Bloki ciepownicze stosowane w elektrociepowniach Gwne elementy BC50
Bloki ciepłownicze stosowane w elektrociepłowniach Główne elementy: - BC-50: kocioł parowy OP-230, turbina 13 P 55 -0, - BC-100: OP-430, 13 UC 100, generator TGHW-63 TGH-125 1
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 o. C - temperatura pary przegrzanej 540 o. C - temperatura gorącego powietrza 290 o. C - temperatura spalin na wylocie 140 o. C Paliwo 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 % 2
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 k. W - moc oblicz. 52 400 k. W - obroty 3 000 obr/min. pary świeżej - ciśn. 12, 75 ± 1, 275 MPa - temp. 535 + 8/ -15 o. C - zużycie pary świeżej (moc obl. ) 65, 8 kg/s jednostkowe 1, 25 kg/k. W 3
Blok ciepłowniczy BC-50 4
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 o. C, za I podgrz. 64 o. C za II podgrz. 77 o. C wymiennik rozruchowo-szczytowy: - moc cieplna 83 MW - strumień masy w. s. 750 kg/s - temp. pary (ze st. red. -schł. ) 200 o. C 5
Blok ciepłowniczy BC - 100 – poglądowy schemat technologiczny 6
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 parametry - maks. wydajność trwała 120 kg/s=430 t/h - ciśnienie pary przegrz. 13, 5 MPa - temperatura pary przegrzanej 540 o. C, - temperatura spalin wylotowych 120 o. C 7
Uproszczony schemat bloku ciepłowniczego BC – 100 Charakterystyka: turbina 13 UC -100, przeciwpr. ciepłownicza, osiowa, jednokadłubowa, z dwustopn. wylotem do zasilania podgrz. wody siec, do wytwarzania pary technolog I en. elektr. w gener. TGH – 125, cztery upusty do zas. odgaz. i trzech niskopr. podgrzewaczy, para przeciwprężna do zasilania podgrzewaczy wody siec. . 8
Schemat układu technolog. elektrociepłowni zawodowej (Siekierki) 9
Blok energetyczny elektrowni kondensacyjnej (niezrealizowany) przystosowany do pracy ciepłowniczej 10
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). 11 reaktory chłodzone gazem z moderatorem grafitowym GCR (Gas Cooled graphite-moderated Reactor)
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. 12
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 MW jeszcze w ekspl. F. II (odl. 11 km) El-nie jądrowe na świecie: 442 (+ 65 w bud. ) 375 GW stan na 1. 03. 2011 13
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 14
Moc reaktorów jądrowych w Europie 15
Elektrownie jądrowe w Europie 16
Elektrownie jądrowe w sąsiedztwie Polski Plan. Ostrowiec, k. Grodna 17
Schemat bloku PWR 18
Przekrój bloku jądrowego –EJ Gundremmingen (1285 MW) 19
Schemat bloku BWR nowość ECBWR Economic Simplified f-my GE Hitachi Nuclear Energy 20
Reaktor chłodzony gazem z moderatorem grafitowym HTGCR 21
Obieg ORC Czynnik roboczy w klasycznej siłowni parowej: H 2 O - energetyka zawod. : wysokie parametry kotłowe, para nawet ~ 30 MPa, 600 o. C 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 o. C) - 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 - ORC Pierwsza siłownia na ORC – 1967 Kamczatka – wykorzystanie wód geotermalnych Karnotyzacja obiegu ORC: regeneracja wewnętrzna 22
Siłownia kogeneracyjna - obieg ORC oparta na kotle na biomasę, P – parownik TP – turbina parowa G – generator K - kocioł 23
Schemat elektrociepłowni ORC (z regeneracją) z kotłem olejowym na biomasę 24
Siłownia kogeneracyjna w układzie kombinowanym - spalinowy silnik tłokowy i obieg ORC 25
Siłownia kogeneracyjna w układzie kombinowanym - zespół turbiny gazowej i obieg ORC 26
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. m 3, 5 - 7 MPa, moc el. - wejśc. 60 MW x 8 h, -wyjśc. 290 MW x 2 h Huntorf η = 42 % wejście: el - 0, 83 k. Wh gaz -1, 56 k. Wh wyjście: el - 1, 00 k. Wh 27
Elektrownie na sprężone powietrze Wykorzystanie GZ do podgrzewania powietrza podawanego na turbinę umożliwia regulację mocy wytwarzanej i zwiększenie mocy elektrowni Mc. Intosh (USA 1991) – poj. kawerna (kop. soli) 560 tys. m 3, (450 – 750 m ppt) 4, 5 - 7, 4 MPa, moc wyjśc. 110 MW x 26 h Mc. Intosh η = 54 % wejście: el - 0, 69 k. Wh gaz -1, 17 k. Wh wyjście: el - 1, 00 k. Wh Wykorzystanie ciepła odpadowego spalin - regeneracja poprzez rekuperator, umożliwia osiąganie sprawności 50 - 60 %. Akumulacja – dod. zasobnik ciepła odpadowego przy sprężaniu –sprawność ok. 7028%
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 29
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 OP 1 - wodór 2 - przepływ elektronów 3 - odbiornik energii 4 - tlen 5 - katoda 6 - elektrolit 7 - anoda 8 - woda 9 - jony hydroksylowe 30
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, metanol Utleniacz: tlen, powietrze Różne elektrolity Efekty: prąd, woda, ciepło 31
Schemat przepływu reagentów i jonów w różnych typach OP 32
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 El-nia Porąbka Żar 500 MW, r. ur. 1979 El-nia w Solinie 200 MW, r. ur. 1968 El-nia Włocławek 162 MW, r. ur. 1969 El-nia Żydowo 150 MW, r. ur. 1971 - elektrownia pompowo-szczytowa - elektrownia przepływowa - elektrownia pompowo-szczytowa 33 • ,
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 34
35
Hydroelektrownie: Żarnowiec, Włocławek, Solina 36
Hydroelektrownie: Porąbka-Żar, Solina, Żydowo, Dobczyce 37
Schemat hydroelektrowni przepływowej 38
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 39
Turbiny wodne Peltona i Francisa (z generatorem, mały i duży przepływ) 40
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, 90 zakres regul. 60 ÷ 716 MW, 3000 rozruchów/a, zb. g. Czymanowo 122 ha, 13, 6 mln m 3, Jez. Żarnowieckie (rynnowe dł. 7, 5 km), rz. Piaśnica, 1470 ha, 121 mln. m 3, głęb. 19, 4 m, rurociągi derywacyjne 4 ∙Ф 7100/5400, dług. 1100 m, maks. przepł. 700 m 3/s siłownia – wys. budynku 60 m, 2/3 pod ziemią, 26 m ppm. 41
Energia wiatru - jedno z OŹE Turbiny wiatrowe: energia wiatru - energia mechaniczna - energia elektryczna Pierwsze wzmianki o wiatrakach - w kodeksie Hammurabiego: pompowanie wody i melioracja pól - oś pionowa Oś 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 v 3 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 42
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 morzem oraz 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, 43
Siłownie i elektrownie wiatrowe Siłownie wiatrowe (wiatraki) w turbinie powietrznej, zamieniają energię kinetyczną wiatru na użyteczną energię mechaniczną (napęd urządzeń mechanicznych: - napęd młynów – mielenie ziarna, - napęd pomp – tereny depresyjne, - nap. generatorów – lok. prod. en. el. ) Elektrownie wiatrowe w turbinie powietrznej, zamieniają energię kinetyczną wiatru na energię mechaniczną a następnie na energię elektryczną w prądnicy napędzanej przez turbinę powietrzną 44
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). 45
Oscar Claude Monet (1840 – 1926) 46
Jean Baptiste Cammille Carrot (1796 -1875), Jan van Goyen (1596 -1656) Charles Leickert (1816 -1907), Vincent Willem van Gogh (1853 -1890) 47
Farmy wiatrowe – widok ogólny 48
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 49
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 50
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 k. V. 51
Energetyka wiatrowa w Polsce Energetyka wiatrowa rozwija się od początku lat 90. XX wieku Pierwsza siłownia wiatrowa - 1991 – 150 k. W przy EW Żarnowiec, obecnie jt. farma Lisewo 10, 8 MW Pierwsza przemysłowa farma wiatrowa – kwiecień 2001 – Barzowice: 6 turbin V 52 (Vertas) kż. 850 k. W, 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 m i dalsza inwestycja K. II Największa 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. 52
Lokalizacja większych siłowni wiatrowych w Polsce na tle stref energetycznych 53
Przegląd ważniejszych farm wiatrowych Barzowice - pierwsza w kraju Lokalizacja Barzowice 2001 Cisowo 2002 Zagórze 2002 Lisewo 2005 Tymień 2006 Puck 2006 Kisielice 2007 Kamieńsk 2007 Jagniątkowo 07 Karścino I 2008 Łebcz 2007 Łebcz 2008 Suwałki 2009 Margonin 2010 Województwo zach. -pom. pomorskie warm. -maz. łódzkie zach. -pom. pomorskie podlaskie wlkpolskie Moc w budowie 5, 1 MW Pelplin pom. 48 MW 18, 0 MW Gołdap w-m. 69 MW 30, 0 MW Taciewo podl. 30 MW 10, 8 MW Skrobotowo z-p. 26 MW 50, 0 MW Golice lub. 38 MW 22, 0 MW 40, 5 MW 30, 0 MW 30, 6 MW 1181 MW - stan URE 15. 01. 2011 69, 0 MW 8, 0 MW prod. en. el-nej 10, 0 MW 2009 r. 1 029 GWh (0, 69 % kraj. ) 41, 4 MW 2010 r. 1 485 GWh (0, 96 % kraj. ) 120, 0 doc. 240 MW 54
Liczba i moc zainstalowanych instalacji wiatrowych Instalacje OZE 347 jednostek el-ni wiatrowych o sumie mocy zainstal. 1005, 6 MW PSEW - stan 30. 09. 2010 Wydano war. przyłączenia dla dalszych 12 000 MW, w tym 80 % na przestarzałe D, DK o mocy poniżej 500 k. W 55
Udział generacji wiatrowej w krajowym zużyciu energii elektrycznej: - 2004: - 2005: - 2006: - 2007: - 2008: - 2009: - 2010: 0, 10 % 0, 09 % 0, 26 % 0, 32 % 0, 51 % 0, 69 % 0, 96 % ( 142, 0 GWh / 144 TWh) ( 135, 0 GWh / 145 TWh) ( 388, 4 GWh / 149 TWh) ( 494, 2 GWh / 154 TWh) ( 790, 2 GWh / 153 TWh) (1029, 0 GWh / 149 TWh) (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 56
Przebieg przyłączy farm morskich i linii przesyłowych do Szwecji – wizja do 2030 r. bez negatywnego wpływu na środowisko 57
Główne elementy turbiny wiatrowej Turbina wiatrowa wirnik składający się z łopat i piasty umieszczone na 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. Fundament 2. Wyjście do sieci elektroenergetycznej 3. Wieża 4. Drabinka wejściowa 5. Serwomechanizm kierunkowania elektrowni 6. Gondola 7. Generator 8. Wiatromierz 9. Hamulec postojowy 10. Skrzynia przekładniowa 11. Łopata wirnika 12. Siłownik mechanizmu przestawiania łopat 13. Piasta 58
Uproszczony schemat budowy typowej siłowni wiatrowej wirnik 15 - 20 obr/min generator ponad 1500 obr/min prędkość wiatru 4 - 25 m/s, 59
Budowa turbiny wiatrowej VESTAS V 80 (2 MW) wieża 60 - 100 m, średnica 80 m 1) sterownik piasty 2) cylinder syst. sterowania łopatami 3) oś główna 4) chłodnica oleju 5) skrzynia przekładniowa 6) sterownik z konwerterem 7) hamulec postojowy 8) dźwig serwisowy 9) transformator 10) piasta wirnika 11) łożysko łopaty 12) łopata 13) układ blokowania wirnika 14) układ hydrauliczny 15) tarcza układu hydraulicznego 16) pierścień układu kierowania 17) rama 18) kola zębata układu kierowania 19) chłodnica generatora 20) generator 60
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 k. W stos. : zasilanie obwodów wydzielonych, poprzez ładowanie akumulatorów. Małe turbiny wiatrowe – moc nominalna wynosi od 1 do 100 k. W stos. : zasilanie większej ilości urządzeń w wydzielonych obwodach, generacja energii do sieci elektroenergetycznej. Duże turbiny wiatrowe - moc nominalna wynosi powyżej 100 k. W 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 61
Rodzaje turbin wiatrowych - konstrukcja Turbiny o osi poziomej HAWT : jedno -, dwu -, trój - i wielopłatowe (Horizontal Axis Wind Turbine) z dyfuzorem wykorzystujące efekt Magnusa 62
Rodzaje turbin wiatrowych Turbiny o osi pionowej VAWT Savonius (Vertical Axis Wind Turbine) Turbina Darrieus’a H – rotor t-na świderkowa 63
Małe elektrownie wiatrowe (MEW) Małe przydomowe elektrownie wiatrowe: turbiny o poziomej lub pionowej osi obrotu i mocy do 10 k. W (niekiedy do 20 k. W). 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 energii np. z fotoogniwami: ładowanie akumulatorów z dwóch niezależnych źródeł. Cena (2010) przydomowych el-ni : 500 W - ok. 3 000 zł 2 -5 k. W - ponad 10 000 zł 15 k. W ok. 60 000 zł 64
Walory ekonomiczne i ekologiczne różnych technologii produkcji energii elektrycznej 65
Krajowa produkcja energii elektrycznej przez poszczególne technologie OZE w latach 2005 - 2009 66
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, 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 67
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 68
Konwersja energii chemicznej w elektryczną (elektrociepłownia parowa) 69
Konwersja energii chemicznej w elektryczną (elektrociepł. spalinowa) 70
Konwersja energii chemicznej w elektryczną (elektrociepłownia gazowo-parowa) 71
Konwersja energii chemicznej w elektryczną elektrociepłownia z silnikiem tłokowym zintegrowanym ze zgazowaniem biomasy, też z kotłem wodnym KW 72
Konwersja energii chemicznej w elektryczną elektrociepłownia ORC z kotłem na biomasę 73
Konwersja energii chemicznej w elektryczną elektrociepłownia z ogniwami paliwowymi OP na gaz ziemny 1 – odsiarczanie, 2 – reaktor reformingu, 3 –CO-shift, CO+H 2 O→ CO 2 +H 2 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 74
Konwersja energii chemicznej w elektryczną elektrownia MHD na gaz ziemny B - indukcja pola magnet. pole elektr. w x B napięcie obw. elektr. Uo = w B h 75
Konwersja energii odnawialnej w elektryczną elektrociepłownia geotermalna 76
Schematy konwersji energia chemiczna: pal. kop. i biomasy spalanie wymiana ciepła energia silnik energia prądnica energia cieplny mechaniczna elektryczna Silnik cieplny: - spalinowy: silnik tłokowy, silnik wirnikowy (TG) - parowy: siłownia parowa klasyczna i ORC, energia odpadowa i odnawialna: prom. słon. , geoterm. energia chemiczna: węgiel, gaz komora spalania energia cieplna generator mhd energia elektryczna 77
Schematy konwersji energia odnawialna: wiatr, woda turbina wiatrowa energia generator turbina wodna mechaniczna en. el. energia elektryczna energia wiąz. chemicznych paliw węglowodorowych ogniwa paliwowe energia elektryczna energia odnawialna: promieniowanie słoneczne ogniwo fotowoltaiczne energia elektryczna energia promienista: rozpad promieniotwórczy Izotopów 238 Pu, 244 Cm, 90 Sr rozpad promieniotwórczy izotopu 63 Ni promieniowanie β Izotopów 238 Pu, 63 Ni radioizotopowy generator termoelektryczny energia elektryczna piezoelektryczny generator radioizotopowy energia elektryczna bateria jądrowa energia 78 elektryczna
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 79
Dziękuję za uwagę Piotr Kubski pikuba@op. pl 80
81
- Slides: 81
