Informacja dotycząca zastosowania odnawialnych źródeł energii

Informacja dotycząca zastosowania odnawialnych źródeł energii

Wydział Ochrony Środowiska, Rolnictwa i Leśnictwa
Starostwa Powiatowego w Żninie
Informacja
dotycząca zastosowania
odnawialnych źródeł energii
wrzesień 2016r.
Rozwój wytwarzania energii elektrycznej w odnawialnych źródłach wynika z potrzeby
ochrony środowiska oraz wzmocnienia bezpieczeństwa energetycznego. Celem działań w tym
zakresie jest zwiększenie wytwarzania energii ze źródeł odnawialnych, wspieranie rozwoju
technologicznego i innowacji, tworzenie możliwości rozwoju regionalnego oraz większe
bezpieczeństwo dostaw energii zwłaszcza w skali lokalnej.
Ze zobowiązań wynikających m.in. z pakietu klimatycznego 3 x 20 wynika, że do 2020 roku
Polska ma obowiązek uzyskać 15% udział OZE w zużyciu energii. Dążenie do zwiększenia
udziału tych źródeł w bilansie produkcji energii elektrycznej w kraju, ze względu na wysokie
koszty inwestycji wymaga stosowania odpowiednich systemów wsparcia, będących gwarancją
ich systematycznego rozwoju.
Mechanizm wsparcia przedsiębiorców wytwarzających energię elektryczną w OZE jest
dwukierunkowy i polega na obowiązkowym zakupie wytworzonej energii elektrycznej przez
sprzedawcę z urzędu oraz wydawaniu przez Prezesa URE świadectw pochodzenia (OZE), które
potwierdzają wytworzenie energii elektrycznej w źródle odnawialnym. Świadectwa te, w
postaci Praw Majątkowych z nich wynikających, mogą być zbywane na Towarowej Giełdzie
Energii, stanowiąc dodatkowe źródło przychodu dla podmiotów produkujących energię
przyjazną środowisku.
Energia
odnawialna
pochodzi
z naturalnych,
niewyczerpywanych
źródeł
wykorzystujących w procesie przetwarzania energię wiatru, promieniowania słonecznego,
ciepła ziemi, czyli geotermalną, fal, prądów i pływów morskich, spadku rzek oraz energię
pozyskiwaną z biomasy, biogazu wysypiskowego, a także z biogazu powstałego w procesach
odprowadzania lub oczyszczania ścieków lub rozkładu składowanych szczątek roślinnych
i zwierzęcych. W przeciwieństwie, paliwa kopalne tj. węgiel czy ropa są zużywane w miarę
upływu czasu. Odnawialne źródła energii mają zróżnicowane pochodzenie i lokalne zasoby,
dlatego wymagają też różnych technologii do ich wychwytywania. Technologie
wykorzystywane do produkcji energii z odnawialnych źródeł są wymienione poniżej.
Energia słoneczna
Energia słoneczna, inaczej solarna powstaje przy wykorzystaniu energii promieniowania
słonecznego poprzez tzw. konwersję fotowoltaiczną. Energię promieniowania słonecznego
można wykorzystywać na dwa podstawowe sposoby:
2
a) zamieniać ją bezpośrednio w energie elektryczną w ogniwach fotowoltaicznych
(konwersja fotowoltaniczna),
b) zamieniać ją w ciepło, które z kolei może być wykorzystane np. do ogrzewania
wody użytkowej, lub w elektrowniach słonecznych do wytwarzanie energii
elektrycznej.
Technologie energii słonecznej bazują na wykorzystaniu energii cieplnej do celów grzewczych,
a także wykorzystują promieniowanie słoneczne do produkcji energii elektrycznej. Dziś
energia słoneczna jest jednym z najszybciej rozwijających się przemysłów na świecie i jedną
z najszybciej rozwijającą się technologią energetyczną.
Roczna gęstość promieniowania słonecznego w Polsce na płaszczyznę poziomą waha się
w granicach 950 - 1250 kWh/m2. Około 80% całkowitej rocznej sumy nasłonecznienia
przypada na sześć miesięcy sezonu wiosenno-letniego, od początku kwietnia do końca
września, przy czym czas operacji słonecznej w lecie wydłuża się do 16 godz./dzień, natomiast
w zimie skraca się do 8 godzin dziennie. W skali roku możemy liczyć na usłonecznienie
w przedziale od 1390 do 1900 godzin, w zależności od regionu. Średnio przyjmuje się wartość
około 1600 godzin. Planując inwestycje w technologie energii słonecznej należy jednak
pamiętać, że nasłonecznienie podlega wahaniom w zależności od pory dnia i roku, a w naszej
strefie klimatycznej pogoda jest kapryśna, co wpływa na zmienną ilość dni słonecznych w roku.
Kolektory słoneczne.
Kolektor słoneczny jest podstawowym elementem instalacji słonecznej. Jego zadaniem jest
przekształcenie energii słonecznej w energię cieplną poprzez specjalną płytę absorpcyjną.
Kolektory słoneczne służą do odbioru energii cieplnej promieniowania słonecznego i
przekazywania jej poprzez tzw. czynnik grzewczy i wymiennik ciepła znajdujący się w
zbiorniku (bojlerze), do ogrzania wody. Ze względu na cenę oraz prostą konstrukcję
najpopularniejsze w Polsce są tzw. kolektory cieczowe płaskie. Kolektory słoneczne wykonane
są z wysokiej jakości materiałów jak: miedź, aluminium, specjalne szkło solarne i izolacja
cieplna, co zapewnia ich długą (ponad 25 lat) i bezawaryjną pracę w naszych warunkach
klimatycznych. Ze względu na lekką (ok. 38 kg) i szczelną konstrukcję, kolektory słoneczne
nie mają ograniczeń co do miejsca montażu i mogą być montowane na: dachu, ścianie budynku,
bezpośrednio na ziemi
3
Kolektory dzielimy na:
a) płaskie,
b) gazowe,
c) cieczowe,
d) dwufazowe,
e) płaskie próżniowe,
f)
próżniowo-rurowe (nazywane też próżniowymi, w których rolę izolacji spełniają
próżniowe rury),
g) skupiające (prawie zawsze cieczowe),
h) specjalne (np. okno termiczne, izolacja transparentna).
Najczęściej wykorzystuję się je do:
1) Podgrzewania wody użytkowej.
2) Podgrzewanie wody basenowej.
3) Wspomagania centralnego ogrzewania.
Zalety wykorzystania energii pochodzącej z promieniowania słonecznego to:
1) Wszechobecność dostępu energii.
2) Najmniej ujemny wpływ na środowisko.
3) Brak emisji szkodliwych substancji.
4) Możliwość bezpośredniej konwersji na inne formy energii.
5) Łatwy montaż kolektorów.
Wady:
1) Do budowy ogniw fotowoltaicznych używa się pierwiastków toksycznych (kadm,
arsen, selen, tellur).
2) Instalacja ogniw zajmuje rozległe obszary.
3) Zmienność promieniowania słonecznego.
Kolektory słoneczne służą do konwersji fotochemicznej energii słonecznej w ciepło użyteczne,
do wykorzystania dla potrzeb ogrzewania pomieszczeń (c.o.), produkcji ciepłej wody
użytkowej (c.w.u.), chłodzenia oraz wytwarzania ciepła technologicznego. Wg badań
optymalna wartość kąta nachylenia kolektora powinna wynosić ok. 42 - 55 st. C.
4
Płaskie kolektory słoneczne.
Najważniejszym elementem kolektora słonecznego jest absorber z blachy miedzianej lub
aluminiowej, rzadziej stalowej, do której przymocowane na całej swojej długości są rury
miedziane, przez które przepływa czynnik niezamarzający. Całość pokryta jest warstwą
wysokoselektywną, czyli taką, która posiada bardzo wysoki współczynnik absorpcji dla
promieniowania słonecznego oraz
niski
współczynnik
emisji
dla promieniowania
podczerwonego. Aby uchronić absorber przed stratą ciepła do otoczenia umieszcza się go
w szczelnym "pudle" dobrze izolowanym płytą poliuretanową lub wełną mineralną od spodu.
Całość przykryta jest szybą. Drugim równie ważnym elementem jest jego przeźroczyste
pokrycie. Najczęściej używa się szyb szklanych hartowanych o niskiej zawartości żelaza w celu
zwiększenia przepuszczalności dla promieniowania słonecznego.
Próżniowe kolektory słoneczne.
Kolektory próżniowe to wysoko zaawansowany, szczytowy produkt techniki solarnej. Jest do
30% sprawniejszy od kolektorów płaskich, zwłaszcza w okresach wiosennym i jesienno zimowym. Wynika to ze zdolności kolektora próżniowego do absorbowania promieniowania
rozproszonego i drastycznie ograniczonych strat ciepła dzięki próżni w rurach kolektora.
W tego typu kolektorach słonecznych powierzchnia absorbująca znajduje się wewnątrz
szklanych rurek, które ze względu na panującą w nich próżnię muszą być dodatkowo odporne
na działanie ciśnienia. Kilka rurek połączonych szeregowo lub częściej przez rozdzielacz
tworzą kolektor słoneczny. Dużą zaletą kolektorów próżniowych są wysokie temperatury
uzyskiwane przez czynnik grzewczy. Temperatury rzędu 150 st. C mogą posłużyć
do
ogrzewania
wody,
ale
także
do
produkcji
pary
technologicznej.
Ogniwa fotowoltaiczne.
Ogniwa fotowoltaiczne (PV) służą do przekształcania energii promieniowania słonecznego na
energię elektryczną za pomocą tzw. ogniw słonecznych. Ogniwa fotowoltaiczne wytwarzają
prąd stały (DC), który przekształcany jest w prąd zmienny (AC) lub bezpośrednio ładuje
akumulatory. Wykorzystuje się je w elektrowniach słonecznych, do ogrzewania domów,
w małych zegarkach i kalkulatorach, a przede wszystkim w przestrzeni kosmicznej, gdzie
5
promieniowanie słoneczne jest dużo silniejsze. Obecnie wyróżnia się trzy typy ogniw
fotowoltaicznych:
a) monokrystaliczne – wykorzystujące jednorodną warstwę krzemu,
b) polikrystaliczne–wykorzystujące niejednorodną warstwę krzemu,
c) amorficzne – krzemowe ogniwa, w których krzem jest materiałem mniej uporządkowanym
w stosunku do klasycznych ogniw.
Ogniwa monokrystaliczne stosuje się zazwyczaj przy mocach do 150-180W jednego panelu
fotowoltaicznego, z kolei polikrystaliczne są stosowane dla mocy powyżej 200W w jednym
panelu fotowoltaicznym. Natomiast ogniwa z krzemu amorficznego są powszechnie używane
w produktach wymagających małej mocy zasilania (kalkulatory kieszonkowe, zegarki, itp.).
Typowe ogniwo fotowoltaiczne jest to płytka półprzewodnikowa z krzemu krystalicznego lub
polikrystalicznego, w której została uformowana bariera potencjału np. w postaci złącza p-n.
Grubość płytek zawiera się w granicach 200 - 400 mikrometrów. Na przednią i tylnią stronę
płytki naniesione są metaliczne połączenia, będące kontaktami i pozwalające płytce działać
jako ogniwo fotowoltaiczne.
Pojedyncze ogniwo produkuje zazwyczaj pomiędzy 1 a 2 W, co jest niewystarczające dla
większości zastosowań. Dla uzyskania większych napięć lub prądów ogniwa łączone są
szeregowo lub równolegle tworząc moduł fotowoltaiczny. Moduły są hermetyzowane, aby
uchronić je przed korozją, wilgocią, zanieczyszczeniami i wpływami atmosfery. Obudowy
muszą być trwałe, ponieważ dla modułów fotowoltaicznych oczekuje się czasów życia
przynajmniej 20 - 30 lat. Na rynku znajduje się szeroki wachlarz modułów o różnej wielkości
pokrywający zapotrzebowanie na szybko rosnącą ilość zastosowań fotowoltaicznych.
Energia wodna
Energia wodna wykorzystuje mechanikę płynącej wody, która następnie jest
przekształcana w energię elektryczną, dzięki całemu systemowi tam czy jazów wodnych.
Płynąca woda jest także wykorzystywana bezpośrednio do napędu maszyn i kół wodnych, jak
np. w młynie wodnym. Pobieranie tej energii jest bardzo korzystne zarówno ze względu na
ekologiczny, jak i ekonomiczny charakter, bowiem dostarcza ona ekologicznie czystej energii
i reguluje stosunki wodne zwiększając retencję wód powierzchniowych. Polepsza to warunki
uprawy roślin oraz warunki zaopatrzenia ludności i przemysłu w wodę. Działanie elektrowni
6
wodnych jest dość proste. Woda z rzek spływa z wyżej położonych terenów takich jak np. góry,
czy wyżyny do zbiorników wodnych (mórz lub jezior) położonych np. na nizinach. Przepływ
wody w rzece spowodowany jest różnicą energii potencjalnej wód rzeki w górnym i dolnym
biegu. Energia potencjalna zamienia się w energię kinetyczną płynącej wody. Fakt ten
wykorzystuje się właśnie w elektrowni wodnej przepuszczając przez turbiny wodne płynącą
rzeką wodę. Duża elektrownia wodna może zasilać nawet całe kilkutysięczne miasto.
Elektrownie wodne można podzielić na dwie kategorie:
1. Elektrownie z naturalnym dopływem wody:
• elektrownie regulacyjne – inaczej zbiornikowe, tzn. , że przed elektrownią znajduje
się zbiornik wodny, który wyrównuje sezonowe różnice w ilości płynącej wody.
• elektrownie przepływowe, które nie posiadają zbiornika, więc ilość wyprodukowanej
energii zależy od ilości wody płynącej w rzece w danym momencie.
2. Elektrownie szczytowo – pompowe, które znajdują się pomiędzy dwoma zbiornikami
wodnymi – tzn. górny i dolnym. Te elektrownie umożliwiają kumulację energii w
okresie małego zapotrzebowania na nią przez pompowanie wody ze zbiornika dolnego
do górnego. Natomiast w okresie większego zapotrzebowania energia wyzwalana jest
przez spuszczanie wody ze zbiornika górnego do dolnego za pomocą turbin wodnych.
W gruncie rzeczy, jedynie pierwsza grupa elektrowni wodnych może być zakwalifikowana do
kategorii energii odnawialnych, gdyż elektrownie szczytowo – pompowe wymagają więcej
energii na pompowanie wody niż zwracają jej do systemu energetycznego.
Zalety wykorzystania energii uzyskanej z wody:
1) Czyste odnawialne źródło energii.
2) Możliwość szybkiego zatrzymywania i uruchamiania elektrowni.
3) Małe problemy przy utrzymywaniu i eksploatacji elektrowni.
4) Sztuczne zbiorniki wodne gromadzą wodę, zmniejszając tym samym ryzyko powodzi.
Wady:
1) Zależność od opadów deszczu.
2) Konieczność zalania dużych obszarów i przesiedlenia ludzi, co niszczy naturalne siedliska
roślin i zwierząt.
3) Lokalne zmiany klimatyczne.
7
Małe elektrownie wodne
Z powodu niekorzystnych warunków rozwoju dużych elektrowni wodnych rozwój energetyki
wodnej w Polsce w najbliższych latach będzie należał do tzw. Małych Elektrowni Wodnych
(MEW), które mogą wykorzystywać potencjał niewielkich rzek, rolniczych zbiorników
retencyjnych, systemów nawadniających, wodociągowych, kanalizacyjnych i kanałów
przerzutowych. Według przyjętej nomenklatury są to elektrownie o mocy zainstalowanej nie
większej niż 5 MW. Zalety małych elektrowni wodnych to:
a) nie zanieczyszczają środowiska i mogą być instalowane w licznych miejscach na
małych ciekach wodnych,
b) są elementem regulacji stosunków wodnych,
c) poprawiają jakość wody poprzez oczyszczanie mechaniczne na kratach wlotowych do
turbin pływających zanieczyszczeń oraz zwiększają natlenienie wody, co poprawia ich
zdolność do samooczyszczania biologicznego,
d) są przeważnie znakomicie wkomponowane w krajobraz,
e) mogą być wykorzystywane do celów przeciwpożarowych, rolniczych, małych
zakładów przetwórstwa rolnego, melioracji, rekreacji, sportów wodnych oraz
pozyskiwania wody pitnej,
f)
mogą być zaprojektowane i wybudowane w ciągu 1-2 lat, wyposażenie jest dostępne
powszechnie, a technologia dobrze opanowana,
g) prostota techniczna powoduje wysoką niezawodność i długą żywotność oraz niskie
nakłady inwestycyjne,
h) wymagają nielicznego personelu i mogą być sterowanie zdalnie,
i)
rozproszenia w terenie skraca odległości przesyłu energii i zmniejsza związane z tym
koszty
Energia wiatru
Energia wiatrowa zwana jest także energią kinetyczną, uzyskiwaną z przemieszczających się
mas powietrza. Urządzenia przekształcające energię wiatrową w energię elektryczną,
nazywamy turbinami wiatrowymi. System kilku lub kilkunastu turbin wiatrowych, stanowi
podstawę tzw. elektrowni wiatrowej.
Zalety wykorzystania energii uzyskiwanej z wiatru:
8
1) Brak zanieczyszczeń środowiska - wytwarzanie energii z wiatru nie powoduje emisji
żadnych szkodliwych związków do atmosfery ani powstawania odpadów.
2) Wykorzystanie odnawialnego, niewyczerpywalnego źródła energii, co za tym idzie:
oszczędność paliw, procesu ich wydobywania i transportu.
3) Teren w bezpośrednim sąsiedztwie turbin wiatrowych może być w pełni wykorzystywany
do celów rolniczych.
4) Stały koszt jednostkowy uzyskiwanej energii oraz wzrastająca konkurencyjność
ekonomiczna w stosunku do konwencjonalnych źródeł energii.
5) Minimalne straty przesyłu - siłownie wiatrowe/ turbiny wiatrowe mogą być budowane
bezpośrednio u użytkownika lub w miejscach odległych, wymagających w przypadku
energetyki konwencjonalnej specjalnych przyłączeń do sieci.
6) Prosta obsługa, krótki czas montażu, niskie koszty obsługi i eksploatacji
Wady:
1) Wysokie koszty inwestycji w budowę turbin wiatrowych.
2) Zmienność mocy w czasie - wytwarzana moc zależna jest od siły wiatru.
3) Hałas.
4) Zagrożenie dla ptaków - podobne jak w przypadku linii wysokiego napięcia.
5) Zmiany krajobrazu
Energia wiatru powstaje dzięki różnicy temperatur mas powietrza, spowodowanej
nierównym nagrzewaniem się powierzchni Ziemi. Turbina wiatrowa uzyskuje swoją moc
poprzez konwersję wiatru poprzez moment obrotowy działając na łopaty wirnika produkując
energię elektryczną. Energia wiatru jest szeroko dostępna, redukuje emisję gazów
cieplarnianych, gdyż zastępuje energetykę konwencjonalną opartą na paliwach kopalnych.
Zmienność wiatru nie powoduje dużych wahań w działaniu systemów energetycznych,
o ile nie stanowi dominującego udziału energii. Według duńskich doświadczeń zalecany udział
energii
wiatrowej
w systemie
energetycznym
nie
powinien
przekraczać
20%.
Turbiny wiatrowe mogą być budowane i na lądzie, i na wodzie tzw. off-shore, przy czym
większy uzysk energii jest możliwy na farmach morskich oraz ich lokalizacja jest mniej
kłopotliwa dla skupisk ludzkich, jednak przyłączenie do sieci takiej elektrowni jest bardziej
skomplikowane.
Współcześnie dostępne turbiny mają rozpiętość od kilkudziesięciu kW, po duże kilku
megawatowe urządzenia. W 2012r. łączna moc odnawialnych źródeł energii elektrycznej
zainstalowanych w Polsce wyniosła 4 416,08 MW, co oznacza wzrost o 1334,045 MW
9
w stosunku do 2011 roku. Z danych Urzędu Regulacji Energetyki wynika, iż największy
wskaźnik mocy zainstalowanej w ubiegłym roku odnotowano w elektrowniach wiatrowych
2 496,748 MW. Energia wiatrowa odgrywa coraz większą rolę w światowym bilansie
energetycznym, decyduje o tym przede wszystkim rozwój dużych farm wiatrowych.
Budowa siłowni wiatrowej
Główny element siłowni wiatrowej to wirnik przekształcający energię wiatru w energię
mechaniczną, z której z kolei generator produkuje energię elektryczną. Osadzony na wale
wolnoobrotowym wirnik posiada zwykle trzy łopaty, wykonane ze wzmocnionego poliestrem
włókna szklanego. Wirnik obraca się najczęściej z prędkością od 15 do 30 obrotów na minutę.
Prędkość ta zostaje następnie zwiększona przez przekładnię do 1500 obrotów na minutę.
Przekładania połączona jest z wałem szybkoobrotowym, a ten z kolei z generatorem.
Generator, przekładnia, a także monitorujący siłownię system sterowania oraz układy
smarowania, chłodzenia i hamulec umieszczone są w gondoli, zamocowanej wraz z wirnikiem
na stalowej wieży o wysokości od 30 do 100 m. Na szczycie wieży znajduje się silnik
i przekładnia zębata, których zadaniem jest obracanie wirnika i gondoli w kierunku wiatru.
Najbardziej istotną cechą energii wiatrowej jest jej duża zmienność, zarówno w przestrzeni jak
i w czasie.
Elektrownie wiatrowe wykorzystują moc wiatru w zakresie jego prędkości od 4 do 25 m/s. Przy
prędkości wiatru mniejszej od 4 m/s moc wiatru jest niewielka, a przy prędkościach powyżej
25 m/s ze względów bezpieczeństwa elektrownia jest zatrzymywana.
Wydajność siłowni wiatrowych w dużej mierze zależna jest od ich lokalizacji w terenie. Na
wydajność siłowni zasadniczy wpływ ma ukształtowanie terenu (podłużne wzgórza,
pojedyncze wzgórza i góry, skarpy zagłębienia, przełęcze), przeszkody (budynki, drzewa).
Płaski obszar porośnięty trawą jest typowym przykładem terenu o jednolitej szorstkości. Na
tym obszarze prędkość wiatru na wybranej wysokości jest prawie jednakowa. Przeszkody
terenowe (budynki, rzędy drzew, pojedyncze drzewa), znajdujące się na drodze przesuwających
się mas powietrza, powodują gwałtowne zmniejszenie prędkości wiatru i wzrost turbulencji
w jej pobliżu. Zaburzenie w przepływie wywołane przeszkodą ma niezwykle negatywny
wpływ na trwałość i żywotność konstrukcji elektrowni, aczkolwiek współczesne obiekty
charakteryzują się wysoką niezawodnością i trwałością. Podstawą budowy elektrowni
wiatrowej jest rzetelny audyt wietrzności. Jest to badanie określające, jaką minimalną ilość
energii może wyprodukować dane urządzenie, w danym miejscu, umieszczone na maszcie
10
o określonej wysokości. Pomiar wiatru (zalecany 12 – miesięczny) dokonywany jest za pomocą
masztu pomiarowego o określonej wysokości.
Małe elektrownie wiatrowe - są, to elektrownie wiatrowe o mocy 0,5 kW do 20 kW
W odróżnieniu od dużych turbin wiatrowych mogą być stosowane tam, gdzie panują mniej
korzystne warunki wiatrowe. Nie potrzebują znacznej ilości niezabudowanego terenu, nie
emitują też uciążliwego szumu, jaki wytwarzają końcówki łopat dużych generatorów. Mogą
być instalowane w miastach na słupach oświetleniowych oraz na dachach budynków.
Małe elektrownie wiatrowe znajdują szerokie zastosowanie do zasilania samodzielnych
systemów telekomunikacyjnych i nawigacyjnych, gospodarstw oraz domów letniskowych,
niewielkich osad ludzkich, pompowni i stacji odsalania wody morskiej, nawadniania,
oświetlenia wolnostojących obiektów oraz wielu innych systemów odległych od sieci
energetycznej. Małe elektrownie wiatrowe często współpracują w systemach hybrydowych
z modułami fotowoltaicznymi lub generatorami dieslowskimi, co pozwala na niezawodne
i optymalne zaspokojenie zapotrzebowania na energię.
Energia geotermalna
Energia geotermalna (energia geotermiczna, geotermia) – jest to energia termiczna skał
znajdujących się we wnętrzu Ziemi. Głównym sposobem pozyskiwania energii geotermalnej
jest tworzenie odwiertów do zbiorników gorących wód geotermalnych. W pewnej odległości
od otworu czerpalnego wykonuje się drugi otwór, którym wodę geotermalną po odebraniu od
niej ciepła, wtłacza się z powrotem do złoża. Wody geotermiczne są z reguły mocno zasolone,
jest to powodem szczególnie trudnych warunków pracy wymienników ciepła i innych
elementów armatury instalacji geotermicznych. Energię geotermiczną wykorzystuje się w
układach centralnego ogrzewania jako podstawowe źródło energii cieplnej. Drugim
zastosowaniem energii geotermicznej jest produkcja energii elektrycznej. Jest to opłacalne
jedynie w przypadkach źródeł szczególnie gorących.
Zalety wykorzystania energii geotermalnej:
1) Duża zdolność generowania energii przy zachowaniu znikomego wpływu na środowisko.
Wady:
1) Drogie instalacje.
2) Problemy techniczne przy utrzymaniu urządzeń.
3) Odpowiednie skały występują w niewielu miejscach na świecie.
11
4) Możliwość zanieczyszczenia wód głębinowych radonem i siarkowodorem.
Energia geotermalna polega na wykorzystaniu energii cieplnej ziemi do produkcji energii
cieplnej i elektrycznej. Uzyskiwana jest ona poprzez odwierty do naturalnie gorących wód
podziemnych.
Niskotemperaturowe zasoby geotermalne używane są do zmniejszenia zapotrzebowania na
energię poprzez wykorzystywanie w bezpośrednim ogrzewaniu domów, fabryk, szklarni lub
mogą być zastosowane w pompach ciepła, czyli urządzeniach, które pobierają ciepło z ziemi
na
płytkiej
głębokości
i uwalniają
je
wewnątrz
domów
w celach
grzewczych.
Źródła o wysokiej temperaturze wykorzystywane są w specjalnych instalacjach do produkcji
energii elektrycznej, a także ciepła.
Energia
geotermalna
w Polsce
jest
konkurencyjna
pod
względem
ekologicznym
i ekonomicznym w stosunku do pozostałych źródeł energii, posiadamy stosunkowo duże
zasoby energii geotermalnej, możliwe do wykorzystania dla celów grzewczych. W Polsce wody
wypełniające porowate skały występują na ogół na głębokościach od 700 do 3000 m i mają
temperaturę od 20 do 100 stopni C. Najbardziej korzystne wydaje się wykorzystanie wód
geotermalnych w obrębie niecki podhalańskiej, a także okręgu grudziądzkowarszawskiego oraz szczecińskiego.
Bardzo ważny jest fakt, iż w Polsce regiony o optymalnych warunkach geotermalnych
w dużym stopniu pokrywają się z obszarami o dużym zagęszczeniu aglomeracji miejskich
i wiejskich, obszarami silnie uprzemysłowionymi oraz rejonami intensywnych upraw
rolniczych i warzywniczych. Na terenach zasobnych w energię wód geotermalnych leżą m.in.
takie
miasta
jak:
Warszawa,
Poznań,
Szczecin,
Łódź,
Toruń,
Płock.
Jak dotąd na terenie Polski funkcjonuje osiem geotermalnych zakładów ciepłowniczych:
Bańska Niżna (4,5 MJ/s, docelowo 70 MJ/s), Pyrzyce (15 MJ/s, docelowo 50 MJ/s), Stargard
Szczeciński (14 MJ/s), Mszczonów (7,3 MJ/s), Uniejów (2,6 MJ/s), Słomniki (1 MJ/s), Lasek
(2,6 MJ/s) oraz Klikuszowa (1 MJ/h). W fazie realizacji jest projekt geotermalny w Toruniu.
Pompy ciepła
W ostatnich latach wzrasta liczba instalacji wykorzystujących pompy ciepła w celu
zaspokojenia potrzeb cieplnych. Pompa ciepła umożliwia wykorzystanie energii cieplnej ze
źródeł o niskich temperaturach. Jej rola polega na pobieraniu ciepła ze źródła o niższej
temperaturze (tzw. źródła dolnego) i przekazywaniu go do źródła o temperaturze wyższej (tzw.
12
źródła górnego). Pompy ciepła wykorzystują ciepło niskotemperaturowe (o niskiej energii)
(w praktyce 0°C - 60°C), trudne do innego praktycznego wykorzystania. Najczęstszym
wariantem zastosowania pompy ciepła w Polsce jest wykorzystanie ciepła gruntu poprzez tzw.
kolektor gruntowy (kolektor ziemny). Możemy wyróżnić pompy ciepła z poziomym oraz
pionowym gruntowym wymiennikiem ciepła.
Poziome wymienniki ciepła (kolektory poziome) – ułożone są na głębokości ok. 1,0 - 1,6m ,
gdzie temperatura zmienia się wprawdzie w ciągu roku, ale jej dobowe wahania są minimalne.
Na tym poziomie temperatura wynosi w naszym klimacie w lipcu +17°C, a w styczniu +5°C.
Ułożony w ziemi kolektor poziomy w żaden sposób nie zakłóca wegetacji roślin rosnących
w ogrodzie. Najwięcej ciepła można odebrać układając kolektory w wilgotnej glebie.
Charakteryzuje się łatwością wykonania i niskim kosztem, jednak
wymaga dużej powierzchni gruntu.
Pionowy wymiennik ciepła (sonda pionowa) - ułożony w odwiercie wymiennik pionowy
stanowi zamknięty obieg, w którym cyrkuluje niezamarzający roztwór glikol-woda. Pobrane
ciepło jest zamieniane przez pompę ciepła na energię. Zajmuje on małą powierzchnię gruntu
jednak wadą są wysokie koszty odwiertu.
Energia biomasy
Biomasa to masa materii zawarta w organizmach (np. drewno, słoma, makuchy, odchody
zwierząt, osady, odpady organiczne i wiele innych).
Spalanie biomasy jest uważane za korzystniejsze dla środowiska niż spalanie paliw kopalnych,
gdyż zawartość szkodliwych pierwiastków (przede wszystkim siarki) w biomasie jest niższa.
Biomasa ma teoretycznie korzystniejszy bilans dwutlenku węgla od paliw kopalnych ze
względu na to, że rosnąc pochłania jego część w procesie fotosyntezy.
Oprócz bezpośredniego spalania wysuszonej biomasy, energię pochodzącą z biomasy uzyskuje
się również poprzez:
zgazowanie – gaz generatorowy (głównie wodór i tlenek węgla) powstały ze zgazowania
biomasy w zamkniętych reaktorach (tzw. gazogeneratorach)
w wyniku fermentacji biomasy otrzymuje się biogaz, metanol, etanol, butanol i inne związki,
które mogą służyć jako paliwo.
estryfikację – biodiesel.
13
Zalety wykorzystania energii z biomasy
1) Pewna dostaw surowca z kraju (w przeciwieństwie do importu ropy i gazu).
2) Możliwość uzyskania dochodu przy nadprodukcji żywności.
3) Nowe miejsca pracy i aktywacja lokalnych społeczności (głównie na wsi).
4) Zmniejszenie emisji CO2 z paliw nieodnawialnych, który (w przeciwieństwie do CO2 z
biomasy) może zwiększać efekt cieplarniany.
5) Decentralizacja produkcji energii (bezpieczeństwo energetyczne).
Wady
1) Ryzyko wprowadzenia monokultury w uprawie roślin.
2) Spalanie każdych paliw także biopaliw powoduje wydzielanie tlenków azotu.
3) Spalanie biomasy zawierającej pestycydy, tworzyw sztuczne czy związki chloropochodne
powoduje powstanie związków o toksycznym i rakotwórczym działaniu.
Bioenergia
Nie tylko materia organiczna w postaci roślin i zwierząt jest zaliczana do biomasy, ale także
odchody zwierząt lub części roślin takie jak słoma. Również papier, odpady z ubojni, odpady
organiczne,
olej
roślinny
i etanol
także
mogą
służyć
do
produkcji
bioenergii.
Różne metody konwersji mogą przekształcić te substraty w płynne, stałe lub gazowe źródło
energii. Istnieje kilka sposobów konwersji surowców pierwotnych w energię. Biomasa może
być spalana w kotłach w celu produkcji ciepła, ulegać fermentacji metanowej w komorze
fermentacyjnej, produkując biogaz, który następnie jest spalany w celu uzyskania energii
elektrycznej
i ciepła,
lub
transformowania
w gaz
syntetyczny
lub
biopaliwa.
Biogaz
Biogaz to mieszanina gazowa powstająca w procesie fermentacji beztlenowej, składająca się
głównie z metanu i dwutlenku węgla, a także zanieczyszczeń w postaci siarkowodoru, azotu,
tlenu i wodoru. Skład biogazu oraz jego wartość opałowa ściśle zależy od substratów
wykorzystanych do jego produkcji. Biogaz o zawartości 65% biometanu ma wartość
kaloryczną 23 MJ/m3.
14
Substratami do produkcji biogazu rolniczego jest gnojowica, odpady z przemysłu rolnospożywczego, rośliny energetyczne itp. Odchody zwierzęce charakteryzują się mniejszym
potencjałem do produkcji biogazu, dlatego w celu zwiększenia jego uzysku, miesza się je
z innymi, bardziej wydajnymi surowcami.
Biogaz może być również ujmowany na składowiskach odpadów, przy użyciu specjalnych
instalacji drenujących oraz na oczyszczalniach ścieków, gdzie jest tworzony w procesie
fermentacji beztlenowej osadów ściekowych. W procesie produkcji biogazu powstaje także
przefermentowana substancja odpadowa o parametrach nawozowych, która ma zastosowanie
jako substancji nawożących bądź ulepszających glebę.
Podsumowanie
Wzrost gospodarczy, zmiany klimatyczne, ciągle wzrastające zapotrzebowanie na energię oraz
zapewnienie bezpieczeństwa jej dostaw są głównym motorem rozwoju czystej, przyjaznej
środowisku energii. W szczególności niekorzystne zmiany klimatu, związane z emisją
dwutlenku węgla i innych zanieczyszczeń, z procesów spalania paliw kopalnych, do atmosfery,
są największymi wyzwaniami ekonomicznymi i ekologicznymi
w ciągu ostatnich lat.
Jedyną drogą rozwiązania tego problemu jest redukcja, a nawet rezygnacja z użycia paliw
kopalnych do produkcji energii, w zależności od lokalnych zasobów energetycznych. Dlatego
w celu zapewnienia zrównoważonego rozwoju i poprawy jakości życia, istotna jest
maksymalizacja udziału odnawialnych źródeł energii w strukturze energetycznej.
W Powiecie Żnińskim również można spotkać odnawialne źródła energii tj. kolektory
słoneczne, ogniwa fotowoltaiczne, wiatraki, małe elektrownie wodne. Za ich lokalizacją i
zastosowaniem przemawia nie tylko aspekt ekologiczny, ale przede wszystkim aspekt
ekonomiczny.
Kierownik
Wydziału Ochrony Środowiska, Rolnictwa i Leśnictwa
Wiesław Rumel
15