Olgierd Zienkiewicz 1921 2009 Mechanika Teoretyczna i Stosowana

Olgierd Zienkiewicz 1921 -2009

Mechanika Teoretyczna i Stosowana na rzecz Czystej Energii Witold Gutkowski Komitet Mechaniki 14. 05. 09

Plan Wykładu: 1. Uwagi wstępne 2. Energia z wiatru 3. Energia z fal i prądów morskich 4. Energia ze słońca 5. Energia geotermalna 6. Energia z oszczędzania i udoskonalania 7. Uwagi końcowe

Źródła energii ~80 % to ropa, węgiel i gaz

Unia Europejska ustaliła główny cel: Do 2020 roku 20% energii powinno pochodzić ze źródeł odnawialnych i oszczędności. Dla nas, dla Polski, bazującej swoją energię w ponad 90% na węglu, jest to wielkie wyzwanie

Prezydent USA Barack Obama przedstawił swój program energetyczny, który przewiduje między innymi: Zainwestowanie w najbliższych 10 latach 150 mld. $ dla utworzenia 5 milionów miejsc pracy na rzecz „clean energy”. Powołał Laureata Nagrody Nobla z Fizyki prof. S. Chu, na Sekretarza Departamentu Energii.

W Polsce powstała Polska Izba Gospodarcza Energii Odnawialnej W przyszłym tygodniu rozpocznie obrady

Dwudniowy Kongres będzie poświęcony głownie: • Strategii rozwoju energetyki odnawialnej • . Polityce energetycznej w Polsce • Zamierzeniom inwestycyjnym • Bezpieczeństwu energetycznemu

Instytut Energetyki Odnawialnej Instytut świadczy specjalistyczne usługi doradcze dla inwestorów

2. Energia z wiatru

W USA, w 2007, zainstalowano wiatraków za $30 miliardów – przewiduje się wydać na ten cel, w 2017, $83 miliardy Jedna z firm ( T. Boone Pickens ) planuje największą na świecie farmę w Teksasie liczącą 2000 turbin.

Za największą farmę wiatrową uważa się 400 - megawatową instalację, umiejscowioną 100 km od niemieckiego brzegu Morza Północnego. Rozpocznie ona dostarczanie elektryczności we wrześniu 2009, ograniczając roczną emisje CO 2 o 1. 5 miliona ton W 2009 – 7%, a w 2020 -14%

Ile łopatek?

• Łopatki są poddawane ciągle odrębnym przepływom • Dynamika łopatek jest silnie uzależniona od efektów wynikających z jej obrotów • Nachodzący wiatr ma charakter niestacjonarny i 3 D • Przewiduje się, że wiatraki powinny pracować około 20 lat, przy dowolnej pogodzie.

Mini wiatraki Pionowe osie obrotu

Poziome osie obrotu

Główne problemy badawcze: . Symulacja dynamiki silnie odkształcalnych wirników • Wzajemne oddziaływania wirnika i wieży • Dostosowywanie ustawienia łopatek • Szereg problemów aerodynamicznych jak na przykład generowanie wirów

• 3 D zjawiska związane z przechodzeniem od napływów laminarnych do turbulentnych • Oddziaływanie pomiędzy wiatrakiem i ziemią • Stałe pomiary energii wiatrowej • Łączne obciążenia pochodzące od wiatru i fal.

Zaburzenia i wzajemne oddziaływania w parkach wiatraków

Od ponad stu kilkudziesięciu lat ludzkość wykorzystuje energie wiatrową. Nie mniej, istnieje wciąż zapotrzebowanie na lepsze rozpoznanie zjawisk z nią związanych.

3. Energia z fal i prądów morskich Szacuje się, że ~0. 01% energii zawartej w morzach i oceanach jest równy zapotrzebowaniu na energie całego świata

Falowanie Firma Pelamis, wave power zbudowała urządzenie przekształcające energie fal w energie elektryczną.

Urządzenie składa się z trzech modułów przekształcających, każdy po 250 k. W. Każdy moduł zawiera kompletny elektro-hydrauliczny system generujący energie elektryczną.

Całkowita długość150 m; Średnica 3. 5 m Ciężar 700 ton ( z balastem) 3 niezależne moduły przekształcające Ciśnienie robocze 100 – 350 Bar Generator 2 x 157 k. VA / 125 k. W Obroty 1500 rpm Moc 750 k. W Roczna energia 2. 7 GWh Nominalna moc fal 55 k. W/m

Napęd turbiny powietrznej

Ruch cewki wzdłuż nieruchomego wału

Energia pływów

Rzeka Rance, Bretania , Francja

Małe turbiny

Zagadnienia badawcze Nieliniowa, stochastyczna dynamika fal; dynamika ciał stałych na falach ( stateczność); wzajemne oddziaływanie fal i konstrukcji; dynamika sprzężonych układów hydraulicznoelektrycznych przy zmiennych obciążeniach; hydromechanika wysokich ciśnień; wodne śmigła dla zmiennych kierunków obciążenia itp.

4. Energia ze słońca

Energia słoneczna, uzyskana w miejscach oznaczonych, ze sprawnością 8%, pokryłaby zapotrzebowanie świata na energię

Słoneczny czajnik do herbaty, Tybet

System z koncentracją energii na wieży w Kalifornii „ solar thermal-electric power”.

Lustra słoneczne - Hiszpania

Piec słoneczny osiągający temperaturę 3800° C, Pireneje , Francja

Zagadnienia badawcze • Mechaniczne sterowanie lustrami, tak by stale były nastawione do słońca; • Własności mechaniczne nowych materiałów ( filmy), generujących enrgię elektryczną • Termo mechanika materiałów i instalacji

5. Energia geotermalna

Energia geotermalna 750 MW, Geysers, Kalifornia wystarczy energii dla 750000 domów

Polska posiada największe w Europie zasoby energii geotermalnej, które występują pod powierzchnią 80 procent obszaru kraju. Głównie ze względu na koszty darmowa budowy instalacji, energia wykorzystywana. niemal jest

Łącznie polskie źródła geotermalne dają 75 MW

Pompy cieplne Propan R 290 jako czynnik w obiegu pompy

Niektóre zagadnienia badawcze • Numeryczne modele systemów hydrotermicznych • Procesy termodynamiczne • Poszukiwanie źródeł ( prześwietlanie) • Geotermiczna mechanika płynów • Modelowanie uwalniania się ciepła ze źródeł

6. Energia z oszczędzania i udoskonalania

Ile marnujemy?

Zagospodarowanie metanu Metan (CH 4), jest drugim składnikiem, po dwutlenku węgla, zanieczyszczającym atmosferę. 10% z tego gazy pochodzi z kopalń węgla. Bezpieczeństwo kopalń wymaga, aby stężenie metanu nie przekraczało 1 -2%. Większa jego część uchodzi w atmosferę, wraz z powietrzem wentylującym kopalnie.

W Jastrzębskiej Spółce Węglowej wykorzystuje się około 25% uwalnianego metanu. Reszta, 75%, równoważna około 0. 5 miliona ton węgla rocznie, uchodzi do atmosfery! Roczne wydobycie 12 milionów ton węgla

W USA GE zbudował pierwsze Ogniwo Paliwowe na węgiel Ogniwo przekształca paliwo węglowodorowe bezpośrednio w elektryczność Koszt: $800 na kilowat. Koszt tradycyjnej elektrowni napędzanej gazem wynosi $ 500 – 550 6 –cio kilowatowy prototyp ma około 2 metrów wysokości

Informatyka Współczesna informatyka zużywa energię, wytwarzaną przez 40 średnie elektrownie węglowe, lub 20 milionów samochodów. Green IT ( Zielona Informatyka) to ruch na rzecz zmniejszenia tego zużycia o płowe do 2010 roku.

Drgania mostu wywołane ruchem pojazdów wykorzystane do jego oświetlenia Goshiki-Zakura-Ohashi-Bridge nad rzeką Arakawa

Prefektura w Kyoto zastosowała izolujący nano-film na oknach swego budynku Nano-film zatrzymuje 99% promieniowania ultrafioletowego i 92% podczerwonego. Film nie powoduje zakłóceń w działaniu telefonów komórkowych i TV. W pomieszczeniach zimą temperatura jest wyższa o dwa stopnie, a latem niższa o dwa stopnie

Prace nad utworzeniem prototypu „quantum wire”. Wykonano pierwszy 15 cm przewód. Oak Ridge National Laboratory.

Odzyskiwanie straconego ciepła

Daniel Nocera MIT Słońce + Woda = Paliwo

Liczba możliwych udoskonaleń technologicznych i nowych pomysłów jest niemal nieograniczona. • Nowe materiały zmniejszające tarcie • Systemy sterowania maszyn i urządzeń • Udoskonalenie procesów technologicznych • ( np. kruszenie węgla i skał, zabiegi agrotechniczne )itp. itd. W większości procesy oparte na Mechanice

7. Uwagi końcowe

Kilka faktów wynikających z przestawionego przeglądu: • Stały wzrost zużycia nieodnawialnych źródeł energii. • Rosnące zainteresowanie Świata energią ze źródeł odnawialnych, szczególnie „czystych”. • Stały wzrost zapotrzebowania na wyniki badań naukowych na rzecz czystej energii.

Dla większości przedstawionych zagadnień pozyskiwania czystej energii są niezbędne badania w szeroko pojętej Mechanice Teoretycznej i Stosowanej w sprzężeniu z innymi dyscyplinami, głównie z elektroniką, informatyką fizyką i chemią • Można to stwierdzić obserwując działalność organizacji naukowych , istniejących publikacji tematycznych oraz wydawnictw. I tak:

International Union of Theoretical and Applied Mechanics Przewiduje na swoim kolejnym kongresie w Pekinie Minisymposium pt. Clean energy Mechanics

Springer uruchomił nową serie wydawniczą pt Green Energy and Technology

Kilka czasopism publikujących o czystej energii Journal of Solar Energy Engineering, A S M E International Wind Energy John/Wiley & Sons Ltd. Ocean Engineering, Elsevier Energy for Sustainable Development, Elsevier Energy Sources Part A; Recovery, Utilization, and Enviromental Effects, Taylor &Francis

Uniwersytety, instytuty badawcze oraz firmy energetyczne i chemiczne z Polski i Niemiec rozpoczęły program współpracy w ramach Wspólnoty Wiedzy i Innowacji. Będą wspólnie zabiegać o to, by stać się jednym z węzłów badawczych Europejskiego Instytutu Technologicznego EIT.

Vattenfall szwedzka firma energetyczna zainwestuje 13 milionów koron szwedzkich w projekt realizowany w ramach podstawowego programu badawczego na Uniwersytecie Uppsala w Szwecji. Jego celem jest opracowanie wykorzystywania energii fal morskich. technologii

• W Polsce brak jest programów badawczych, ukierunkowanych na: • modelowanie • symulacje • badania eksperymentalne • projektowanie urządzeń niezbędnych do wytwarzania czystej energii (wiatraki, energia falowania, systemy dla energii słonecznej, oszczędzania)

W Polsce istnieją wystarczająco silne ośrodki badawcze i przemysłowe aby można było oczekiwać utworzenia wieloletniego programu pt. Czysta Energia dla Polski Programu ukierunkowanego na badania naukowe i wytwarzanie krajowych urządzeń na rzecz czystej energii, w polskich warunkach

Dziękuję za uwagę