ochrona œrodowiska 1

OCHRONA
ŚRODOWISKA
PROBLEMY SPALANIA PALIW
WĘGLOPOCHODNYCH
Dr inŜ. Robert Jakubowski
Opracowano na podstawie Świat Nauki Nr 10(182) Październik 2006
Efekt cieplarniany jako skutek procesu
spalania paliw węglopochodnych
• Topniejące lodowce
• PotęŜniejące huragany
• Cieplejsze lata i łagodniejsze zimy
LODOWIEC SUNSET w Parku
Narodowym na ALESCE sierpień
1939 i 2001
Odchylenia od wartości średniej uśrednionej rocznej temperatury
2
Nie moŜna wy świetlić połączonego obrazu. Plik mógł zostać przeniesiony lub usunięty albo zmieniono jego nazwę. Sprawdź, czy łącze wsk azuje poprawny plik i lok alizację.
Katastroficzne wizje przyszłości
• W 2070 roku lodowce
Arktyki znikną z
powierzchni ziemi
• Od 1979 r Arktyka
utraciła ponad 20%
powierzchni swoich
lodowców
3
Wzrost zapotrzebowania na
energię
• Wg szacunków specjalistów światowe
zapotrzebowanie na energię do 2020 roku
wzrośnie o 40%
• W Chinach roczny wzrost zapotrzebowania
na energię wynosi 5 % i wg szacunków w
okresie najbliŜszych 20 lat ulegnie
podwojeniu
4
Zapotrzebowanie na surowce
energetyczne bezpośrednio wiąŜe się
z rozwojem gospodarczym świata
W ostatnich 30 latach odnotowano:
• 3 % roczny wzrost produktu świtowego
brutto
• 1,5 % roczny wzrost wydobycia surowców
energetycznych oraz wzrost emisyjności
CO2 do atmosfery
5
Udział świata w emisji CO2
(dane na rok 2002)
Wg danych holenderskiej rządowej agencji badań środowiska Chiny w
2007 roku przegoniły o 8% ilość emitowanego CO2 Stany Zjednoczone i
6
stały się największym producentem tego związku do atmosfery
Drastyczne zmniejszenie się zasobów
surowców energetycznych
W roku 2006 wydobycie surowców węglowych
wyniosło ok. 7 mld ton
7
Prognozy na przyszłość
Ok. 560 ppm CO2 w atmosferze
Zachowanie obecnego wzrostu gospodarczego świata przy braku
ingerencji w ograniczenie emisyjności CO2 do atmosfery spowoduje
przekroczenie dwukrotnego poziomu stęŜenia tego związku w
atmosferze w stosunku do jego zawartości sprzed okresu
industrializacji (jest ono uznawane za granicę bezpieczeństwa)
8
Konieczność działań zmierzających do
ograniczenia emisji CO2 do atmosfery przy
zachowaniu tempa wzrostu gospodarczego
• W bogatych społeczeństwach coraz więcej
przychodów uzyskuje się z sektora usług w
miejsce energochłonnych gałęzi przemysłu
• Wykorzystywanie coraz doskonalszych
urządzeń o mniejszej energochłonności
• Poprawa efektywności procesów pozyskiwania
energii uŜytkowej z surowców energetycznych
• Pozyskiwanie energii innymi metodami niŜ
spalanie surowców węglowych
9
Działania na rzecz ograniczenia
emisji gazów cieplarnianych
• Protokół z Kioto z 1997 r., który wszedł w Ŝycie
w roku 2005, zakładający redukcję emisji C02 do
roku 2012 o 5% w stosunku do emisji sprzed
1990 roku
• Europejskie priorytety w sektorze
energetycznym:
– intensyfikacja działań na rzecz poszanowania energii,
– osiągnięcie sprawnie funkcjonującego rynku wewnętrznego gazu i energii
elektrycznej,
– promocja odnawialnych źródeł energii,
– zwiększenie bezpieczeństwa w energetyce jądrowej,
– zapewnienie bezpieczeństwa dostaw i dalsze umacnianie polityki zagranicznej
w obszarze energii,
– wzmocnienie relacji pomiędzy polityką energetyczną, środowiskową, badań i
rozwoju.
10
Propozycje Sarkozy’ego
w sprawie ochrony środowiska
• Wprowadzenie podatku ekologicznego
• Wstrzymanie upraw modyfikowanych
genetycznie
• Proekologiczne normy w budownictwie
• Priorytetowe traktowanie transportu kolejowego
• Dodatkowe opodatkowanie importu z krajów nie
respektujących porozumienia z Kioto
• Promocje podatkowe dla towarów
proekologicznych
11
Al Gore,
Gore, autor filmu NIEWYGODNA
PRAWDA otrzymał w 2007 roku
POKOJOWĄ NAGRODĘ NOBLA za
wysiłki na rzecz budowy i
upowszechniania wiedzy na temat zmian
klimatu wynikających z działań człowieka
i za stworzenie podstaw dla środków
środków,,
które są niezbędne do walki z takimi
zminami..
zminami
12
Działania Polski na rzecz obniŜenia
emisji gazów cieplarnianych
• Prawo odnośnie ochrony środowiska (2001 r) , które w
części dotyczy takŜe problematyki związanej z
zanieczyszczeniem powietrza m.in.
– Warunki wprowadzania energii i substancji do środowiska
– Ustalanie kosztów korzystania ze środowiska
– Informacji o środowisku i jego ochronie
• Rozporządzenia w sprawie monitorowania emisji gazów
(2004 i 2006 r) zakładające:
– Podział podmiotów ze względu na wielkość emisji CO2
– Nakładające obowiązek monitorowania wielkości emisji
CO2 oraz sporządzania raportów w tej sprawie
Działania Polski na rzecz obniŜenia
emisji gazów cieplarnianych
• Rada Ministrów przyjęła pakiet ustaw odnośnie „polityki
energetycznej państwa do 2030 r” (2009). Jej załoŜenia to
m.in.
– Białe certyfikaty – system promocji podmiotów
dokonujących największych oszczędności
energetycznych
– 15 % udział OZE w finalnym zuŜyciu energi do 2020 r.
– 10% udział biopaliw w rynku paliw transportowych do
2020 r.
– Wprowadzenie systemu zarządzania krajowymi
pułapami emisji gazów cieplarnianych
Proces przetwarzania energii
• Roczne zapotrzebowanie na energię
pierwotną wynosi 143,1 PWh
– Z tego 80% z uwalniających związki węgla
paliw kopalnych
• W wyniku konwersji energii pierwotnej
uzyskuje się ok. 90 PWh energii wpostaci
paliw i elektryczności
• Z tego w postaci energii uŜytkowej
uzyskuje się ok. 54 PWh
15
35% gazów cieplarnianych pochodzi z
eksploatacji budynków mieszkalnych
16
Przykład rozwiązań ograniczających
zapotrzebowanie na energię w budynkach
mieszkalnych
17
Przepisy prawne
• Od 1997 roku wg zaleceń norm
budowlanych wprowadzono wymagania
odnośnie właściwości energetycznych
budynków
• Konieczność wyceny energetycznej
budynków nowych i w obrocie wtórnym
• Stosowanie Ŝarówek energooszczędnych
18
Dom energooszczędny
• Ograniczenie zapotrzebowania na ciepło
poprzez budowę obiektów o niskiej emisyjności
(przewodzenie ścian 0,25 W/m2K, współczynnik
przewodzenia dla okien poniŜej 1W /m2K)
• Nowoczesne systemy ogrzewania (łączące w
sobie rozwiązania konwencjonalne z
odnawialnymi źródłami energii)
• TERMOMODERNIZACJA istniejących obiektów
19
Transport moŜna dzisiaj obwiniać za 25%
światowej emisji gazów cieplarnianych
Amerykański lekki tabor samochodowy spala obecnie
550 mld litrów paliwa rocznie, co daje 4,9 l na osobę.
Gdyby inne kraje osiągnęły ten sam wskaźnik to
świtowe zuŜycie ropy wzrosłoby dziesięciokrotnie
Zalecenie Komisji Europejskiej dotyczy ograniczenia emisji CO2 do 125 g/km
20
Dzienne zuŜycie ropy naftowej na świecie
to 80 mln baryłek (ponad 12,7 mld l)
• 53 mln baryłek w transporcie ogółem z
czego:
– 29 mln baryłek w transporcie lądowym
osobowym
– 19 mln baryłek w transporcie towarowym
lądowym i morskim
– 5 mln baryłek w transporcie powietrznym
21
Współczesny silnik o zapłonie iskrowym
przeciętnie wykorzystuje 20% energii
chemicznej zawartej w paliwie
(maksymalnie do 35%)
Wpływa na to:
• doskonałość konstrukcji silnia
• technika eksploatacji
• wzrost gabarytów i masy współcześnie
produkowanych pojazdów (wg AŚ kaŜde dodatkowe 100
kg masy wpływa na zwiększenie zuŜycia paliwa o ok. 0,5 l )
22
Prace nad ekonomicznymi pojazdami
Volkswagen opracował prototyp samochodu dwuosobowego
o masie 290 kg zuŜywającego 1 l/100 km
Koncerny samochodowe pracują nad samochodami o
napędzie hybrydowym
Dalsze perspektywy:
- zastosowanie biokomponentów w paliwach (biodiesel, etanol)
- pojazdy o napędzie hybrydowym
- zastępowanie paliw ropopochodnych czystszymi dla
środowiska paliwami (gaz ziemny, wodór, ogniwa
wodorowe, napęd elektryczny)
23
Samolot na biopaliwo
W 2007 roku zapowiadano planowany lot samolotu na
biopaliwo na połowę roku 2008, który miałby być dokonany
na samolocie Boeing 747-400 przez linię lotniczą Air New
Zeland
W listopadzie 2009 roku odbył się pierwszy lot samolotu
Boeing 747 naleŜącego do Holenderskiej linii lotniczej KLM,
gdzie jeden z silników zasilany był biopaliwem
24
Prognozy rozwoju energetyki
Niskie koszty węgla, oraz wzrost cen gazu i ropy
naftowej powodować będą rozwój energetyki
opartej na węglu (przewiduje się Ŝe do 2030 r w USA powstaną
nowe elektrownie węglowe o łącznej mocy blisko 280 GW)
Spalanie węgla powoduje
znacznie większą ilość
produkcji CO2 na jednostkę wytworzonej energii
niŜ w przypadku innych
paliw węglowych
25
Walka z emisyjnością CO2 do
atmosfery
• Wychwytywanie i przechowywanie dwutlenku
węgla
– Wykorzystanie CO2 do procesów związanych z
wydobyciem ropy naftowej (w USA do złóŜ ropy
naftowej co roku wtłacza się ok. 35 mln ton CO2, co
powoduje zwiększenie uzyskiwanego surowca o ok.
4%)
– Wtłaczanie CO2 do nieprzepuszczalnych pokładów
skał
• Unowocześnianie procesu wytwarzania energii
elektrycznej w elektrowniach węglowych (m.in.
zamiana turbin parowych na gazowe –
gazyfikacja węgla)
26
Nie moŜna wy świetlić połączonego obrazu. Plik mógł zostać przeniesiony lub usunięty albo zmieniono jego nazwę. Sprawdź, czy łącze wsk azuje poprawny plik i lok alizację.
Schemat nowoczesnej elektrowni
węglowej
Steam turbine – turbina parowa
Electricity - elektryczność
Cooling water – woda chłodząca
Recycling – recykling
Cooler and condenser – chłodnica i skraplacz
Desulfurization – odsiarczanie
Carbon dioxide compressor – spręŜarka dwutlenku
węgla
CO2 – CO2
Coal – węgiel
Boiler - kocioł
Dust separation – separacja pyłu
Air separation – separacja powietrza
Air – powietrze
Oxygen – tlen
Bottom ash – popiół opadający
Fly ash – popiół lotny
Water – woda
Gypsum - gips
Nitrogen - azot
27
Nowoczesne elektrownie jądrowe
• Zalety:
– Brak emisyjności gazów cieplarnianych do
otoczenia
– Bogate złoŜa surowca energetycznego
• Wady:
– Problem ze składowaniem odpadów
– MoŜliwość wykorzystania procesu do
produkcji broni atomowej
28
Energia
odnawialna
7%
40%
19%
16%
16%
50%
28%
20%
2%
29
Energia słońca
Promieniowanie słoneczne jest to strumień energii emitowany przez Słońce
równomiernie we wszystkich kierunkach. Miarą wielkości promieniowania
słonecznego docierającego ze słońca do ziemi jest tzw. stała słoneczna. Jest ona
wartością gęstości strumienia energii promieniowania słonecznego na powierzchni
stratosfery i obecnie wynosi 1,4 kW/m2. W promieniowaniu słonecznym
docierającym do powierzchni Ziemi wyróŜnia się trzy składowe promieniowania:
-bezpośrednie pochodzi od widocznej tarczy słonecznej
- rozproszone powstaje w wyniku wielokrotnego załamania na składnikach
atmosfery
- odbite powstaje w skutek odbić od elementów krajobrazu i otoczenia.
Około 30% promieniowania słonecznego dochodzącego do naszej planety
jest odbijane przez atmosferę, 20% jest przez nią pochłaniane, a tylko 50%
energi dociera do powieszchni ziemi
30
Energia słoneczna
• Na świecie zainstalowanych jest ogniw słonecznych o
mocy prawie 5 GW (max. sprawność wynosi 37%)
• Udział energii wyprodukowanej z energii słonecznej
stanowi poniŜej 0,04% świtowej produkcji energii
elektrycznej
• W ostatnich latach zauwaŜalny jest znaczący wzrost
udziału produkcji energii elektrycznej z ogniw
fotowoltaicznych (w 2005 r wynosił on 45%)
• Energia słoneczna wykorzystywana jest takŜe do
produkcji ciepła oraz energii mechanicznej np. silnik
STIRLINGA
31
Potencjał energii słonecznej w Polsce
ZróŜnicowanie roczne w ilości
dostarczanej energii słonecznej w
Polsce jest bardzo duŜe: na okres
od kwietnia do września przypada
80% całkowitej rocznej sumy
nasłonecznienia
Polska cechuje się znacznym
udziałem promieniowania
rozproszonego w promieniowaniu
całkowitym. W skali roku wynosi
ono powyŜej 50%, a w czasie
czterech miesięcy zimowych
(listopad-luty) 65-73%.
2
Rejonizacja średniorocznych sum promieniowania
słonecznego całkowitego padającego na jednostkę
powierzchni poziomej w kWh/m2/rok
1. 950 kWh/m
2
2. 962 kWh/m
2
3. 985 kWh/m
4. 1076 - 1081
2
kWh/m
32
Wykorzystanie energii słonecznej w
Polsce
• podgrzewania ciepłej wody w obiektach działających sezonowo w
cieplejszej połowie roku: w obiektach letniskowych, rekreacyjnych i
sportowych
• podgrzewania ciepłej wody uŜytkowej w instalacjach
funkcjonujących przez cały rok: w budownictwie mieszkaniowym i
obiektach uŜyteczności publicznej
• podgrzewania wody w basenach otwartych i krytych
• podgrzewania wody do celów rolniczych w produkcji roślinnej i
zwierzęcej oraz w przetwórstwie rolno-spoŜywczym
• ogrzewania pomieszczeń, jedynie w przypadku zapewnienia
sezonowego magazynowania energii promieniowania słonecznego i
zastosowania hybrydowych systemów grzewczych, na przykład z
pompami ciepła lub bojlerami na paliwa stałe lub płynne
33
Energia Wiatru
• Energetyka wiatrowa bardzo silnie rozwija się w
krajach europejskich, (w UE wzrost energii produkowanej przez
elektrownie wiatrowe z 1,7 GW (1994) do 40 GW (2005)) oraz w
USA (w 2005 moc 18 GW)
• Energia wiatrowa jest najtańszym źródłem
produkcji energii elektrycznej (koszt od 1-7 centów za 1
kWh)
34
Moce elektrowni wiatrowych w
Europie w MW (dane na rok 2004)
W 2007 roku moc
zainstalowanych
elektrowni wiatrowych w
Europie osiągnęła
najwyŜszy 18% poziom
wzrostu spośród
wszystkich technologii
produkcji energii
elektrycznej. Potencjał
elektrowni wiatrowych
wyniósł 56,5 tys. MW
35
Potencjał wiatrowy Polski
Z analiz wykonanych przez
Instytut
Meteorologii
i
Gospodarki Wodnej wynika, że
jedna trzecia powierzchni Polski
ma
korzystne
lub
bardzo
korzystne warunki do produkcji
energii wiatrowej. Najlepsze
warunki wiatrowe są na wybrzeżu
Bałtyku i Suwalszczyźnie, a także
w pasie nizin centralnych od
Słubic po Warszawę. Potencjał
wiatru wiejącego nad Polską
oszacowany został na 80-90 mld
kWh rocznie
RI – obszar wybitnie korzystny, ze średnioroczną
prędkością wiatru powyŜej 6 m/sekundę; RII obszar korzystny, o średniorocznej prędkości
wiatru: 4-6 m/s, RIII - obszar dość korzystny,
średnia prędkość wiatru 3-4 m/s, RIV - obszar
niekorzystny, zmienna prędkość wiatru, RV - rejony
górskie, obszar wybitnie niekorzystny, zmienna
prędkość wiatru, RVI - wysokie partie gór, tereny
wyłączone z energetyki wiatrowej, bardzo silne
wiatry
36
Elektrownie wiatrowe w Polsce
Produkcja energii elektrycznej
z wiatru w POLSCE
- 2004: 142,3 GWh,
- 2005: 135,3 GWh,
- 2006: 245,5 GWh*
- I półrocze 2007: 196,9 GWh*
(* na podstawie wydanych świadectw
pochodzenia energii elektrycznej z OZE
według stanu na 30.06.2007).
W Polsce jest zainstalowanych elektrowni wiatrowych o łącznej mocy 280 MW
(stan na styczeń 2008)
37
Koszt produkcji 1 kWh energii:
• w elektrowniach węglowych 4-6 centów
• w elektrowniach gazowych 5-7 centów
• w elektrowniach wykorzystujących
biomasę 6-9 centów
• w elektrowniach atomowych 2-12 centów
• z elektrowni wiatrowych 1-7 centów
• z ogniw słonecznych 20-25 centów
38
Zobowiązania Polski jako członka UE
• Do 2010 r udział energii ze źródeł
odnawialnych w całkowitym bilansie
energii powinien 7,5% a do 2020 14%
39
Dziękuję za uwagę