Źródła energii odnawialnej Zasoby energii pierwotnej w Polsce Energia odnawialna, stan i perspektywy Energia słoneczna Energia geotermalna Energia wiatru Energia wodna Biomasa Termiczna utylizacja odpadów komunalnych Podsumowanie Literatura Wyszukiwarka |
Energia wodnaObecnie energetyka wodna w świecie stanowi około 30 % potencjału wytworzenia energii elektrycznej. Rozwój siłowni wodnych nastąpił w drugiej połowie XX wieku, a pierwsze elektrownie powstawały już w końcu XIX wieku. Z ogółu zasobów energii wodnej występującej na świecie wykorzystuje się około 26 %. W Polsce jest to około 30 %. Hydroelektrownie mają cenne zalety, ale również stwarzają pewne problemy, które należy uwzględnić na już na etapie projektowania.Zalety hydroelektrowni: - pozyskiwanie energii elektrycznej bez emisji szkodliwych gazów i pyłów, - uzyskiwanie relatywnie tańszej energii, - możliwość lokalizacji małych (lokalnych) elektrowni wodnych, - właściwa lokalizacja zbiorników retencyjnych działa przeciwpowodziowo i jednocześnie może być źródłem zaopatrzenia miast w wodę, - uatrakcyjnienie krajobrazu, - rozwój kompleksów rekreacyjnych i sportów wodnych. Problemy wynikające z budowy hydroelektrowni: - trwałe zajęcie obszarów, przeważnie o charakterze rolniczym lub leśnym, - konieczność przemieszczenia ludności wraz z zabudową, - degradacja zabytków, - konieczność stworzenia nowych połączeń drogowych i kolejowych, - zmiany klimatyczne (widoczne dopiero po kilkunastu latach), - degradacja roślin chronionych. Typową hydroelektrownia jest elektrownia przepływowa (rys.1). Woda do turbin wodnych doprowadzana jest rurami ze zbiornika wodnego. Zbiornik wodny tworzy się przez wybudowanie odpowiednio wysokiej i długiej zapory betonowej prostopadle do nurtu rzeki. Na rzekach spławnych do przepuszczania statków buduje się specjalne śluzy umożliwiające przepływ jednostek pływających pomimo różnicy poziomów wody przed i za zaporą. Budowa elektrowni wodnej jest znacznie droższa niż węglowej, ale za to koszty uzyskania energii są niższe. Wynika to z tego, że budowa zbiornika wodnego wymaga dużych nakładów finansowych, wodoszczelnego dna, wykonania kilometrowych obrzeży i odpowiednio wytrzymałej tamy. Hydroelektrownie dzieli się na: - małe elektrownie wodne o mocy poniżej 2 MW - elektrownie systemowe o mocy powyżej 2 MW. Moc cieku wody (1): P=g*Q*H (1) Gdzie: g - ciężar objętościowy wody [kg/m3], Q - przepływ wody [m3/s], H - różnica poziomów wody [m] P - moc [kW]. Energia cieku [kWh] (2): E=P*3600*T (2) Gdzie: T - czas [h]. Ocena energii potencjalnej zasobów wodnych (3): E=g*V*H (3) Gdzie: V - objętość wody [m3]. Moc elektrowni rzadko przekracza 1000 MW, przeważnie jest na poziomie od 100 do 400 MW. Często elektrownie zaporowe buduje się w kaskadach np.: Czorsztyn - Niedzica (92 i 2 MW). Mniejsza elektrownia pełni role elektrowni szczytowej. Ponadto takie rozwiązanie jest bardziej opłacalne z punktu ekonomicznego. Aby nie zakłócić życia biologicznego rzeki, ogranicza się ilość pobieranego strumienia wody do ok. 30 % całkowitego przepływu, buduje się przepławki dla ryb oraz odpowiednie filtry uniemożliwiające przedostanie się ryb, roślinności i większych zanieczyszczeń w okolice wirnika turbiny. Wodna elektrownia pompowa.Elektrownia pompowa jest interesującą odmianą elektrowni wodnej. Może ona w razie potrzeby dostarczać do sieci energię jak również stać się jej odbiornikiem.Podstawą elektrowni pompowej jest turbogenerator wodny. Wodę doprowadza się do turbiny i po jej wykorzystaniu odprowadza do naturalnego zbiornika wodnego np. rzeki. Do jej budowy wymagane są dwa zbiorniki usytuowane na różnych poziomach, tak aby jeden był wyżej od drugiego. Różnica ta powinna wynosić przynajmniej kilkadziesiąt do ponad stu metrów. Z tego względu elektrownie pompowe usytuowane są na terenach o dużych wzniesieniach. Do górnego zbiornika woda jest pompowana rurami (rys. 2). Elektrownia może być również umieszczona w wnętrzu wzgórza na którym znajduje się zbiornik wodny. Rury prowadzone są wówczas pionowo w wywierconym do tego celu szybie. Elektrownia pompowa daje energię elektryczną do sieci gdy turbiny są zasilane wodą z górnego zbiornika. Natomiast gdy elektrownia pobiera energię z sieci, wówczas turbogeneratory pełnią role silników elektrycznych napędzających turbiny, które pompują wodą do górnego zbiornika. Jest to możliwe dzięki specjalnej konstrukcji maszyn, które mogą wytwarzać napięcie, a po przyłączeniu do nich napięcia zachowują się jak silniki. Elektrownie pompowe są połączone wraz z innymi elektrowniami tworząc system elektroenergetyczny. Sumaryczna wartość obciążenia całego systemu zmienia się w każdej minucie i jest zależna od pory dnia i roku. W ciągu doby szczyt obciążenia występuje od godziny 15.30 do 16.00, a najwyższa jego wartość przypada na okres zimowy. Elektrownie pompowe są włączane właśnie w tych okresach maksymalnego zapotrzebowania na energię elektryczną, stąd nazywane są elektrowniami szczytowymi. W okresie obniżonego zapotrzebowania na energię np. w nocy, elektrownie pompowe pobierają energię w celu zmagazynowania potencjalnej energii wody. Ekonomika takiej elektrowni jest uzasadniona gdyż oddaje ona energię w okresie maksymalnego zapotrzebowania gdy cena za kWh jest największa, a pobiera energię z sieci po cenie minimalnej w okresie gdy sieć dysponuje nadwyżką energii. W Polsce udział energetyki wodnej przepływowej w krajowej produkcji energii elektrycznej jest na poziomie 1,1 %. Wielkość zasobów użytkowych szacuje się na poziomie 13,7 TWh/rok (wykorzystuje się 15 %) z czego większość przypada na rzekę Wisłę i Odrę oraz ich dorzecza. Łączna moc elektrowni wodnych w Polsce wynosi około 2100 MW, a samych tylko elektrowni szczytowo-pompowych 1330 MW. Oddają one do sieci rocznie 3500 GWh energii elektrycznej. Istnieje około 300 małych elektrowni wodnych o łącznej mocy 250 MW. Są to siłownie o mocach do 200 kW. Przewiduje się rozwój małej energetyki wodnej ze względu na jej istotne zalety w porównaniu z dużymi elektrowniami systemowymi. Duże możliwości rozwoju małych elektrowni istnieją na terenie jezior mazurskich oraz na południu kraju w górach. Obecnie w Polsce nie jest realizowany żaden program rozwoju energetyki wodnej. Morska elektrownia pływowaW wyniku działania sił przyciągania Księżyca i siły odśrodkowej, wynikającej z ciągłego obrotu Ziemi, następują ruchy mas wód mórz i oceanów. Wypadkowa tych dwóch sił powoduje w ciągu każdej doby podnoszenie się poziomu mórz do pewnego maksymalnego położenia oraz powolne jego obniżanie się. Zjawiska te nazywane są przypływami i odpływami. Różnica poziomów podczas przypływów i odpływów nie jest wszędzie jednakowa. Są takie obszary gdzie ta różnica wynosi ponad dwadzieścia metrów i jeśli tylko pozwalają na to warunki topograficzne, tereny takie można wykorzystać do budowy morskiej elektrowni pływowej.Schemat działania takiej elektrowni ilustruje rys. 3. Odpowiedniej wielkości zapora dzieli otwarte morze od sztucznego zbiornika wodnego. Turbogenerator znajduje się w górnej części zapory, a poniżej niego turbina wodna. Podczas przypływu przez kanał K1 doprowadzana jest woda morska na łopatki turbiny i po wprawieniu jej w ruch napełnia sztuczny zbiornik poprzez kanał K5. Pozostałe kanały są zamknięte. W trakcie odpływu poziom morza obniża się doprowadzając w pewnej chwili do wyrównania poziomów po obu stronach zapory. Elektrownia przestaje działać. Dalsze obniżanie się poziomu morza wznawia prace elektrowni. Zamykane są zawory Z1 i Z4, a otwierane Z2 i Z3. Woda ze zbiornika przepływa przez turbinę i wpływa do morza. Z zasady działania elektrowni wynika, że działa ona okresowo. Czas jej pracy w ciągu doby zależy od różnicy poziomów podczas przypływu i odpływu. Stwarza to konieczność podłączania odbiorników na czas przerwy do elektrowni innego rodzaju, opartych przeważnie na paliwach kopalnianych. W Polsce tego typu elektrownia nie będzie miała nigdy zastosowania ze względu na brak większych przypływów i odpływów. Morska elektrownia cieplnaElektrownia taka wykorzystuje różnicę temperatur jaka występuje na powierzchni morza i w jego głębinie. W obszarach równikowych na powierzchni morza temperatura wody może osiągnąć 25 °C, a 5 °C na głębokości 400 m. Rys. 4 przedstawia uproszczony schemat morskiej elektrowni cieplnej. Woda z powierzchni morza jest zasysana i tłoczona do wymiennika ciepła. Tam przekazuje swoje ciepło, po czym jest odprowadzana do morza. Czynnik roboczy znajdujący się w wymienniku charakteryzuje się tak niską temperaturą wrzenia, że woda powierzchniowa zamienia go w parę o odpowiedniej temperaturze i ciśnieniu (amoniak, freon, propan).Wytworzona para wprowadza turbogenerator w ruch. Dalej para jest kierowana do kondensatora pary. Skroplony czynnik obiegowy za pomocą wody czerpanej z głębiny jest zawracany do wymiennika. Wytworzona energia elektryczna jest przesyłana na ląd za pomocą kabla. Sprawność takiej instalacji jest dość niska i wynosi około 2,5 %, ale jest to źródło niewyczerpalne, zawsze gotowe do wykorzystania i charakteryzujące się wysoką stabilnością. Pewne problemy stwarza woda morska powodując korozje i silne rdzewienie. Dlatego cała instalacja musi być dobrze zabezpieczona przed korozją, nie tylko elementy bezpośrednio narażone na działanie wody, ale także cała konstrukcja platformy. Rury głębinowe muszą być zabezpieczone przed przemieszczeniem się w wyniku ruchu mas wody. Strona Główna |
|