Naturalne zrodla energii, PTOŚ, naturalne źródła energii


Naturalne źródła energii.

1.

0x01 graphic
 

2.

3.
Ogrzewanie wody użytkowej
Optymalnie dobrane instalacje solarne zamontowane w domach jednorodzinnych pozwalają zmniejszyć o ok. 60% roczne zużycie tradycyjnej energii niezbędnej do ogrzewania wody użytkowej. Tak dobrane instalacje pokrywają zazwyczaj do 95% zapotrzebowania na ciepło w okresie od kwietnia do września.

Ogrzewanie wody w basenach
Coraz częściej kolektory słoneczne wykorzystuje się do podgrzewania wody w basenach kąpielowych. Utrzymanie temperatury 23-24 st. C w okresie czerwiec-sierpień wymaga zainstalowania 0,8- 0,9 m2 kolektora na 1 m2 basenu bez osłony termicznej. Dla basenów z osłoną termiczną wystarczy 0,4 - 0,6 m2 kolektora na 1 m2 basenu.

Wspomaganie układu centralnego ogrzewania
Dogrzewanie pomieszczeń z zastosowaniem układu solarnego jest najbardziej wydajne w okresach przejściowych (marzec-kwiecień, wrzesień-październik). Istotną rolą odgrywa tutaj rodzaj zastosowanego systemy grzewczego. Kolektory słoneczne wykazują najwyższą wydajność współpracując z ogrzewaniem niskotemperaturowym, podłogowym lub ściennym. Średnio przyjmuje się, że 1 m2 kolektora słonecznego na 10 m2 powierzchni ogrzewanej.

4.

Budowa kolektora słonecznego płaskiego

0x01 graphic

5.

Budowa kolektora słonecznego próżniowego (poj. rura próżniowa)

0x01 graphic

6.

7.

- nawigacja

8.

-wolnostojące- korzystają jedynie z energii produkowanej w ogniwach fotowoltaicznych. System taki składa się z panelu fotowoltaicznego, akumulatora oraz urządzenia kontrolującego stopień naładowania akumulatora i odłączającego panel, gdy akumulator jest w pełni naładowany lub odłączającego urządzenie zasilane chroniąc akumulator przed jego zbytnim rozładowaniem. Akumulatory muszą mieć więc wystarczająco dużą pojemność, aby zapewnić dostarczanie energii w nocy oraz w okresach złej pogody.

-hybrydowe-są kombinacją panelu fotowoltaicznego i innego systemu wytwarzania energii takiego, jak np. generator spalinowy, gazowy lub wiatrowy. Dla zapewnienia efektywnego wykorzystania różnych sposobów wytwarzania energii systemy hybrydowe mają zazwyczaj bardziej skomplikowane układy kontrolne niż systemy wolnostojące. Dzięki wykorzystaniu dodatkowego Ľródła energii panel fotowoltaiczny w systemie hybrydowym może być mniejszy niż w analogicznych systemie wolnostojącym. Dlatego w niektórych przypadkach system hybrydowy może być tańszy

-dołączone do sieci energrtycznej-mogą mieć postać elektrowni z dużą ilością paneli fotowoltaicznych oddających energię do sieci elektroenergetycznej. Innym wykorzystaniem takich systemów może być zasilanie budynków dołączonych do sieci, gdzie energię z sieci pobiera się tylko wtedy, gdy zapotrzebowanie na nią przewyższa jej produkcję w ogniwach fotowoltaicznych. Systemy te dołączone są do sieci poprzez falownik. Akumulatory w tym typie systemu nie są potrzebne, ponieważ sieć jest w stanie przyjąć całą energię wyprodukowaną przez system fotowoltaiczny

9.

Zasada działania ogniw oparta jest na zjawisku fotoelektrycznym zachodzącym wewnątrz warstwowej struktury półprzewodnikowej pod wpływem światła.   Fotoogniwo jest zbudowane z półprzewodnika i tworzy złącze p-n, na które pada światło. Padające na złącze fotony o energii większej od szerokości przerwy energetycznej półprzewodnika powodują powstanie par elektron-dziura. Pole elektryczne wewnątrz półprzewodnika związane z obecnością złącza p-n, przesuwa nośniki różnych rodzajów w różne strony. Elektrony trafiają do obszaru n, dziury do obszaru p. Rozdzielenie nośników ładunku w złączu powoduje powstanie na nim zewnętrznego napięcia elektrycznego. Ponieważ rozdzielone nośniki są nośnikami nadmiarowymi (mają nieskończony czas życia), a napięcie na złączu p-n jest stałe, oświetlone złącze działa jako ogniwo elektryczne.

10.

0x01 graphic

           Schemat ideowy instalacji z bateriami fotowoltaicznymi

 

1.       Moduł(y) fotowoltaiczny(e)
2.       Regulator ładowania akumulatora(ów)
3.       Akumulator(y) żelowy(e) o poj. zależnej od mocy baterii
4.       Potencjalne odbiorniki na napięcie 12, 24 lub 48 VDC (zależnie od mocy baterii)
5.       Inverter  12, 24 lub 48 VDC / 230 VAC (50 Hz) (zależnie od mocy baterii)
6.       Odbiorniki na napięcie 230 VAC 50 Hz (zależnie od mocy baterii)

11.

zalety:
- Energia elektryczna wytwarzana jest bezpośrednio.
- Sprawność przetwarzania energii jest taka sama, niezależnie od skali produkcji.
- Moc jest wytwarzana nawet w pochmurne dni przy wykorzystaniu światła rozproszonego.
- Obsługa i konserwacja wymagają minimalnych nakładów.
- W czasie produkcji energii elektrycznej nie powstają szkodliwe gazy.

Wady:

- Wadą ogniw fotowoltaicznych jest ich koszt.

12.

0x01 graphic

Rys. 1. Uproszczony schemat budowy siłowni wiatrowej

Najważniejszym elementem siłowni wiatrowej jest wirnik przekształcający energię wiatru w energię mechaniczną przekazywaną do generatora. Zazwyczaj wykonuje się wirniki trójpłatowe (rzadziej dwupłatowe). Większość płatów wykonana jest z włókna szklanego wzmocnionego poliestrem. Każda łopata składa się z dwóch powłok przymocowanych do belki nośnej.

13.

Wydajność siłowni wiatrowej (kWh/rok) określa się za pomocą wzoru:

E=Ep*n*F

Gdzie:
Ep - potencjał energetyczny wiatru kWh/m2 powierzchni wyznaczonej skrzydłami wirnika,
n - sprawność całkowita elektrowni wiatrowej,

14.

Siłownie wiatrowe można podzielić na siłownie o pionowej i poziomej osi obrotu, na siłownie wytwarzające energię elektryczną (elektrownie wiatrowe) lub pompujące wodę. Elektrownie wia-trowe zaś dzielą się na elektrownie pracujące na sieć wydzieloną (np. ładowanie baterii akumula-torów) lub pracujące w krajowej sieci elektroener-getycznej

Siłownie wiatrowe można podzielić na trzy grupy:
- elektrownie wiatrowe autonomiczne z prądnicami synchronicznymi, pracujące w wydzielonej sieci lub poprzez tyrystorową przetwornicę współpracujące z siecią energoelektryczną,
- elektrownie wiatrowe sieciowe z prądnicami asynchronicznymi, współpracujące z siecią energetyczną indywidualnie lub w systemie farmowym,
- pompownie wiatrowe i silniki wiatrowe do napędu urządzeń technologicznych.

15.

Regulacja przez ustawienia kąta łopat (pitch controlled). W elektrowniach z regulacją typu "pitch", elektroniczny kontroler turbiny sprawdza moc wyjściową kilka razy na sekundę. Kiedy staje się ona zbyt wysoka, wysyła sygnał do mechanizmu ustawienia kąta łopat, który natychmiast koryguje ich kąt aby zmniejszyć moment napędowy wirnika. Kiedy wiatr słabnie ma miejsce sytuacja dokładnie odwrotna. Łopaty wirnika muszą zatem posiadać możliwość obrotu wokół własnej osi (regulacji kąta natarcia). Układy regulacji typu "pitch" wymagają niezwykle zaawansowanych technologii, aby mieć pewność że kąt natarcia łopat jest dokładnie dostosowany do warunków wiatrowych. Komputer będzie przestawiał łopatę o kilka stopni za każdym razem gdy zmieni się prędkość wiatru, tak aby utrzymać stałą moc wyjściową. Mechanizm regulacji kąta natarcia jest zazwyczaj realizowany za pomocą siłowników hydraulicznych umieszczonych w piaście wirnika.

Regulacja przez ustawienia kąta łopat (kąta natarcia). W momencie kiedy rośnie prędkość wiatru, aby utrzymać stałą siłę nośną następuje zmniejszenie kąta natarcia.

Pasywna regulacja przez przeciągnięcie (stall controlled). Przy pasywnej regulacji typu "stall" łopaty są przymocowane do piasty przy stałym kącie. Geometria profilu łopaty jest tak dopracowana aerodynamicznie, że w momencie, gdy wiatr staje się zbyt silny, zapewnia powstanie turbulencji na części łopaty, które ograniczają moment napędowy wirnika. Płaty są zaprojektowane tak, że stan przeciągnięcia postępuje od osi obrotu płata. Im większa jest prędkość wiatru, tym większa część płata jest w stanie utykania. Przyglądając się bliżej łopacie wirnika dostosowanego do tego typu regulacji można zauważyć, że jest ona charakterystycznie skręcona. Robi się to między innymi po to, aby wirnik ulegał przeciągnięciu stopniowo i nie reagował gwałtownie przy silniejszych podmuchach. Najbardziej oczywistą zaletą regulacji "stall" jest brak skomplikowanego mechanizmu regulacji kąta ustawienia łopat i całego układu kontroli z tym związanego. Z drugiej strony tego typu regulacja wiąże się z projektowaniem niezwykle złożonego aerodynamicznie płata. Dużym wyzwaniem jest też struktura całej elektrowni, która musi znosić drgania związane z turbulencją. Około dwie trzecie turbin na świecie posiada tego typu regulacje.

Aktywna regulacja przez przeciągnięcie (active stall controlled). Technicznie przypomina ona regulację typu "pitch", ponieważ także wykorzystuje regulację kąta natarcia łopat. Różnice można zauważyć w momencie, gdy generator ulega przeciążeniu, wtedy mechanizm przestawia łopaty w odwrotnym kierunku niż w regulacji "pitch". Innymi słowy wzrasta kąt natarcia łopaty, aby wprowadzać ją w stan coraz głębszego przeciągnięcia, aby w ten sposób wytracić nadmiar energii wiatru, który mógłby uszkodzić turbinę. Korzyścią z aktywnej kontroli typu "stall" jest możliwość większej dokładności kontroli mocy wyjściowej niż przy regulacji pasywnej, co umożliwia uniknięcie przekroczenia mocy znamionowej generatora przy nagłych podmuchach wiatru. Kolejną korzyścią jest możliwość pracy z mocą bardzo zbliżoną do znamionowej przy wysokich prędkościach wiatru. Przy regulacji pasywnej następuje wtedy spadek produkcji mocy, gdyż łopaty wchodzą w coraz większe przeciągnięcie.

Regulacja przez zmianę kierunku (Yaw Control). Regulacja ta polega na obrocie gondoli i tym samym osi obrotu wirnika elektrowni względem kierunku napływającego wiatru. Może ona być zrealizowana w sposób aktywny lub pasywny. Kierunkowanie pasywne jest zapewnione przez umieszczenie chorągiewki kierunkowej na gondoli. Daje to efekt w postaci ustawienia wirnika na wprost kierunku wiatru. Rozwiązanie takie stosowane jest tylko w niewielkich urządzeniach pracujących dla małych odbiorców. W dużych instalacjach, o mocach kilkudziesięciu kilowatów do kilku megawatów, wymagane jest stosowanie aktywnej regulacji kierunku ustawienia. Na szczycie wieży znajduje się zębaty pierścień, który połączony jest z kołem zębatym osadzonym na wale silnika kierunkowego. Silnik obracając się powoduje ustawienie turbiny w odpowiednim kierunku. Ponieważ moc zależy od powierzchni zarysu wirnika, odsunięcie siłowni od głównego kierunku wiatru powoduje zmniejszenie użytecznej powierzchni zarysu wirnika i ograniczenie oddawanej mocy.

Kiedy elektrownia nie pracuje, układ regulacji kierunku także jest wyłączony. Mechanizm regulacji jest sterowany przez elektroniczny kontroler, który kilka razy na sekundę sprawdza odczyty z wiatrowskazu i w razie potrzeby koryguje ustawienie kierunku.

Elementy składowe mechanizmu regulacji kierunku. Zębaty pierścień umieszczony jest na szczycie wieży i połączony z silnikiem, który obracając się umożliwia ustawienie gondoli w odpowiednim kierunku.

Regulacja przez zmianę obciążenia (Load Control). Metoda ta polega na zmianie rezystancji stanowiącej obciążenie generatora. W ten sposób "przenosi się" punkt pracy siłowni z jednej charakterystyki mechanicznej na inną, bardziej korzystną dla aktualnie panujących warunków (prędkości i kierunku wiatru). Zmiana rezystancji musi odbywać się łagodnie, zbyt gwałtowny wzrost momentu obciążenia mógłby spowodować uszkodzenie turbiny, wału, łożysk itp.

Regulacja lotkami łopat wirnika (Aileron Control). Jest to rzadko spotykany sposób regulacji, który był stosowany w początkach rozwoju energetyki wiatrowej. Polega on na zmianie charakterystyki aerodynamicznej łopat przez korekcję ustawienia tzw. lotek. Regulacja taka znajduje natomiast powszechne zastosowanie w lotnictwie podczas startu i lądowania samolotu.

Regulacja przez zmianę poślizgu generatora. Niektóre generatory posiadają możliwość regulacji prędkości obrotowej poprzez zmianę poślizgu. Zdolność do regulacji prędkości turbiny w ten sposób jest szczególnie przydatna w elektrowniach z regulacją mocy poprzez zmianę kąta natarcia łopat. W dużych duńskich elektrowniach (600 kW i większych) stosuje się następującą strategie: kiedy generator oddaje moc zbliżoną do znamionowej poślizg ustawia się na połowę jego wartości maksymalnej. Kiedy wiatr się wzmaga, elektroniczny kontroler przesyła sygnał, aby zwiększyć poślizg, co pozwoli przyspieszyć trochę wirnikowi, dając czas na skorygowanie kąta natarcia łopat, po czym poślizg znowu się zmniejsza. W przypadku, gdy wiatr słabnie następuje sytuacja odwrotna. Zaletą tej strategii jest lepsza jakość energii, jaką otrzymujemy. Wahania mocy wyjściowej są niejako tłumione przez wypuszczanie albo gromadzenie energii jako energii obrotowej wirnika.

16.

Aby uzyskać odpowiednią skuteczność działania elektrowni wiatrowej należy zapewnić swobodny dostęp wiatru do śmigła. Nie można dopuścić do jakichkolwiek zawirowań powietrza przed śmigłem, które mogłoby spowodować zmniejszenie siły wiatru. Istnieje zależność pomiędzy wysokością najbliższego budynku i jego dopuszczalną odległością od wieży elektrowni. Ponadto ze względu na możliwość uszkodzenia się elektrowni (np. urwania się śmigła), musi być zachowana odpowiednia odległość wieży od najbliższych budynków mieszkalnych, dróg, linii kolejowej, telefonicznej lub elektroenergetycznej. Nie bez znaczenia jest również fakt, że elektrownia wiatrowa zwiększa istotnie poziom hałasu. Z tego względu farmy wiatrowe muszą być lokalizowane z dala od terenów gęsto zaludnionych.

17.

Zaletą elektrowni wiatrowej jest to, że nie zanieczyszcza środowiska naturalnego, nie wymaga dostaw paliwa ani wody i wykorzystuje niewyczerpalne źródło energii jakim jest wiatr.

     Do wad elektrowni wiatrowej należą: wysoki koszt inwestycji w porównaniu z uzyskiwaną mocą, nierównomierność dostaw energii elektrycznej i jej duże wahania w określonym czasie.

18.

19.

Zalety energii geotermicznej:

 

Wady energii geotermicznej:

20.

Dolne źródła ciepła 

Parametry, które określają ilościowo dolne źródło ciepła to: temperatura źródła, zawartość ciepła, i jej zmiany w czasie. Natomiast od strony technicznej istotne są: możliwość ujęcia i pewność eksploatacji. Wśród źródeł naturalnych można wymienić:

- Wody powierzchniowe. Energia zawarta w wodach powierzchniowych pochodzi z wymiany ciepła pomiędzy wodą a powietrzem atmosferycznym i gruntem. Ponieważ temperaturę wody w rzece kształtuje wymiana ciepła z otoczeniem, poboru energii można dokonywać wielokrotnie na długości rzeki. Wadą wód powierzchniowych jako dolnego źródła są problemy z poborem energii w okresach niskich temperatur oraz przy minimalnych przepływach, a także występowanie oblodzenia. Z uwagi na zanieczyszczenie wód powierzchniowych z reguły wymagane jest stosowanie wymienników pośrednich i odpowiednich układów filtrujących, a to zmniejsza efektywność energetyczną pomp ciepła i podnosi koszty inwestycyjne. 

- Wody podziemne. Stanowią źródło o dobrej koherentności i łatwej dostępności. Charakteryzują się małymi zmianami temperatur w ciągu roku i dla warunków klimatycznych Polski wynoszą przeważnie 5-12oC. Wody te mogą być kierowane bezpośrednio do parownika, a przy dużym zasoleniu może być zastosowany pośredni wymiennik ciepła. Wadę stanowi wysoki inwestycyjny i eksploatacyjny ujęcia. 

- Grunt. Może być użyty jako dolne źródło tylko dla pomp ciepła o stosunkowo niewielkich wydajnościach cieplnych. Energia cieplna jest akumulowana w około 10-cio metrowej warstwie gruntu. Przyjmuje się, że na tej głębokości temperatura jest równa średniorocznej temperaturze powietrza i wynosi dla naszych warunków klimatycznych ok. 7-8oC. Z uwagi na koszty inwestycyjne poziome wymienniki gruntowe układa się na głębokości 1-2 m. Na tym poziomie temperatura gruntu zmienia się sinusoidalnie w skali roku i wynosi ok. 11-17oC w lecie i 1-5oC w zimie. Wartości odchyleń temperatury od wartości średniorocznej zależą od właściwości fizycznych gleby i głębokości. 

- Powietrze atmosferyczne. Charakteryzuje się dużą zmiennością temperatur, zarówno w okresie dobowym jak i w całym okresie grzewczym. W zakresie temperatur ujemnych występują poważne problemy z oszranianiem i odtajaniem urządzeń. Wyjątek stanowi możliwość pobierania ciepła z pomieszczeń w okresie międzygrzewczym poprzez nieczynną instalację centralnego ogrzewania i wykorzystanie ciepła np. do podgrzewania ciepłej wody użytkowej, jednak praca pompy ciepła jest tu ograniczona właśnie do okresu międzygrzewczego. Natomiast koszty inwestycji są pomniejszone o koszty wykonania wymiennika dolnego źródła ciepła oraz występują korzystne temperatury powietrza. 

- Odpadowe ciepło technologiczne i komunalne (np. chłodnie kominowe i wentylatorowe, układy wentylacyjne itp.)

21.

By mogły funkcjonować, niezbędna jest co prawda dostawa pewnej ilości energii elektrycznej, paliwa czy też wysokotemperaturowego ciepła odpadowego z zewnątrz, jednak większość, bo aż 75% potrzebnej do celów grzewczych energii jest pobierana bezpośrednio z otoczenia. To dlatego stosując pompy ciepła oszczędzamy więcej energii niż wykorzystując jakikolwiek inny system ogrzewania.

We wnętrzu ziemi, poniżej linii zamarzania panuje względnie stała temperatura, zimą wyższa, latem niższa niż na powierzchni ziemi. Fakt ten pozwala funkcjonować pompom ciepła, które w zimie transmitują ciepło z wnętrza ziemi do wnętrza budynków, a w lecie w odwrotnym kierunku: z wnętrza budynków do wnętrza ziemi. Jako źródła ciepła wykorzystują przy tym wody powierzchniowe i podziemne, grunt lub powietrze atmosferyczne.

Pompa ciepła wykorzystuje dolne źródło ciepła (grunt, powietrze lub wodę) do wygenerowania energii cieplnej w górnym źródle ciepła. Stosowany w pompach odpowiedni czynnik roboczy jest sprężany i rozprężany, przez co uzyskuje się efekt nagrzewania lub chłodzenia. Dla wytworzenia ciepła użytecznego odbiera się na niskim poziomie temperaturowym ciepło z powietrza, wody lub gruntu, poprzez odparowanie czynnika roboczego.

Pompa ciepła składa się z:

  1. Ciepło pobierane z tzw. dolnego źródła ciepła przekazywane jest do zabudowanego
    w pompie ciepła wymiennika ciepła, zwanego też parownikiem. W parowniku następuje przekazanie ciepła do obiegu wewnętrznego pompy. Pierwotnie ciekły czynnik roboczy znajdujący się w układzie wewnętrznym, pod wpływem dostarczonej energii wrze i zmienia się w gaz. 

  2. Napędzana silnikiem elektrycznym sprężarka pompy znacznie podnosi ciśnienie gazu. Poprzez podwyższenie ciśnienia następuje zmiana poziomu energetycznego
    i czynnik uzyskuje wyższą temperaturę. 

  3. Następnie w kondensatorze następuje wymiana ciepła z tzw. górnym źródeł ciepła. Gaz ochładza się i zamienia ponownie w ciecz, a ciepło skraplania i ciepło sprężania oddaje wodzie z instalacji grzewczej.

  4. Ciecz znajdująca się pod wysokim ciśnieniem zostaje rozprężona w zaworze rozprężającym, a następnie przepływa do parownika. Cały obieg rozpoczyna się od początku.

0x01 graphic

Pompa ciepła wykorzystuje klasyczną zasadę termodynamiki, pozwalającą na transport energii cieplnej z tzw. dolnego źródła do źródła wysokiego; przedstawia to rysunek poniżej

0x01 graphic

Poszczególne elementy łączone są ze sobą rurkami miedzianymi, lutowanymi srebrem, tworząc wewnętrzny obieg pompy ciepła. Jest on wypełniony czynnikiem roboczym, który posiada właściwości pozwalające mu wrzeć w niskiej temperaturze, (np. 0°C). Czynnik przepływając przez parownik (3) pobiera ciepło z dolnego źródła (5) i zaczyna wrzeć stając się parą o niskim ciśnieniu oraz temperaturze. Zassany przez sprężarkę (1) ulega sprężeniu, co wiąże się z gwałtownym wzrostem jego temperatury. Gorący czynnik trafia do skraplacza (2) i oddaje w nim ciepło do górnego źródła (6). Podczas tego procesu skrapla się i w postaci cieczy trafia do zaworu rozprężnego (4), w którym zostaje zdławiony od ciśnienia skraplania do ciśnienia, jakie jest w parowniku. Proces rozpoczyna się ponownie.

22.

zalety:

Wady:



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
inne, gegra12, Mając na celu dobro środowiska naturalnego oraz wynalezienie nowego, tańszego źródła
Ściągi z fizyki-2003 r, Naturalne źródła energii
4 Gen prom opt źródła naturalne
Naturalne źródła węglowodorów i ich pochodne
Odnawialne źródła energii
Odnawialne źródła energii
wyniki tabela zad7, Ochrona Środowiska, semestr V, Alternatywne źródła energii, PROJEKT 2
Niekonwencjonalne Źródła Energii
Alternatywne źródła energii
druk Energia wiatrowa, Energetyka, odnawialne źródła energii, OZE, odnawialne, alternatywne źródła e
technologie proekologiczne opracowanie, Energetyka, odnawialne źródła energii, OZE, odnawialne, alte
Odnawialne źródła energii część IV
Odnawialne źródła energii a bezrobocie, Studia, ekologia
Odnawialne źródła energii prezentacja notatki
zrodla energii
alternatywne źródła energii egzamin
Krew Alternatywne źródła energii(6)
Ściągi z fizyki-2003 r, Wpływ produkcji wytwarzania energii na środowisko naturalne
Niekonwencjonalne Źródła Energii Ściąga 2

więcej podobnych podstron