Zagadnienia na egzamin z przedmiotu

Techniki pozyskiwania energii

1. Małe elektrownie wiatrowe (do 30 kW) – charakterystyka techniczna i wpływ na

otoczenie.

1. Stan środowiska naturalnego a oszczędzanie energii.

Oszczędzanie energii polega na zmniejszeniu jej zużycia przy zachowaniu takich samych rezultatów. Mniejsze zużycie energii ma wiele pozytywnych stron – możecie oszczędzić pieniądze i równocześnie pomóc środowisku. Produkowanie energii wymaga korzystania z cennych źródeł naturalnych, np. węgla, ropy lub gazu. Dlatego też rozsądne używanie energii pomaga nam zachować te źródła, aby wystarczyły dłużej na przyszłość. Jeżeli ludzie zużywają mniej energii, nacisk na podniesienie dostaw, np. przez konstruowanie nowych elektrowni, lub poprzez import energii z innych krajów, jest mniejszy, a co za tym idzie zmniejszy się również emisja, CO₂. Oszczędzając energię chronimy środowisko, ale także chroniąc środowisko oszczędzamy energię, gdyż np. używanie toreb wielokrotnego użytku ogranicza ilość zużywanej energii na wyprodukowanie toreb plastikowych. Obniżenie temp w domu o 1⁰ , zamykanie okien podczas włączonego ogrzewania także pomaga oszczędzać energię i chronić środowisko. Używanie akumulatorów zamiast jednorazowych baterii, wyłączenie światła i innych urządzeń, kiedy ich nie używasz, używanie energooszczędnych żarówek itp.

1. Charakterystyka domów o niskim zapotrzebowaniu na energię.

Domy niskoenergetyczne mają dobrą izolację przegród zewnętrznych i okna o niskim współczynniku przenikania ciepła. (Nie stosuje się okien połaciowych.) Pomieszczenia są tak usytuowane, by można było korzystać z energii słonecznej do ich dogrzewania i oświetlania, czyli tzw. ogrzewanie pasywne. Aby obniżyć zużycie energii w niskoenergetycznych domach (podobnie jak w pasywnych) stosuje się kolektory słoneczne, pompy ciepła czy gruntowe wymienniki ciepła służące do pozyskiwania energii termalnej
ze źródeł odnawialnych. System wentylacji jest tak dobrany, aby wykorzystywać ciepło w powietrzu usuwanym na zewnątrz. Stosunek powierzchni przegród zewnętrznych do kubatury budynku jest niższy niż w domach tradycyjnych. Zapotrzebowanie na ciepło dla domu niskoenergetycznego kształtuje się w granicach od 30 do 60 kWh/(m2*rok).

1. Argumenty przeciwko budowie farm wiatrowych w Polsce.

Energetyka wiatrowa w założeniu jest dziedziną przyjazną środowisku ze względu na sam proces produkcji energii odbywający się w sposób bez emisyjny. Jednakże obiekty energetyki wiatrowej mogą negatywnie oddziaływać na niektóre elementy środowiska, w szczególności na akustykę i krajobraz, a w niektórych lokalizacjach na populację ptaków i nietoperzy. Wytwarzany przez turbiny wiatrowe stały, monotonny hałas o niskim natężeniu, niekorzystnie oddziałuje na psychikę człowieka. By zneutralizować jego wpływ, wokół masztów elektrowni wiatrowych wyznacza się strefę ochronną o szerokości . Stwarzane jest także niebezpieczeństwo przez elektrownie wiatrowe dla ptaków. Mimo, że zdania naukowców w tej sprawie są podzielone i - jak utrzymują niektórzy – migrujące ptaki umieją omijać elektrownie, inni szacują, że farma wiatrowa o mocy 80 MW może zabić nawet 3500 ptaków w ciągu roku. Na koniec wspomnieć należy także o ujemnym wpływie wywieranym przez elektrownie wiatrowe na krajobraz: zajmują one duże powierzchnie i zlokalizowane są często w turystycznych rejonach nadmorskich i górskich.

1. Energetyczne możliwości zagospodarowania osadów ściekowych.

Osady ściekowe mogą być kompostowane bądź spalane. Tu możemy wyróżnić trzy rodzaje spalania osadów ściekowych:

W piecach cementowych:

Piece wykorzystywane są do unieszkodliwiania osadów ściekowych od wielu już lat. Techniczną bazą tej metody jest fakt, że przemysł cementowy prowadzi wysokotemperaturowy proces klinkieryzacji specyficznego zestawu surowcowego. Dysponuje piecami procesowymi o zespole cech do tego typu rozwiązań. Wysoka temperatura w strefie (1700 K) oraz temperatura płomienia (1900-2100 K) przekracza nie tylko poziom temperatur koniecznych do zupełnego spalania wielkocząsteczkowych węglowodorów, ale także temperaturę dechloryzacji dioksyn oraz temperaturę destrukcji benzenu.

Współspalanie osadów z węglem:

Współspalanie osadów z węglem w zakładach energetycznych stanowi korzystny system zagospodarowania osadów ściekowych z punktu widzenia ochrony środowiska. Podkreśla się tu głównie, że warunki spalania w kotłowniach węglowych – zwłaszcza w przypadku kotłowni z ciekłym odprowadzeniem żużla, gdzie składniki szkodliwe zostają unieruchomione w zeszkliwionym i ewentualnie zgranulowanym żużlu – umożliwiają likwidację składników organicznych zawartych w osadach oraz ograniczają emisję szkodliwych substancji do atmosfery. Na terenie kraju istnieje kilka tysięcy kotłów zainstalowanych w ciepłowniach przemysłowych i komunalnych.

Współspalanie osadów ściekowych w spalarniach odpadów komunalnych:

Ten sposób zagospodarowania osadów nie jest rozpowszechniony w kraju. W pierwszej spalarni, która uruchomiona została w Warszawie na Targówku w połowie roku 2000, w chwili obecnej nie przewiduje się uruchomienia współspalania. W Niemczech zaledwie 10% osadów unieszkodliwianych termicznie jest spalanych z odpadami komunalnymi, – co także wskazuje na niskie korzyści z takiego współspalania.

Podstawowym warunkiem efektywnego prowadzenia procesu jest wymóg, by osady ściekowe miały wartość opałową, co najmniej zbliżoną do wartości opałowej odpadów, czyli były podsuszone do około 50% s.m. Przy współspalaniu zazwyczaj nie występuje pogorszenie warunków emisyjnych, jak również warunków unieszkodliwiania odpadów

1. Za i przeciw spalaniu zbóż w celach energetycznych.

Za:

- Niewielkie wymagania glebowe, łatwa uprawa ze wzgl. na tradycję (Polska).

- Małe ilości popiołu, które dodatkowo można wykorzystać, jako nawóz.

- Słoma po zbożach również może zostać wykorzystana do celów energetycznych.

- Ziarna (owies) łatwe w spalaniu.

- Mniejsza toksyczność spalin w porównaniu do innych paliw.

- Uniezależnienie się od dostawców energetycznych.

Przeciw:

- Wysoka cena palnika w przypadku owsa.

- Ryzyko inwazji szkodników.

- Kwestie etyczno-obyczajowe.

- Nakłady na produkcję (nawozy – emisja, CO₂)

1. Czy świat musi obniżyć emisje CO2?

Obniżenie emisji C0₂ jest bardzo ważne. Podwyższona emisja może doprowadzić do efektu cieplarnianego, którego skutkiem mogą być:

• podwyższenie poziomu morza na kuli ziemskiej, które zostaną zasilone wodami z topniejących lodów i lodów polarnych

• wędrówka stref klimatycznych to znaczy przesunięcie stref w kierunku bieguna. Wraz ze strefami przemieszczą się charakterystyczne dla danego klimatu opady

• zaburzenie równowagi w ekosystemach i ginięcie wielu gatunków zwierząt o małych zdolnościach adaptacyjnych.

• spowodowanie przyspieszenia parowania wody i opadanie jej w nowych rejonach, co spowoduje zmniejszenie zasobów wody pitnej, wody - źródła życia.

• zmiany klimatyczne zwiększą częstotliwość występowania ekstremalnych zjawisk pogodowych i katastrof klimatycznych jak fale upałów, powodzie, huragany, które w bezpośredni sposób zagrażają zdrowiu i życiu.

1. Budowa elektrowni jądrowej w Polsce – argumenty za.

- nie emituje szkodliwych pyłów i gazów (SO2, CO2, CO0 przez co w ograniczonym stopniu degraduje środowisko

- ograniczenie eksploatacji paliw kopalnianych

- zajmuje niedużą powierzchnię

- nie wymaga hałaśliwych urządzeń do nawęglania

- eliminuje problemy usuwania i składowania lotnych popiołów

- zmniejsza transport paliw i pracę kopalni

- wielokrotnie zmniejszona ilość odpadów oraz powierzchnia ich składowania

- awarie są rzadkie dzięki nowoczesnej technologii, prowadzące, co najwyżej do wyłączenia reaktora, po usunięciu awarii reaktor wznawia pracę

1. Budowa elektrowni jądrowej w Polsce – argumenty przeciw.

- stanowi zagrożenie reaktywnością w przypadku awarii reaktora atomowego

- możliwość wydzielania nuklidów promieniotwórczych podczas eksploatacji reaktora atomowego

- kłopotliwy problem składowania i gospodarowania radioaktywnych odpadów powstających z reaktora atomowego

- możliwość skażenia wód, powietrza, gleb znajdujących się w rejonie składowania odpadów

- możliwość wydzielenia produktów promieniotwórczych do atmosfery

- możliwość wydzielenia ciepła odpadowego do wody chłodzącej.

1. Zasoby paliw kopalnych w Polsce – gaz ziemny.

W Polsce gaz ziemny wydobywa się głównie na Podkarpaciu (Przemyśl, Husów, Sanok) i Zapadlisku Przedkarpackim (wysoko metanowy) w wyniku odmetanowywania kopalni węgla kamiennego w Wielkopolsce oraz Lubuskiem – rejon Drezdenka oraz Międzychodu. Pierwsze odwierty zakończyły się powodzeniem i uruchomienie 13 kopalń planowane jest przez PGNiG już w 2012 roku. W ostatnim czasie rozpoczęły się nowe badania w celu potwierdzenia obecności ropy w okolicach Szamotuł oraz Trzcianki i Czarnkowa. Oprócz zasobów tradycyjnych, w Polsce istnieją także możliwości wydobycia ze złóż niekonwencjonalnych - z węgla kamiennego i z łupków. Ich wielkość szacuje się na 1,5-3 bln metrów sześciennych.

1. Zasoby paliw kopalnych w Polsce – węgiel kamienny.

Skała osadowa pochodzenia roślinnego, zawierająca 75-97% pierwiastka węgla, powstała głównie w karbonie (era paleozoiczna) ze szczątków roślinnych, które bez dostępu tlenu uległy uwęgleniu. Ma czarną barwę, matowy połysk, czarną rysę.

Węgiel kamienny stosowany jest powszechnie, jako paliwo. Jego wartość opałowa waha się od 16,7 do 29,3 MJ/kg i silnie zależy od jego składu (zawartości popiołu, siarki, wilgotności). Wartość opałowa czystego pierwiastka węgla wynosi ok. 33,2 MJ/kg. Węgiel kamienny jest nieodnawialnym źródłem energii.

1. Zasoby paliw kopalnych w Polsce – ropa naftowa.

Ropa naftowa występuje w Polsce na Podkarpaciu w okolicach Krosna i Jasła. Pewne zasoby zalegają również w szelfie morza Bałtyckiego. Zasoby ropy naftowej w Polsce są niewielkie i dlatego krajowe wydobycie ropy w ilości ok. 300 tys. ton zaspokaja zaledwie 2% potrzeb krajowych. Tak, więc przerabiana w Polsce ropa naftowa prawie w całości pochodzi z importu ( głównie z Rosji). W Polsce istnieją dwie duże i pięć małych rafinerii ropy naftowej przetwarzających ogółem ok. 15 mln. ton ropy rocznie.

1. Gaz łupkowy nadzieją dla Polski?

2. Charakterystyka energetyczna i ekologiczna biomasy przetworzonej.

Produkty przemian biomasy możemy podzielić na stałe, płynne i gazowe. Najczęściej wykorzystywana jest biomasa stała. W takiej formie stosuje się głównie drewno i odpady z jego przetwarzania, oraz rośliny uprawiane specjalnie na cele energetyczne.Spośród wszystkich rodzajów źródeł energii odnawialnej w Polsce, największy potencjał

możliwy do szybkiego wykorzystania występuje w biomasie, a w szczególności w biomasie surowców energetycznych pierwotnych, tj. w słomie, drewnie i roślinach energetycznych.

Słoma, jako surowiec energetyczny może mieć duże znaczenie szczególnie na tych terenach wiejskich, gdzie uprawia się dużo zbóż. Drewno w rozumieniu surowca energetycznego obejmuje odpady drzewne z produkcji leśnej i przemysłu drzewnego oraz zrębki z szybko rosnących i wieloletnich drzew uprawianych, jako tzw. lasy energetyczne. Do produkcji energii może być wykorzystane także drewno odpadowe z sadów i zieleni miejskiej.

Pellety są paliwem łatwym do transportowania, najpraktyczniejszym w magazynowaniu i najwygodniejszym w eksploatacji. Ich zaletą jest też bardzo niska zawartość popiołu (0,4-1% suchej masy). Wartość energetyczna pelletu wynosi 16,5-17,5 MJ/kg, a wilgotność 7-12%.

Brykiet drzewny to walec lub kostka, utworzona z suchego rozdrobnionego drewna (trocin, wiórów czy zrębków), sprasowanego pod wysokim ciśnieniem bez dodatku substancji klejących. Duże zagęszczenie materiału w stosunku do objętości sprawia, że proces spalania brykietu zachodzi stopniowo i powoli. Wartość energetyczna: 19-21 GJ/t; wilgotność: 6-8%; zawartość popiołu: 0,5-1% suchej masy.

1. Zalety i wady ciepła systemowego.

Każdy system posiada swoje źródło, czyli miejsce, w którym wytwarzane jest ciepło. Ze źródła ciepło przekazywane jest (głównie w formie ciepłej wody) do sieci ciepłowniczych firm zajmujących się jego dostawą do Klientów.

Kiedy zapadnie decyzja o przyłączeniu jakiegoś obiektu do sieci ciepłowniczej, niezbędne jest wykonanie przyłącza oraz zamontowanie węzła cieplnego. Przyłącze to określony odcinek sieci doprowadzający ciepło bezpośrednio do węzła cieplnego, którego zadaniem jest przekazanie ciepła z wody krążącej w sieci do wody obecnej w instalacji grzewczej (odbiorczej) konkretnego budynku. Po jego zakończeniu schłodzona woda w sieci ciepłowniczej powraca do źródła do ponownego ogrzania, natomiast woda w instalacji odbiorczej rozchodzi się wewnątrz budynku, zapewniając komfort cieplny jego użytkownikom. Oprócz ogrzewania budynków, ten sam węzeł, wyposażony w moduł ciepłej wody, może zapewnić stałą dostawę ciepłej wody na cele użytkowe. Wody o stałej temperaturze, osiąganej już w chwilę po odkręceniu kranu.

Ostatnim z elementów systemu ciepłowniczego jest aparatura pomiarowo rozliczeniowa, popularny licznik ciepła. Na podstawie wskazań licznika możliwe jest określone poziomu wykorzystania Ciepła Systemowego.

1. Charakterystyka techniczna sieci ciepłowniczych (rodzaje, struktura, elementy

składowe).

Sieć ciepłownicza- jest to układ przewodów, którymi nośnik ciepła płynie od źródła ciepła do poszczególnych odbiorców i wraca po oddaniu ciepła. Nośnik ciepła może być wprowadzony do węzłów ciepłowniczych lub bezpośrednio do instalacji.

Sieć ciepłownicza składa się z:

-źródła ciepła, czyli kotłowni
-sieci tranzytowej, czyli odcinka o długości min 0,5 km, na którym nie ma odbioru ciepła
-sieci magistralnej, czyli odcinka służącego do przesyłania ciepła ze źródła ciepła do odgałęzień lub sieci osiedlowych
-sieci odgałęźnej, czyli odcinka służącego do przesyłania ciepła z magistrali do sieci osiedlowych lub innych większych odbiorców ciepła
-sieci osiedlowej, czyli odcinka służącego do przesyłania ciepła z sieci odgałęźnej do poszczególnych przyłączy budownictwa mieszkaniowego lub przemysłowego
-pzyłącza, czyli odcinka doprowadzającego ciepło do budynku

Rodzaje sieci ciepłowniczych:

• promieniową- jest to najczęściej stosowana sieć ciepł. ze względu na najniższy koszt

• pajęczą- jest to sieć najbardziej niezawodna, awaria jednego odcinka nie powoduje odcięcia dostaw do pozostałych budynków

pierścieniową- charakteryzuje się dużą niezawodnością. dostawa ciepła odbywa się z dwóch stron, za pomocą odgałęzień można sieć rozbudowywać w wielu kierunkach, mogą być jedno lub wiele pierścieniowych. stosowana w dużych aglomeracjach miejskich dysponujących kilkoma źródłami ciepła

1. Węzły cieplne – funkcje i sposób sterowania.

Podstawowym celem węzła cieplnego jest zapewnienie dostawy energii cieplnej w określonym czasie o takich parametrach i w takiej ilości do danego obiektu, aby spełnione zostały wymagania użytkownika, oraz aby proces dostawy energii cieplnej był prowadzony optymalnie z zachowaniem zasad racjonalnej gospodarki ciepłem. Przy realizowaniu powyższych celów węzeł cieplny powinien jednocześnie:

• zapewniać pełne bezpieczeństwo użytkownikom obiektu, do którego dostarczana jest energia cieplna,

• zapewniać możliwość pomiaru zużycia energii cieplnej oraz innych parametrów, jak na przykład temperatura i ciśnienie medium w charakterystycznych punktach węzła,

• dostarczać energię cieplną w takiej ilości i jakości, aby zaspokojone były aktualne potrzeby i wymagania użytkownika obiektu

• w przypadku wielofunkcyjnych węzłów cieplnych zapewniać prawidłową współpracę wszystkich systemów cieplnych, właściwie wykorzystywać energię cieplną zawartą w czynniku grzewczym (wodzie sieciowej), tj. zapewniać jej prawidłowe wychłodzeniesterowanie dzielimy na:

• nadrzędne- okresowe interwencje z poziomu serwera głównego będące efektem wykorzystania bardziej złożonych modeli procesu, rozwiązania zadań optymalizacji.

• bezpośrednie-powszechnie stosowane w automatyce domowych węzłów cieplnych zasilających pojedyncze budynki.

1. Potencjał energii geotermalnej w Polsce i na świecie.

Polska ma bardzo dobre warunki geotermalne, gdyż 80% powierzchni kraju jest pokryte przez 3 prowincje geotermalne: centralno - europejską, przedkarpacką i karpacką. Temperatura wody dla tych obszarów wynosi od 30- (a lokalnie nawet ), a głębokość występowania w skałach osadowych od 1 do . Możliwości wykorzystania wód geotermalnych dotyczą 40% obszaru kraju (wydobycie jest opłacalne, gdy do głębokości temperatura osiąga , zasolenie nie przekracza 30 g/l a także, gdy wydajność źródła jest odpowiednia)

1. Charakterystyka układów kogeneracyjnych.

Elektrociepłownie dużych mocy:

1. KLASYCZNE – elektrociepłownie parowe (z turbinami parowymi)

1.1. z turbinami PRZECIWPRĘŻNYMI

1.2. z turbinami UPUSTOWO-PRZECIWPRĘŻNYMI

1.3. z turbinami UPUSTOWO-KONDENSCYJNYMI

2. KOMBINOWANE – elektrociepłownie gazowo-parowe (turbina parowa + gazowa)

Rożne rodzaje układów, najczęściej:

2.1. układ szeregowy z kotłem odzysknicowym

2.2. układ szeregowy dwupaliwowy

2.3. układ z ciśnieniową komorą spalania

3. Z ZASTOSOWANIEM Turbin Gazowych

3.1. elektrociepłownie z turbiną gazową i kotłem odzysknicowym

Elektrociepłownie małych mocy (układy CHP):

1. Stacjonarne układy CHP małych mocy

1.1. Turbina gazowa lub mikro turbina + kocioł odzysknicowy

1.2. Silnik spalinowy + układ wymienników + generator

Układy hybrydowe:

1. Dużych i małych mocy::

1.1. elektrociepłownie z ogniwami paliwowymi

1.2. układy hybrydowe z ogniwami paliwowymi i turbinami gazowymi

1.3. układy hybrydowe z ogniwami paliwowymi i mikro turbinami gazowymi

Trójgeneracyjna (energia elektryczna-ciepło-chłód)

1. Układy z turbinami gazowymi i chłodziarkami absorpcyjnymi

2. Układy z turbinami gazowymi i chłodziarkami sprężarkowymi

3. Układy z mikro turbinami (z chłodziarkami absorpcyjnymi lub chłodnicami central klimat.) – BCHP.

1. Możliwości wykorzystania energii geotermalnej na Opolszczyźnie.