1

Bloki ciepłownicze stosowane w elektrociepłowniach

Główne elementy:- BC-50: kocioł parowy OP-230, turbina 13 P 55-0, generator TGHW-63- BC-100: OP-430, 13 UC 100, TGH-

125

2

Kocioł OP-230

Dane technologiczne:K-ł pyłowy, opromieniony, ściany szczelne,jednowalczakowy, dwuciągowy, z nat. cyrkul.,trzystopn. przegrz. pary, dwa obr. podg. pow..,parametry:- wydajność maks. trwała 63,0 kg/s (230 Mg/h)- wydajność nominalna 50,0 kg/s (180 Mg/h)- wydajność minimalna 38,9 kg/s (140 Mg/h)- ciśnienie wody zasilającej 16,4

MPa- ciśnienie robocze w walczaku 15,0 MPa- ciśnienie pary za przegrzewaczem 13,6 MPa- temperatura wody zasilającej 200 oC- temperatura pary przegrzanej 540 oC- temperatura gorącego powietrza 290 oC- temperatura spalin na wylocie 140 oCPaliwo gwarancyjne:- wartość opałowa 20,9 MJ/kg- maks. zaw. p/w/s 18 /12 / 1 %- zużycie (wyd. max. trw.) 7,78 kg/s (28 Mg/h)- sprawność energetyczna brutto 88,0 %

3

Turbina 13 P 55-0

Charakterystyka:t-na przeciwpr.,dwukadłub., ciepłownicza, osiowa, akcyjna, dwukadłubowa z dwustopniowym wylotem ciepłowniczym do zasilania podgrzewaczy w. s.,parametry:- moc znam. 55 500 kW- moc oblicz. 52 400 kW- obroty 3 000 obr/min. par. pary świeżej - ciśn. 12,75 ± 1,275 MPa- temp. 535 + 8/ -15 oC- zużycie pary świeżej (moc obl.) 65,8 kg/sjednostkowe 1,25 kg/kW

4

Blok ciepłowniczy BC-50

5

Schemat układu podgrzewaczy wody sieciowej

Charakterystyka:- dwustopniowy układ podgrz. wody siec.-

– dwa jednak. wym. ciepłownicze,

połączone szeregowo,

- strumień masy w. s.. 750 kg/s

- moc cieplna 36 – 43 MW,

- temp. wody:

przed I podgrz. 51 oC,

za I podgrz. 64 oC

za II podgrz. 77 oC

wymiennik rozruchowo-szczytowy:

- moc cieplna 83 MW

- strumień masy w.s. 750 kg/s

- temp. pary (ze st. red.-schł.) 200 oC

6

Blok ciepłowniczy BC - 100 – poglądowy schemat technologiczny

7

Kocioł OP- 430

Charakterystyka:k-ł opromieniony, pyłowy, dwuciągowy,jednowalczakowy, z naturalną cyrkulacją,komora spalania o szczelnych ścianach, na pył węglowy,z trzystopniowym przegrzewaczem pary,podgrzewacz powietrza,cztery młyny kulowo-misowe,wtryskowe regulatory temperatury pary parametry- maks. wydajność trwała 120 kg/s=430 t/h - ciśnienie pary przegrz. 13,5 MPa- temperatura pary przegrzanej 540 oC,- temperatura spalin wylotowych 120 oC

8

Uproszczony schemat bloku ciepłowniczego BC – 100

Charakterystyka: turbina 13 UC -100,przeciwpr. ciepłownicza,osiowa, jednokadłubowa,z dwustopn. wylotemdo zasilania podgrz. wody siec,do wytwarzania pary technologI en.elektr. w gener. TGH – 125,cztery upusty do zas. odgaz. i trzech niskopr. podgrzewaczy,para przeciwprężna do zasilaniapodgrzewaczy wody siec..

9

Schemat układu technolog. elektrociepłowni zawodowej (Siekierki)

10

Blok energetyczny elektrowni kondensacyjnej (niezrealizowany) przystosowany do pracy ciepłowniczej

11

Elektrownie jądrowe

Podział reaktorów jądrowych (kryterium onstrukcja):

reaktory zbiornikowe (rdzeń zamkn. w stalowym, grubościennym zbiorniku):- reaktor wodno-ciśnieniowy PWR (Pressurized Water Reactor) bezpieczne i najb. rozpowszechnione: ok. 65% energii wytw. w EJ; zwykła woda pod ciśn. 15 MPa: moderator (spowaln. neutra.) i chłodziwo.

- reaktor WWER (Wodo-Wodianoj Eniergieticzeskij Reaktor) – produkowane w b. ZSRR, ich budowa nie odbiega od PWR.

- reaktor wodny wrzący BWR (Boiling Water Reactor) woda (jak w PWR) – krąży tylko w pojedynczym obiegu.

reaktory kanałowe (ciśnieniowe kanały o niewielkiej średnicy): - reaktor CANDU (Canadian Deuterium Uranium)

ciężka woda (moderator i chłodziwo) pozwala na stos. paliwa –niewzbogaconego uranu.

- reaktor RBMK (Reaktor Bolszoj Moszcznosti Kanalnyj):grafit - moderator, pozwala na stos. naturalnego, niewzbogaconego uranu (wzgl. ekonomiczne).

reaktory chłodzone gazem z moderatorem grafitowym GCR(Gas Cooled graphite-moderated Reactor)

12

Elektrownie jądrowe

Dalszy podział reaktorów:

kryterium - rodzaj zastosowanego moderatora i chłodziwa

wodne, ciężkowodne, gazowe, sodowe, helowe, itd.,

- system odprowadzania ciepła

jednoobiegowy, dwuobiegowy, trójobiegowy

- rodzaj zastosowanego paliwa

uranowe, plutonowe, uranowo-plutonowe, torowe.  

13

Elektrownie jądrowe w świecie Największa el-nia Fukushima I (BWR - bl. 1-6, 1970-79) 4 680 MW

(ABWR - bl. 7-8, 2013-14) 2 760 MWjeszcze w ekspl. F.II (odl. 11 km)

El-nie jądrowe na świecie: 442 (+ 65 w bud.) 375 GW stan na 1.03.2011

14

Energetyka jądrowa w świecie

Rok 1993: w budowie 55, w ekspl. 430 reaktorów o mocy 337 GW, 17,5 % prod. świat.

Rok 2007:w budowie 44, w ekspl. 439 reaktorów o mocy 384 GW,

2 600 TWh, 16,0 % prod. świat.

Potencjał: USA, Francja, Japonia, Rosja, Niemcy, Ukraina, Wlk. Brytania

Rocznie: przyrost (nowouruch.) prod. 24 TWh, ubytek (likwidacja) 48 TWh

Średnio oddawano do użytku - 3,5 reaktora / rok

Przeciętna moc istniej. reaktora ok. 880 MW, nowobudow. ok. 1075 MW

Czas budowy ok. 15 lat

Wniosek: nie ma renesansu energetyki jądrowej lansowanego przez celebrytów bezpieczeństwa energetycznego

15

Moc reaktorów jądrowych w Europie

16

Elektrownie jądrowe w Europie

17

Elektrownie jądrowe w sąsiedztwie Polski

Plan. Ostrowiec, k.Grodna

18

Schemat bloku PWR

19

Przekrój bloku jądrowego –EJ Gundremmingen (1285 MW)

20

Schemat bloku BWR nowość ECBWR Economic Simplified

f-my GE Hitachi Nuclear Energy

21

Reaktor chłodzony gazem z moderatorem grafitowym HTGCR

22

Obieg ORC

Czynnik roboczy w klasycznej siłowni parowej:

H2O - energetyka zawod.: wysokie parametry kotłowe, para nawet ~ 30 MPa, 600 oC

Ocena energetyczna - obieg parowy Clausiusa – Rankine’a (w lit. anglos.: obieg Rankine’a)

Niekonwencjonalne źródła energii (odnawialnej i odpadowej):

na ogół średnio - i niskotemperaturowe (co najwyżej 200 ÷ 300 oC)

- energetyka rozproszona -

w siłowniach z takim górnym źródłem stosujemy dokładnie dobrane temperaturowo

czynniki organiczne (niskowrzące): węglowodory, freony, oleje syntetyczne;

dolne źródło ciepła – otoczenie (el-nie) lub system grzewczy (elektrociepłownie),

czyli możliwość stosowania kogeneracji

Ocena energetyczna – też obieg parowy Clausiusa – Rankine’a,

ale dla podkreślenia specyfiki czynnika roboczego - Organic Rankine Cycle - ORCPierwsza siłownia na ORC – 1967 Kamczatka – wykorzystanie wód geotermalnych

Karnotyzacja obiegu ORC: regeneracja wewnętrzna

23

Siłownia kogeneracyjna - obieg ORCoparta na kotle na biomasę,

P – parownikTP – turbina parowa

G – generatorK - kocioł

24

Schemat elektrociepłowni ORC (z regeneracją)z kotłem olejowym na biomasę

25

Siłownia kogeneracyjna w układzie kombinowanym -- spalinowy silnik tłokowy i obieg ORC

26

Siłownia kogeneracyjna w układzie kombinowanym -- zespół turbiny gazowej i obieg ORC

27

Elektrownie na sprężone powietrze

Obok el-ni szczytowo -pompowych dojrzałość technologiczna akumulacji energii w sprężonym powietrzu CAES

(Compressed Air Energy Storage)

Prosty proces sprężania powietrza - łączna sprawność procesu sprężania i rozprężania odniesiona do energii elektrycznej osiąga wartość ok. 40 %. Huntorf (D -1978): 2 kawerny (600 -800 m ppt) á 150 tys. m3, 5 - 7 MPa, moc el. - wejśc. 60 MW x 8 h, -wyjśc. 290 MW x 2 h

Huntorf η = 42 %wejście: el - 0,83 kWh

gaz -1,56 kWh wyjście: el - 1,00 kWh

28

Elektrownie na sprężone powietrzeWykorzystanie GZ do podgrzewania powietrza podawanego na turbinę umożliwia regulację mocy wytwarzanej i zwiększenie mocy elektrowni

McIntosh (USA 1991) – poj. kawerna (kop. soli) 560 tys.m3, (450 – 750 m ppt) 4,5 - 7,4 MPa, moc wyjśc. 110 MW x 26 h McIntosh η = 54 %

wejście: el - 0,69 kWh gaz -1,17 kWh

wyjście: el - 1,00 kWh

Wykorzystanie ciepła odpadowego spalin - regeneracja poprzez rekuperator, umożliwia osiąganie sprawności 50 - 60 %. Akumulacja – dod. zasobnik ciepła odpadowego przy sprężaniu –sprawność ok. 70 %

29

Ogniwa paliwowe

Ogniwa galwaniczne (akumulatory, baterie) wytwarzanie energii elektr. - szereg reakcji chemicznych - zmiana składu elektrolitu lub elektrod

Ogniwo paliwowe (fuel cell) - energia elektr. z reakcji utleniania stale dostarczanego paliwa, bez zmiany chemicznej natury elektrod oraz elektrolitu

Najpopularniejsze - ogniwo wodorowe: wodór na anodzie, tlen na katodzie, produkt spalania - para wodna

Zastosowania ogniw paliwowych:- energetyka - sondy i statki kosmiczne (produkcja wody pitnej)- dostarczanie energii w miejscach pozbawionych dostępu do sieci - urządzenia mobilne - tel. komórkowe, notebooki, palmtopy- roboty (mobilne)- samochody na wodór: Honda FCX Clarity,

Nissan X-Trail FCV (Fuel Cell Vehicle),Toyota FCHV (Fuel Cell Hybrid Vehicle).Ford - Focus FCEV Hybrid,

- motocykl ENV f-my Intelligent Energy - zbudowany pod kątem zastosowania OP

30

Ogniwa paliwowe

Zasada działania ogniw wodorowych: - odkryta 1838 : niemiecko-szwajcarski chemik Christian Friedrich Schoebein- opublikowana 1839 "Philosophical Magazine" - sir Wiliam Grave (Walia)

zbudował pierwsze działające ogniwo paliwowe; - bez praktycznego zastosow. aż do lat 60-tych XX w.: Gemini 5, seria Apollo, Skylab

Schemat budowy OP1 - wodór2 - przepływ elektronów3 - odbiornik energii4 - tlen5 - katoda6 - elektrolit7 - anoda8 - woda9 - jony hydroksylowe

31

Ogniwa paliwowe

Rodzaje ogniw paliwowych (fuel cell bateria OP - stos- z membraną do wymiany protonów PEMFC

(Proton-exchange membrane fuel cell), - odwracalne RFC (Reversible Fuel Cell)- bezpośrednie ogniwo metanolowe DMFC

(Direct-methanol fuel cell)- z zestalonym elektrolitem tlenkowym SOFC

(Solid-oxide fuel cell), ze stopionym węglanem MCFC

(Molten-carbonate fuel cell),z kwasem fosforowym PAFC

(Phosphoric-acid fuel cell)- alkaliczne AFC (Alkaline fuel cell)

Paliwo: wodór, metan, metanol Utleniacz: tlen, powietrze

Różne elektrolityEfekty: prąd, woda, ciepło

32

Schemat przepływu reagentów i jonów

w różnych typach OP

33

Hydroelektrownie

Zasoby hydroenergetyczne Polski - 13,7 TWh/rok (wykorzyst. w 12 %): 45,3 % przypada na Wisłę, 43,6 % - na dorzecza Wisły i Odry,

9,8 % - na Odrę, 1,8 % - na rzeki Pomorza.

Zawodowe elektrownie wodne w Polsce - moc 2042 MW. elektrownie szczytowo-pompowe - 1366 MW , łącznie 7,3 % mocy KSE. Przyszłościowe rej. dla hydroenerg.: Mazury, Pomorze, Sudety i Karpaty.Całkowity potencjał hydroenerg. Polski - ok. 11,0 GW mocy w el. zawodowych,

ok. 1,2 GW mocy w el. wodnych. Polska – 18 hydroelektrowni o mocy większej niż 5 MW.

Największe polskie hydroelektrownie: El-nia Żarnowiec 716 MW, r. ur. 1983 - elektrownia pompowo-szczytowa El-nia Porąbka Żar 500 MW, r. ur. 1979 - elektrownia pompowo-szczytowa El-nia w Solinie 200 MW, r. ur. 1968 - elektrownia pompowo-szczytowa El-nia Włocławek 162 MW, r. ur. 1969 - elektrownia przepływowa El-nia Żydowo 150 MW, r. ur. 1971 - elektrownia pompowo-szczytowa

• ,

34

Hydroelektrownie

Elektrownie wodne zamieniają energię potencjalną (energię spadku wód) i kinetyczną wody na energię mechaniczną w turbinie wodnej, a następnie na energię elektryczną w prądnicy napędzanej przez turbinę wodną.

Podział el-ni wodnych

- elektrownie przepływowe - wykorzystują naturalny, ciągły przepływ cieku wodnego (nie mają zbiornika do magazynowania wody); np.: El. Włocławek, Dębe

- elektrownie zbiornikowe - wyposażone w zbiorniki wody dla lepszego wykorzystania cieku wodnego; Rożnów, Tresna, Porąbka, Czchów. Otmuchów

- elektrownie pompowe (szczytowo-pompowe) – w okresach małego obciążenia systemu elektroenergetycznego woda jest przepompowywana

ze zbiornika dolnego do górnego; Porąbka-Żar, Żarnowiec- elektrownie zbiornikowe z członem pompowym -

zbiorniki górne są częściowo napełniane przez dopływy naturalne, a częściowo (w okresach małych obciążeń) uzupełniane wodą tłoczoną przez pompy ze zbiorników dolnych Solina, Niedzica

35

36

Hydroelektrownie: Żarnowiec, Włocławek, Solina

37

Hydroelektrownie: Porąbka-Żar, Solina, Żydowo, Dobczyce

38

Schemat hydroelektrowni przepływowej

39

Turbiny wodne i ich podział

Turbina wodna (silnik wodny rotodynamiczny, turbina hydrauliczna)- silnik przetwarzający mechaniczną energię przepływającej przezeń wody

na użyteczną pracę mechaniczną. Podział turbin: kierunek przepływu wody - turbiny wodne: osiowe, diagonalne (skośne),

promieniowe i styczne, przetwarzanie energii turbiny: - akcyjne - przetwarzające tylko energię kinetyczną wody,- reakcyjne - poza energią kinetyczną przetwarzają także energię ciśnienia.

Wybór turbiny - wysokość spadu i ilości wody danej lokalizacji

Turbiny akcyjne - stosowane zazw. do el-ni o wysokim spadzie (rzadkie w P.), np. turbina Peltona

Turbiny reakcyjne - dla niższych spadów, - przy średnio wysokim spadzie (od kilkunastu do kilkuset metrów) -

np. najpopularniejsza i najstarsza turbina Francisa, - przy spadach niskich (do kilkunastu metrów) –

wyposażona w ruchome łopatki, skomplikowana turbina Kaplana

40

Turbiny wodne Peltona i Francisa (z generatorem, mały i duży przepływ)

41

Elektrownia Wodna Żarnowiec

Największa w Polsce: E.W. Szczytowo - Pompowa Żarnowiec SA, bud. 1976/83,4 hydrozespoły Francisa, średnica wirnika 6 m, 166,7 rpm.praca: turb. 4 ∙ 179 MW = 716 MW, praca pomp. 4 ∙ 200 MW = 800 MW, η =0,90zakres regul. 60 ÷ 716 MW, 3000 rozruchów/a,zb. g. Czymanowo 122 ha, 13,6 mln m3,Jez. Żarnowieckie (rynnowe dł. 7,5 km), rz. Piaśnica, 1470 ha, 121 mln.m3, głęb. 19,4 m, rurociągi derywacyjne 4 ∙Ф7100/5400, dług. 1100 m, maks. przepł. 700 m3/ssiłownia – wys. budynku 60 m, 2/3 pod ziemią, 26 m ppm.

42

Energia wiatru

Energia wiatru - jedno z OŹE

Turbiny wiatrowe: energia wiatru - energia mechaniczna - energia elektrycznaPierwsze wzmianki o wiatrakach - w kodeksie Hammurabiego:

pompowanie wody i melioracja pól - oś pionowaOś pionowa dominowała przez 2 500 lat;

dopiero w 1105 r. powstał pierwszy opis wiatraka o poziomej osi obrotu;pierwszy zapis dot. wiatraków na ziemiach polskich: 1 271 r. - ks. Wisław z Rugii - zezwolenie zakonnikom z Białego Buku na budowę

Powierzchniowa gęstość mocy (energia wiatru odniesiona do jednostki czasu i powierzchni) p = ½ ρ v3

gdzie: ρ – gęstość powietrza, [kg/m³], v – prędkość powietrza, [m/s]. Energia wiatru zależy od sześcianu prędkości v Lokalizacje – pod kątem częstości występowania silnych (7-20 m/s) wiatrów.Inne wykorzystanie energii wiatru - żaglowce

43

Energia wiatru

1-2% mocy promieniowania słonecznego docierającego do powierzchni Ziemi,przekształca się w energię kinetyczną powietrza dając 2 700 TW,a po odjęciu mocy wiatrów: wiejących na dużych wysokościach

nad otwartym morzemoraz w in. niedostępnych miejscach,

pozostaje dostępna moc energetyczna wiatru Ziemi - 40 TW.Instalacje w świecie - 200 GW

W Polsce potencjał energii wiatru - 281 PJ/rok (16,1 % dostępnych OZE)

Siłownie wiatrowe - praca przy prędkościach wiatru od 3 do 30 m/s:granica opłacalności - średnioroczna prędk. wiatru 5 m/s - (turbina śmigłowa 1 MW)granica bezpiecznej pracy - ok. 25 m/s

Polska - średnia prędkość wiatrów : lato 2,8 m/s i zima 3,8 m/s. przeważa cisza wiatrowa - wiatry - 1500 - 2000 h/a

tylko w niewielu miejscach sezonowo prędkość wiatru przekracza 4 m/s,

44

Siłownie i elektrownie wiatrowe

Siłownie wiatrowe (wiatraki)w turbinie powietrznej, zamieniają energię kinetyczną wiatruna użyteczną energię mechaniczną(napęd urządzeń mechanicznych: - napęd młynów – mielenie ziarna, - napęd pomp – tereny depresyjne, - nap. generatorów – lok. prod. en. el.)

Elektrownie wiatrowew turbinie powietrznej, zamieniają energię kinetyczną wiatru

na energię mechaniczną a następnie na energię elektrycznąw prądnicy napędzanej

przez turbinę powietrzną

45

Typy wiatraków (wg konstrukcji):

1- koźlak (budynek wiatraka wraz ze skrzydłami obracalny – dyszlem - wokół pionowego, drewnianego słupa, osadzonego na nieruchomym koźle;

napęd przez wał skrzydłowy z osadzonym na nim kołem palecznym, na żarna)

2- holenderski (nieruchomy korpus, spoczywająca na nim obracalna kulista bryła dachu; napęd: obrót skrzydeł przez wał skrzydłowy, na koło paleczne i dalej na

pionowy wał przechodzący przez wszystkie kondygnacje do napędu zestawów

młyńskich) 3- paltrak zw. rolkowym (ścięty ostrosłup - ala koźlak - na planie prostokąta, dach dwuspadowy,

obrót budynku wraz ze skrzydłami na łożysku kołowym znajd. na podmurówce)

- wiatrak sokólski (zbliżony do koźlaków konstrukcją budynku i mechanizmów wewnętrznych, z palem pionowym osadzonym w kamiennym fundamencie – stożek

ścięty)4- wiatrak czerpakowy (koźlak, typowe skrzydła ale z innym mechanizmem – krążące czerpaki

do przenoszenia wody do rynnami i dalej do śluz między stronami młyna)

5- wiatrak turbinowy (nieruchomy budynek z kołem wiatrowym lub turbiną osadzoną na niewysokim maszcie ustawianym do kierunku wiatru).

46

Oscar Claude Monet (1840 – 1926)

47

Jean Baptiste Cammille Carrot (1796 -1875), Jan van Goyen (1596 -1656)Charles Leickert (1816 -1907), Vincent Willem van Gogh (1853 -1890)

48

Farmy wiatrowe – widok ogólny

49

Największa farma wiatrowa

Techachapi

Pass Wind Farms -

Kalifornia Płd.;

od lat 70 – 80 ub. w.

kż. górski grzbiet

między

Pustynią Mohave

a Doliną Centralną

wykorzystano do

zainstal. ok. 5 000 turbin

o łączn. mocy 562 MW

50

Największa farma wiatrowa w Europie

East Renfrewshire

Wind Farm

- Renfrewshire, Szkocja

140 turbin o mocy 332 MW

Do r. 2012

jeszcze dalszych 75 turbin,

moc całkowita

docelowo 539 MW

51

Największa turbina wiatrowa

Największa (2005)zainstalowana turbina

Producent DK -firma Vestas Wind Systems A/S. : trójpłatowy turbozespół V 120 średnica rotora 120 metrów,gondola na wys. 90 m (wieża)prędkość wiatru 4 - 25 m/s nominalna moc 4.5 MW (12 m/s) prądnica - napięcie znam. 6 kV.

52

Energetyka wiatrowa w Polsce

Energetyka wiatrowa rozwija się od początku lat 90. XX wieku

Pierwsza siłownia wiatrowa - 1991 – 150 kW przy EW Żarnowiec, obecnie jt. farma Lisewo 10,8 MW

Pierwsza przemysłowa farma wiatrowa – kwiecień 2001 – Barzowice:6 turbin V52 (Vertas) kż. 850 kW, łączna moc 5 MW, wieża 86 m, wirnik śr.52 m

Największa (2010) Karścin I (pow. Kołobrzeg) bud. 2007/8 Ibedrola: 46 turbin 1,5 MW, 69 MW, wieża 100 m, wirnik śr. 80 mi dalsza inwestycja K. IINajwiększa koniec 2010 – Margonin (pow. Chodzież) 60 turbin 2 MW, 120 MW

Pierwsza dekada lat XXI wieku - dynamiczny rozwój energetyki wiatrowej Moc zainstalowana wzrosła od 83,3 MW w 2005 roku

do 1181 MW w styczniu 2011 r.

53

Lokalizacja większych siłowni wiatrowych w Polscena tle stref energetycznych

54

Przegląd ważniejszych farm wiatrowychBarzowice - pierwsza w kraju

Lokalizacja Województwo Moc w budowie

Barzowice 2001 zach.-pom. 5,1 MW Pelplin pom. 48 MWCisowo 2002 zach.-pom. 18,0 MW Gołdap w-m. 69 MWZagórze 2002 zach.-pom. 30,0 MW Taciewo podl. 30 MWLisewo 2005 pomorskie 10,8 MW Skrobotowo z-p. 26 MWTymień 2006 zach.-pom. 50,0 MW Golice lub. 38 MWPuck 2006 pomorskie 22,0 MWKisielice 2007 warm.-maz. 40,5 MWKamieńsk 2007 łódzkie 30,0 MWJagniątkowo 07 zach.-pom. 30,6 MW  1181 MW - stan URE 15.01.2011Karścino I 2008 zach.-pom.   69,0 MW Łebcz  2007 pomorskie  8,0 MW prod. en. el-nej Łebcz  2008 pomorskie 10,0 MW  2009 r. 1 029 GWh (0,69 % kraj.)Suwałki 2009 podlaskie  41,4 MW2010 r. 1 485 GWh (0,96 % kraj.)Margonin 2010 wlkpolskie 120, 0 doc.240 MW

55

Liczba i moc zainstalowanych instalacji wiatrowych Instalacje OZE

347 jednostek el-ni wiatrowycho sumie mocy zainstal. 1005, 6 MW

PSEW - stan 30.09.2010

Wydano war. przyłączeniadla dalszych 12 000 MW,

w tym 80 % na przestarzałe D, DK o mocy poniżej 500 kW

56

Udział generacji wiatrowej w krajowym zużyciu energii elektrycznej:

- 2004: 0,10 % ( 142,0 GWh / 144 TWh) - 2005: 0,09 % ( 135,0 GWh / 145 TWh)- 2006: 0,26 % ( 388,4 GWh / 149 TWh)- 2007: 0,32 % ( 494,2 GWh / 154 TWh)- 2008: 0,51 % ( 790,2 GWh / 153 TWh) - 2009: 0,69 % (1029,0 GWh / 149 TWh)- 2010: 0,96 % (1485,0 GWh / 155 TWh)

URE: marzec 2011 - 415 koncesjonowanych źródeł (o mocy pow. 1 MW) o łącznej zainstalowanej mocy 1 181 MW

stanowiącej 3,3 % całkowitej zainstalowanej mocy systemu elektroenerg. 35 890 MW

57

Przebieg przyłączy farm morskich i linii przesyłowych do Szwecji – wizja do 2030 r.

bez negatywnego wpływu na środowisko

58

Główne elementy turbiny wiatrowej

Turbina wiatrowa -

wirnik składający się z łopat i piasty umieszczonena przedniej części gondoli ustawionej na

wiatr; wirnik - osadzony na główn. wale opartym na łożyskach; energia kinetyczna wiatru - energia obrotów wału przenoszona przez przekładnię do generatora –en.elektr.

Budowa turbiny:1. Fundament2. Wyjście do sieci elektroenergetycznej3. Wieża4. Drabinka wejściowa5. Serwomechanizm kierunkowania elektrowni6. Gondola7. Generator8. Wiatromierz9. Hamulec postojowy10. Skrzynia przekładniowa11. Łopata wirnika12. Siłownik mechanizmu przestawiania łopat13. Piasta

59

Uproszczony schemat budowy typowej siłowni wiatrowej

wirnik 15 - 20 obr/mingenerator ponad 1500 obr/min

prędkość wiatru 4 - 25 m/s,

60

Budowa turbiny wiatrowej VESTAS V80 (2 MW) wieża 60 - 100 m, średnica 80 m

1) sterownik piasty2) cylinder syst. sterowania

łopatami3) oś główna4) chłodnica oleju5) skrzynia przekładniowa6) sterownik z konwerterem7) hamulec postojowy 8) dźwig serwisowy9) transformator10) piasta wirnika11) łożysko łopaty12) łopata13) układ blokowania wirnika14) układ hydrauliczny15) tarcza układu hydraulicznego16) pierścień układu kierowania17) rama18) kola zębata układu

kierowania19) chłodnica generatora20) generator

61

Klasyfikacja turbin wiatrowych

Turbiny stało- i zmiennoobrotowe (wyższa efekt.);

konieczny przekształtnik tyrystorowy prądu (stałe napięcie i częstotliwość)

Mikro elektrownie wiatrowe – ich moc nominalna nie przekracza 1 kW

stos.: zasilanie obwodów wydzielonych, poprzez ładowanie akumulatorów.

Małe turbiny wiatrowe – moc nominalna wynosi od 1 do 100 kW

stos.: zasilanie większej ilości urządzeń w wydzielonych obwodach,

generacja energii do sieci elektroenergetycznej.

Duże turbiny wiatrowe - moc nominalna wynosi powyżej 100 kW

stos.: generacja energii odprowadzanej bezpośrednio do sieci elektroenerg.

większe zespoły turbin - farmy wiatrowe

morskie (off shore) do ok. 3 MW, lądowe do ok. 4,5 MW

62

Rodzaje turbin wiatrowych - konstrukcja

Turbiny o osi poziomej HAWT : jedno -, dwu -, trój - i wielopłatowe

(Horizontal Axis Wind Turbine)

z dyfuzorem wykorzystujące efekt Magnusa

63

Rodzaje turbin wiatrowych

Turbiny o osi pionowej VAWT (Vertical Axis Wind Turbine)

Savonius Turbina Darrieus’a H – rotor t-na świderkowa

64

Małe elektrownie wiatrowe (MEW)

Małe przydomowe elektrownie wiatrowe: turbiny o poziomej lub pionowej osi obrotu i mocy do 10 kW (niekiedy do 20 kW).

Zasilanie:- domów farmerskich i budynków gospodarczych, domków letniskowych - przyczep kempingowych - pól namiotowych i biwakowych- jachtów - domów położonych w miejscach trudnodostępnych - biwaków - wszędzie tam, gdzie nie można lub nie opłaca się podłączać do sieci energetycznej.

MEW - można, a nawet należy łączyć z innymi ekologicznymi źródłami energiinp.z fotoogniwami: ładowanie akumulatorów z dwóch niezależnych źródeł.

Cena (2010) przydomowych el-ni : 500 W - ok. 3 000 zł 2-5 kW - ponad 10 000 zł 15 kW - ok. 60 000 zł

65

Walory ekonomiczne i ekologiczneróżnych technologii produkcji energii elektrycznej

66

Krajowa produkcja energii elektrycznej

przez poszczególne technologie OZE w latach 2005 - 2009

67

Rozliczenie obowiązku produkcji energii wg URE Narzucony rozporządzeniem Ministra Gospodarki. procentowy udział produkcji energii elektrycznej z OZE w stosunku do całkowitej produkcji

zrealizowany opłata zastępcza i jej procentowy udział obowiązek w % w zrealizowanym obowiązku 2006 - 3,6 3,60 358 GWh 8,43 % 2007 - 5,1 5,27 1 170 19,14 2008 - 7,0 6,94 1 865 22,03 2009 - 8,7 8,67 1 698 16,81 2010 - 10,4 ok. 80 % celu indykatywnego 2011 - 10,4. 2012 - 10,4. 2013 - 10,9. 2014 - 11,4. 2015 - 12,5. 2016 - 14,0 2017 - 15,7 2018 - 16,7. 2019 - 18,7 

68

6. Przegląd systemów konwersji energii

Konwersja energii chemicznej zawartej w paliwach kopalnych lub biomasie na energię elektryczną

- pośrednio: - poprzez ciepło, energię mechaniczną - tylko poprzez ciepło

- bezpośrednio

Konwersja energii odnawialnej na energię elektryczną- energii mechanicznej (wiatr, woda) – na energię elektryczną- energii geotermalnej na energię elektryczną poprzez ciepło i en. mech.- energii promieniowania słonecznego bezpośrednio na energię elektryczną

Konwersja niekonwencjonalnych zasobów energii nieodnawialnej

- energii promienistej bezpośrednio na energię elektryczną

- energii wiązań chemiczn. paliw wodorowych bezpośrednio na en. elektryczną

69

Konwersja energii chemicznej w elektryczną (elektrociepłownia parowa)

70

Konwersja energii chemicznej w elektryczną (elektrociepł. spalinowa)

71

Konwersja energii chemicznej w elektryczną (elektrociepłownia gazowo-parowa)

72

Konwersja energii chemicznej w elektrycznąelektrociepłownia z silnikiem tłokowym

zintegrowanym ze zgazowaniem biomasy, też z kotłem wodnym KW

73

Konwersja energii chemicznej w elektrycznąelektrociepłownia ORC z kotłem na biomasę

74

Konwersja energii chemicznej w elektrycznąelektrociepłownia z ogniwami paliwowymi OP na gaz ziemny

1 – odsiarczanie, 2 – reaktor reformingu, 3 –CO-shift, CO+H2O→ CO2 +H2

4 – dopalanie (katalityczne), 5 – falownik, 6 – wspomagający kocioł gaz. 7,8 – wymienniki ciepła, OP – ogniwo paliwowe, Sp – spaliny,OD – odbiornik ciepła, E – energia elektryczna, Q - strumienie ciepła,S – sprężarka

75

Konwersja energii chemicznej w elektrycznąelektrownia MHD na gaz ziemny

B - indukcja pola magnet.pole elektr. w x B

napięcie obw. elektr. Uo = w B h

76

Konwersja energii odnawialnej w elektrycznąelektrociepłownia geotermalna

77

Schematy konwersji energii energiachemiczna:pal. kop. i biomasy

spalanie energia silnik energia prądnica energia

cieplna cieplny mechaniczna elektryczna

wymiana ciepła

Silnik cieplny: - spalinowy: silnik tłokowy, silnik wirnikowy (TG)

energia - parowy: siłownia parowa klasyczna i ORC, odpadowai odnawialna: prom. słon., geoterm.

energia komora energia generator energiachemiczna: spalania cieplna mhd elektrycznawęgiel, gaz

78

Schematy konwersji energii

energia odnawialna: turbina wiatrowa energia generator energia wiatr, woda turbina wodna mechaniczna en. el. elektryczna

energia wiąz. chemicznych ogniwa energia paliw węglowodorowych paliwowe elektryczna

energia odnawialna: ogniwo energiapromieniowanie słoneczne fotowoltaiczne elektryczna

energia promienista: radioizotopowy energiarozpad promieniotwórczy generator termoelektryczny elektrycznaIzotopów 238Pu,244Cm,90Sr

rozpad promieniotwórczy piezoelektryczny energiaizotopu 63Ni generator radioizotopowy elektryczna

promieniowanie β bateria energiaIzotopów 238Pu, 63Ni jądrowa elektryczna

79

7. Podsumowanie

- Przedstawiono krajowe zasoby kopalin ze szczególnym uwzględnieniem gazu

- Dokonano przeglądu technologii i źródeł energii elektrycznej- Podano charakterystykę techniczną ważniejszych źródeł- Szczegółowo opisano technologię siłowni parowych i gazowych

- Scharakteryzowano budowę i działanie odn. źródeł energii - Wskazano uwarunkowania

i specyfikę produkcji energii elektrycznej z OZE

- Podano rozliczenie i udział produkcji en. elektrycznej z OZE

- Przypomniano typowe schematy konwersji energii

80

Dziękuję za uwagę

Piotr Kubski

pikuba@op.pl

81