Wykład 1 17.02.2010

Bezpieczeństwo energetyczne Polski- to stan gospodarki umożliwiający pokrycie bieżącego i perspektywicznego zapotrzebowania odbiorców na paliwa i energię w sposób technicznie i ekonomicznie uzasadniony przy minimalizacji oddziaływania sektora na środowisko i warunki życia społeczeństwa.

Najważniejszymi czynnikami zapewniającymi bezpieczeństwo energetyczne państwa to:

1. Zróżnicowany bilans paliwowy

2. Dywersyfikacja źródeł dostaw nośników energii

3. Dostęp do infrastruktury przesyłu magazynowania i dystrybucji paliw i energii

• W Polsce zapotrzebowanie ropy naftowej

-94% ropy z Rosji- jest i pozostanie głównym dostawcą

-5%wydobycie własne

- Kazachstan 1%

• Bilans energetyczny Polski

- węgiel brunatny 55%

- brunatny 37%

- ropa naftowa 2%

- gaz ziemny 3%

-inne 0,6%

Zasoby odnawialne słabo wykorzystywane na poziomie 20% z tego co jest wykorzystywane w UE.

Polska zamierza zwiększyć import gazu ziemnego, rozpatruje się możliwość budowy terminala morskiego. Tankowce do przewozu gazu ziemnego. Węgiel kamienny- kluczowa rola w produkcji energii elektrycznej.

Spalanie węgla kamiennego i brunatnego

Negatywne skutki: emisja gazu do atmosfery, własne zasoby węgla kamiennego dają pewną niezależność dla Polski.

Ograniczenie emisji przy dużych nakładach finansowych, wycofanie bloków energetycznych spalających węgiel. Wybudowanie w Polsce elektrowni jądrowej

Bezpieczeństwo energetyczne dzięki wykorzystaniu bloku tranzytowego.

UE co raz więcej importuje ropy naftowej

Gaz ziemny:

-37% z Rosji

-44% wydobycie własne

- 15% Azja Środkowa

- ?% Norwegia

-1% Niemcy

UE :

-45% wydobycie własne

-44% Rosja

-13% Norwegia

- 10% Algieria

-7% inne

W UE wzrośnie zależność importowanego gazu z 40% do 60%. Po przyjęciu nowych państw uzależnienie od Rosji wzrosło. W 2004r państwa przyjęte do UE uzależnione od Rosji, poza Cyprem i Maltą, Słowacja w 70% uzależniona.

Polska dąży do uniezależnienia się od Rosji, UE nie ustaliła polityki w tym zakresie. Każde z państw UE realizuje własne strategie polityczne.

Niemcy wypracowali długoterminowe kontrakty dostawy z Rosji. Wielka Brytania prowadzi dywersytatykę polityki między Norwegią a…..?

Wykład2. 24.02.2010.

Strategia rozwoju energetyki odnawialnej.

Rozwój energetyki odnawialnej:

-energia wiatru,

-en. promieniowania słonecznego

- en. biotermalna

-en. wodna

Rozwój zrównoważony (ekorozwój)- nie przyczynia się do pogarszania stanu środowiska, polepsza go.

Wzrost udziału odnawialnych źródeł energii w bilansie paliwowo energetycznym świata przyczynia się do poprawy efektywności wykorzystania i oszczędzania zasobów surowców energetycznych, poprawy stanu środ. poprzez redukcję zanieczyszczeń do atmosfery i wód oraz redukcję ilości wytwarzanych odpadów.

Nastąpiło znaczne zainteresowanie odnawialnymi źródłami energii.

W Polsce odnawialne źródła en. mogą stanowić udział w bilansie województw, regionów i kraju.

Rozwój energetyczny	Biomasa	En. wodna	En. geotermalna	En. wiatru	En. promieniowania słonecznego
						Wytwarzanie Energii elektrycznej	-elektrociepłownie lokalne i osiedlowe -wykorzystanie biogazu z oczyszczalni ścieków, ferm hodowlanych oraz gazu wysypiskowego	-	-	Tzw. Mała energetyka - instalacje elektryczne domów, szpitali, pomieszczeń gospodarskich	Wykorzystanie ogniw fotowoltanicznych
						Wytwarzanie energii cieplnej	- kotłownie lokalne, osiedlowe -kotły małej mocy w gosp. - wykorzystanie biogazu z oczyszczalni	Tzw. Mała energetyka wodna, - wodne elektrownie małej mocy podłączone do sieci- cele lokalne	- ciepłownie dużej mocy osiedlowe, -Podgrzewanie wody w basenach -suszarnictwo -ogrzewanie szklarni -hodowla ryb		-suszarnictwo -ogrzewanie szklarni -przygotowanie ciepłej wody użytkowej do celów domowych i gospodarczych, do przetwórstwa rolno-spożywczego

W latach 90' nastąpił wzrost wykorzystanie drewna i odpadów drzewnych, uruchamiane kotłownie.

Wykorzystanie energii odnawialnej w Polsce w 99' r. :

	Produkcja energii ze źródeł odnawialnych w 99r.
		PI	%
	Biomasa			101,8	98,05
	En. wodna			1,9	1.83
	e. geotermalna			0,1	0,1
	e. wiatru			0,01	0,01
	e. promieniowania słonecznego			0,01	0,01
	ogółem			103,82	100

Instalacja do oczyszczania biogazu w Rokitnie na wysypisku śmieci.

Udział biomasy w bilansie paliwowo- energetycznym w Polsce rośnie. Wykorzystuje się biogaz lub przetwarza na paliwa ciekłe- olej i alkohol.

Polskie rolnictwo produkuje ok. 25 mln ton słomy rzepakowej i siana. Od 1990r zaobserwowano nadwyżki słomy na zachodzie i północy, na byłych PGR-ach, niebezpieczne jest wypalanie słomy na polach - powoduje to zagrożenia.

Lasy w Polsce- lesistość 28% i są założenia aby zwiększyć do 33%, wykorzystać można także odpady drzewne.

Energetyczne wykorzystanie biomasy- najszybszy rozwój, zazwyczaj o technologie oparte w kraju.

Zastosowanie paliw - odpady które mają najwyższą cenę rynkową. W miarę wyczerpywania się odpadów rozwiązaniem jest wprowadzenie roślin energetycznych, np. plantacje wierzby( nie mają dużych powierzchni).

Przedsięwzięcia na zasadzie próby wdrożenia projektu- plantacje nie działają na zasadzie komercyjnej. Mogą one być zakładane na glebach mało urodzajnych.

W Polsce jest ok. 700 zarejestrowanych czynnych składowisk odpadów- stwarzają wiele zagrożeń: wybuchem, efektu cieplarnianego, brak kontroli nad emisją gazu wysypiskowego przyczynia się do powiększania efektu cieplarnianego. Wypuszczanie gazu składowiskowego bezpośrednio do atmosfery jest niedopuszczalne.

Przykłady wykorzystania:

- produkcja energii cieplnej

- silniki

W Szwecji biogaz do zasilania autobusów miejskich, do produkcji metanolu.

Wykorzystanie biogazu z gnojowicy. Składowanie odchodów jest niebezpieczne- emisja odoru, jedyną formą utylizacji jest fermentacja beztlenowa

W Polsce największe tradycje ma en. wodna, jest wiele elektrowni np. Solina, Czorsztyn. Energetyczne wodne zasoby Polski są małe. Można powiększyć wykorzystanie en. wodnej o 20-30% poprzez modernizację. Energetyka wodna w Polsce ma szanse na rozwój bo jest powszechnie akceptowana.

Obiekty hydroenergetyczne- stale wzrasta ich ilość, wykorzystuje się małe spadki wodne. Powstanie małych elektrowni wodnych daje możliwość regulacji odpływów oraz możliwość utrzymania ludzi.

Wody geotermalne wykorzystywane do leczenia w uzdrowiskach. Pierwsza instalacja geotermalna powstała na Podhalu.

Energetyka wiatrowa- powstają tereny wiatrowe na wybrzeżu M. Bałtyckiego, Suwalszczyźnie, w okolicy Rzeszowa .

Energia słoneczna - najmniej znana i wykorzystana, region Lubelszczyzny ma dobre warunki do wykorzystania. Ograniczone możliwości w zimie, ma największe wykorzystanie od kwietnia do października . W kilku regionach Polski stosuje się kolektory słoneczne cieczowe( do produkcji ciepłej wody użytkowej) lub powietrzne ( zastosowanie w suszeniu płodów rolnych.

• Wykład 3, 3.03.2010

Odnawialne źródła energii w Polsce - zmierza się aby wykorzystywać biomasę na cele energetyczne.

Biomasa może służyć do produkcji paliw w różnych postaciach np. drewno opałowe, ścieki komunalne, zrębki, trociny, odpady z produkcji zwierzęcej, osady ściekowe odwodnione, rośliny energetyczne drzewiaste i trawiaste.

Rynek energii odnawialnej wynosi 98% i będzie wzrastać. Zasoby biomasy rolniczej zależne są od uprawy zbóż i rzepaku. Z 1 ha można zebrać 10-14 ton suchej masy. Te wartości stanowią nadwyżkę.

Przewiduje się że biomasa będzie produkowana na nieużytkach, glebach słabych. Powierzchnia tych użytków słabych to 1,6-1,8 mln ha. Gleby te są mało urodzajne, połowa ich nadaje się do użytku na rośliny energetyczne. Aby uruchomić plantacje tych roślin konieczne jest wdrożenie wsparcia i zorganizowania rynku biomasy. Wytwórca en. elektrycznej powinien mieć zagwarantowane dostawy biomasy.

Zasoby słomy na cele energetyczne:

-wielkopolska - największe

-małopolska i Podlasie - brak

Lokalizując kotły na biomasę trzeba wziąć pod uwagę te zasoby.

Zasoby biomasy z lasów:

- mazowieckie, zachodnio-pomorskie, pomorskie, warmińsko-mazurskie- największe

- opolskie- najmniejsze.

Uprawa roślin en. w Polsce- 600-800ha może być przeznaczone na plantacje. Obecnie szacuje się że ok. 4 tys ha stanowią plantacje wierzby energetycznej. Bazą dla tych plantacji są gleby odłogowane i ekstensywne, użytkowane użytki zielone.

Zasoby biomasy z roślin en. (zależy od klimatu):

-woj. Lubelskie 537tys. Ton , dolnośląskie, pomorskie- największe

- świętokrzyskie, podkarpackie- najmniejsze

Zainteresowanie elektrociepłowni spalaniem jest mało optymistyczne, brak wypracowanych zasad, występują trudności w spalaniu biomasy pomieszanej z węglem(brak odpowiedniej instalacji). Rozwiązaniem byłoby zastosowanie biomasy o jednorodnych parametrach. Energetyka zawodowa w kolejnych latach zwiększyła zużycie biomasy. Współspalanie biomasy z węglem nie przynosi korzyści energetycznych i ekonomicznych.

W 2010 5,75% powinien wynosić udział biopaliw transportowych. W Polsce będzie dopuszczalny obrót który zawiera do 5 % komponentów i takie które jest w 100% biopaliwem. Te paliwa które mają 20% komponentów nie powinny trafić do indywidualnych odbiorców. W Polsce znaczna zawiłość umów prawnych spowodowała powolny rozwój biopaliw i biokomponentów.

• Wykład 4, 10.03.2010

Oddziaływanie energetyki konwencjonalnej na środowisko polega na przetwarzaniu en. chemicznej na elektryczną. Na środ. wpływają produkty spalania paliw- spaliny, odpady stałe(popiół lotny, żużel z pod kotłów), odpady ciekłe (mieszanina żużlu z wodą oraz ścieki).

Proces spalania zależy od temp. oraz ilości powietrza w stosunku do ilości paliwa, wpływ na rodzaj paliwa, paleniska. Głównym składnikiem spalania jest ditlenek węgla, tlenki siarki, tlenki węgla, tlenki azotu NO_x, para wodna, sadza, pyły.

W wyniku spalania węgla powstaje tlenek węgla, jeśli będzie przebiegało prawidłowo wtedy następuje niepełne spalanie. Tlenek węgla który powstaje może ulec spaleniu do di tlenku węgla.

Tlenek węgla bardziej szkodliwy niż ditlenek węgla. Do kotłów doprowadza się powietrze, żeby węgiel spalił się do CO_2, zmniejszenie ilości sadzy w paliwach.

Do kotłów doprowadza się powietrze, aby węgiel spalił się na CO₂, zmniejszenie ilości sadzy w paliwach.

Ditlenek siarki SO₂- spalanie paliwa zawierającego dużo siarki, duże emisje w Polsce przez spalanie węgla (siarka jako piryt).

90% emisji tlenków siarki na świecie spowodowane jest energetyką konwencjonalną. Pewna część związków siarki dostaje się z działalności wulkanów.

Siarka występuje w postaci zanieczyszczenia- piryt w węglu, związki siarczenowe. 1-3% siarki w polskim węglu, w niektórych ropach występuje siarkowodór.

Węgiel który zawiera piryt też się spala- powstaje SO₂ oraz 2-3% SO₃, najbardziej niebezpieczne tlenki siarki.

Ditlenek siarki SO₂ jest mniej niebezpieczny niż SO₃ , przekształca się SO₂ w SO₃ - bezwodnik kwasu siarkowego, w chmurach łączy się z parą wodną i powstaje kwaśny deszcz.

Tlenki azotu NO_x- ograniczenie emisji jest trudne, bo temp spalania wpływa na emisję oraz zawartość azotu w paliwie. Największy wpływ na wytwarzanie NO_x ma rekcja zachodząca między N a tlenem w powietrzu pod wpływem wysokiej temp. Zawartość N w paliwie ma mniejsze znaczenie. Produkt końcowy NO₂ tworzy z wodą kw. azotowy HNO₃. Ilość tego tlenku azotu ściśle zależy od temp. Jeśli temp. spalania wzrośnie o połowę ilość tlenków azotu wzrośnie 20 razy. Obecnie uważa się że NO_x należą do najbardziej toksycznych gazów paliwowych.

Są kotły które dają możliwość obniżenia temp spalania i obniża się emisja.

Węglowodory alifatyczne oraz policykliczne wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne WWA- bardzo silnie działanie kancerogenne, alergie, drażnią błony śluzowe.

Najbardziej znany benzopiren Bap C₂₀H₁₂- silnie rakotwórczy, powstaje podczas spalania substancji organicznej (tytoniu, węgla drzewnego).

Termiczny rozkład paliwa- piroliza, powstaje sadza z powietrzem tworzy dym, głównym składnikiem sadzy jest węgiel. Sadza która zawiera węglowodory ma działanie rakotwórcze.

Pyły i popioły to składniki mineralne, które powstają po spalaniu paliwa.

Mogą powstać tlenki żelaza, glinu, magnezu, w wysokiej temp mogą odparowywać i dostawać się do spalin , mogą zawierać lotny popiół.

Szacuje się że ok. 1% popiołu dostaje się do atmosfery.

Cząsteczki sadzy, dymu mają dobrze rozwinięta powierzchnię, mogą absorbować inne składniki paliw- poważne zagrożenie dla ludzi, zwierząt, roślin.

Pyły- cząsteczki stałe PM

PM_10, PMT negatywne

Oddziaływanie energii konwencjonalniej:

1. ocieplenie klimatu, dąży się do ograniczenia emisji ditlenku wgla

2. poszerzenie się strefy smogu- siarkowy londyński- spalanie paliw zasiarczonych, tlenki siarki, węgla, pyły, bardzo niebezpieczny, może prowadzić do zgonu; smog fotochemiczny- nie powoduje zagrożenia dla ludzi.

Efekt cieplarniany(efekt szklarniowe)- maja podobne działanie jak szklarnia, energia ze słońca dociera do granicy atmosfer. Część zostaje odbita od chmur i powierzchni ziemi, reszta ulega absorpcji na powierzchni ziemi. Strumień który został zabsorbowany przez ziemię musi być równy ilości energii którą ziemia potem oddaje do kosmosu.

Gazy cieplarniane powodują, że część energii zostaje uwięziona, powoduje to podniesienie temperatury.

Obecnie zidentyfikowano 30 gazów cieplarnianych i ich udział w efekcie cieplarnianym, np.:

• ditlenek węgla CO₂ może występować 50-20 lat, udział 50%

• metan CH₄ występuje w atmosferze 10 lat - udział 18%

• freony wys. W atmosferze 65-130 lat - 14%

• ozon 12%

• tlenki azotu 150 lat- 6%

Oficjalna wersja dotycząca gazów cieplarnianych, mniej oficjalna mówi, że innym gazem jest para wodna - główny gaz cieplarniany parowanie mórz i oceanów

• Wykład 5. 17.03.2010

Negatywny wpływ emisji tlenków azotu:

• brak tlenu w środowisku morskim,

• zatrucie metalami ciężkimi- podczas oczyszczania spalin powstają odpady, które są składowane nieprawidłowo,

• energetyka konwencjonalna opierana na węglu kamiennym i brunatnym przyczynia się do szkód górniczych - powstawanie lejów depresyjnych, stepowienie, pustynnienie terenu(na obszarach kopalin węgla)

• zasolenie rzek,

• Skażenie wody gleby, powietrza rośnie wykładniczo z konsumpcją energetyki, zużycie energii rośnie wraz ze wzrostem zachorowań wśród ludzi,

• Wzmożona korozja konstrukcji, niszczenie starych, zabytkowych budowli(w ostatnich altach uległy bardziej zniszczeniu niż przez wcześniejsze wieki)

• Giną lasy- drzewa iglaste nie mogą pozbyć się pyłów, ponieważ nie tracą igieł

Lata 90-95- zwiększyła się ilość odpadów komunalnych, miejskich, zamiana kotłów

Ograniczenie negatywnego stanu środowiska:

• wprowadzenie odnawialnych źródeł energii

• elektrownie, elektrociepłownie- puszczają pole elektryczne pod liniami wysokiego napięcia

Ochrona środ. obejmuje ochronę atmosfery, wód i gleb. Powinna obejmować ochronę krajobrazu, szatę roślinną, hałasu.

Oddziaływanie energetyki jądrowej:

• przemiany zachodzące mogą powodować zagrożenie dla ludzi,

• nie powstają spaliny, ale produkty promieniotwórcze, mogą dostawać się do atmosfery i wód,

• potrzebne jest paliwo jądrowe- zagrożenie podczas transportu i składowania odpadów promieniotwórczych

• zagrożeniem może być likwidacja,

• elektrownie jądrowe przyczyniają się do podgrzania wody w rzekach.

Ochrona środ przed oddziaływanie elektrowni jądrowych polega na stosowaniu odpowiednich osłon. Są to obszary których użytkowanie jest ograniczone. Istotny jest czas promieniowania- należy go minimalizować. Należy zwrócić uwagę że występuje naturalne tło, które związane jest z promieniowaniem kosmicznym- tło naturalne- do niego należy dodać tło związane z działalnością człowieka (np. podczas komunikacji, sygnał telewizyjny,rentgen).

Problemem jest składowanie spalonego paliwa, odpad ten jest radioaktywny.

• Wykład 6, 14.04.2010

Kogeneracja- skojarzone wytwarzanie ciepła i en. elektrycznej.

Def.- w siłowni, której jedynym celem jest wytwarzanie energii elektrycznej bez wykorzystania pary wylotowej stosuje się turbinę kondensacyjną. Para wylotowa z turbiny zostaje skroplona w skraplaczu (kondensatorze), w celu maksymalnego wykorzystania energii cieplnej pary wodnej na energię mechaniczną. Na en. elektryczną zamienia się ok. 28% ciepła, a ok. 60% energii zawartej w paliwie odprowadza się bezużytecznie z wodą chłodzącą skraplacza. Strat tych można uniknąć przy wykorzystaniu pary odlotowej z turbin do celów grzewczych lub technologicznych tj. przez stosowanie tzw. Gospodarki skojarzonej. Skojarzone wytwarzanie energii cieplnej i elektrycznej w elektrociepłowniach i w zakładach przemysłowych wykorzystujących oba rodzaje energii do ogrzewnictwa lub procesów technologicznych stwarza możliwości znacznego obniżenia cel energii elektrycznej.

Gospodarka skojarzona może pokryć własne potrzeby na en.elektryczną.

Skojarzone wytwarzanie en. elektrycznej i cieplnej z większą sprawnością procesów spalania, otrzymuje się większy potencjał zmniejszania emisji CO_2.

Elektrownia zasilana biomasą:

Biomasa -> kocioł -> odprowadzane są spaliny i żużel, powstaje w wyniku schładzania para wodna, wykorzystuje się obieg parowy z turbiną parową-> produkowany jest prąd.

Sprawność elektryczna zmienia się od 15-30%. W elektrowniach zasilanych biomasą, biomasa pochodzi z lokalnych źródeł. Są granice mocy elektrowni na biomasę - max 100MW, min.3-5MW.

Podstawowym wymogiem dla pracy siłowni ze skojarzoną gospodarką jest dostęp do biomasy, która będzie dostępna przez cały rok.

KONWERSJA ŹRÓDŁA NAPĘDU PROCESU

Para gorąca, woda ciepło

	spalanie

biomasa
		Powietrzna turbina gazowa

Gaz generatorowy

ORC

Ciepło i elektryczność

		Turbina gazowa układ kombinowany

Silnik spalinowy utP

Ogniwo paliwowe

• Zestawienie rozwiązań technicznych siłowni skojarzonych zasilanych biomasą

Ta gospodarka najbardziej korzystna jest w procesach przemysłowych.

Układy skojarzone stosowane w 2 grupach:

• systemy dużej mocy- centralne układy skojarzone (5-100MW) (elektrownie, elektrociepłownie) stosujące obiegi parowe lub gazowo-parowe. W małych średnich układach skojarzonych najczęsciej stosowanymi urządzeniami napędzającymi generatory prądu elektrycznego są zasilane gazem tłokowe silniki spalinowe i turbiny gazowe.

• Systemy małej mocy (3-5MW)- generacja rozproszona. Lokalne minielektrownie, stosujące mikroturbiny i silniki parowe, silniki i turbiny gazowe, obiegi ORC (obieg Rankina z odparowaniem medium organicznego, ciepło spalania biomasy jest przekazywane w kotle do oleju organicznego z niższą temp. wrzenia niż woda) i inne.

Do technologii stosowanych w źródłach rozproszonych można zaliczyć:

• silniki tokowe, turbiny gazowe, silniki Sterlinga

• układy skojarzone oparte na turbinach gazowych, silnikach tokowych, silnikach Sterlinga i ogniwach paliwowych

• małe elektrownie wodne

• elektrownie wiatrowe, geotermiczne

• systemy woltaiczne

• systemy heliotermiczne

• technologie wykorzystujące biomasę i odpady, pływy mórz oraz ciepło oceaniczne

• zasobniki energii.

o podjęciu decyzji o budowie układu kogeneracyjnego decyduje pozytywny efekt ekonomiczny

Czynniki decydujące:

• wielkość nakładów inwestycycjnych,

• koszty paliwa,

• koszty eksploatacyjne,

• cena sprzedaży energii elektrycznej i cieplnej

• koszty środowiskowe(koszty emisji wody, składowanie odpadów)

• koszty płac,

• liczba godzin pracy układu w ciągu roku,

• optymalny dobór wielkości układu kogeneracyjnego.

Trigeneracja- wytwarzanie w skojarzeniu en.cieplnej, elektrycznej i chłodu.

• Wykład 7, 21.04.2010

Metody energetycznego wykorzystania biomasy.

Przydatność węgla w Polsce charakteryzuje się za pomocą trzech parametrów:

A/B/C gdzie:

A- wartość opałowa [MJ*kg ^-1]

B- procentowa zawartość popiołu [%]

C- procentowa zawartość siarki [%]

Przeciętny Polski węgiel ma parametry 21/22/0,9. Biomasa ma parametry 14/1/0,01.

Metody energetycznego wykorzystania biomasy:

• procesy konwersji chemicznej,

• procesy konwersji biochemicznej,

• termiczne przetwarzanie biomasy na potrzeby energetyczne (termochemiczna konwersja biomasy )

• spalanie biomasy,

• piroliza

• gazyfikacja C+H₂O-> CO+ H

• niepełne spalanie biomasy,

• fermentacja biomasy

Spalanie biomasy- warunki spalania biomasy i konstrukcja instalacji, w której zachodzi......? od rodzaju biomasy. Krytyczna wartość autoenergetycznego(samopodtrzymującego się) spalania wynosi 6,8MJ*kg ^-1 , a dodatkowo dla jej zainicjowania potrzebne jest ogrzanie do temp. zapłonu i inne właściwości biomasy np. drewna, peletów, słomy itp. Różnią się również instalacje do ich spalania- zwłaszcza kotły lub znajdujące się w nich palniki- mają różne konstrukcje.

Konwersja chemiczna- odnosi się do degradacji substancji organicznej przez kwasy. W rezultacie powstają heksozy, pentozy i lignina procesowa. Hydroliza kwasowa jest trudna do opanowania z powodu korozji i drogiego procesu odzysku kwasu.

Konwersja biochemiczna- jest procesem, w którym biomasa za pomocą organizmów jest przekształcana do gazu(CO₂, CH₄) odpadu (kompost lub nawóz) oraz wody.

Procesy te odnoszą się do:

• fermentacji tlenowej, która produkuje kompost CO₂ i wodę,

• fermentacji beztlenowej, która produkuje nawóz i gaz ( CH₄, CO₂)

• fermentacji alkoholowej, która produkuje etanol, CO₂ i odpad.

Procesy termochemiczne konwersji biomasy .

Podczas ogrzewania biomasy/odpadu jej skład zmienia się na skutek rozkładu termicznego substancji organicznej i mineralnej, gdy składniki lotne przechodzą do fazy ciekłej i gazowej. Proces ten zachodzi podczas spalania, pirolizy i zgazowania.

Piroliza biomasy- temp. procesu pirolizy zawiera się w dość szerokich granicach 200-600 st.C

Produktami pirolizy są:

-składniki gazowe: CH_4, CO, CO_2, H₂ , para wodna, węglowodory aromatyczne, benzen, toluen, ksylen, itp.)

- skondensowane pary (smoły, oleje)

- frakcje stałe( węgiel drzewny, koks oraz balast mineralny)

Termiczna degradacja celulozy przez 2 typy reakcji:

• wolne odgazowanie w czasie ogrzewania biomasy, substancja organiczna ulega rozkładowi,

• szybkie odgazowanie

rozkład o degradacja w temp. 350stC

Najbardziej efektywna jest piroliza szybka, powstaje olej pirolityczny, który może być dalej spalony lub poddany dalszej obróbce.

Zgazowanie biomasy- jest procesem przemian termicznych i chemicznych, w których substancja organiczna biopaliw stałych (odpadów pod wpływem nagrzewania i reagowania chemicznego z utlenianiem (O_2, H2O, CO2) lub inną dowolną mieszaniną) jest przekształcana w paliwo gazowe lub surowiec chemiczny. W nowoczesnych metodach zgazowanie otrzymuje się właściwie dwa produkty uboczne.

Kaloryczność wytwarzanego gazu:

Proces	Czynnik zgazowujący	Kaloryczność wytwarzanego gazu (MJ*Nm^3-)
			Bezpośrednie zgazowanie	powietrze	4-7
			Zgazowanie czystym tlenem	tlen	10-12
			Pośrednie zgazowanie	Para wodna	15-20

• Wady i zalety energetycznego wykorzystania biomasy

Najważniejszymi argumentami za energetycznym wykorzystaniem biomasy są:

• stałe i pewne dostawy krajowego nośnika energii,

• zapewnienie dochodu, który jest trudny do uzyskania przy nadprodukcji żywności,

• tworzenie nowych miejsc pracy, szczególnie ważnych na zagrożonej bezrobociem wsi,

• ograniczenie emisji CO₂ z paliw nieodnawialnych,

• wysokie koszty dyfuzji spalin z paliw kopalnych,

• aktywizacja ekonomiczna, przemysłowa i handlowa lokalnych społeczności wiejskich ,

• decentralizacja produkcji energii i tym samym wyższe bezpieczeństwo energetyczne przez poszerzenie oferty producentów energii.

Potencjalne wady energetycznego zastosowania biomasy:

• ryzyko zmniejszenia bioróżnorodności w przypadku wprowadzenia monokultur roślin o przydatności energetycznej,

• spalanie biopaliw, jak każde spalani, powoduje powstawanie NO_x , jednak koszty ich usuwania są wyższe niż w przypadku dużych profesjonalnych zakładów energetycznych,

• podczas spalania biomasy, zwłaszcza zanieczyszczonej pestycydami, odpadami tworzyw sztucznych lub nawozami chloropochodnymi wydzielają się dioksyny i forany o toksycznym i rakotwórczym działaniu,

• popiół z niektórych biopaliw w temp. spalania topi się, zaślepia ruszt i musi być mechanicznie rozbijany.

• Wykład 8, 28.04.2010

Technologie ograniczania emisji zanieczyszczeń.

Odpylanie pyłów ze spalin może być prowadzone za pomocą następujących urządzeń odpylających:

- komory osadcze,

• cyklony i multicyklony: usuwanie pyłu odbywa się przez siły odśrodkowe w pionowych cylindrach

• filtry workowe/ tkaninowe: spaliny przepływają przez gęsto tkane/ porowate materiały, które wyłapują zawieszone cząsteczki,

• elektrofiltry: spaliny przepływają przez pole elektryczne, pyły są zbierane na elektrodach

• skrober spalin,

• kondensator.

ZALETY	WADY
Komory osadcze
Niezawodność działania	Duże rozmiary(duży koszt)
		Dużą wydajność	Mała sprawność dla frakcji <60 m
		Niewielkie zużywanie się
		Mała strata ciepła
Cyklony i multicyklony
Zwarta, solidna i prosta budowa	Ograniczona sprawność odpylania(<90%)
		Niższe koszty inwestycyjne i eksploatacyjne	Mała skuteczność odpylania małych cząstek
			Mogą wystąpić znaczne straty ciśnienia
			Wrażliwość na zmiany warunków(prędkośc spalin i zawartość pyłu w spalinach)
Elektrofiltry
Duża sprawność odpylania(>99%)	Pogorszenie sprawności przez oporność pyłów
		Duża skuteczność odpylania drobnych cząstek	Wysokie koszty inwestycyjne
		Małe straty ciśnienia	Duże rozmiary
		Proste uruchamianie i prosta obsługa
		Możliwość pracy na dużych strumieniach spalin
		Mała wrażliwość na wielkość ziaren i wahania zawartości pyłu
Filtry tkaninowe
Duża sprawność odpylania(>99,9%)	Znaczne straty ciśnienia
		Duża skuteczność odpylania drobnych cząstek	Możliwość zniszczenia przez kwas w spalinach
		Prosta obsługa	Ograniczona żywotność(2-3 lata)
		Skuteczność odpylania niezależna od ilości i rozmiarów cząstek pyłu	Temp. pracy ograniczona powyżej 250stC
		Niższe koszty inwestycyjne niż elektrofiltrów	Możliwość kondensacji smoły i olejów w niskich temp
Skruber (tzw. Mokre cyklony)
Zwartość i niezawodność	Silne korodowanie elementów stalowych
		Duża sprawność odpylania	Kłopotliwa i kosztowna gospodarka wodą i ściekami
		Niewrażliwość na temp. i zawartość wilgoci	Zanieczyszczenie okolic zakwaszonych oparami
		Względnie niskie koszty inwestycyjne	Mała skuteczność usuwania submikrowanych cząstek
		Możliwość usuwania wraz z pyłem zanieczyszczeń gazowych (SO2,HCl)	Zamarzanie instalacji podczas mrozów
		Zmniejszone ryzyko wybuchu pyłów	Duże zużycie energii na pompowanie, wentylację
			Duże straty ciśnienia

Kondensator spalin- odzyskuje się ciepło, w kondensacji wilgoci, która zawarta jest w spalinach.

• Wykład 9, 5.05.2010

Wodór- traktowany jako paliwo przyszłości

Ciepło spalania ok. 120MJ w kg

Gęstość 0,083

Problem zastosowania wodoru:

1. kłopot z jego magazynowaniem.

2. możliwości jego pozyskania

wodór jako paliwo:

przemysłowe otrzymywanie wodoru:

1. Metoda Boscha

C+H₂O= CO+ H₂

CO + H₂ = CO₂+ 2H₂

2. rozkład metanu (gazu ziemnego) wodą

3. CH₄ +H₂O= CO₂ + 3H₂

CO + H₂O = CO₂ +H₂

4. reforming (powszechnie stosowany w rafineriach benzynowych)

5. C ₆H₁₂ = C ₆H₆ +3H₂

C ₆H₁₄= C ₆H₆ +4H₂

6. elektrolityczny rozkład wody

7. 2H ₂O+ 2e^- = H₂ +2OH^- (na katodzie)

2OH^- = H₂O +1/2 O₂ +2e^- (na anodzie)

H₂O= H₂ +1/2 O₂ (sumarycznie)

Metody otrzymywanie wodoru w przyszłości:

• zmiana en.słonecznej w fotoogniwach na prąd elektryczny wykorzystany następnie do elektrolizy wody

• zmiana en.słonecznej w ogniwach słonecznych na prąd elektryczny , który przepływając przez powłoki wykonane z sodu, milibdenu, wolfranu, a obecnie związki porfirytowe (zbliżone budową do chlorofilu) rozkłada wodę nie elektrolitycznie a katalistycznie

• zmiana en.słonecznej na ciepło (do 4000k) w piecach słonecznych o mocy 100kW z lustrami parabolicznymi i wykorzystanie uzyskanego ciepła do termicznego rozkładu wodoru (termoliza wód 2500st C)

• metoda Hotelly, polegająca na gorącej elektrolizie pary wodnej w temp. 900st C

• wykorzystanie bakterii do beztlenowego rozkładu biomasy

• fotoredukcjyny rozkład wody enzymem hydrogenazą, występująca m.in. w zielonych algach.

Reakcja hydrogenazy:

2H + 2Fd (Fe ²⁺) -> H₂ + 2Fd (Fe ³⁺)

Magazynowanie wodoru:

• w postaci sprężonego gazu w zbiornikach ciśnieniowych, sposób ten może być stosowany tylko w rozwiązaniach stacjonarnych, ze wzg. na ciężar zbiorników i niebezpieczeństwo wybuchu

• skroplony w opancerzonych i termostatowych zbiornikach; firma BMW bada możliwości wykorzystania tego sposobu do przechowywania wodoru przeznaczonego do napędu samochodu

• zaadsorbowany w metalach ziem rzadkich (tytanowce, wanadowce, stopy niklu, żelaza, glinu , magnezu lub wapnia) jedna jednostka objętości tych metali o odpowiednio rozwiniętej powierzchni pochłania do kilkuset jednostek objętości wodoru

• w postaci wodorków, jedna jednostka objętości litu jest w stanie pochłonąć w trakcie reakcji z wodorem ok. 1600 objętości wodoru, uzyskany wodorek w zetknięciu z wodą uwalnia wodór.

Najnowsze zastosowania wodoru:

• motoryzacja

• robotyka

• dom „słoneczny”

• samowystarczalne energetycznie gospodarstwo „wodorowe”

Elektryczne wykorzystanie wodoru:

Zalety:

• jest proekologiczny- produktem spalania jest woda

• ma małą energię inicjacji zapłonu- spalanie jego jest sprawniejsze

• jest łatwiejszy i tańszy w magazynowaniu niż energia elektryczna

• jego zapasy są praktycznie niewyczerpalne, gdyż stanowi składnik wody

Wady:

• z powietrzem mieszanka wybuchowa

• dyfunduje przez metale.

• Wykład 10, 12.05.2010

Technologie ograniczania emisji zanieczyszczeń.

Odsiarczanie spalin najczęściej odbywa się przy użyciu następujących technologii:

• Mokry skruber

• Proces spalania z wdmuchiwaniem sorbentu

• Suchy skruber

ZALETY	WADY
Mokry skruber
Duża sprawność >90%	Znaczne nakłady inwestycyjne
		Dojrzała technologicznie technologia	Wymagana duża przestrzeń
		Możliwość zagospodarowania odpadu	Złożony proces
			Znaczne zużycie wody
			Problemy ze ściekami
Suchy skruber
Duża sprawność (80-90%)	Znaczne nakłady inwestycyjne
		Dojrzała technologia	Możliwość popielenia kanału spalin
		Znaczna elastyczność pracy
Technologie z wdmuchiwaniem sorbentu
		Do paleniska
Prosty proces	Ograniczona sprawność (<60%)
		Ograniczone nakłady inwestycyjne	Możliwość zwiększenia popielenia kotła
		Możliwość szybkiego wdrożenia	Potencjalne trudności z obsługą odpadów
Do kanału spalin
Ograniczone nakłady inwestycyjne	Ograniczona dojrzałość technologii
		Skuteczność odsiarczania do 70%	Trudności z obsługą odpadów
		Ograniczone zagrożenie popieleniem kotła

Zmniejszenie emisji NO_x może być ograniczane przez:

• metody pierwotne

• optymalizacja procesu spalania (dostosowana wartość współczynnika nadmiaru powietrza, doprowadzenie powietrza i jego wymieszania oraz inne) (współczynnik nadmiaru powietrza )

• stosunek rzeczywistego zapotrzebowania powietrza do teoretycznego zapotrzebowania powietrza

• stopniowe doprowadzanie powietrza do spalania (przewlekłe spalanie, dwustopniowe spalanie)

• recylkulacja spalin

• stopniowe doprowadzanie paliwa reburning lub trójstopniowe spalania

• metody wtórne- obróbka spalin za kotłem

ZALETY	WADY
OPTYMALIZACJA PROCESU SPALANIA
Najtańsza metoda	Wymagana dokładna kontrola strumieni paliwa i powietrza
		Skuteczność max 20%	Może mieć negatywny wpływ na sprawność spalania
Stopniowe doprowadzanie powietrza, dwustopniowe spalania
Małe koszty	Możliwość wystąpienia korozji i żużlowania
		Skuteczność zmniejszania NOx do 50%	Może zwiększyć się strata niedopalin
		Możliwość zastosowania we wszystkich typach kotłów	Może mieć negatywny wpływ na sprawność spalania
Recylkulacja spalin
Skuteczność do 20%	Wymagana większa modernizacja kotła
		Pozwala obniżyć temp	Potencjalnie wysokie koszty
		Pozwala zmniejszyć stężenie tlenu	Większe zużycie dodatkowej mocy przez wentylator spalin recylkulujących
			Mogą wzrosnąć koszty remontów
Stopniowe doprowadzanie paliwa- reburning
Skuteczność do 70 %	Wymagane dodatkowe paliwo i instalacja
			Wymagane dokładne kontrolowanie warunków pracy

Redukcja PCDD, PCDF (dioksyn)- jest skrótem dwóch powiązanych ze sobą klas związków aromatycznych z atomami chloru podstawionymi w pozycji 1-8.

Dioksyny są jednymi z najbardziej toksycznych związków, jakie otrzymano w wyniku syntezy. Istnieją jednak na Ziemi w śladowych ilościach jako produkt spalania drewna.

Optymalizacja procesu spalania powinna zapewnić poprawę sprawności procesu przez:

• zmniejszenie współczynnika nadmiaru powietrza do wartości poniżej 1,5-2

• zapewnienie warunków dobrego mieszania w palenisku

• parę kotła z nominalnym obciążeniem.

Silnik parowy, turbina parowa

Silnik Stirlinga

zgazowanie

---