Energia w rodowisku 12 Gwne rda energii elektrycznej

Energia w środowisku (12)

Główne źródła energii elektrycznej n n n Węgiel Gaz Energia jądrowa Energia wodna Ropa naftowa Inne - odnawialne źródła energii wnoszą dzisiaj bardzo mały udział do produkcji energii elektrycznej

Źródła gazu n Gaz ziemny n Gaz łupkowy n Gazy wytwarzane technologicznie - Gaz koksowniczy – wytwarzany z węgla kamiennego - Gaz wytwarzany z innych substancji organicznych

Naturalne źródła gazu Złoża łupków gazowych w porównaniu do innych typów złóż gazu ziemnego. A i F – gaz konwencjonalny (niezwiązany), B – warstwa nieprzepuszczalna, C – łupki bogate w gaz, D – gaz związany z piaskowcem, E – ropa naftowa, G – gaz w złożach węgla (metan)

Skład gazu ziemnego n n Jest gazem bezwonnym, nie posiada barwy, jest lżejszy od powietrza. Często dodaje się do niego środki zapachowe, nadające mu charakterystyczną woń, przez co jest wyczuwalny dla człowieka. Skład gazu ziemnego i jego zawartość zmieniają się w zależności od miejsca wydobywania gazu, jednak najważniejszym elementem stanowiącym ponad 90% gazu ziemnego jest zawsze metan. Obok metanu mogą także występować niewielkie ilości etanu C 2 H 6, propanu C 3 H 7, butanu C 4 H 9 i innych związków organicznych i mineralnych. Gaz otrzymywany głównie przez zagazowanie węgla, oraz na bazie węglowodorów ciekłych - stanowi mieszaninę głównie CO i H 2 w różnych stosunkach.

Elektrownie gazowe n n Ograniczenie emisji szkodliwych związków chemicznych W wyniku spalania gazu ziemnego nie powstają szkodliwe tlenki siarki, natomiast zawartość tlenków azotu oraz dwutlenku węgla (w porównaniu z procesem spalania węgla) zmniejszona jest o połowę. Większa czystość ekologiczna Elektrownia gazowa, bazując na czystym paliwie oraz nowoczesnej technologii, nie emituje uciążliwego zapachu, chmury dymu, sadzy ani popiołu. n n Szybsza i tańsza budowa w porównaniu do elektrowni konwencjonalnej Nie zachodzi potrzeba budowania zbiorników gazowych. Nie ma konieczności tworzenia miejsca na skład opału oraz przechowywanie odpadów. Budową elektrowni gazowej trwa dwa razy krócej niż elektrowni węglowej. Wyższa (o ok. 20%) sprawność układu przetwarzania energii Wyższa sprawność wiąże się z mniejszymi wymaganiami układu chłodzenia, a w związku z tym z mniejszym zużyciem wody.

Elektrownie gazowe n W Stalowej Woli rozpoczęła się budowa największej w kraju elektrociepłowni gazowej. Budowa kosztować będzie 1, 6 mld zł; ciepłownia ruszy w połowie 2015 r Elektrociepłownia w Stalowej Woli będzie produkować prawie 450 MW energii elektrycznej i 240 MW energii cieplnej - w tzw. kogeneracji, czyli przy jednoczesnym wytwarzaniu obu rodzajów energii. W planach jest budowa podobnych inwestycji we Włocławku, w Blachowni i Puławach. Zaczyna się nowa era w polskiej polityce energetycznej"

Elektrownie gazowe Obecne zapotrzebowanie sektora elektroenergetycznego na gaz ziemny wynosi około 900 mln m 3/rok. Ze względu na planowane inwestycje (np. w Stalowej Woli, Skawinie, Tarnowie i Gdańsku), to w perspektywie najbliższych pięciu lat wzrośnie około 3 mld m 3/rok Elektrociepłownia gazowa z zastosowaniem silników gazowych wraz z układem odzysku ciepła Widok elektrownii gazowej o mocy 760 MW we włoskim Sparanise

Zasoby i wydobycie gazu ziemnego w Polsce Zasoby gazu ziemnego (nie łupkowego) w Polsce pozostają na tym samym poziomie -150 mld m 3. Wydobycie roczne około 5 mld m 3 Własne wydobycie pokrywa około 1/3 zapotrzebowania. Reszta (2/3 zapotrzebowania) pochodzi z importu, bezpośrednio z Rosji lub poprzez inne kraje

Kraje zasobne w gaz ziemny Wydobycie - 2002 1 Rosja 23. 2% 2 USA 21. 1% 3 Kanada 6. 5% 4 Algieria 3. 4% 5 Iran 2. 3% 6 Holandia 2. 2% 7 Norwegia 2. 2% 8 Uzbekistan 2. 1% 9 Meksyk 2. 0% Zasoby w mld m 3 1 Rosja 47 544 2 Iran 22 988 3 Katar 14 392 4 Arabia Saudyjska 6 198 5 Zjednoczone Emiraty 6 002 6 USA 5 021 7 Algieria 4 520 8 Wenezuela 4 177 9 Nigeria 3 509 10 Irak 3 107

Zużycie gazu w Polsce Struktura sprzedaży gazu ziemnego w Polsce w latach 2005 – 2009 [%] 2005 2006 2007 2008 2009 około Przemysł 60, 2 60, 6 62, 3 62, 0 59, 2 60% Handel i Usługi 10, 8 10, 0 9, 6 9, 7 10, 3 10% Gospodarstwa domowe 28, 0 28, 5 26, 7 26, 5 28, 4 30% Udział gazu ziemnego w krajowej strukturze zużycia energii pierwotnej w 2008 roku wyniósł 12, 8% i był około dwukrotnie niższy niż w UE czy też na świecie – 21%. Udział gazu w tej strukturze w poszczególnych państwach UE jest bardzo zróżnicowany (np. Grecja – 8%, Węgry – 46%, Włochy – 38%, Wielka Brytania – 36%)

Skład gazu w sieci gazowej Skład gazu typu E (po wyeliminowaniu z jego składu cząstek stałych, pary wodnej, związków siarki i innych substancji niepożądanych). n n Ciepło spalania - nie mniejsze niż 34, 0 MJ/m 3 Wartość opałowa - nie mniejsza niż 31, 0 MJ/m 3 Przykładowy skład: - metan (CH 4) - około 97, 8% - etan, propan, butan - około 1% - azot (N 2) - około 1% - dwutlenek węgla (CO 2) i reszta składników - 0, 2% n Gaz ziemny zaazotowany typu Ls (również po przeróbce technologicznej) * Ciepło spalania - nie mniejsze niż 26, 0 MJ/m 3 * Wartość opałowa - nie mniejsza niż 24, 0 MJ/m 3 * Przykładowy skład: - metan (CH 4) - około 71% - etan, propan, butan – około 1% - azot (N 2) - około 27% - dwutlenek węgla (CO 2) i reszta składników - 1%

Gaz łupkowy n Taki sam skład chemiczny jak gaz ziemny n Takie samo zastosowanie n Podobny sposób wydobycia Różnica – znajduje się pod ziemią w innych formacjach geologicznych niż gaz ziemny Znajduje się w łupkach ilastych i jest tam uwięziony. Wymagana jest specjalna technologia, aby go z łupków uwolnić n

Gaz łupkowy Dwie technologie - odwierty horyzontalne i szczelinowanie hydrauliczne - służą do wydobywania gazu ziemnego z łupków. W ramach pierwszego etapu poszukiwań szczelinowanie wykonuje się na niewielkich obszarach testowych w odwiertach pionowych. Jeśli istnieją przesłanki uzasadniające wydobycie, wykonuje się odwierty poziome poprzez warstwy skał, w których znajduje się gaz, a następnie szczelinuje się łupki wzdłuż całego odwiertu poziomego. Proces ten polega na wtłoczeniu wody pod ciśnieniem 600 atmosfer a następnie drobnoziarnistego piasku wciskającego się w powstałe w skale pęknięcia, który uniemożliwia ich ponowne zamknięcie.

Skąd zainteresowanie gazem łupkowym n n 1. Wysokie ceny gazu ziemnego w ostatnich latach 2. Postęp technologii kruszenia oraz wiercenia horyzontalnego zwiększyły opłacalność wydobycia gazu łupkowego. 3. Opłacalne wydobycie chociaż cena produkcji jest zazwyczaj znacznie wyższa od tego z szybów konwencjonalnych z powodu ogromnych koniecznych wydatków na kruszenie hydrauliczne 4. Szyby łupkowe obarczone są niższym ryzykiem błędu oceny wielkości złoża

Technologia wydobycia gazu łupkowego 1. Szyb pionowy n 2. Szyby poziome – technologia wierceń w poziomie rozwineła się na przełomie XX i XXI wieku n 3. Szczelinowacenie n 4. Ługowanie skały – technologia jest tylko w posiadaniu firm amarykańskich i kanadyjskich n

Gaz łupkowy na świecie

Gaz łupkowy w Europie Jak dotąd w Europie nie eksploatuje się złóż gazu łupkowego na skalę przemysłową Na świecie wydobywa się gaz łupkowy w 7 krajach: Algierii, Argentynie, Chinach, Niemczech, Omanie Stanach Zjednoczonych i Wenezueli

Gaz łupkowy w Polsce

Gaz łupkowy – zagrożenia dla środowiska n n n Wieże wiertnicze – zagrożenie estetyczne (? ) Chemia związana z wypłukiwaniem łupków – zagrożenie dla wód gruntowych Czy krytyka i próby administracyjnego zakazu wydobycia gazu łupkowego wynikają z walki o monopolistyczną pozycję dotychczasowych dostawców gazu ?

Gaz koksowniczy n n n Surowy gaz koksowniczy powstaje w procesie wygrzewanie węgla kamiennego w temperaturze 900– 1100 °C w specjalnie w tym celu skonstruowanym piecu koksowniczym, bez dostępu tlenu. Surowy gaz koksowniczy zawiera amoniak i jego pochodne oraz siarkowodór, pochodzące z rozkładu organicznych resztek zawartych w węglu. Wszystkie te niepożądane domieszki są usuwane w serii procesów oczyszczania. Typowy skład gazu koksowniczego oczyszczonego: wodór – ok. 55% metan – ok. 23– 27% tlenek węgla – ok. 9– 10% Stosowany był powszechnie aż do lat 80 XX wieku. Służył do gotowania w azot – ok. 5% kuchenkach, oświetlania ulic oraz jako węglowodory ciężkie – ok. 3% paliwo w wielu procesach przemysłowych. dwutlenek węgla – ok. 3% Ze względu na jego dużą toksyczność, tlen – ok. 0, 5% wynikającą z dużej zawartości tlenku siarkowodór – ok. 0, 3% węgla został wycofany z użycia i zastąpiony gazem ziemnym.

Przemysł koksowniczy Koks odlewniczy (duże ziarna) Wykorzystywany w produkcji żeliwa i materiałów izolacyjnych. Jest wytrzymały, twardy i odporny na ścieranie. Koks wielkopiecowy (ziarnistość 40 – 90 mm Wykorzystywany jako reduktor, materiał opałowy w wielkich piecach. Koks opałowy (drobniejsze ziarna)

Przemysł koksowniczy Obecnie w Polsce jest czynnych 9 koksowni, a w nich 29 baterii koksowniczych o zdolności produkcyjnej rzędu 11 mln ton koksu/rok. Produkcja koksu w kraju wynosi około 10 mln ton, z czego ponad 6 mln ton koksu przeznaczona jest na eksport. Polska jest największym producentem koksu wśród krajów Unii Europejskiej i ósmym na świecie. Produkty beztlenowego wygrzewania węgla Koks – (75% wsadu węgla koksującego) Produkty uboczne: gaz koksowniczy oczyszczony 16, 5%, około 315 m 3/Mg wsadu suchego n- smoła koksownicza 3, 5÷ 4, 5%, n- woda rozkładowa 3%, zawarta w smole i w benzolu, n- benzol koksowniczy 1%, n- amoniak 0, 4% n-

Produkty koksochemiczne n n Gaz: Najważniejszym z produktów ubocznych powstałych w wyniku przeróbki węgla. Po uwolnieniu się z węgla jest on stopniowo oczyszczany i frakcjonowany. Gaz koksowniczy jest głównie używany do ogrzewania baterii koksowniczych. Nadwyżki gazu są wykorzystywane do zasilania ciepłowni. Smoła pogazowa i produkty ze smoły: • W wyniku kolejnych procesów destylacji ze smoły pogazowej otrzymuje się różne oleje. • Sadza - wykorzystywana do produkcji opon. Benzen - jeden z głównych związków wykorzystywanych w przemyśle chemicznym. n Saletra amonowa - W trakcie oczyszczania surowego gazu koksowniczego uzyskuje się amoniak, który później, już jako saletra amonowa. Saletra służy do nawożenia w rolnictwie.

Przemysł koksowniczy a środowisko naturalne n Możliwa emisja zanieczyszczeń do powietrza - Emisja składników gazu koksowniczego - Amoniaku z instalacji wydzielania amoniaku, - Benzenu i jego pochodne z instalacji destylacji smoły pogazowej - W mniejszych ilościach: występują: wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne, oraz fenol, siarkowodór i pirydyna - Emisja produktów spalania nadmiarowego gazu koksowniczego w pochodni gazowej. n Możliwa emisja zanieczyszczeń do wody fenole, smoła, oleje, cyjanki, siarczki i sole amonowe oraz aniony, takie jak: chlorki, siarczany, siarczki, triosiarczany, rodanki.

Ropa naftowa Ropa to ciekła naturalna mieszanina węglowodorów (m. in. alkanów, cykloalkanów, arenów: 80 -90%), kwasów karboksylowych, fenoli, tioalkoholi, pochodnych tiofenu, azotowych związków heterocyklicznych, żywic, związków metaloorganicznych. Własności - gęstość 0, 73 -0, 99 g/cm 3. Barwa brązowa lub czarna, rzadziej żółtobrunatna, czerwonawa i zielonkawa. Odznacza się silnym, specyficznym zapachem. Prawdopodobnie powstała wskutek beztlenowych procesów gnilnych ze szczątków roślin i zwierząt zachodzących pod wysokim ciśnieniem. Jest to najważniejszy surowiec stosowany w szerokim zakresie na całym świecie. Zaczynając od paliwa kończąc na lekach i kosmetykach. Ropę wykorzystuje się do produkcji większości syntetycznych tworzyw; folii, kauczuku syntetycznego, włókien, tekstyliów czy olejów opałowych.

Ropa naftowa Podczas obróbki ropy naftowej stosuje się często destylację frakcyjną, polegającą na ogrzewaniu ropy do wysokiej temperatury n n Powstają następujące substancje: - benzyna (lekka i ciężka) - nafta - oleje mineralne - parafina - smary - mazut - wazelina - asfalt - inne substancje dalszej obróbki (benzen, toluen, ksyleny itd. )

Ropa naftowa -destylacja W czasie destylacji frakcjonowanej wykorzystuje się różnice wartości temperatur wrzenia cieczy znajdujących się ropie naftowej

Produkty z ropy naftowej – paliwa Gaz płynny, Benzyna samochodowa Benzyna lotnicza, Nafta, Olej napędowy, Oleje, Benzyna - lotna, łatwopalna ciecz o specyficznym zapachu. Z chemicznego punktu widzenia, głównymi składnikami benzyn są węglowodory alifatyczne o liczbie atomów węgla od 5 do 12. Występują również śladowe ilości węglowodorów nienasyconych, oraz aromatycznych. W celu poprawy własności benzyny jako paliwa do silników dodawało się niewielkie ilości (poniżej 1%) czteroetylenku ołowiu. W połowie lat 80. opracowano nowe rodzaje benzyn - tzw. benzyny bezołowiowe. Do benzyn tych dodaje się kilka procent węglowodorów aromatycznych oraz eterów z grupami aromatycznymi. Dodatek tych związków poprawia liczbę oktanową, ale związki te nie spalają się całkowicie w silniku dlatego muszą być "dopalane" na katalizatorach platynowych w układzie wydechowym.

Produkty z ropy naftowej – tworzywa sztuczne Z etylenu, propylenu, winylobenzen i innych składników ropy wytwarza się związki chemiczne zwane monomerami a z nich powstają polimery syntetyczne: Polietylen: Używany jest do głównie wyrobu folii; Z polietylenu wytwarza się również rury kwasoodporne a także artykuły gospodarstwa domowego, butelki i zabawki. Polichlorek winylu: PCW zmiękczony stosuje się do produkcji np. . obrusów, ubrań ochronnych, rękawiczek Polichlorek winylu twardy stosuje się do produkcji opakowań grubościennych Polistyren – służy do produkcji styropianu stosowanego w budownictwie jako warstwa izolująca. Różnego rodzaju włókna syntetyczne - podobne do nici włókna, zastępujące wełnę, bawełnę i jedwab. Tworzywa gumopodobne - kauczuki wykorzystywane do produkcji różnego rodzaju gum, w tym opon samochodowych.

Zużycie ropy naftowej w Polsce W 2009 roku wydobyto w Polsce 662 tys. ton ropy naftowej. Zużycie wynosiło 20, 61 mln ton, pozostała część surowca pochodziła z importu. Ropę sprowadzaliśmy głównie z Rosji (18, 57 mln ton), Algierii (424 tys. ton), Białorusi (371 tys. ton) oraz Norwegii i Wielkiej Brytanii

Elektrociepłownia ogrzewana ropą Grupa Lotos SA i Energa SA podpisały umowę dotyczącą opracowania dokumentacji w sprawie budowy elektrociepłowni zasilanej pozostałością po przerobie ropy naftowej. Wartość potencjalnej inwestycji szacowna jest na 400 mln euro. Do uruchomienia elektrociepłowni może dojść pod koniec 2014 roku.

Produkcja ropy naftowej na świecie Średnie dzienne wydobycie ropy naftowej w latach 2006– 2010 w tys. baryłek Kraj 2006 2007 2008 2009 2010 1 Rosja 9677 9876 9789 9934 10146 2 Arabia Saudyjska (OPEC) 10665 10234 10782 9760 10521 3 USA 8331 8481 8514 9141 9688 4 Iran (OPEC) 4148 4043 4174 4177 4252 5 Chiny 3845 3901 3973 3996 4273 6 Kanada 3288 3350 3294 3483 7 Meksyk 3707 3501 3185 3001 2983 8 ZEA (OPEC) 2945 2948 3046 2795 2813 9 Brazylia 2166 2279 2401 2577 2719 10 Kuwejt (OPEC) 2675 2613 2742 2496 2450

Wpływ energetyki na środowisko n n Energetyka wywołuje zjawiska i procesy w środowisku naturalnym, które zakłócają zwykłe normy (pozyskiwanie kopalin, odpady) Z różnymi sposobami wytwarzania energii elektrycznej związane jest wprowadzanie do środowiska różnych substancji (np. . CO 2, SO 2 i NOx) Elektrownie przekształcają obszary „zielone” w obszary przemysłowe; wymagają transportu materiałów na olbrzymią skalę Porównywanie stopnia szkodliwości poszczególnych źródeł energii wymaga ustalenia kryteriów, które zawsze będą subiektywne

Wpływ energetyki na środowisko CO 2 SO 2, NOx Pyły, Izotopy popioły Transport Węgiel Tak-dużo 100% Tak Tak, 238 U, 232 Th Kolej, morze Energia jądrowa Nie Nie Tak f. p. (? ) Minimalnie Gaz ziemny Tak 50% Tak 10% Tak 222 Rn (? ) gazociągi Hydroenergia Nie Nie Nie Ropa naftowa Tak 80% Tak 70% Tak 222 Rn Tak, morski, in.

Wpływ energetyki na środowisko Uszeregowanie (subiektywne) różnych sposobów wytwarzania energii elektrycznej według rosnącej uciążliwości dla środowiska naturalnego: n Energetyka wodna n Energetyka jądrowa n Energetyka cieplna: gaz ziemny ropa naftowa węgiel n