Sposoby ograniczenia emisji zanieczyszczeń powietrza ze źródeł antropogenicznych:
-wzbogacanie paliw, np. odsiarczanie węgla energetycznego;
-zmiana stosowanych surowców, np. spalanie paliw o wyższej jakości w okresie niekorzystnych warunków meteorologicznych;
-zmiana procesów technologicznych;
-hermetyzacja procesów technologicznych i oczyszczanie gazów odlotowych;
-oczyszczanie gazów spalinowych (odpylanie i odsiarczanie spalin);
-utylizacja odpadów przemysłowych i komunalnych, wykorzystanie niekonwencjonalnych źródeł energii (np. energia słoneczna, energia wiatru);
Metody odsiarczania gazów odlotowych- Metody odsiarczania dzieli się na:
-odpadowe
-regeneracyjne (bezodpadowe)
-mokre (absorpcyjne)
-suche (adsorpcyjne)
Przegląd absorpcyjnych metod odsiarczania spalin: (podział):
Metody mokre-adsorpcyjne:
A)Odpadowe- produkt odsiarczania (mieszanina gipsu, siarczynu wapnia i popiołów) wydalany jest w całości na składowiska, do wypełnień górniczych lub do morza, składowiska wymagają rekultywacji.
B)Półodpadowe- produktem jest gips CaSO4- 2H2O, który można wykorzystać np. w budownictwie; ale często jest składowany (mniejsze zagrożenie dla środowiska niż produkt odsiarczania metodą odpadową)
C)Bezodpadowe- absorbent zostaje zregenerowany, a wydzielony SO2 wykorzystuje się do produkcji H2SO4, siarki elementarnej lub w innych gałęziach przemysłu. (najkorzystniejsze rozwiązanie)
Metody odsiarczania gazów odlotowych:
*METODA ABSORPCYJNA, MOKRA, ODPADOWA
-metoda wapniowo- wapienna - odpadowa - oparta na absorpcji SO2 w zawiesinie wapna (CaO) lub kamienia wapiennego CaCO3
* METODA ABSORPCYJNA, MOKRA, PÓŁODPADOWA
- wapienna- wapniakowi z produkcja gipsu- metoda oparta na absorpcji SO2 w zawiesinie wapna (CaO) lub kamienia wapiennego CaCO3. Koniecznie dokładne odpylenie gazów. Reakcje takie jak w metodach odpadowych z tym, ze utlenianie przeprowadza się niemal całkowicie w dodatkowym reaktorze, przez co otrzymuje się tylko gips CaSO4·2H2O
* METODA ABSORPCYJNA, MOKRA, REGENERACYJNA, BEZODPADOWA
- metoda magnezowa
a.Absorpcja- oczyszczane gazy muszą być dokładnie odpylone, absorbentem jest wodna zawiesina MgO; MgO+SO2+nH2O=MgSO3*nH2O, gdzie n= 3 lub 6
b.Regeneracja- polega na prażeniu wytrącanych siarczynów; MgSO3nH2O=MgO+SO2+nH2O (800-1000oC) Dwutlenek siarki kierowany jest do produkcji kwasu siarkowego
- metody rozwojowe (stosowane w coraz większym stopniu)
1. zastosowanie jako absorbentów pochodnych anilny, glikolu etylenowego, dietyloaminy, i inne. Stopnie odsiarczania gazów powyżej 99%
2. katalityczne utlenianie SO2 do SO3 wobec V2O3 jako katalizatora a następnie absorpcja trójtlenku siarki w kwasie siarkowym- sprawność oczyszczania gazu powyżej 99%. Produktem jest 80% kwas siarkowy
3. biologiczna redukcja jako metoda regeneracyjna usuwania SO2 ze spalin odlotowych
Suche metody odsiarczania gazów odlotowych:
*METODA SUCHA- ODPADOWA:
- absorpcyjna: absorpcja SO2 suszarni rozpyłowej z jednoczesnym odpylaniem. Rozpylona w atomizerach zawiesina lub roztwór absorbenta (Ca(OH)2 itp.) kontaktuje się w suszarce z gorącymi gazami spalinowymi; Reakcja główna: SO2+Ca(OH)2=CaSO4 +H2O; Woda ulega odparowaniu. Powstałą suchą mieszaninę siarczynu i siarczanu wapnia wraz z pyłem usuwa się w odpylaczach (najlepiej tkaninowych)
stosowane adsorbenty:
1. tlenki metali: manganu, miedzi, które reagują na odpowiednich siarczków. Regeneracja - reakcje z wodorem CO lub węglowodanami odzyskuje się SO2, sprawność oczyszczania powyżej 95%
2. węgiel aktywny- adsorbent, temperatura 390-420oK,
- adsorpcja SO2 z reakcja chemiczną : SO2+H2O+1/2O2=H2SO4
- regeneracja gazem objętym w temperaturze ok 670K : 3H2S+H2SO4=4S+4H2O; 2H2SO4+C=2SO2+2H2O+CO2
Porównanie metod mokrych i suchych:
Metody mokre- WADY
-konieczność podgrzewania gazów odlotowych powyżej punktu rosy kwasu siarkowego, co znacznie podwyższa koszty oczyszczania
-konieczność usuwania wody z produktów
ZALETY
-wysoka sprawność odsiarczania
-możliwość wykorzystania produktu ubocznego powstającego podczas odsiarczania w postaci dwuwodnego gipsu (spoiwo gipsowe - gips budowlany)
Metody suche- WADY
-mała efektywność wykorzystania ziaren sorbentu
-mała prędkość gazu
-duże straty sorbentu podczas regeneracji
-stosowane w metodach suchych sorbenty są bardziej korzystne niż w metodach mokrych
-duże wymiany aparatów rzędu 100m3
ZALETY
-zużycie wody jest o około 50% mniejsze niż w metodach mokrych lub woda nie jest stosowana
-zużycie energii w metodach suchych jest mniejsza
-tworzą mniej odpadów
-produkty odsiarczania są łatwe do przetworzenia na niepalący granulat
-nie stosuje się wielu aparatów stosowanych , zaś w metodach mokrych nie występuje problem blokowania wnętrza aparatury osadami i korozji
Podsumowanie metod odsiarczania gazów odlotowych
1.obecnie opracowanych jest około 100 metod odsiarczania spalin
2.najlepsza to metoda bezodpadowa (regeneracyjna) ze względu na brak odpadów, które trzeba by było składować
3.gdzie się stosuje?- duże jednostki ciepłownicze i elektrociepłownie
Usuwanie tlenków azotu z gazów odlotowych
Metody usuwania NOx z gazów odlotowych
A)metody mokre
-metoda adsorpcyjna
B)metody suche
-adsorpcja
-selektywna redukcja katalityczna
-nie selektywne redukcje katalityczne
-katalityczny rozkład
Metody mokre - absorpcyjne
1.stosunek molowy NO2/NO=1 , procesy absorpcji w roztworach alkalicznych takich jak NaOH, Na2CO3, CaCO3, MgCO3, (NH4)2CO3 (90%)
NO+NO2+2NaOH= NaNO2+NaNO3+H2O;
2NO2+2NaOH= NaNO2+NaNO3+H2O;
2NO2+(NH4)2CO3= NH4NO+NH4NO2+CO2
2.stosunek molowy NO2/NO<1 prowadzi się absorpcję alkaliczną w obecności substancji utleniających tj. pochodnych sodu, pochodnych wapnia, sole żelazowców, ozon, dwutlenek chloru, woda utleniona oraz bardzo ekonomiczne metody- gazy odlotowe są zraszane kwasem azotowym w wieżach absorpcyjnych
Metoda sucha bezodpadowa
*Adsorpcja NOx na zeolitach, węglu aktywnym i anionitach
-cykl adsorpcji i utleniania
-cykl regeneracji
-desorbowany NO2 kieruje się do kolumny adsorpcyjnej w instalacji kwasu azotowego
Metoda adsorpcyjna
-Wysoka sprawność jest bezodpadowa
-Koszt adsorbentów jest wysoki i regeneracja kolumny
*Metody selektywnej redukcji katalitycznej (SRK): Redukcja tlenków azotu cząsteczkowego za pomocą amoniaku w obecności katalizatora.
Metoda SRK
-W zakresie 200-300oC: 2NH3+NO+NO2= 2N2+3H2O
-W temperaturze niższej od 150oC: 2NO2+2NH3= N2+H2O+NH4NO3
-W temperaturze powyżej 320°C: 5NO2+2NH3= 7NO+3H2O
Katalizatory: platynowce: Pt, Rh, Pd, tlenki metali przejściowych np. V2O5, TiO2, V2O5 osadzony na TiO2 lub na mieszanym nośniku TiO2-SiO2
WADY SRK
-Stosowanie bardzo drogiego i wysoce korozyjnego oraz toksycznego amoniaku
-Katalizator platynowy
-Mała odporność na zatrucia przez metale ciężkie, P2O5 lub As2O3
-Dezaktywacja w rezultacie działania tlenków siarki i związków halogenowych
-Wymagane jest wcześniejsze wstępne oczyszczanie gazów odlotowych, gdyż zawarte w nich cząstki popiołów lotnych powodują obniżenie aktywności katalitycznej
USUWANIE TLENKÓW AZOTU Z GAZÓW ODLOTOWYCH:
Metody suche, bezodpadowe:
1.Metody nieselektywnej redukcji katalitycznej:
2NO+2H2=N2+2H2O;
2NO2+4H2=N2+4H20
4NO+CH4=2N2+CO2+2H2O
2NO2+CH4=N2+CO2+2H2O
2NO+2CO=N2+2CO2
2NO2+4CO=N2+4CO2
Redukcję nieselektywną katalizują katalizatory platynowe i palladowe, a także tlenki metali przejściowych osadzone na tlenkach krzemu, glinu lub glinokrzemianach.
2.Metody katalityczne rozkładu tlenku azotu NOx=N2+x/20z. Katalizator dla rozkładu NOx- zeolity dotowane jonami miedzi lub platyny.
Nox jest adsorbowany na centrach aktywnych w tym wypadku atomach metalu (np. Cu, Pt). W wyniku oddziaływania 2 metod przebiega reakcja: M+NO=M-NO=M-O+M-N; 2M-O+2M-N=4M+N2+O2
Zanieczyszczenia powierza związkami organicznymi (LZO) w postaci par i gazów staje się coraz poważniejszym problemem w inżynierii ochrony środowiska.
Szkodliwość LZO (lotne związki organiczne) wynika z tego, że często są one:
-prekursorami ozonu troposferycznego
-substancjami toksycznymi (np. węglowodory aromatyczne jedno- i wielopierścieniowe, chloroorganiczne..)
-uciążliwe zapachowo (odory)
Źródła LZO:
-powstają głównie podczas malowania i lakierowania (wykończania elementów czy produktów) preparatami na bazie rozpuszczalników organicznych
-są emitowane w gazach odlotowych różnych technologii przemysłowych, np.:
*produkcji tworzyw sztucznych
*środków farmaceutycznych
*chemii organicznej
*chemii gospodarczej
*przemyśle gumowym
*przemyśle spożywczym
Innymi źródłami LZO są:
-przeróbka i dystrybucja paliw
-transport (spaliny silnikowe)
-składowanie, przeróbka i utylizacja odpadów i ścieków
-produkcja i stosowanie asfaltów
-spalanie paliw w paleniskach domowych
-chów zwierząt (odory!!)
Główne grupy LZO:
-węglowodory alifatyczne (alkany, alkeny, alkiny, np. etan, etylen, acetylen, izobutan)
-węglowodory pierścieniowe (cykloalkany) w/w są prekursorami ozonu, z reguły małotoksyczne
-węglowodory aromatyczne (np. benzen, toluen, etylobenzen, ksyleny=BTEX; rakotwórcze. UWAGA:WWA nie są lotne! W powietrzu występują jako aerozole)
-chlorowcowane węglowodory (np. chlorometan, trichloroetan)-toksyczne!
-nitrowane węglowodory (np. nitrobenzen)-rakotwórcze
-alkohole i fenole (metanol, etanol, propanole, butanole, fenol, krezole)
-karbonylowe pochodne (np.formaldehyd-rakotwórczy!; acetaldehyd, akroleina, aceton)
-kwasy karboksylowe i estry (np. kwas mrówkowy, octowy, masłowy, octan etylu, maślan metylu)
W/w są dość drażniące lub silnie zapachowe, są także prekursorami ozonu troposferycznego
-heterocykliczne związki organiczne zawierające m.in. azot, tlen, siarkę (np. indol, skatol, pirydyna)- ODORY
-alifatyczne związki siarki (np. merkaptany)- silne ODORY
-aminy alifatyczne (np. trietyloamina)- silne ODORY
-aminy aromatyczne (np. anilina- toksyczna)
Usuwanie LZO
LZO charakteryzują się złożonością składu chemicznego- nie ma jednej uniwersalnej metody oczyszczania
Usuwanie związków organicznych z gazów odlotowych można dokonać wykorzystując następujące procesy:
-utlenianie (głównie do CO2, H2O)
-adsorpcję
-absorpcję
-kondensacją (skraplanie par)
Utlenianie- najlepszy proces (wykorzystująca samą adsorpcję bądź absorpcję ze strumienia gazów odlotowych izolowane są tylko związki organiczne, z którymi potem coś trzeba będzie zrobić).
Utlenienie związków organicznych można przeprowadzić kilkoma sposobami:
1.spalanie w płomieniu (temp.̴1500 K)
2.spalanie termiczne (900-1400 K)
3.utlenianie katalityczne (500-900 K)
4.metody biologiczne (280-330 K, opt. 310 K)
Produkty utlenienia:
-CO2,
Oraz w zależności od układu i przebiegu procesu:
-HCL, SO2, NOX, inne LZO, sadza i in.
1.bezpośrednie spalanie w płomieniu
W praktyce stężenia zanieczyszczeń w gazach odlotowych są niewielkie, dlatego metody spalania bezpośredniego są rzadko stosowane. W takich mieszaninach powietrza z zanieczyszczeniami zawartość tlenu wielokrotnie przewyższa jego zapotrzebowanie wynikające ze stechiometrii reakcji.
Zastosowanie- spalanie odpadowych gazów palnych:
-w rafineriach
-na polach naftowych
2.spalanie termiczne
Stosuje się gdy:
-stężenie LZO jest zbyt małe, aby podtrzymywać płomień lub/i
-nie można wykorzystać metod katalitycznych (mieszanina gazów zawiera składniki, które mogą powodować szybką dezaktywację katalizatora)
*w pierwszym przypadku, aby uzyskać pożądaną temperaturę rzędu 900-1400 K, należy użyć dodatkowego paliwa, w drugim natomiast- niekoniecznie
Zastosowanie:
-niektóre procesy
-lakierowania i emaliowania
-suszenie powłok malarskich
-żelowania PCV
-wędzenia
-przeróbki asfaltów (oksydacja)
3.utlenianie (spalanie) katalityczne
Szybkość reakcji chemicznej (w tym utleniania) można zwiększyć, prowadząc reakcję w obecności katalizatorów.
KATALIZA polega na obniżeniu energii aktywacji reakcji, przez co rośnie znacznie wartość stałej szybkości reakcji.
4.metody biologiczne
W przyrodzie istnieje wielka różnorodność mikroorganizmów mających zdolność przyswajania materii organicznych. Efektem tego jest m.in. oczyszczanie i odnawianie środowiska.
Niektóre szczepy bakterii potrafią przystosować się do rozkładu substancji organicznych nie spotykanych w naturalnym środowisku.
Biologiczne oczyszczanie gazów odlotowych opiera się na dwóch głównych procesach, którymi są:
-absorpcja zanieczyszczeń w wodzie
-biologiczny rozkład pochłoniętych zanieczyszczeń.
Efekt wspólnego oddziaływania w/w procesów jest taki, że:
-wskutek absorpcji gazy zostają oczyszczone
-wskutek biologicznego rozkładu zanieczyszczeń zachodzi regeneracja sorbentu.
Warunki i ograniczenia prowadzenia procesu biologicznego oczyszczania gazów:
-usuwanie z gazów odlotowych zanieczyszczenia muszą być podatne na rozkład biologiczny
-zanieczyszczenia muszą być rozpuszczalne, choćby tylko słabo, w wodzie stanowiącej środowisko życia mikroorganizmów.
-temperatura oczyszczanych gazów musi się mieścić w zakresie aktywności biologicznej mikroorganizmów (0-55 oC, optimum 37-40oC)
-oczyszczane gazy nie mogą zawierać substancji trujących dla mikroorganizmów, np. związków metali ciężkich czy oparów kwasów.
W praktyce gazy są oczyszczane biologicznie przede wszystkim w takich instalacjach jak:
-biofiltry (filtry biologiczne)
-biopłuczki (płuczki biologiczne)
Biopłuczki
Specyfiką płuczek biologicznych jest to, że medium roboczym jest wodna zawiesina mikroorganizmów.
LZO rozpuszczają się w wodzie, a następnie rozkładane są przez bakterie tlenowe, podobnie jak to ma miejsce w biologicznych oczyszczalniach ścieków
Biofiltry
-głównym elementem filtra biologicznego jest warstwa materiału filtracyjnego (porowatego wypełnienia), który zasiedlony jest przez heterotroficzne mikroorganizmy tlenowe
-materiałem filtracyjnym mogą być np. torf, kompost, żyzna warstwa gleby i inne materiały organiczne
Dobry materiał filtracyjny powinien mieć:
-dużą porowatość
-duża powierzchnię właściwą
-małe opory przepływu gazu
-dużą zdolność zatrzymania wody
-słaby zapach własny
-niskie koszty pozyskania
-dostępność
-duża gęstość zasiedlenia mikroorganizmów
Zastosowanie:
-DEZODORYZACJA gazów odlotowych (kompostowanie, oczyszczalnie ścieków, zakłady przetwórstwa odpadów zwierzęcych i rybnych, chlewnie oraz fermy drobiu)
-usuwanie LZO podatnych na biorozkład w lakierowniach, odlewniach lub drukarniach
Dezodoryzacja
-inaczej-proces odwaniania (nie mylić z odwadnianiem!)
-polega na usuwaniu z gazów odlotowych substancji o charakterze zapachowym (odorów) lub przekształcenie ich w bezwonne formy
-można ewentualnie zamaskować ich nieprzyjemny zapach, innym przyjemnym
Spośród metod biologicznego oczyszczania gazów odlotowych z LZO najczęściej stosowane są biofiltry ze względu na to, że są prostsze konstrukcyjne i tańsze w eksploatacji niż biopłuczki
Biofiltry
Ze względu na stan skupienia zanieczyszczeń gazów odlotowych, urządzenia do oczyszczania dzielimy na:
1.urządzenia do oddzielania z gazu rozdrobnionych zanieczyszczeń stałych (pyłu) zwane odpylaczami
2.urządzenia do oddzielania kropelek cieczy (mgieł)
3. urządzenia do redukcji zanieczyszczeń gazowych
Usuwanie pyłów i mgieł:
(Odpylacze mogą być suche i mokre)
Odpylacze dzielimy według wykorzystania w nich zjawisk:
-siły ciążenia
- siły odśrodkowej
-zjawisk elektrostatycznych
-zjawisk filtracji
Urządzenia odpylające
*Komory osadcze- wykorzystane jest tutaj zjawisko opadania ziaren w polu ciężkości
Zalety komór osadczych:
-niskie koszty wykonania
-małe opory przepływu
-małe zapotrzebowanie mocy
-możliwość zastosowania do odpylania gazów gorących bez ich uprzedniego ochładzania.
*Odpylacze odśrodkowe- cyklony
Zalety:
-prosta budowa
-niewielkie gabaryty
-niskie koszty inwestycyjne
Wady:
-znaczne opory przepływu
-stosunkowo szybkie zużywanie się wyniku erozji
-niska skuteczność w zakresie ziaren poniżej 10-20 mikrometrów
*Odpylacze elektrostatyczne (elektrofiltry)
Ilość pyłu odbierana w czasie godziny 40-140 ton (7 wagonów towarowych)
Zalety:
-wysoka skuteczność, nawet dla pyłów o rozdrobnieniu koloidalnych (99%)
-możliwość odpylania gazów gorących
-niewielkie opory przepływu oraz niskie zapotrzebowanie energii
Wady:
-wysokie koszty inwestycyjne
-duże gabaryty
-niebezpieczeństwo wybuchu pyłów palnych
*odpylacze filtracyjne- zakładają przepuszczanie strumienia zapylonego gazu przez filtry tkaninowe, papierowe, ceramiczne lub bibuły, gdzie ziarna pyłu są wychwytywane. Ich skuteczność jest duża (99,9%)
Wady: duże powierzchnie filtracji, bardzo wysoki koszt, duże opory przepływu, proces cykliczny
*odpylacze mokre (skrubery lub płuczki)- są bardzo skuteczne-sprawność 90%
Podział urządzeń odpylających ze względu na środowisko pracy: odpylacze suche, odpylacze mokre.
Podział urządzeń odpylających ze względu na zachodzące zjawiska:
-grawitacyjne (komory osadcze),
-bezwładnościowe,
-odśrodkowe (cyklony),
-elektrostatyczne (elektrofiltry),
-filtracyjne (tkaninowe)
Elektrofiltry są jednymi z najstarszych urządzeń odpylających, których zasady działania opracował w 1910 roku Cottrell, polegają one na:
-ładowaniu elektrostatycznym cząstek z pola elektrycznego,
-wydzielania naładowanych cząstek z pola elektrycznego,
-usuwaniu cząstek pyłu z powierzchni wydzielania,
Urządzenia te wykorzystują działanie sił pola elektrycznego
-proces odpylania odbywa się w przestrzeni pomiędzy dwiema elektrodami, przez którą przepływa strumień odpylonego gazu
Zasada działania elektrofiltru:
-zapylony gaz przepływa z małą prędkością między elektrodami zbiorczymi
-po przyłączeniu do elektrod napięcia wydzielają one duże ilości elektronów
-elektrody przyciągane są przez dodatnie elektrody zbiorcze i poruszają się w ich kierunku
-w czasie swojego ruchu elektrony uderzają w neutralne cząstki gazu, wytrącając z nich dalsze elektrony, które z kolei powodują wytrącanie elektronów z innych cząstek gazu
-dochodzi do uwolnienia dużych ilości wolnych elektronów
-cząsteczki gazu zostają naładowane dodatnio
-powstałe elektrony osadzają się na neutralnych cząstkach gazu, ładując je ujemnie
-wytworzone w ten sposób ujemne jony gazowe osadzają się z kolei na zawartych w gazie ziarnach pyłu i przekazują im swój ładunek
-naładowane ujemnie ziarna pyłu poruszają się na skutek działania sił pola elektrostatycznego w kierunku dodatniej elektrody zbiorczej i osadzają się na niej
-ziarna pyłu osadzone na elektrodzie zbiorczej na skutek mechanicznego wstrząsania elektrodą opadają do zbiornika pyłu
Warunki pracy elektrofiltru:
-utrzymanie wszystkich urządzeń mechanicznych w dobrym stanie technicznym,
-utrzymanie odpowiedniego czasu miedzy cyklami,
-regularne odprowadzenie pyłu z lejów zsypowych,
-utrzymanie szczelności komory odpylania,
-utrzymanie termoizolacji w dobrym stanie,
-nie przekraczanie dopuszczalnych parametrów pracy,
-wykonywanie zgodnie z zaleceniami DTR obsług technicznych
Czynniki warunkujące skuteczność elektrofiltru:
-obciążenia gazowe,
-wielkość cząsteczek i koncentracja pyłu,
-oporność właściwa pyłu,
-wymiary pola elektrycznego i rodzaj elektrod,
-wielkości elektryczne,
-równomierność rozkładu prędkości gazu w komorze elektrofiltru,
Obecnie zainteresowanie użytkowników elektrofiltrów skupia się na następujących zagadnieniach:
-ekonomicznych aspektach różnych opcji podwyższania skuteczności odpylania,
-wpływie instalacji odsiarczania i odazotowania (w tym części palnych) na pracę elektrofiltrów,
-usuwaniu cząstek poniżej 10um oraz poniżej 2,5um w elektrofiltrze,
-usuwaniu związków toksycznych (np. rtęci),
-możliwości stosowania mokrych elektrofiltrów,
-stosowania nowych systemów zasilania energią elektryczną
ENERGIA GEOTERMALNA- energia zakumulowana w gruntach, skałach i płynach wypełniających pory i szczeliny skalne. Jest niewyczerpalna
Źródła:
Stan skupienia nośnika ciepła, a także wysokość temperatur, dzielą się na:
grunty i skały do głębokości 2500m z których ciepło dla celów grzejnych z wykorzystaniem pomp ciepła pobierana jest przy pomocy specjalnych sond zwanych sondami ciepła
wody gruntowe jako dolne źródło ciepła dla pomp grzejnych w zastosowaniu do celów grzejnych
wody gorące i ciepłe wydobywane przy pomocy wywierconych otworów eksploatacyjnych (wtłaczane są z powrotem do złoża po ich wykorzystaniu energetycznym)
para wodna wydobywana przy pomocy otworów wiertniczych (eksploatacyjnych) znajdujące zastosowanie w elektrowniach geotermalnych do wytwarzania energii elektrycznej
wysady solne z których odprowadzana jest energia przy pomocy solanki lub przy pomocy cieczy obojętnych wobec soli, głównie węglowodorów
gorące skały z których energia odbierana jest przez wodę cyrkulującą pod wpływem ciśnienia przez systemy szczelin naturalnych lub wytworzonych sztucznie w kompleksach skalnych na dużych głębokościach. Wykorzystywana do wytwarzania energii elektrycznej oraz celów grzejnych
Zasoby energii geotermalnej w Polsce:
- możliwość wykorzystania energii wnętrza Ziemi istnieje na ponad 60% powierzchni Polski;
- ich temperatura jest w granicach 30-120OC co czyni je przydatne raczej do pozyskania energii cieplnej niż elektrycznej;
- wg Polskiej Akademii Nauk, potencjał techniczny zasobów geotermalnych wynosi 302 000 PJ (peta dżul=1015JWh);
Ciepłownie geotermalne w Polsce: Pomimo znacznego potencjału energetycznego wód geotermalnych w Polsce dopiero 10lat temu rozpoczęła się ich techniczna eksploatacja jak ekologicznego źródła ciepła. Od początku lat 90tych XXw wody termalne wykorzystwane były przede wszystkim w balneologii i rekreacji. W latach 1993-2003 zbudowano w Polsce 6 instalacji ciepłowniczych bazujących na energii gorących wód podziemnych.
Bańska- Biały Dunajec:
-Rok uruchomienia: 1994
-Temperatura wody w złożu: 86
-Głębokość złoża [m]: 2000-3000
-Mineralizacja [g/l]:3
-Wydatek [m3/h]:120
-Całkowita moc cieplna:9
Mszczonów:
-Rok uruchomienia:1999
-Temperatura wody w złożu:40
-Głębokość złoża [m]:1600-1700
-Mineralizacja [g/l]:0,5
-Wydatek [m3/h]:60
-Całkowita moc cieplna:12
Uniejów:
-Rok uruchomienia:2001
-Temperatura wody w złożu:76-80
-Głębokość złoża [m]:2500
-Mineralizacja [g/l]:3
-Wydatek [m3/h]:550
-Całkowita moc cieplna:125
Bańska Niżna- Biały Dunajec:
-Rok uruchomienia:2001
-Temperatura wody w złożu:76-80
-Głębokość złoża [m]:2500
-Mineralizacja [g/l]:3
-Wydatek [m3/h]:550
-Całkowita moc cieplna:125
Wykorzystanie energii geotermalnej na świecie: Z zasobów geotermalnych korzysta obecnie prawie 80krajów (30w Europie). Pierwsza siłowania wykorzystująca energię geotermalną do produkcji energii elektrycznej powstała we Włoszech w 1904r. Światowym potentatem w produkcji energii elektrycznej w oparciu o geotermalne zasoby energetyczne są Stany Zjednoczone. W wielu krajach wykorzystuje się energię geotermalną do produkcji energii elektrycznej (Filipiny, Włochy, Meksyk, Japonię, Nową Zelandię i Islandię)
POMPY CIEPŁA- nowoczesne urządzenia grzewcze- wykorzystują energię cieplną (niskotemperaturową) pochodzącą ze środowiska naturalnego, przetwarza ją i oddaje energię cieplną (wysokotemperaturową) do górnego źródła , czyli układu grzewczego- centralnego ogrzewania oraz wymiennika ciepłej wody użytkowej.
Zasada działania: urządzenie transportuje energię cieplną z obiegu dolnego źródła do obiegu górnego, ciepło z dolnego przekazuje do parownika, gdzie dochodzi do wrzenia czynnika ziębniczego, w przebiegu wymiany ciepła między dolnym źródłem, a parownikiem powstaje gaz który ulega sprężeniu do odpowiedniego wysokiego ciśnienia powodując jego skraplanie.
Pomiary ze stanu gazowego wciekły wydziela się znaczna ilość ciepła która zostaje przekazana do obiegu grzewczego, ciecz przepływa przez zawór rozprężny gdzie następuje rozprężenie, w parowniku następuje ponowne rozpoczęcie procesu.
POZIOMY WYMIENNIK CIEPŁA
Wady: potrzebna duża powierzchni gruntu
Zalety: zrównoważona temperatura gruntu w ciągu roku, możliwość długiego nagromadzenia ciepła, łatwość wykonania, niski koszt
PIONOWY GRUNTOWY WYMIENNIK CIEPŁA
Wady: koszt odwiertu wysoki
Zalety: zrównoważona temperatura gruntu w ciągu roku, możliwość długiego nagromadzenia ciepła, łatwość wykonania
PODSUMIWANIE:
najlepszy efekt ekonomiczny
efektywność ekonomiczna źródeł geotermalnych będzie wzrastać nawet w przypadku cen paliw kopalnych
okres amortyzacji (zwrot kosztów) jest krótszy niż przy wykorzystaniu innych źródeł energii czystej krótszy
ELEKTROWNIA WODNA
Wykorzystanie energii wody od bardzo dawna, kiedyś do napędzania kół wodnych w młynach, później do młotów w kuźniach czy pil w tartakach. Obecna energia głównie do produkcji energii elektrycznej.
1882r.- pierwsza elektrownia w Appleton (Wisconsin) (USA) na rzecze Fox.
1888r.- pierwsze elektrownie w Polsce: Struga na rzece Słupi oraz Kamienna na Drwie.
W okresie międzywojenny, istniało około 8000 obiektów hydroenergetycznych na terenie Polski.
Energia wodna w energetyce nazywana jest ,,białym węglem”. W Polsce wykorzystuje spadek wody na rzekach. Na świecie oprócz tego korzysta się z energii fal morskich, pływów morskich oraz energii różnic temperatur między powierzchniowymi a głębinowymi warstwami oceanu. Przepływająca woda wprawia w ruch turbiny które napędzają generator prądotwórczy i energia przesyłana jest do sieci
ENERGIA WÓD ŚRÓDLĄDOWYCH
1.najczęściej wykorzystywana
2.sprzyjają rzeki o dużym natężeniu przepływu i o dużym spadzie np. rzeki górskie
3.większość elektrowni wykorzystujących tę formę energii wody powstaje jednak na terenach równinnych i w związku z tym wymaga zapory wodnej.
ENERGIA PRZYWÓW WODNYCH
1.energia przypływów i odpływów morza lub oceanów spowodowana przyciąganiem grawitacyjnym Księżyca i mniejszym stopniem Słońca oraz ruchem obrotowym Ziemi
2.wykorzystywana tylko w około 20 rejonach świata na między innymi angielskim, francuskim, hiszpańskim wybrzeżu Atlantyku
ENERGI FAL MORSKICH (maremotoryczna):
1.trudne do wykorzystania ze względu na duże rozproszenie i uzależnienie od pogody
2.zasoby energii fal są wiele tysięcy razy większe od potencjału energetycznych pływów morskich
3.wykorzystywana we Francji, Wielkiej Brytanii i Norwegii, równierz w Rosji nad Morzem Białym i w Stanach Zjednoczonych na Alasce
ENERGIA RÓŻNIC TEMPERATUR
1.w strefie równikowej występowanie mniej więcej stała, niezależnie od pory roku i dnia różnica temperatur między warstwami morza: warstwy powierzchniowe są ciepłe, głębinowe zimne, różnica ta wykorzystywana do wytwarzania energii
2.wykorzystywana na Hawajach (40MW), Japonia (10MW)
3.potencjał tego rodzaju energii jest znaczny, w Indiach mogłyby powstać instalacje o mocy 10tys. MW
Technologie w hydroelektrowniach
-spiętrzona woda spływając do zbiornika wodnego porusza turbiną wodną, która zamienia energię kinetyczną na energię mechaniczną
-wyprodukowana przez turbinę energia wprawia w ruch wirnik generatora który obracając zmienia energię mechaniczną na energię elektryczną
-energią elektryczna jest transmitowana na miejsce odbioru przez linie przesyłowe
Zapora
-budowla przegradzająca dolinę rzeki i spiętrzająca jej wody, niezbędna część w hydroelektrowni
-jest wyposażona w regulujące przepływ wody przelewy umożliwiające żeglugę śluzy, pozwalające przepływać tratwom przepusty, oraz pozwalające wędrować w górę rzeki rybom przepławki
-buduje się zapory ziemne i betonowe, rzadziej kamienne. W Polsce głównie betonowe.
Turbina wodna
-zwana silnikiem wodnym rotodynamicznym lub turbiną mechaniczną,
-jest to silnik przetwarzający mechaniczną energię przepływające przez niego wody na użyteczną pracę mechaniczną
-rodzaje turbin: osiowa, diagonalna, promieniowe i styczne, a także akcyjne (przetwarzające energię kinetyczną) i reakcyjne (przetwarzające energię kinetyczna i energię cisnienia)
Generator
-zwany prądnicą opiera się na prawie indukcji elektromagnetycznej (gdy zmienia się pole magnetyczne otaczające przewodnik, w przewodniku jest indukowana siła elektromagnetyczna)
PODZIAŁELEKTROWNI WODNYCH
DUŻE |
MAŁE |
-przepływowa- bez zbiornika (budowana na rzekach nizinnych) -regulacyjna z dużym zbiornikiem --zbiornikowa z małym zbiornikiem -pompowo- szczytowa -kaskadowa z wieloma zbiornikami |
*Podział ze względu na moc - mikro-energetyka >70kW - makro-energetyka >100kW - mała energetyka <50 MW *Podział ze względu na wielkość spadku wód - derywacyjne - pływające po rzece - nisko-spadowe 2-20[m] - średnio- spadowe <150[m] - wysoko-spadowe >150[m] |
Elektrownia przepływowa
-Nie posiada zbiornika wodnego
-Jest zlokalizowana w korycie rzeki, w specjalnie skonstruowanym budynku będącym przedłużeniem jazu
-Wykorzystuje stosunkowo niewielkie spiętrzenie , rzędu kilkunastu metrów
-Może pracować prawie bez przerwy
-Ilość produkowanej przez niej energii jest uzależniona od ilości wody przepływającej w danej chwili w rzece
Elektrownia zbiornikowa (regulacyjna)
-Posiada zbiornik regulacyjny
-Może magazynować wodę i regulować jej przepływ w okresie dobowym, tygodniowym, miesięcznym lub dłuższym
-Może produkować energię o większej mocy niż moc odpowiadająca chwilowemu dopływowi
-Dostosowuje się do zmian w zapotrzebowaniu na energię i sezonowych wahań ilości przepływającej wody
Elektrownia szczytowo- pompowa
-Posiada dwa zbiorniki dolny i górny
-Gromadzi potencjalną energię, wykonując pracę pompową (silnikową) polegającej na przepompowywaniu wody ze zbiornika dolnego do górnego
-Gdy zapotrzebowanie wzrasta podejmuje pracę turbinową (generatorową) woda z górnego zbiornika jest uwalniana i spływając napędza turbinę która przetwarza prąd
-W Polsce ponad polowa takich elektrowni
Elektrownia pływowa
-Wykorzystuję energię pływów, ujście rzek przegradza się zaporami wyposażonymi w turbiny
-Woda porusza turbiny wpływając do zbiornika wodnego w czasie przepływu i wypływając z niego w czasie odpływu
-Pierwsza elektrownia Francja 1967, druga w Kanadzie 17MW
DUŻE ELEKTROWNIE WODNE
-W celu zwiększenia mocy elektrownie wodne buduje się na jeziorach jazy, i zbiorniki wodne które spiętrzając wodę i zwiększają energię potencjalną
-Duży sztuczny obiekt nie pozostanie bez wpływu na lokalne środowisko np. uniemożliwia on założenie przez ryby ikry w górnych częściach rzeki
-Służą jako regulator biegu rzeki, zbiornik przeciwpożarowy, zbiornik wody pitnej, tereny do rekreacji i wypoczynku
ZALETY I WADY ELEKTROWNI WODNYCH
ZALETY -Brak zanieczyszczeń środowiska -Oszczędność paliw naturalnych -Niższe koszty eksploatacji niż w rozwiązaniach konwencjonalnych -Niższe koszty wytwarzania energii elektrycznej (ok. 8x) -Większa sprawność niż w elektrowniach konwencjonalnych
|
WADY -Ingerencja w środowisko -2-3razy większe koszty inwestycyjne z elektrowniami konwencjonalnymi -Zmiany struktury biologicznej w rzekach -Zamulanie zbiorników
|
MAŁA ELEKTROWNAI WODNA
-Nie posiadają wad ich większych odpowiedników
-Wykorzystują energię pływających wód
-Są zlokalizowane przy spadku rzeki (jazy, zapory)
-Energia produkowana przy ich pomocy może zasilać lokalne społeczności
Zalety:
-nie zanieczyszczają środowiska i mogą być instalowane w licznych miejscach na małych ciekach wodnych
-Ingerencja w środowisko jest znacznie mniejsza a ich liczebność poprawia bilans hydrologiczny i hydrobiologiczny kraju
-Żywotność małej elektrowni wodnej to ponad 100lat
-Nie wymaga licznego personelu i mogą być stosowane zdalnie
-Szybki zwrot inwestycji 3-6lat
-Wpływa korzystnie na poziom wód gruntowych i retencję, uspakajają nurt rzeki i zatrzymują zjawiska erozji dennej i bocznej
-Niski koszt eksploatacji i remontów
-Zaprojektowanie i wybudowanie w niecały rok
W Polsce zasoby hydroenergetyczne szacuje się na 13,7 TWh rocznie, z czego 45,3% przypada na Wisłę, 43,6% na dorzecza Wisły i Odry, 9,8% na Odrę i 1,8% na rzeki Pomorza.
Obecnie w Polsce wykorzystuje się zasoby hydroenergetyczne w 12% co stanowi 7,3% mocy zainstalowanej w krajowym systemie elektroenergetycznym
Większe elektrownie wodne w Polsce:
-Elektrownia wodna Włocławek 160MW, regulacyjna
-Elektrownia przepływowa w Porąbce
-Elektrownia wodna Żarnowiec (szczytowo- pompowa), 716MW Największa w Polsce
-Porąbka - Żar (szczytowo- pompowa)500MW
-Zespół elektrowni wodnych Solina- Myczkowce (szczytowo- pompowa) 200MW
-Żydowo (szczytowo- pompowa) 156 MW, pierwsza w Polsce
Energia wodna na świecie:
-Stanowi około 30% potencjału wytworzenia energii elektrycznej
-Norwegia- elektrownie wodne pokrywają zapotrzebowanie na energię elektryczną prawie w 100% (99,6%)
Największą pod względem ilości produkowanej energii elektrownia na świecie jest wybudowana w 1983 roku elektrownia na zaporze Itaipu na Paranie na granicy państw Brazylii i Paragwaju. Elektrownia ma maksymalną moc 14GW a jej największa produkcja roczna wynosiła 94,7TWh (w 2008r.). Zapora Trzech Przełomów na rzece Jangcy w Chinach (ok. 85 TWh rocznie) i zapora Guri na rzece Caroni w Wenezueli (ok. 47TWh rocznie).
Energia wodna- czysta energia? Do lat 80 ubiegłego wieku panował powszechny pogląd, że elektrownie wodne są źródeł „czystej” energii. Ostatnie badania pokazują, że zbiorniki zaporowe mogę być źródłem emisji metanu. Ilość emitowanego metanu w zależności od lokalnych warunków może się znacznie różnić. Jezioro Turawskie emituje ok. 42 mg metanu w przeliczeniu na powierzchnię 1m2 podczas gdy Jezioro Włocławskie ponad 400mg. Zbiorniki elektrowni wodnych uważane są za istotne źródło gazów cieplarnianych. Uznaje się, że emisja metanu jest duża w nowo powstałych zbiornikach, gdzie znajduje się dużo materii organicznej z zalanej roślinności, a następnie wraz z jej wyczerpywaniem się na skutek rozkładu spada.
Gaz łupkowy:
Gaz ziemny jest najczystszym ekologicznie źródłem energii spośród wszystkich paliw kopalnych. Cechuje go niska emisja gazów cieplarnianych, a także brak niebezpiecznych odpadów. Uzyskiwany z położonych głęboko pod ziemią łupków osadowych. Gaz ziemny łupkowy składa się głównie z metanu, z domieszką wyższych gazów węglowodorowych, takich jak etan, propan czy butan, a niekiedy zawiera także domieszki gazów nie węglowodorowych, np. azotu, rza-dziej dwutlenku węgla czy siarkowodoru. Gazy te powstają w wyniku rozkładu szczątków organicznych pod wpływem oddziaływania na nie wysokiej temperatury, występującej na dużej głębokości. Znacznie rzadziej powstają płycej pod wpływem bakteryjnego rozkładu substancji organicznej.
Do wydobycia gazu łupkowego niezbędne jest zastosowanie tech-nologii odwiertów poziomych oraz wielosekcyjnego szczelinowania hydraulicznego w celu rozkruszenia skały poprzez wprowadzenie do odwiertów wody z piaskiem i dodatkami chemicznymi pod bardzo wy-sokim ciśnieniem.
ZALETY WYDOBYCIA |
WADY |
|
|