie wody basenowej,

• wspomagania centralnego ogrzewania.

Do celów tych służą cieczowe kolektory płaskie i próżniowe. Schemat prostej instalacji do podgrzewania ciepłej wody użytkowej zawiera:

1. kolektory słoneczne (w domkach jednorodzinnych od dwóch do czterech),

2. regulator (uruchamiający pompę obiegu gdy zaistnieje odpowiednia różnica temperatur pomiędzy wyjściem z kolektora a zbiornikiem),

3. pompę,

4. naczynie przeponowe (kompensujące rozszerzalność temperaturową czynnika),

5. zbiornik magazynujący ciepłą wodę użytkową, z dwiema wężownicami lub płaszczami grzejnymi (dolna zasilana czynnikiem z kolektorów słonecznych, górna innym źródłem ciepła),

inne źródło ciepła (kocioł, pompa ciepła, kominek z płaszczem wodnym)