ALTERNATYWNE ŹRÓDŁA ENERGII –EGZAMIN

1. KONKURENCYJNOŚĆ ALTERNATYWNYCH ŹRÓDEŁ ENERGII I PRZESŁANKI DO ICH STOSOWANIA TERAZ I W PRZYSZLOŚCI:

• Zapotrzebowanie na energię elektryczną wzrasta, a konwencjonalne technologie energetyczne bazują na spalaniu paliw kopalnych, co powoduje wyczerpywanie (zużywanie) zapasów surowców i pogarszanie stanu środowiska

• Istnieje zasada trwałego rozwoju, której należy podporządkować działania dot. energetyki – nadrzędność wymogów ekologicznych i zaspokajanie bieżących potrzeb energetycznych nie powinny stwarzać istotnych problemów w przyszłości

• Generowanie energii z źródeł alternatywnych i odnawialnych jest wysokoefektywne energetycznie

• Dokumenty i wymogi prawne narzucają korzystanie (w oparciu o powyższe fakty) z energii odnawialnych.

DOKUMENTY UE I REGULACJE PRAWNE DOTYCZĄCE WYKORZYSTANIA ENERGII ALTERNATYWNYCH I ODNAWIALNYCH:

• Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady Europ. Z 2009r. w sprawie promocji stosowania energii ze źródeł odnawialnych

• Rozporządzenie Ministra Gospodarki i Pracy z 2004r. dot. Zakresu obowiązku zakupu energii elektrycznej i ciepła wytworzonych w odnawialnych źródłach energii

• Rozporządzenie Ministra Gospodarki z 2007r. dot. sposobu obliczania danych podanych we wniosku o wydanie świadectwa pochodzenia z kogeneracji oraz szczegółowego zakresu obowiązku uzyskania i przedstawienia do umorzenia tych świadectw , uiszczenia opłaty zastępczej i obowiązku potwierdzenia danych dotyczących ilości energii elektrycznej wytworzonej w wysokosprawnej kogeneracji

• DOKUMENTY UE DOT. POLITYKI ENERGETYCZNEJ (DODATKOWE):

• Karta Energetyczna i Protokół Karty Energetycznej

• Plan działania w celu poprawy efektywności energetycznej w UE

• Zielona Księga

• Europejski program zmian klimatu

1. Porównanie metod generacji w konwencjonalnych układach i z wykorzystaniem energii alternatywnych oraz zaawansowanych metod generacji. Siłownie nuklearne, czyste technologie węglowe, układy parowo – gazowe do skojarzonego wytwarzania ciepła i energii elektrycznej.

Budowa klasycznej elektrowni (generacja w konwencjonalnych układach)

1	kocioł	7	Kondensator
2	Turbina wysokoprężna	8	Główna pompa kondensatu
3	Przegrzewacz międzystopniowy	9	Podgrzewacz regeneracyjny niskoprężny
4	Turbina średnioprężna	10	Zb. wody zasilającej z odgazowywaniem
5	Turbina niskoprężna	-	-
6	generator	12	Podgrzewacz regeneracyjny wysokoprężny

Konwencjonalne wytwarzanie energii:

- wyczerpywanie źródeł energii

- szkodliwość dla środowiska ( większe emisje zanieczyszczeń)

- paliwo dostarczane do paleniska w sposób ciągły

Budowa elektrowni jądrowej z reaktorem PWR

1	Wytwornica pary	7	kondensator
2	Turbina wysokoprężna	8	Główna pompa kondensatu
3	Separator kropel wody (osuszacz mechaniczny pary)	9	Podgrzewacz regeneracyjny niskoprężny
4	Przegrzewacz międzystopniowy	10	Zbiornik wody zasilającej z odgazowywaniem
5	Turbina niskoprężna	11	Pompa wody zasilającej
6	generator	12	Podgrzewacz regeneracyjny wysokoprężny

układy parowo – gazowe do skojarzonego wytwarzania ciepła i energii elektrycznej:

(kogeneracja CHP) polega na jednoczesnym wytwarzaniu prądu i ciepła. Rozwiązanie techniczne układu kogeneracyjnego w głównej mierze zależy od rodzaju paliwa.

Głównymi elementami instalacji energetycznych są: silnik spalinowy gazowy lub Diesla, generator prądu, system wymienników ciepła oraz układ automatycznej regulacji i sterowania.

Energia elektryczna wytwarzana jest przez prądnicę agregatową, napędzaną silnikiem spalinowym. Ciepło natomiast pochodzi od procesów spalania w silniku. Ciepło to jest odzyskiwane poprzez wymienniki ciepła, włączone w układ chłodzenia oraz w układ wydechowy silnika.

Poprzez system wymienników ciepła energia cieplna przekazywana jest gorącej wodzie, która staje się jej nośnikiem. Woda ta może być dalej wykorzystana jako źródło ciepła w układzie centralnego ogrzewania lub też wykorzystana do różnego rodzaju procesów technologicznych.

Argumenty przemawiające za skojarzoną produkcją energii elektrycznej i ciepła w źródłach rozproszonych są takie same jak w przypadku dużych elektrociepłowni:

• Konkurencyjność: obniża zużycie paliwa na wytworzenie jednostki energii, zwiększa sprawność ogólną procesu wytwarzania energii,

• Łatwość instalowania: skojarzone układy gazowo-parowe dzięki budowie modułowej, wysokiej sprawności i niskim wartościom emisji są bardzo łatwe do zainstalowania nawet w regionach wysoce zurbanizowanych;

• Gwarancja ciągłości dostaw: skojarzone układy gazowo parowe gwarantują ciągłość dostaw energii dzięki możliwości wykorzystania różnych rodzajów paliw w tym samym urządzeniu (gaz naturalny, gaz ciekły, olej napędowy, gaz z wysypisk śmieci lub z oczyszczalni ścieków biogaz);

• Ekologia: układy gazowo-parowe realizujące wytwarzanie skojarzone są najlepszym rozwiązaniem, jeśli na danym terenie jest konieczne obniżenie emisji zanieczyszczeń

• zmniejsza straty przesyłu energii na drodze wytwórca - odbiorca,

Siłownie nuklearne

- skomplikowany i kosztowny proces budowy

- niewielka cena wytwarzania energii

- duża przewidywalność cen uranu

- mały udział kosztów paliwa w ogólnych kosztach wytworzenia jednostki energii

- ryzyko skażenia promieniotwórczego

- niebezpieczeństwo uzyskania sprzętu i paliwa przez ugrupowania terrorystyczne

- deficyt wykwalifikowanej kadry

- długi czas zwrotu inwestycji

- kwestia składowania odpadów radioaktywnych

- rozbiórka elektrowni – niedopracowane postępowanie z instalacją i budowlą

Czyste technologie węglowe

- czyste technologie węglowe (CTW) należy rozumieć technologie zaprojektowane w celu poprawy skuteczności wydobycia, przeróbki, przetwarzania oraz utylizacji węgla i zwiększenia akceptowalności tych procesów z punktu widzenia wpływu na środowisko naturalne

Wyróżniono cztery główne podobszary CTW:

• wydobycie węgla, uwzględniające zrównoważoną gospodarkę zasobami wraz z przeróbką węgla, rozumianą, jako proces przygotowania węgla do użytkowania, najczęściej jest to tzw. mechaniczna przeróbka węgla,

• transport i składowanie węgla,

• wykorzystanie węgla (w energetyce oraz w przetwórstwo węgla), wraz z wszelkimi działaniami zmniejszającymi wpływ wykorzystania węgla na środowisko (poza zagadnieniem odpadów i półproduktów)

• zagospodarowanie „pozostałości” z wykorzystania węgla, czyli różnego rodzaju odpadów, a także półproduktów, nadających się do dalszego gospodarczego wykorzystania

3. Wykorzystanie energii wiatrowej.

Spośród odnawialnych źródeł energii niespożyta jest kinetyczna energia wiatru, która może być łatwo przekształcona w inne postacie energii. W skali świata występowanie wiatrów ma charakter przypadkowy i nie kontrolowany. Dotyczy to zarówno kierunku, jak i siły wiania. Wiatr wiejący z prędkością nie mniejszą niż 4 m/s i nie większą niż 30 m/s jest uznawany za energetycznie użyteczny dla stosowania turbin-generatorów elektryczności. To źródło energii charakteryzuje się jednak dużą niestabilnością. Jego występowanie jest uzależnione od regionu geograficznego, pory roku, pory dnia, ukształtowania terenu i wysokości nad powierzchnią ziemi. Z doświadczeń jednoznacznie wynika, że im wyżej usytuowane są wirniki turbin, tym korzystniejsze jest to dla efektywnej pracy generatorów. Pożytki dla gospodarki płynące z energii wiatru są oczywiste, jednak może być ona również niebezpieczna i niszcząca, o czym ostrzegają kataklizmy pojawiające się w różnych regionach świata.

Definicja i obliczenia wielkości potencjału energetycznego wiatru oraz przewidywanej wydajności siłowni wiatrowej.

Potencjał en. wiatrowej zależy od średniorocznej prędkości wiatru. najkorzystniejsze tereny to takie gdzie jest prędkość wynosi 4,5 -5m/s. Wraz z wysokością rośnie prędkość wiatru.

Rozkład prędkości wiatru nad terenem

(V_x/V₁₀)=(X/10)^n

V₁₀- prędkość mierzona na wysokości 10m (dostępne dane)

V_x- prędkość na wysokości x

x- wysokość

n- 0,16 teren płaski bez drzew

n=0,26 teren równy zadrzewiony

n=0,43 miejskie zabudowania

Obliczenia mocy wiatru

- Energia kinetyczna, jaką posiada strumień powietrza przepływający przez prostopadła powierzchnię A:

- m –masa powietrza [kg];

- V – prędkość wiatru [m/s].

Energia kinetyczna tego strumienia jest równa mocy N.

- Moc wiatru:

- Moc wiatru przypadająca na 1 m² powierzchni, określana mianem gęstości mocy wiatru:

Moc elektrowni wiatrowej, można obliczyć przyjmując wielkość ρ = 1,25 [kg/m³](określona dla warunków normalnych):

Wydajność energetyczna

K_e=N_j*τ

τ=8760[h/rok]

K_e=N_j*8,76

- K_e – potencjał energetyczny wiatru odczytany z mapy [kWh/m²·rok];

- A – powierzchnia wirnika elektrowni [m²];

- η – sprawność elektrowni dla nowoczesnych elektrowni (przyjmuje się η = 0,25).

Nie cały zasób energii wiatru jest wykorzystywany w turbinie wiatrowej, z uwagi na:

- wyłączanie turbiny gdy V_t > V₃ – prędkość turbiny jest większa od prędkości jej wyłączenia;

- nie załączanie turbiny wiatrowej gdy V_t < V₁ – prędkość rozruchu turbiny;

- sprawność turbiny wiatrowej η_e.

Sprawność siłowni wiatrowej i sposoby wykorzystania en. elektr. w układach zaopatrywania w energię budynku.

η=η_a*η_m*η_g

a-spr. aerodynamiczna (przyjmuje się 0,3-0,35)

m- spr. mechaniczna przekładni (0,95)

g- spr. generatora (elektryczna) (0,97)

4. Sposoby wykorzystania energii słonecznej w układach aktywnych z kolektorami

- Układy słoneczne do podgrzewania c.w.u., tylko częściowo pokrywające zapotrzebowanie energii do jej przygotowania. Pełne pokrycie wiąże się z wysokim nakładem inwestycyjnym:

• silna zależność dostępnej energii słonecznej od pory roku wymaga oceny jej udziału w całkowitym zapotrzebowania w okresach miesięcznych,

• uzyskanie dokładnych ocen wymaga użycia dobrych narzędzi obliczeniowych i reprezentatywnych danych meteorologicznych.

- Energia słoneczna użyta do wspomagania instalacji ogrzewania. Konieczne jest zastosowanie specjalnych instalacji, a rozwiązanie ma najczęściej niską efektywność ekonomiczną.

Zasady doboru wielkości kolektorów i przyjmowanego stopnia pokrycia zapotrzebowania na energię:

Systemy solarne zakłada się jako instalację dodatkową, która będzie redukować zapotrzebowanie na paliwo do systemu konwencjonalnego. Stopień pokrycia energią solarną przygotowania ciepłej wody użytkowej w zakresie zbliżonym do 100% jest możliwy do osiągnięcia dla miesięcy wiosenno-letnich, natomiast dla miesięcy zimowo-jesiennych spada do ok. 30%. Najczęściej przyjmowaną wartością stopnia pokrycia zapotrzebowania na energię pierwotną jest od 50 do 60%. Próby zwiększania tego udziału, przez powiększanie powierzchni pola kolektorowego, jest nieopłacalne ekonomiczne ze względu na wysokie koszty instalacji kolejnego modułu, co wydłuża czas zwrotu kosztów inwestycji i powoduje problemy z zagospodarowaniem nadwyżek energii produkowanych w okresie letnim.

Podstawą wyjściową do obliczenia zapotrzebowania ciepła do podgrzewania wody jest jednostkowe dobowe zapotrzebowanie na c.w.u. dla 1 użytkownika V_c w [dm³/(d.j.n)], czyli w litrach na dobę i jednostkę naturalną, czyli użytkownika, wynosi około 80 l na mieszkańca i dobę. Często dla gospodarstwa domowego przyjmuje się zużycie ciepłej wody na poziomie 50 l w tym 15 l do zasilenia urządzeń typu pralka oraz zmywarka, zasilanych ciepłą wodą.

Po określeniu zapotrzebowania na ciepło, należy wyznaczyć wymaganą powierzchnię kolektorów.

Aby uzyskać wartość współczynnika pokrycia 60% do w przypadku instalacji przeznaczonych dla domów jednorodzinnych zakłada się około 1,0 – 1,5 m² powierzchni czynnej kolektora płaskiego na jedną osobę lub 0,8 m² powierzchni czynnej kolektora rurowego na jedną osobę.

W instalacjach przeznaczonych dla domów jednorodzinnych tylko w nielicznych przypadkach opłaca się montować kolektory których powierzchnie wyznaczono obliczeniowo. Sensowniej jest pozostać przy wymiarach modułów powszechnie dostępnych na rynku, typowych dla danego producenta. Powierzchnia dostępnych na rynku kolektorów wynosi od 2,0 do 2,5 metra kwadratowego.

Dobranie zbyt dużego podgrzewacz zasobnikowego zmniejsza współczynnik pokrycia instalacji solarnej. Wtedy konwencjonalny kocioł grzewczy będzie musiał między innymi również w lecie dogrzewać wodę użytkową.

Z reguły stosuje się solarne podgrzewacze zasobnikowe do przygotowania ciepłej wody użytkowej o pojemności odpowiadającej 1,5 – 2,0 krotności dziennego jej zużycia. Większa pojemność zapewnia mniejszą dobową amplitudę temperatury w zasobniku. Minimalna pojemność solarnych podgrzewaczy zasobnikowych powinna jednak wynosić 50 litrów na jeden metr kwadratowy powierzchni kolektora.

Przy doborze wysokości podnoszenia należy uwzględnić lepkość płynu obiegowego.

V_p=0,01-0,02 dm³/s*m²

4. Bierne wykorzystanie energii promieniowania słonecznego w systemach bezpośrednich i pośrednich ( ściany kolektorowe, kolektorowo – akumulacyjne).

Bierne wykorzystanie energii stosuje układy oszklonych przestrzeni buforowych, a zewnętrzne ściany wystawione do Słońca pełnią wówczas rolę kolektorów. Ściany wewnętrzne mogą pełnić funkcję akumulatorów ciepła. Ciepło rozprowadzane jest drogą swobodnej konwekcji powietrza, które odbiera energię od elementów nagrzanych i transportuje do innych części budynku.

 W ostatnim okresie rozwój architektury słonecznej idzie w kierunku wykorzystywania tzw. izolacji transparentnych (stałych), którą pokrywa się zewnętrzne ściany budynku. Odpowiedni materiał łatwo przepuszcza promieniowanie słoneczne do wnętrza, zatrzymuje zaś ciepło uciekające, a jednocześnie nie pozwala na przedostanie się promieniowania w zbyt dużej ilości i pod dużym kątem (głównie latem).

Zyski bezpośrednie: W nomenklaturze słonecznych systemów pasywnych występują m.in. tzw. systemy zysków bezpośrednich, wykorzystujące energię promieniowania słonecznego docierającego w sposób bezpośredni do pomieszczeń budynku. Okno jest właśnie najprostszym i powszechnie stosowanym elementem rozwiązań zysków bezpośrednich obudowy budynku, który został przedstawiony ideowo.

Jakiekolwiek pomieszczenie zaopatrzone w okno tworzy system pasywny wykorzystujący w sposób bezpośredni energię promieniowania słonecznego. Promieniowanie słoneczne przechodzi przez okno
stanowiące przezroczystą osłonę odbiornika energii promieniowania słonecznego, którym jest wnętrze pomieszczenia (budynku).

Następnie promieniowanie jest pochłaniane i magazynowane przez przegrody wewnętrzne budynku, a także przedmioty znajdujące się w pomieszczeniu, przez krótszy lub dłuższy okres czasu w zależności od ich pojemności cieplnej.

Ilość energii dopływającej do wnętrza pomieszczenia zależy od wielkości okna, jego usytuowania, zastosowanych materiałów i konstrukcji okna, a także od jego zacieniania, związanego z otoczeniem zewnętrznym (np. drzewa, mur, inny budynek) i specjalnie zaprojektowanymi elementami architektury zewnętrznej (np. okapy, zadaszenia). Regulacja (zmniejszenie) strumienia dopływającej energii promieniowania słonecznego dopływającego do wnętrza może być regulowana przez zasłanianie okien zasłonami, żaluzjami, roletami. Zwiększenie zysków promieniowania uzyskuje się przede wszystkim poprzez zwiększenie powierzchni okien i innych szklanych osłon (głównie od strony południowej). Jednakże, wzrost powierzchni okien powoduje także zwiększenie strat cieplnych.

Chociaż system zysków bezpośrednich ma największą sprawność chwilową pozyskiwania energii, to niekontrolowany wzrost temperatury pomieszczenia może być niepożądany i uciążliwy dla mieszkańców.

O masach akumulujących niczego w sumie nie znalazłem;/ ale ogólnie to oprócz konstrukcji budynku – przegród, to wszystkie elementy w pomieszczeniach, wyposażenie itp. jest takimi masami akumulującymi ;)

Sunspace – przybudówka solarna, ogród zimowy,

Przestrzeń buforowa:

• - umieszczona od strony południowej;

• - ogrzewana promieniowaniem słonecznym w sposób bezpośredni, występują w niej gwałtowne i duże zmiany temperatury;

• - zmniejsza straty ciepła przylegających pomieszczeń;

• - w naszych warunkach klimatycznych musi być wentylowana, a projekt wentylacji tych przestrzeni jest ważnym elementem całości projektu systemu pasywnego;

Zalety systemu zysków pośrednich z przestrzenią buforową:

• brak nagłych, stochastycznych (przypadkowych) zmian pogodowych;

• umożliwia ograniczenie dostępu energii promieniowania słonecznego w lecie, w zimie zaś wykorzystanie zysków słonecznych przez po­mieszczenia zlokalizowane głębiej w budynku;

• dodatkowa oszklona elewacja rozwiązuje także problem akustyczny (zagrożenie hałasem), szczególnie w budownictwie wielokondygnacyjnym, zlo­kalizowanym przy ruchliwych trasach komunikacyjnych;

• systemy pasywne z przestrzenią buforową mogą być łatwo stosowane w już istniejących budynkach i wykonywane w ra­mach termomodernizacji;

Pośrednie – ściana TROMBA i podobne

Ściana kolektorowo-magazynująca (wentylowana lub nie) tzw. ściana Tromba), najczęściej jest koloru czarnego, aby zwiększyć swą zdolność do pochłaniania energii promieniowania słoneczne­go, a z zewnątrz posiada szklaną osłonę. Wysokość ściany powinna być względnie duża, aby możliwe było uzyskanie dużej różnicy temperatury, a w kon­sekwencji różnicy gęstości między nagrzewanym powietrzem a chłodniejszym powietrzem dopływającym od dołu, w przestrzeni pomiędzy ścianą a szklaną osłoną, co w efekcie pozwala na powstanie siły wyporu inicjującej termodyfuzję, czyli naturalny przepływ powietrza.

Pozyskiwana energia jest przekazywana przez przewodzenie:

• - do wnętrza z odpowiednim opóźnieniem;

• - na zewnątrz;

• - zachodzi kompensacja strat ciepła na zewnątrz;

Zalety systemu zysków pośrednich ze ścianą kolektorowo-akumulacyjną:

• niewielkie wahania tem­peratury wewnątrz ogrzewanych pomieszczeń

Wady systemu zysków pośrednich ze ścianą kolektorowo-akumulacyjną:

• długi czas nagrzewania się ściany kolektorowo-magazynującej;

• bardzo słaba cyrkulacja nagrze­wanego powietrza;

• straty cieplne przez promieniowanie w zewnętrznej części ściany kolektorowo-magazynującej, gdy nagrzeje się ona do wysokiej temperatury;

• duże straty cieplne przez ścianę kolektorowo-magazynującą w dni o niewielkim nasłonecznieniu, ściana działa wtedy jak duży mostek cieplny ( by ściana spełniała swoja rolę nie może mieć izolacji cieplnej). Duże straty ciepła przy niskich temperaturach, widoczne są szczególnie w krajach, gdzie nasłonecznienie jest gorsze, zimy długie i ostre oraz częste i długie okre­sy zachmurzenia;

• przy bra­ku wentylacji w szczelinie między szybą a ścianą magazynującą, możliwość wykraplania się pary wodnej w samej strukturze ściany, przy dłuższych okresach pochmurnej pogody;

• Systemy zysków pośrednich ze ścianą kolektorowe-akumulacyjną pełną i wen­tylowaną są zalecane do stosowania w krajach o dobrym nasłonecznieniu i cie­płym klimacie, charakteryzującym się łagodnymi zimami. Natomiast w krajach o gorszym nasłonecznieniu zaczęto poszuki­wać innych rozwiązań, tj. przestrzenie buforowe, izo­lacja transparentna oraz ściany o strukturze szczelinowej, kanałowej lub poro­watej, we wnętrzu których, w celu intensyfikacji wymiany ciepła, instaluje się małe wentylatory wymuszające przepływ ciepła .

Lokalizacja i bryła budynku przygotowanego do biernego pozyskiwania energii słonecznej (czyli swojego typu jakby zalecenia, co należałoby zrobić w budynku, w kierunku przygotowania go do biernego pozyskiwania energii słonecznej)

• strefa buforowa od północy: garaż, wiatrołap, schowki

• unikanie okien na elewacjach północnej, wschodniej i zachodniej

• elementy ocieniające: markizy, balkony, okapy

• koncentracja okien od południa

• strefa buforowa od południa [ogród zimowy – sunspace]

• masywne pozostałe przegrody

• masywny strop stanowiący podłogę na gruncie

oceny zakresu możliwych do osiągnięcia oszczędności energii w ogrzewaniu obiektów w wyniku ich zastosowania.

Zbierając na podstawie tabeli (niżej): oszczędności możliwe do osiągnięcia w stosunku do budynku bazowego:

• Zyski bezpośrednie: 6,3 – 12,5%

• Zewnętrzna ściana akumulująca: 6,5 – 9,7%

• Przybudowana przestrzeń cieplna – Sunspace: 9,0 – do 11,0%

• Wewnętrzne ściany akumulujące: do 13 % (w zależności od pojemności cieplnej powierzchni i jej powierzchni.)

Redukcja strat energetycznych o 57 [%] przynosi oszczędność energii do celów grzewczych w wys. 88 [%]

Biomasa i jej wykorzystanie w technologiach energetycznych.

Biomasa - to najstarsze i najszerzej współcześnie wykorzystywane odnawialne źródło energii. Należą do niej zarówno odpadki z gospodarstwa domowego, jak i pozostałości po przycinaniu zieleni miejskiej. Biomasa to cała istniejąca na Ziemi materia organiczna, wszystkie substancje pochodzenia roślinnego lub zwierzęcego ulegające biodegradacji. Biomasą są resztki z produkcji rolnej, pozostałości z leśnictwa, odpady przemysłowe i komunalne.

Organizacja procesów i efekty: spalania biomasy, zgazowania oraz pirolizy + kogeneracja z

wykorzystaniem biogazu.

Technologie energetyczne – wykorzystanie:

Spalanie - najbardziej pierwotny proces uzyskiwania energii użytecznej z biomasy, czyli spalanie, charakteryzuje się swoistą dynamiką. Niezależnie od techniki wpływają na nią procesy fizyczne i chemiczne. Cały proces zasadniczo przebiega w trzech etapach. Etapy te odniesione do cząsteczki paliwa to:

• suszenie - następuje odparowanie wilgoci zawartej w cząsteczce wraz z jej nagrzewaniem,

• gazyfikacja i spalanie - mamy do czynienia z postępującym termicznym rozkładem paliwa oraz towarzyszącym temu spalaniem wydzielanych części lotnych,

• dopalanie powstałego karbonizatu - spaleniu ulegają stałe produkty palne, w postaci tzw. węgla drzewnego.

Pomiędzy procesem pierwszym, a kolejnymi procesami następuje zapłon będący początkiem właściwego spalania. Warunkiem ekonomicznej oraz technicznej poprawności współspalania jest zachowanie optymalnego udziału biomasy w mieszance paliwowej oraz jej odpowiednia jakość. Efektywne współspalanie przygotowanej mieszanki, może być przeprowadzane w istniejących kotłach rusztowych, fluidalnych i pyłowych.

Gazyfikacja - podobnie jak spalanie, gazyfikacja jest zachodzącym w wysokiej temperaturze procesem konwersji termochemicznej, z tą jednak różnicą, że jej produktem nie jest ciepło, lecz gaz, który dopiero po spaleniu dostarcza energii cieplnej. Poza wytwarzaniem ciepła, gaz ten może być wykorzystywany także w kuchenkach gazowych oraz w turbinach, służących do produkcji elektryczności i maszynach, wykonujących pracę mechaniczną.

Proces gazyfikacji paliw stałych przebiega dwustopniowo:

• w pierwszej komorze w warunkach niedoboru powietrza oraz stosunkowo niskiej temperaturze (450-800o C) paliwo zostaje odgazowane, w wyniku czego powstaje gaz palny oraz mineralna pozostałość (węgiel drzewny),

• w drugim etapie w komorze dopalania w temperaturze około 1000-1200o C i w obecności nadmiaru tlenu następuje spalenie powstałego gazu.

Jedną z zalet tej technologii jest jej wysoka efektywność: podczas gdy małe i średnie urządzenia wykorzystywane do spalania osiągają efektywność rzędu 15-20%, efektywność urządzeń służących do gazyfikacji już teraz wynosi około 35%, a w niedalekiej przyszłości sięgnie 45-50%.

Piroliza - piroliza stanowi etap zarówno w procesie spalania jak i zgazowania. W tym procesie wskutek termicznego rozkładu struktury paliwa organicznego otrzymujemy karbonizat oraz smołę i produkty gazowe. W przypadku reakcji pirolitycznych drewna powstają: węgiel drzewny, smoła drzewna oraz lotny rozpuszczalnik jakim jest terpentyna (głównie w przypadku pirolizy drzew iglastych). W procesie pirolizy następuje transformacja paliwa stałego na dwie inne formy: paliwo gazowe oraz paliwo ciekłe. Udział poszczególnych form oraz ich skład zależy od rodzaju i składu biomasy, jak i sposobu prowadzenia procesu pirolizy.

Zgazowanie - kolejną możliwością konwersji energii biomasy na energię użyteczną jest jej zgazowanie, czyli przetworzenie biomasy na gaz syntezowy. W procesie realizowane są endotermiczne reakcje chemiczne z udziałem pierwiastka węgla, dwutlenku węgla, tlenku węgla, wodoru oraz pary wodnej i metanu. Podobnie jak spalanie, proces zgazowania można podzielić na trzy etapy:

• suszenie - stopień pozbycia wilgoci uzależniony jest od założonego składu uzyskiwanego gazu oraz od rodzaju procesu gazyfikacji,

• piroliza - proces już opisany, podobnie jak w przypadku spalania stanowi integralną część procesu zgazowania biomasy,

• zgazowanie -jako właściwy etap polega na realizacji całego szeregu endotermicznych reakcji chemicznych. Zgazowaniu przy niedomiarze tlenu poddawane są stałe oraz ciekłe produkty pirolizy. Produktami tego etapu są gazy palne: CO, H2, CH4. Etap przeprowadzany jest w temperaturach z reguły powyżej 750°C.

Kogeneracja biomasy - energia zawarta w biomasie może być wykorzystana tylko do produkcji ciepła lub do produkcji ciepła i energii elektrycznej (proces kogeneracji). Kogeneracja, czyli skojarzone wytwarzanie energii cieplnej i elektrycznej, powoduje mniejsze zużycie paliwa i mniejsza emisje substancji szkodliwych niż proces oddzielnej produkcji elektryczności i ciepła. W układach skojarzonych wskaźnik wykorzystania energii chemicznej paliwa wynosi aż 80-90%, co jest możliwe dzięki odzyskiwaniu ciepła zawartego w spalinach. Kogeneracja jest wiec korzystna zarówno ze względów termodynamicznych, jak i ekonomicznych.

Wytwarzanie biogazu

Biogaz jest produktem fermentacji beztlenowej związków pochodzenia organicznego, zawierających celulozę, białko, węglowodany, skrobię. Związki te występują w odpadach komunalnych pochodzenia biologicznego, w ściekach komunalnych i przemysłu rolno-spożywczego, a także w odchodach zwierząt. Bakterie powodujące fermentacje są wrażliwe na odczyn, który musi buc zasadowy, nie znoszą światła, tlenu i rozwijają się w wąskim przedziale temp.

Składa się z

• około 65% z palnego gazu, jakim jest metan

• około 34% z dwutlenku węgla

• oraz małej ilości: siarkowodoru, wodoru, tlenku węgla, azotu i tlenu.

Jego skład głównie zależy od składu przetwarzanej masy.

Wartość opałowa biogazu wynosi 5,5 – 7,2 kWh/m³, i jest 25-40% niższa od wartości opałowej gazu ziemnego.

Pewne ilości biogazu wytwarzane są w miejskich oczyszczalniach ścieków oraz w niektórych gospodarstwach hodowlanych. Wielkość biogazowi zależy od ilości materiału fermentacyjnego lub od ilości zagospodarowania odchodów zwierzęcych tj. gnojowicy .

Wykorzystanie biogazu

• do produkcji energii elektrycznej(1 m³ biogazu pozwala wyprodukować 2,1 kWh energii elektrycznej

• do produkcji energii cieplnej(1 m³ biogazu pozwala wyprodukować 5,4 kWh ciepła

• w systemach skojarzonych do wytwarzania energii elektrycznej i cieplnej – kogeneracji

• dostarczanie gazu wysypiskowego do sieci gazowej,

• wykorzystanie gazu jako paliwa do silników trakcyjnych/pojazdów,

• wykorzystanie gazu w procesach technologicznych, np. w produkcji metanolu.

Zastosowanie celowych upraw energetycznych, odpadów z produkcji rolniczej i odpadów komunalnych do wytwarzania biogazu

- Zastosowanie celowych upraw energetycznych:

Badając strukturę wykorzystania biomasy drzewnej można podzielić ją na cztery grupy:

Wykorzystanie przemysłowe

Głównie w przemyśle celulozowo - papierniczym i przemyśle płyt wiórowych (meblarstwo).

Na cele energetyczne

W skład tej grupy wchodzi drewno, część odpadów przemysłowych oraz odpady poużytkowe. Odpadów leśnych jest pozyskiwane i spalane przez małych prywatnych odbiorców, a część stanowi część odpadów z małych zakładów przetwórstwa drzewnego.

Nadmiar

Stanowi potencjał dla energetycznego wykorzystania. W przeważającej części jest to odpad leśny. Trzeba tu przypomnieć, że nie jest możliwe pozyskanie 100% odpadu leśnego. Z jednej strony nie pozwala na to obecny stan technologii pozyskiwania czyniąc proces nieopłacalnym, a z drugiej strony usunięcie wszystkich odpadów drzewnych z lasu naruszyłoby naturalną równowagę biologiczną lasu. Pozostałą część nadmiaru biomasy drzewnej stanowi różnica między podażą, a popytem: drewna opalowego i odpadów przemysłowych

4. Uzysk biogazu ze składowisk odpadów i biogazowni zlokalizowanych przy gospodarstwach rolnych

Ze składowisk odpadów:

- Gaz wysypiskowy – W warunkach optymalnych z jednej tony odpadów komunalnych może powstać około 400-500 m3 gazu wysypiskowego. Jednak w rzeczywistości nie wszystkie odpady organiczne ulegają pełnemu rozkładowi, a przebieg fermentacji zależy od szeregu czynników. Dlatego też przyjmuje się, że z jednej tony odpadów można pozyskać maksymalnie do 200 m3 gazu wysypiskowego.

Jest wykorzystywany do wytwarzania prądu elektrycznego. Moc wytwarzanego prądu zależy od ilości odzyskiwanego gazu, można przyjąć ze z 1 ha wysypiska można otrzymywać przez okres kilkunastu lat gaz o energii chemicznej, której odpowiada moc cieplna ok. 100kW (wystarczająca do ogrzania kilku domków jednorodzinnych).

Z biogazowni:

Biogazowanie – wielkość biogazowani zależy od ilości materiału fermentacyjnego, a w wypadku biogazowi rolniczych-od ilości przeznaczonych do zagospodarowania odchodów zwierzęcych tj gnojowicy. Najmniejsze b. o pojemności komory 15-25 m2 zbudowane zostały dla małych gospodarstw 20-30 sztuk bydła. Największe – z kom. Ferment. Poj. 100m3 i jej wielokrotnością są przeznaczone dla dużych gospodarstw.

Z 1 m³ komory fermentacyjnej można uzyskać 0,75 m³ biogazu na dobę, duże gospodarstwa rolne o dziennej produkcji biogazu 100-300 m³.

Dodatkowe informacje :

typowa biogazownia rolnicza, opierająca się na fermentacji gnojowicy i kiszonki, składa się z:

• zbiorników na substrat, hali przyjęć surowca

• komory bądź kilku komór fermentacyjnych, tzw. fermentatorów

• komór pofermentacyjnych (krytych bądź odkrytych), czasem w formie tzw. lagun

• systemu oczyszczania biogazu

• układu kogeneracyjnego

• budynku technicznego

• przyłączy sieci energetycznej/cieplnej

Schemat biogazowni rolniczej:

4. Wykorzystanie energii geotermalnej w ciepłownictwie. (z neta)

Wśród bezpośrednich sposobów wykorzystania energii geotermalnej dominuje ciepłownictwo (37%).Podstawa do określenia ilości ciepła grzejnego jest wykres uporządkowany pozyskiwanego ciepła, można go stosować przy wysokich temp wody geotermalnej około 100C i kaskadowym wykorzystaniu enetalpii wody w różnych urządzeniach grzejnych i technologicznych.

Systemy wykorzystania energii geotermalnej:

1. układ biwalentny- źródło geotermalne wspomagana jest kotłami konwencjonalnymi. W układzie tym możliwe jest pełniejsze wykorzystanie mocy dyspozycyjnej źródła geotermalnego przez cały okres grzewczy. Jedynie przez w okresie szczytowego zapotrzebowania uzupełniającą ilość ciepła grzejnego dostarcza kotłownia. Poza sezonem grzewczym źródło geotermalne dostarcza ciepło.

2. układ kombinowany- część odbiorców zaspokajana jest przez instalacje geotermalna (ogrzewanie niskotemperaturowe) a pozostała część przez kotłownie konwencjonalna ( ogrzewanie wysokotemperaturowe). Przez powiązanie obu systemów możliwe jest znacznie zwiększenie stopnia wykorzystania mocy źródła geotermalnego, po wygaszeniu kotłów przejmuje na siebie przygotowanie cwu lub technologicznej dla wszystkich odbiorców. Można wówczas uzyskać prawie pełne wykorzystanie mocy dyspozycyjnej instalacji geotermalnej co wpływa na obniżenie kosztów pozyskania ciepła

3. układ monowalentny

Ocena zakresu oddziaływania na środowisko i efektu ekologicznego dla instalacji wykorzystujących energie alternatywne i odnawialne.

Spośród projektów wykorzystujących energie odnawialne i oszczędzających energię paliw można wyróżnić kilka grup zadań dla których ocena efektu ekologicznego powinna być przeprowadzona w nieco odmienny sposób. Przestawione niżej typy projektów mogą się przenikać, lecz w każdym przypadku dla rozpatrywanej aplikacji można ustalić główny (najważniejszy) cel przewidywanych działań inwestycyjnych lub modernizacyjnych.

I grupa – projekty związane z wykorzystaniem energii odnawialnej,

II grupa – projekty służące redukcji emisji gazów cieplarnianych,

III grupa - projekty związane z oszczędnością energii lub paliw

IV grupa – projekty związane z zastosowaniem kogeneracji

Zakłada się, że ocena efektu ekologicznego dotyczyć będzie tylko fazy eksploatacji. Przyjmuje się, że ocena ilości energii zużywanej przez projektowany obiekt lub instalację oraz wielkości energii zaoszczędzonej wskutek wprowadzenia modernizacji ustalana będzie w odniesieniu do nieodnawialnej energii pierwotnej.

E_p = Σ E_i*w_i

gdzie: E_i – roczne zużycie /oszczędność i-tego rodzaju energii końcowej

w_i – współczynnik nakładu nieodnawialnej energii pierwotnej

Ocena efektywności ekonomicznej i celowości wykorzystania energii alternatywnych i odnawianych.

Ocena efektywności ekonomicznej Rachunek kosztów przyrostowych;

• I_ek – nakład inwestycyjny dla rozwiązania konwencjonalnego, zł

• I_ep – nakład inwestycyjny na rozwiązanie proekologiczne, wykorzystujące EO, zł (DI = I_ep – I_ek > 0 )

• K_ek – koszt eksploatacyjny rozwiązania konwencjonalnego, zł/rok

• K_ep – koszt eksploatacyjny rozwiązania proekologicznego

zł/rok, (DK_e = K_ek – K_ep > 0 )

n = DI/DK_e [lat]

Czas zwrotu zwiększonych nakładów na rozwiązanie z EO .