Wykorzystanie odnawialnych zasobów energii w energetyce

Komentarze

Transkrypt

Wykorzystanie odnawialnych zasobów energii w energetyce
Wykorzystanie odnawialnych zasobów energii w energetyce rozproszonej (J. Paska)
1. Małe elektrownie wodne
Rys. 1. Cykl przemian energetycznych, realizowanych
w elektrowni wodnej i uproszczony obraz strat energii
Ilość energii elektrycznej, jaką można uzyskać w elektrowni
wodnej, określa zależność
Ael = ( gH +
υ12/2
υ12
2
−
υ 22
2
− gΣhstr ) ρ V ηT ηG
[J]
– jednostkowa energia potencjalna wody w zbiorniku
gdzie:
górnym oraz energia kinetyczna związana z ruchem wody w tym
zbiorniku z prędkością υ1, υ22/2 – strata jednostkowej energii
kinetycznej wody odpływającej na dolnym poziomie z prędkością
υ2, gΣhstr – strata jednostkowej energii związana z oporami
przepływu wody w doprowadzeniach i odprowadzeniach z turbiny, g – przyspieszenie ziemskie [m/s2], H – spad niwelacyjny
[m], ρ – gęstość wody [kg/m3], υ1, υ2 – średnia prędkość dopływającej i odpływającej wody [m/s], V – objętość przepływającej
wody [m3], ηT i ηG – sprawność turbiny wodnej i generatora.
Ostatecznie
Ael = Au ρ V ηT ηg
[J]
Moc elektrowni wodnej przy założeniu ρ = 1000 kg/m3 i t = 1 s
P=
Ael
= Au Q ηT ηg
t
[kW]
gdzie: Q – przełyk elektrowni (turbiny), czyli strumień wody
przepływającej przez turbinę (turbiny) elektrowni [m3/s].
Jeśli cała różnica poziomów wody jest skoncentrowana na niewielkim obszarze, można pominąć spadki ciśnienia w przewodach doprowadzających wodę do turbiny. Na ogół prędkość wody przed i za spiętrzeniem jest taka sama, czyli υ1 = υ2. Wtedy:
Ael = 9,81HVηT ηG , P = 9,81HQηT ηG
W elektrowniach wodnych znajdują
zastosowanie cztery systemy turbin.
Każdy z nich ma odmienną budowę
przystosowaną do najlepszego wykorzystania wielkości spadu, przy jakim
ma pracować. Nazwy systemów turbin
pochodzą od nazwisk ich pierwszych
konstruktorów.
Peltona – do spadów największych, H = 50÷2000 m;
Francisa – do spadów dużych
i średnich, H = 10÷500 m;
Deriaza – do spadów średnich,
H = 50÷300 m;
Kaplana – do spadów małych,
H = 2÷80 m.
Z wyżej wymienionych jedynie turbiny
systemu Peltona są turbinami akcyjnymi, pozostałe zaś – są turbinami
reakcyjnymi.
Rys. 3. Turbina Kaplana typu gruszkowego
(rurowa);
1 – szczelna obudowa, 2 – łopatki wsporcze,
3 – łopatki kierownicze, 4 – generator,
5 – wentylator, 6 – właz
Rys. 2. Turbina Banki-Michella z napływem: a) poziomym, b) pionowym;
1 – łopatka kierownicza, 2 – wirnik turbiny
Widok turbiny Francisa
1
Turbina Archimedesa (ślimakowa)
Przełyk: 0,1 - 10 m3/s; Spad: 1 - 8 m;
Nachylenie: 22 - 36°; Moc: 1 - 500 kW
Wykorzystanie odnawialnych zasobów energii w energetyce rozproszonej (J. Paska)
Rys. 4. Obszary zastosowań turbin wodnych różnych typów typów (cross-flow – turbina BankiMichella, Turgo – podobna do turbiny Peltona)
W małych elektrowniach wodnych są stosowane
generatory synchroniczne oraz generatory asynchroniczne (indukcyjne).
Generatory synchroniczne stosowane
w elektrowniach wodnych (hydrogeneratory) są
to prądnice z jawnymi biegunami, zdolne do
wytwarzania zarówno mocy czynnej, jak i mocy
biernej.
Generator asynchroniczny (indukcyjny) to
maszyna klatkowa, napędzana przez turbinę
z prędkością nadsynchroniczną. Źródłem wzbudzania generatora asynchronicznego jest sieć, z
której pobiera on prąd magnesujący.
2. Elektrownie wiatrowe
a)
Rys. 5. Podstawowe elementy
elektrowni wiatrowej:
a) schemat funkcjonalny,
b) przekrój;
1 - silnik wiatrowy, 2 - generator
elektryczny, 3 - przekładnia mechaniczna, 4 - układ automatycznej regulacji i sterowania,
5 - urządzenia pomocnicze
Silnik wiatrowy jest charakteryzowany przez wartość wyróżnika szybkobieżności, wyrażającego się zależnością
b)
Z=
uz
υ
=
πrzϖ
30υ
gdzie: uz – prędkość obwodowa
końca łopat [m/s], υ – prędkość
wiatru [m/s], rz – odległość końca łopaty od osi obrotu wirnika
[m],
ω – prędkość obrotowa wirnika
-1
[min ].
W zależności od wartości wyróżnika szybkobieżności silniki wiatrowe dzieli się na:
wolnobieżne, zwane także turbinami wiatrowymi, o wyróżniku szybkobieżności Z ≤ 1,5; mają one wirnik o wielu
łopatach (12–40) i odznaczają się dużym momentem rozruchowym;
średniobieżne, o wyróżniku szybkobieżności: 1,5 < Z ≤ 3,5 i 4–7 łopatach;
szybkobieżne (śmigłowe) o Z > 3,5, mające wirniki w kształcie śmigła lotniczego z trzema, dwoma lub jedną łopatą,
mają one największą sprawność aerodynamiczną, lecz niewielki moment rozruchowy.
Energia i moc wiatru są związane z ruchem masy powietrza. Jeśli wektor prędkości wiatru jest równoległy do powierzchni terenu, a powietrze jest traktowane jako gaz idealny (nielepki i nieściśliwy) znajdujący się w ruchu laminarnym, to
energia masy powietrza m poruszającego się z prędkością υ jest określona zależnością: E =
1
mυ 2 . Przez powierzch2
nię S, zakreśloną przez łopaty wirnika silnika wiatrowego, prostopadłą do kierunku wiatru, przepływa strumień powietrza
•
•
m [kg/s]: m = ρSυ , gdzie: ρ – gęstość powietrza; stąd moc rozwijana przez ten strumień powietrza jest określona wzo1
rem: P = ρSυ 3 .
2
2
Wykorzystanie odnawialnych zasobów energii w energetyce rozproszonej (J. Paska)
Wprowadzenie wirnika silnika wiatrowego w strumień powietrza (wiatru) zaburza jego przepływ. Prędkość przed wirnikiem silnika maleje do wartości υ – ν, zaś za wirnikiem do wartości υ - ν1. Wartości zmian prędkości wiatru ν1 i ν nie są
sobie równe.
Moc przejmowana przez wirnik silnika wiatrowego jest określona iloczynem siły działającej na wirnik, równej zmianie
2
pędu wiatru, oraz prędkości wiatru przed wirnikiem: Pw = F(υ - ν) = mν1(υ - ν) = ρS(υ - ν) ν1(υ - ν) = ρS(υ - ν) ν1.
Z równania Bernoulliego dla przepływu przed i za wirnikiem silnika wiatrowego można wyliczyć, że ν1 = 2ν, więc:
2
Pw = 2ρ S(υ - ν) ν. Stopień wykorzystania przez silnik wiatrowy energii wiatru, zwany sprawnością strumieniową, jest
określony stosunkiem mocy przejmowanej przez wirnik Pw do mocy rozwijanej przez strumień powietrza (wiatr) P:
Pw 2 ρS (υ − v ) 2 v
v (υ − v ) 2
=
=4
. Można wykazać, że sprawność strumieniowa ηS osiąga maksimum przy
1
P
υ3
ρSυ 3
2
16
= 0,5926.
ν = 1/3 υ i jest wówczas równa: ηsmax =
27
ηs =
Zależność ta jest nazywana prawem Betza od nazwiska niemieckiego fizyka Alberta Betz’a, który jako pierwszy ją sformułował w 1919 roku. Sprawność strumieniowa jest w literaturze anglosaskiej nazywana sprawnością wirnika (ang.
rotor efficiency) i oznaczana jako CP. Jest ona funkcją stosunku v/υ (λ = ν/υ) oraz wyróżnika szybkobieżności Z.
Rys. 6. Zależność
sprawności strumieniowej (wirnika) od
ν/υ (a) oraz wyróżnika szybkobieżności Z
(b)
Moc jaką silnik wiatrowy może przekazać napędzanemu urządzeniu (generatorowi, kamieniom młyńskim, pompie), zwana mocą użyteczną Pu, jest jeszcze mniejsza na skutek strat aerodynamicznych.
Odzwierciedleniem tych strat jest sprawność aerodynamiczna ηa oraz sprawność mechaniczna ηm i moc użyteczna
wyraża się wzorem: Pu = ηaη m Pw
Moc elektrowni wiatrowej na zaciskach generatora wyraża się zależnością:
Pe = ηG Pu = ηG ηa ηm Pw = ηG ηa ηm ηs P
Pe max = ηG Pu max = ηGη aη m Pw max = ηGη aη mη s max P
gdzie ηG – sprawność generatora.
Łączna sprawność silnika wiatrowego i generatora (prądnicy) ηGηaηm zawiera się w przedziale 0,4÷0,8; zatem
Pe max = (0,237 ÷ 0,474) P
czyli maksymalna sprawność elektrowni wiatrowej (turbozespołu wiatrowego) mieści się w granicach 23,7%÷47,4%.
Przewiduje się możliwość uzyskania większych sprawności.
Rys. 7. Krzywe mocy zidentyfikowanych w Polsce
typów turbozespołów wiatrowych
2000
Moc generowana, kW
Na krzywej mocy można wyróżnić trzy charakterystyczne prędkości wiatru:
υr - prędkość rozruchową (załączenia, startu, ang.
cut-in), czyli prędkość wiatru, przy której uzyskuje się niezerową moc wyjściową turbozespołu wiatrowego (zwykle jest to 3÷4 m/s);
υo - prędkość odcięcia (wyłączenia, ang. cut-off),
czyli prędkość wiatru, przy której następuje wyłączenie turbozespołu wiatrowego ze względu
na możliwość jego uszkodzenia (zwykle jest to
20÷25 m/s, najczęściej ok. 25 m/s);
υN - prędkość mocy znamionowej, czyli prędkość
wiatru, przy której turbozespół wiatrowy osiąga
moc znamionową (zwykle jest to 12÷16 m/s).
2500
regulacja typu "pitch"
1500
regulacja typu "stall"
1000
500
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
Prędkość wiatru, m/s
3
Vestas V80-2MW
Gamesa G87-2MW
Gamesa G90 - 2MW
ENERCON E70 -2MW
ENERCON E82 -2MW
Nordex N90 -2,3 MW
Nordex N80 -2,5 MW
Nordex N90 -2,3 MW
Nordex N62 -1,3 MW
NM72c 1500 MW
RE-Power MD 1,5 MW
GE1,5 MW
27
28
29
30
Wykorzystanie odnawialnych zasobów energii w energetyce rozproszonej (J. Paska)
Turbozespoły wiatrowe z generatorami synchronicznymi
g) bezpośrednie połączenie z siecią
n = (1-s)60f/p; s ≈ 0÷0,08; pobór mocy biernej indukcyjnej
b) połączenie z siecią z pośrednictwem
przetwornic energoelektronicznych
Generator synchroniczny z układem wzbudzenia wirnika
Generator asynchroniczny z wirnikiem klatkowym (zwartym)
Turbozespoły wiatrowe z generatorami asynchronicznymi
a) bezpośrednie połączenie z siecią
n ≈ (0,8÷1,2) 60f/p; pobór mocy biernej indukcyjnej,
regulacja biernej mocy wyjściowej
c) połączenie z siecią z pośrednictwem
przemiennika AC
n ≈ (0,8÷1,2) 60f/p; pobór mocy biernej indukcyjnej
n = (1-s)60f/p; s ≈ 0÷0,1 (0,3); pobór mocy biernej indukcyjnej
e) nadsynchroniczna kaskada Kramera
Generator synchroniczny z magnesami trwałymi
Generator asynchroniczny z wirnikiem pierścieniowym
d) układ z dynamiczną regulacją poślizgu
n ≈ (0,8÷1,3) 60f/p; pobór mocy biernej indukcyjnej
f) generator asynchroniczny podwójnie
zasilany
n ≈ (0,8÷1,2) 60f/p; regulacja biernej mocy wyjściowej
n = 60f/p, regulacja biernej mocy wyjściowej
h) połączenie z siecią prądu stałego
n ≈ 0,5÷1,2 nN
i) połączenie z siecią z pośrednictwem
przetwornic energoelektronicznych
n ≈ (0,5÷1,2) 60f/p; pobór mocy biernej indukcyjnej,
regulacja biernej mocy wyjściowej
j) połączenie z siecią z pośrednictwem
przetwornic energoelektronicznych
n ≈ (0,5÷1,2) 60f/p, pobór mocy biernej indukcyjnej,
regulacja biernej mocy wyjściowej
k) połączenie z siecią z pośrednictwem
przetwornic energoelektronicznych
n ≈ (0,6÷1,2) 60f/p; pobór mocy biernej indukcyjnej,
regulacja biernej mocy wyjściowej
l) połączenie z siecią z pośrednictwem
przemiennika AC
n ≈ (0,8÷1,2) 60f/p; pobór mocy biernej indukcyjnej
Rys. 8. Rodzaje maszyn używanych jako generatory w elektrowniach wiatrowych w zależności od sposobu współpracy
z siecią energetyki zawodowej: SEE – system elektroenergetyczny, GAS – generator asynchroniczny, GS – generator
synchroniczny; n – mechaniczna prędkość obrotowa, nN – znamionowa prędkość obrotowa, s – poślizg generatora,
p – liczba par biegunów, f – częstotliwość w sieci
4
Wykorzystanie odnawialnych zasobów energii w energetyce rozproszonej (J. Paska)
Rys. 9. Modelowa sieć farmy
wiatrowej wraz z przyłączem
do systemu elektroenergetycznego
3. Elektrownie słoneczne
Rys. 10. Schematy ideowe elektrowni słonecznych: a) elektrownia heliotermiczna z kolektorami słonecznymi (typ 1),
b) elektrownia heliotermiczna hybrydowa (kombinowana) typu wieżowego z koncentracją heliostatyczną (typ 2),
c) elektrownia fotowoltaiczna kosmiczna;
1 – system kolektorów słonecznych, 2 – zbiornik ogrzanej wody, 3 – pompa, 4 – wymiennik ciepła (wytwornica pary freonu),
5 – turbina, 6 – generator, 7 – skraplacz, 8 – lustra heliostatów, 9 – kocioł słoneczny, 10 – kocioł dodatkowy (na olej opałowy
lub gaz), 11 – baterie ogniw słonecznych, 12 – elektryczna linia przesyłowa, 13 – antena emitująca, 14 – antena odbiorcza
5
Wykorzystanie odnawialnych zasobów energii w energetyce rozproszonej (J. Paska)
Koncentrator paraboliczny rynnowy
Elektrownia GEMASOLAR (19,9 MW)
w Hiszpanii (k. Sewilli) – typ wieżowy
Rys. 11. Urządzenia do pozyskiwania energii słonecznej: a) płaski kolektor słoneczny, b) kolektor z koncentratorem parabolicznym, c) heliostat śledzący dwuosiowy, d) pole heliostatów; 1 – koncentrator paraboliczny rynnowy,
2 - promienie słoneczne, 3 - ogrzewany olej
Rys. 12. Schemat elektrowni heliotermicznej
z koncentratorami parabolicznymi SEGS (bloki
30 MW-owe w Kramer Junction):
1 – podgrzewacz gazowy (planowany),
2 – magazyn energii (planowany),
3 – słoneczny przegrzewacz pary,
4 – wytwornica pary, 5 – słoneczny podgrzewacz wstępny, 6 – słoneczny przegrzewacz
wtórny, 7 – zbiornik wyrównawczy, 8- kocioł
gazowy, 9 – odgazowywacz, 10 – skraplacz,
11 – wstępny podgrzewacz niskiego ciśnienia
Tablica 1. Dane techniczne koncentratora parabolicznego LS-3 oraz instalacji SEGS-7
Koncentrator paraboliczny rynnowy LS-3
Instalacja SEGS-7
Data uruchomienia (po raz pierwszy)
1988
Czas budowy [miesiące]
15
Powierzchnia zwierciadeł [m2]
545
Moc netto [MW]
30
Długość rynien [m]
99,0
Roczne zużycie gazu [tys. m3]
8150
Liczba zwierciadeł
224
Roczna produkcja energii elektrycznej [GWh]
94,41
Stopień odbicia [%]
94
w tym: w instalacji słonecznej [%]
76
Średnica rury absorpcyjnej [mm]
70
w instalacji gazowej [%]
24
Stopień absorpcji [%]
94/97
Roczny czas pracy (łącznie z gazem) [h]
3147
Temperatura wyjściowa oleju termicznego [°C]
349÷397 Obj ętość oleju termicznego [m3]
349
Maksymalna sprawność termiczna [%]
68
Pole powierzchni kolektorów [m2]
183120
Średnia roczna sprawność termiczna [%]
53
w tym: LS-2 [%]
48,4
Dopuszczalna prędkość wiatru [km/h]
56
LS-3 [%]
51,6
Niszcząca prędkość wiatru [km/h]
128
Temperatura wyjściowa oleju [°C]
393
Temperatura i ciśnienie pary obiegu słonecznego [°C/MPa] 371/10
Temperatura i ciśnienie pary obiegu gazowego [°C/MPa]
510/10
Sprawność obiegu słonecznego/gazowego [%]
37,5/39,5
Koszt jednostkowy [USD/kW]
3896
Elektrownia heliotermiczna
z silnikiem Stirlinga
Przewidywany czas pracy [lata]
6
30
Wykorzystanie odnawialnych zasobów energii w energetyce rozproszonej (J. Paska)
Tablica 2. Charakterystyka elektrowni heliotermicznych typu wieżowego
Nazwa instalacji
SSPS
EURELIOS
SUNSHINE
1
Solar One
CESA-1
MSEE/Cat B
THEMIS
SPP-5
TSA
2
Solar Two
3
PS10
Kraj
Hiszpania
Włochy
Japonia
USA
Hiszpania
USA
Francja
Rosja
Hiszpania
USA
Hiszpania
Moc elektryczna,
[MW]
0,5
1,0
1,0
10,0
1,0
1,0
2,5
5,0
1,0
10,0
11,02
Czynnik roboczy
w odbiorniku
ciekły sód
woda/para wodna
woda/para wodna
woda/para wodna
woda/para wodna
sole azotowe
sole azotowe Hitec
woda/para wodna
powietrze
sole azotowe
woda/para wodna
Medium magazynujące
ciekły sód
sole azotowe/woda
sole azotowe/woda
olej/złoże kamienne
Sole azotowe
sole azotowe
sole azotowe Hitec
woda
złoże ceramiczne
sole azotowe
para nasycona
Rok budowy
1981
1981
1981
1982
1983
1984
1984
1986
1993
1996
2006
Generator fotoelektryczny, inaczej fotoogniwo (ogniwo fotowoltaiczne, ogniwo słoneczne), jest przetwornikiem, w którym przy wykorzystaniu efektu fotoelektrycznego zachodzi bezpośrednia przemiana energii promieniowania elektromagnetycznego w energię elektryczną. Jeżeli źródłem promieniowania jest (jak zresztą bywa najczęściej) Słońce, generator
fotoelektryczny jest zwykle nazywany ogniwem słonecznym.
Zasada bezpośredniej przemiany energii promieniowania świetlnego w energię elektryczną jest znana od dawna. Zjawisko fotoelektryczne występuje w ciałach pod wpływem absorpcji promieniowania elektromagnetycznego. Może ono być
zewnętrzne (emisja fotoelektronowa) i wewnętrzne. Działanie generatora fotoelektrycznego jest oparte na wykorzystaniu
zjawiska fotoelektrycznego wewnętrznego (odkrytego przez A. C. Becquerela w 1839 r.), polegającego na uwalnianiu
elektronów z sieci krystalicznej ciała poddanego działaniu promieniowania świetlnego, a także na powstawaniu na złączu
metalu i półprzewodnika (w starszych rozwiązaniach) lub złączu dwu różnych półprzewodników (w obecnych rozwiązaniach) siły fotoelektromotorycznej (SFEM).
promieniowanie
przewodnik
półprzewodnik n
złącze p-n
półprzewodnik p
przewodnik
Rys. 13. Budowa ogniwa fotowoltaicznego
Rys. 14. Ogniwo słoneczne (PV), moduł i panel
Rys. 15. Elektryczny schemat zastępczy generatora fotoelektrycznego: 1 - idealne źródło prądu, 2 - dioda,
Rw - rezystancja wewnętrzna przetwornika,
Rs - rezystancja szeregowa przetwornika,
Rz - rezystancja obciążenia
Rys. 16. Charakterystyka I-U panelu PV z krzemu krystalicznego przy stałej temperaturze powietrza
(zbudowanego z modułów GPV 110ME o mocy maksymalnej 110 W): MPP – punkt mocy maksymalnej (Maximum Power Point)
1
2
3
Została zdemontowana w 1988 roku a jej elementy (w tym heliostaty i wieżę) wykorzystano przy budowie elektrowni Solar Two.
Eksploatację zakończono w 1999 roku.
Zlokalizowana koło Sewilli, wysokość wieży 90 m, 624 heliostaty o powierzchni 121 m2 każdy, powierzchnia zajmowana przez elektrownię 60 ha, roczna produkcja energii elektrycznej 23 GW⋅h.
7
Wykorzystanie odnawialnych zasobów energii w energetyce rozproszonej (J. Paska)
Tablica 3. Porównanie sprawności ogniw fotowoltaicznych
Sprawność ogniwa, %
teoretyczna w warunkach laboratoryjnych modułów komercyjnych
Krzem monokrystaliczny
30
23,5
12÷14
Krzem monokrystaliczny - z koncentratorem
37
28,2
13÷15
Krzem polikrystaliczny
25
17,8
11÷13
Krzem amorficzny
17
13,0
5÷7
Tellurek kadmu (CdTe)
27
15,8
6÷7
Selenek indowo-miedziowy (CIS)
19
17,7
10,2 (prototyp)
Arsenek galu (GaAs)
28
27,6
brak danych
Arsenek galu (GaAs) - z koncentratorem
39
29,2
brak danych
Materiał ogniwa
4. Elektrownie na biomasę, geotermiczne i inne
Energię zgromadzoną w biomasie można wykorzystywać trzema metodami:
przez bezpośrednie spalanie biomasy jako paliwa podstawowego (odpady rolnicze w postaci słomy i
siana, śmieci i niektóre odpady komunalne, odpady drewna),
współspalanie z innym paliwem (w warunkach polskich przede wszystkim z węglem),
przez zgazowanie/pirolizę lub fermentację biomasy i spalanie otrzymanego produktu - gazu (biogazu).
Tablica 4. Skład i właściwości fizyczne słomy i drewna w porównaniu z węglem
Biomasa - stałe lub ciekłe substancje
pochodzenia roślinnego lub zwierzęcego, które ulegają biodegradacji, pochodzące z produktów, odpadów i pozostałości z produkcji rolnej oraz leśnej,
a także przemysłu przetwarzającego ich
produkty, a także części pozostałych
odpadów, które ulegają biodegradacji.
Składniki i parametry Jednostka Słoma Drewno Węgiel kamienny
4
Węgiel
% wag.
48,5
50,5
82,4
Tlen
% wag.
44
43
10,3
Wodór
% wag.
6
6
5,0
Chlor
% wag.
0,5
0,1
0,08
Azot
% wag.
0,8
0,3
1,4
Siarka
% wag.
0,2
0,1
0,8
Zawartość wilgoci
% wag.
15
30
12
Zawartość popiołu
% wag.
4
1
12
Zawartość części lotnych
% wag.
70
55
25
Wartość opałowa
MJ/kg
14,4
10,5
25
Tablica 5. Skład i właściwości fizyczne biogazu
Biogaz – gaz pozyskany
z biomasy, w szczególności
z instalacji przeróbki odpadów
zwierzęcych lub roślinnych,
oczyszczalni ścieków oraz
składowisk odpadów.
4
Granica
Wartość Temperatura
Gęstość wybuchoopałowa
zapłonu
wości
3
3
K
kg/m
% CH4
%
MJ/m
52÷85
35,8
923÷1023
0,72
14÷48
1,98
0,5
10,8
803÷863
0,09
0,08÷5,5
22,3
1,54
< 2,1
12,2
917÷931
1,25
0,6÷7,5
1,25
<1
1,43
Udział
Składnik biogazu
Metan CH4
Dwutlenek węgla
Wodór H2
Siarkowodór H2S
Tlenek węgla CO
Azot N2
Tlen O2
Biogaz o zawartości 65%
CH4
-
23
923÷1023
Skład elementarny (pierwiastkowy) podano w odniesieniu do biomasy suchej i bezpopiołowej.
8
1,2
5,4÷13,9
Wykorzystanie odnawialnych zasobów energii w energetyce rozproszonej (J. Paska)
spaliny
5
3
7
biogaz
8
2
1
G
~
9
4
10
6
Rys. 18. Schemat ideowy elektrociepłowni biogazowej:
1 - silnik wysokoprężny systemu Otto,
2 - generator elektryczny, 3 - kocioł odzysknicowy,
4 - wymiennik ciepła, 5 - odbiory technologiczne, 6 - odbiory
grzewcze, 7 - sieć energetyki zawodowej,
8 - transformator sprzęgający z siecią, 9 – rozdzielnica,
10 - lokalne odbiory energii elektrycznej
Rys. 17. Możliwości wykorzystania gazu wysypiskowego
Rys. 19. Lokalizacja zasobów energii geotermicznej
(rejony zakreskowane) oraz większych, działających
elektrowni geotermicznych (∆)
Do wytworzenia energii elektrycznej w elektrowniach geotermicznych mogą być wykorzystane następujące systemy:
hydrotermiczny wysokotemperaturowy – wykorzystuje
się w nim źródła z przewagą wody lub pary,
hydrotermiczny niskotemperaturowy – występują w nim
dwa obiegi czynnika roboczego,
wykorzystujący ciepło suchych gorących skał (dry hot
rocks),
magmowy.
a)
b)
4
8
Rys. 20. Schematy elektrowni geotermicznych:
a) elektrownia zasilana parą wodną,
b) elektrownia zasilana mieszaniną wodno-parową, c) elektrownia z obiegiem
wtórnym, d) elektrownia wykorzystująca
ciepło suchych gorących skał;
1 - otwory geotermiczne, 2 - pompa,
3 - turbina, 4 - generator, 5 - skraplacz,
6 - oddzielacz wody, 7 - wymiennik ciepła
(wytwornica pary), 8 - separator związków chemicznych, 9 - odgazowywacz,
10 - parownik, 11 - skały osadowe i wulkaniczne o grubości ok. 600 m,
12 - granit, 13 - kawerna na głębokości
ponad 3000 m
3
6
9
G
~
4
10
G
3
~
5
6
5
1
1
c)
d)
7
7
3
2
4
4
G
G
3
~
5
2
5
2
2
1
1
13
9
~
11
12
Wykorzystanie odnawialnych zasobów energii w energetyce rozproszonej (J. Paska)
Tablica 6. Podstawowe dane ciepłowni geotermalnych funkcjonujących w Polsce
Obiekt
Bańska Niżna - Zakopane
Pyrzyce
Mszczonów
Uniejów
Słomniki k. Krakowa
Stargard Szczeciński
Rok uruchomienia
1994/2001
1996
1999
2001
2002
2005
Temperatura wody
w złożu, °C
82/86
61
40
67÷70
17
86,9
Głębokość
złoża, m
2000÷3000
1500÷1650
1600÷1700
Ok. 2000
300
2670
Mineralizacja,
g/l
3
120
0,5
6,8÷8,8
120
Wydatek,
m3/h
120 + 550
2×170
60
68
260
300
Całkowita moc
cieplna, MW
42
50
12
4,6
3,5
14
Uproszczony schemat ciepłowni geotermalnej w Pyrzycach
Uruchomiona w 1996 roku w Pyrzycach gazowo-geotermalna ciepłownia o mocy 50 MW, była pierwszą dużą
instalacją w Polsce, wykorzystującą do produkcji ciepła ujęcie geotermalne o mocy maksymalnej 13 MW
oraz szczytowe kotły gazowe. W układzie ciepłowni zastosowano absorpcyjne pompy ciepła, zasilane energią cieplną wytworzoną w kotłach wysokotemperaturowych.
Woda wydobywana z głębokości 1650 m, za pomocą dwóch dubletów o wydajność pojedynczego otworu
3
170 m /h, przepływa przez zespół filtrów trafiając do geotermalnych wymienników ciepła.
W wymienniku głównym ciepło wody geotermalnej przekazywane jest do wody sieciowej, podgrzewając ją
do temperatury 60°C. Schłodzona woda geotermalna ki erowana jest do drugiego wymiennika, gdzie ulega
dalszemu ochłodzeniu do temperatury 26°C, po czym z atłaczana jest do ziemi. W drugim wymienniku geotermalnym podgrzewa się tylko część wody powrotnej z sieci miejskiej, która najpierw ulega schłodzeniu do
temperatury 25°C w parowaczach absorpcyjnych pomp c iepła, a następnie zostaje podgrzana w drugim
wymienniku do temperatury 41°C. Do wody sieciowej o puszczającej wymienniki dopływają strumienie wody
ogrzanej: w absorberach i skraplaczach pomp ciepła oraz w chłodnicach spalin kotłów szczytowych i wysokotemperaturowych. Całkowity strumień ogrzanej wody sieciowej dopływa do kotłów szczytowych, w których
jest dogrzewany do wymaganej temperatury.
Oceany i morza, stanowiąc znaczną część powierzchni kuli ziemskiej, otrzymują od Słońca (nie tylko) dużą
ilość energii. Są one zatem potencjalnym źródłem energii odnawialnej, którą można spożytkować do produkcji energii elektrycznej. Jest to możliwe dzięki wykorzystaniu:
energii pływów morskich (elektrownie pływowe) i fal (elektrownie maremotoryczne),
ciepła wód (elektrownie maretermiczne),
różnic zasolenia wód (gradientu zawartości soli),
energii prądów oceanicznych (elektrownie maremotoryczne).
10

Podobne dokumenty