Odnawialne źródła energii i ich zastosowanie w praktyce na przykładzie miasta Bielska-Białej

Transkrypt

1 Odnawialne źródła energii i ich zastosowanie w praktyce na przykładzie miasta Bielska-Białej Prelegent: Piotr Sołtysek Opracował: Michał Skrzypczak, Piotr Sołtysek Bielsko-Biała, 7 kwietnia 2011 r.

2 Zawartość prezentacji 1. Dlaczego wykorzystywać energię odnawialną? 2. Uwarunkowania UE w zakresie OZE 3. Krajowe uwarunkowania prawne dotyczące zastosowania OZE 4. Potencjał energii odnawialnej w Polsce 5. Sposoby zastosowania OZE oraz przykłady praktycznych rozwiązań 2

3 Dlaczego wykorzystywać energię odnawialną? Powrót do spisu treści 3

4 Dlaczego wykorzystywać energię odnawialną? Efekt cieplarniany naturalne zjawisko panujące w atmosferze i utrzymujące temperaturę umożliwiającą rozwój życia na Ziemi. Bez efektu cieplarnianego przeciętna temperatura na Ziemi byłaby niższa o 33 O C i wynosiłaby -18 O C! 4

5 Dlaczego wykorzystywać energię odnawialną? Źródło KAPE SA 5

6 Dlaczego wykorzystywać energię odnawialną? Podstawowe gazy cieplarniane to: dwutlenek węgla CO 2 metan CH 4 tlenek azotu N 2 O freony CHC Zawartość tych gazów w atmosferze wynosi ok. 0,035 % (350 ppm). 6

7 Dlaczego wykorzystywać energię odnawialną? Zawartość CO 2 w atmosferze w ciągu ostatnich 50 lat 7

8 Dlaczego wykorzystywać energię odnawialną? Zawartość CO 2 w atmosferze w ciągu ostatnich lat 8

9 Dlaczego wykorzystywać energię odnawialną? Na wykresie widać okresowe wahania ilości CO 2 w granicach ppm. Zmiany te następowały zgodnie z cyklami zlodowaceń, przy czym nigdy zawartość CO 2 w powietrzu nie sięgnęła obserwowanych obecnie wielkości blisko 400 ppm. Dramatyczny wzrost stężenia CO 2 odpowiada nastaniu epoki przemysłowej, a tempo tego wzrostu jest bezprecedensowe. 9

10 Dlaczego wykorzystywać energię odnawialną? Odchylenie temperatury od średniej w ciągu ostatnich 150 lat 10

11 Dlaczego wykorzystywać energię odnawialną? Odchylenie temperatury od średniej w ciągu ostatnich 2000 lat 11

12 Dlaczego wykorzystywać energię odnawialną? Coraz bardziej widoczne skutki ocieplania się klimatu przyczyniły się do skupieniu uwagi środowiska naukowego na kwestii zmian klimatu. Zaczęto zadawać pytania: Czy klimat Ziemi naprawdę się ociepla? Jeśli tak, to czy jest to zdarzenie typowe w dziejach Ziemi, czy też dzieje się coś nienormalnego? Jeśli klimat się ociepla, to czy jest to związane z działalnością człowieka? Jaki wpływ na naszą przyszłość będzie miało ocieplanie się klimatu? Czy powinniśmy przeciwdziałać temu zjawisku? Jakie działania możemy podjąć? Ile mogą kosztować działania zmierzające do redukcji emisji gazów cieplarnianych? Jaki byłby koszt zaniechania działań? 12

13 Dlaczego wykorzystywać energię odnawialną? W 1988 dwie organizacje Narodów Zjednoczonych Światowa Organizacja Meteorologiczna (WMO) oraz United Nations Environment Programme (UNEP) utworzyły Intergovernmental Panel on Climate Change, czyli Międzyrządowy Zespół do spraw Zmian Klimatu (w skrócie IPCC). Cel powstania IPCC to ocena ryzyka związanego z działalnością ludzi na zmianę klimatu oraz określenia światowych uregulowań mających ograniczyć emisję spalin do atmosfery. Pierwszy raport IPCC został opublikowany w 1990 roku, kolejne w 1995 i 2001, a ostatni w 2007 roku. 13

14 Dlaczego wykorzystywać energię odnawialną? Sposób podejmowania decyzji o wnioskach do publikacji powoduje, że raporty IPCC są konserwatywne i zachowawcze. Struktura IPCC powstawała pod wpływem polityków, którzy obawiali się nazbyt alarmistycznych raportów, w przypadku, gdyby ich brzmienie było ustalane jedynie przez naukowców. Porozumienie w sprawie raportu osiągnięto po całonocnym posiedzeniu, podczas którego z dokumentu wykreślano całe fragmenty, a naukowcy spierali się z rządowymi negocjatorami, którzy rozwadniali sens naukowych ustaleń opinia w temacie raportu IPCC

15 Dlaczego wykorzystywać energię odnawialną? Kluczowe konkluzje zawarte w 4-tym raporcie IPCC to: Ocieplenie z prawdopodobieństwem ponad 90 % jest spowodowane przez działania człowieka Średni wzrost temperatury w XXI wieku wyniesie 2-4 C, a może sięgnąć nawet 6,4 C W 2080 roku bez wody pozostanie od 1,1 do 3,2 miliarda ludzi. W tym samym czasie ponad 600 milionów ludzi będzie cierpiało głód Aby nie dopuścić do przekroczenia wzrostu średniej temperatury na Ziemi o 2,0-2,4 stopnia, należy najwyżej do 2050 roku ograniczyć roczną emisję dwutlenku węgla do atmosfery o 50-85%. 15

16 Dlaczego wykorzystywać energię odnawialną? 16

17 Dlaczego wykorzystywać energię odnawialną? 10 9 Mg CO 2 /rok USA 5,84 Chiny 4,15 Rosja 1,51 Indie 1,26 Japonia 1,25 UE Polska Świat POZIOM BEZPIECZEŃSTWA Wzrost od % 73 % -36 % 88 % 12 % Mg CO 2 /os. 20,00 3,19 10,40 1,19 9,90 6,2 11 8,3 4,3 1,5 17

18 Dlaczego wykorzystywać energię odnawialną? Projekcja zmian temperatury wg różnych modeli 18

19 Dlaczego wykorzystywać energię odnawialną? Wzrost temperatury o 1 C: zwiększone ryzyko wyginięcia % znanych gatunków blaknięcie koralowców zwiększona śmiertelność w wyniku fal upałów, powodzi i susz 19

20 Dlaczego wykorzystywać energię odnawialną? Zdjęcie satelitarne huraganu Katrina, który zdewastował wybrzeże USA. Maksymalna odnotowana prędkość wiatru wyniosła 280 km/h. 20

21 Dlaczego wykorzystywać energię odnawialną? Wzrost temperatury o 2 C: znaczne zmiany w środowiskach naturalnych powodują negatywne konsekwencje dla bioróżnorodności, dostępności wody i jedzenia masowe wymieranie koralowców miliony, dotychczas bezpiecznych, ludzi zagrożonych powodziami 21

22 Dlaczego wykorzystywać energię odnawialną? Wzrost temperatury o 3 C: pustynnienie terenów zwrotnikowych, pastwiska w Teksasie zamienią się w pustynie topnienie lodowców Andów, 10 milionów Peruwiańczyków okresowo pozostanie bez wody pitnej presja na system opieki zdrowotnej globalne zmniejszenie produkcji żywności poważne zatopienia terenów przybrzeżnych, w tym delty Nilu, części Holandii i wysp koralowych 22

23 Dlaczego wykorzystywać energię odnawialną? Wzrost temperatury o 4 C: wymarcie ponad 40 % znanych gatunków straty w wysokości 5 % produktu światowego brutto Arktyka wolna od lodu intensyfikacja pożarów, skutkująca pustynnieniem Brazylii, zanikiem setek gatunków i emisją powstałego podczas spalania dwutlenku węgla do atmosfery intensywne topnienie Grenlandii i Antarktydy, docelowo wzrost poziomu wody o 4-7 metrów 23

24 Dlaczego wykorzystywać energię odnawialną? Wzrost temperatury o 5 C: wieczna zmarzlina Syberii i Kanady zmienia się w błoto, do atmosfery trafiają ogromne ilości metanu potęgujące efekt cieplarniany podniesienie się poziomu oceanów zmusza do przeniesienia się 100 milionów mieszkańców Chin i Bangladeszu 24

25 Dlaczego wykorzystywać energię odnawialną? Wzrost temperatury o 6 C: w związku z zanikiem lodowców Himalajów okresowo wysychają wypływające z Himalajów największe rzeki Azji stopienie całego lodu na powierzchni planety, poziom oceanów stopniowo wzrasta o 70 metrów potężne monsuny powodują olbrzymie powodzie we wschodnich Indiach ludzie masowo migrują w kierunku biegunów, gdzie jest znacznie chłodniej 25

26 Dlaczego wykorzystywać energię odnawialną? Wzrost temperatury o 7 C: ocieplenie oceanów doprowadza do uwolnienia olbrzymich ilości metanu uwięzionego w morskich osadach, dodatkowo przyspieszając proces ocieplenia się klimatu z oceanów znika tlen, tworząc sprzyjające warunki do rozwoju bakterii siarkowych, produkujących siarkowodór siarkowodór niszczy warstwę ozonową hiperkany huragany o mocy zdolnej do wywiewania gleby, pustoszą wybrzeża znikają praktycznie wszystkie gatunki zwierząt i roślin 26

27 Dlaczego wykorzystywać energię odnawialną? Głównym źródłem emisji CO 2 do atmosfery jest energetyka (30 % + 8 % wydobycie), zatem jednym z podstawowych sposobów redukcji emisji CO 2 jest zamiana paliw kopalnych na wykorzystanie zasobów energii odnawialnej. 27

28 Uwarunkowania Unii Europejskiej w zakresie Odnawialnych Źródeł Energii Powrót do spisu treści 28

29 Uwarunkowania UE w zakresie OZE Wzrost udziału energii odnawialnej w całkowitej ilości wytwarzanej energii jest jednym z podstawowych kierunków działań UE. Pozostałe kierunki związane z energią to m.in.: zwiększenie efektywności energetycznej budynków i urządzeń, promocja efektywniejszych metod wytwarzania energii kogeneracji. 29

30 Uwarunkowania UE w zakresie OZE Renewable Energy Road Map to ogłoszona w styczniu 2007 r. długoterminowa strategia UE w zakresie energii odnawialnej. Celami strategii są: zwiększenie bezpieczeństwa energetycznego UE redukcja emisji gazów cieplarnianych 30

31 Uwarunkowania UE w zakresie OZE Podstawowym celem UE na najbliższe lata jest plan 3 x 20. Oznacza on, aby do roku 2020 osiągnąć: 20 % zwiększenia efektywności energetycznej 20 % udziału energii odnawialnej w całkowitym bilansie energii (PL 15%) 20 % redukcji emisji CO 2 w stosunku do roku

32 Uwarunkowania UE w zakresie OZE Dyrektywa 2001/77/WE (w sprawie wspierania produkcji na rynku wewnętrznym energii elektrycznej wytwarzanej ze źródeł odnawialnych) narzuca na państwa członkowskie wymóg udziału źródeł odnawialnych w produkcji energii elektrycznej. Jest ona konsekwencją Białej Księgi (1997), w której ustanowiono wymóg udziału 12 % energii odnawialnej w całkowitej ilości zużywanej energii do roku 2010 w państwach UE

33 Uwarunkowania UE w zakresie OZE Równocześnie dyrektywą 2002/358/WE UE ratyfikowała Protokół z Kyoto. Jego celem jest międzynarodowe porozumienie w sprawie ograniczenia emisji podstawowych gazów cieplarnianych (CO 2, CH 4, N 2 O, HFCs, PFCs, SF6). UE zobowiązała się do ograniczenia emisji tych gazów o 8 % w okresie

34 Uwarunkowania UE w zakresie OZE Dyrektywa 2003/30/WE (w sprawie wspierania użycia w transporcie biopaliw i innych paliw odnawialnych) narzuca wymóg osiągnięcia do roku 2010 udziału biopaliw w rynku paliw płynnych wynoszącego 5,75 %. 34

35 Krajowe uwarunkowania prawne dotyczące zastosowania Odnawialnych Źródeł Energii Powrót do spisu treści 35

36 Krajowe uwarunkowania prawne dotyczące zastosowania OZE Aktem prawnym implementującym zapisy dyrektywy 2001/77/WE do prawodawstwa polskiego jest Ustawa z dnia 10 kwietnia 1997 r. Prawo energetyczne, w szczególności zapisy art. 9a i 9e. 36

37 Krajowe uwarunkowania prawne dotyczące zastosowania OZE Przedsiębiorstwa energetyczne, sprzedające energię elektryczną klientom końcowym zobowiązane są do uzyskania, a następnie umorzenia świadectw pochodzenia energii ze źródeł odnawialnych. Ilość tych świadectw określa Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 19 grudnia 2005 r. w sprawie szczegółowego zakresu obowiązków uzyskania i przedstawienia do umorzenia świadectw pochodzenia, uiszczenia opłaty zastępczej oraz zakupu energii elektrycznej i ciepła wytworzonych w odnawialnych źródłach energii. 37

38 Krajowe uwarunkowania prawne dotyczące zastosowania OZE Harmonogram udziału energii z OZE: 2005: 3,1 % 2006: 3,6 % 2007: 4,8 % 2008: 6,0 % 2009: 7,5 % : 9,0 % 38

39 Krajowe uwarunkowania prawne dotyczące zastosowania OZE Do energii wytwarzanej w OZE zalicza się energię elektryczną lub ciepło pochodzące w szczególności: z elektrowni wodnych oraz wiatrowych, ze źródeł wytwarzających energię z biomasy oraz biogazu, ze słonecznych ogniw fotowoltaicznych oraz kolektorów do produkcji ciepła, ze źródeł geotermalnych. 39

40 Krajowe uwarunkowania prawne dotyczące zastosowania OZE Reasumując: sprzedawca energii musi zapewnić udział energii odnawialnej w całym obrocie energią na wymaganym poziomie. Obowiązek ten realizuje poprzez zakup, a następnie umorzenie świadectw pochodzenia. Świadectwa pochodzenia podlegają obrocie na Towarowej Giełdzie Energii i pochodzą od producentów energii ze źródeł odnawialnych. 40

41 Krajowe uwarunkowania prawne dotyczące zastosowania OZE W przypadku, gdy przedsiębiorstwo energetyczne nie wywiąże się z ustawowego obowiązku, płaci opłatę zastępczą ( karę ) w ilości równej iloczynowi brakującej ilości świadectw pochodzenia oraz jednostkowej wartości opłaty, wynoszącej w 2008 roku 274,92 zł/mwh. 41

42 Krajowe uwarunkowania prawne dotyczące zastosowania OZE Jak zatem obowiązujące regulacje przekładają się na ekonomikę wytwarzania energii z OZE? Producent energii odnawialnej uzyskuje przychody z dwóch źródeł: fizyczna produkcja energii elektrycznej, która może zostać wykorzystana na własne potrzeby lub odsprzedana, sprzedaż świadectw pochodzenia. 42

43 Krajowe uwarunkowania prawne dotyczące zastosowania OZE Wytworzoną energię elektryczną: można sprzedać lokalnemu Operatorowi Systemu Dystrybucyjnego, który zobowiązany jest zakupić ją w cenie równej średniej ubiegłorocznej cenie energii na rynku konkurencyjnym (na rok 2010 wynosi ona 195,32 zł/mwh), wykorzystać na potrzeby własne, uzyskując tym samym przychód równy kosztowi unikniętemu zakupu energii (ok.290 zł/mwh ). 43

44 Krajowe uwarunkowania prawne dotyczące zastosowania OZE PROCEDURA wniosek do URE wytwórcy zielonej energii o wystawienie świadectwa pochodzenia (ŚP); Operator Systemu Przesyłowego potwierdza czy energia z OZE została dostarczona do systemu (do 14 dni); Potwierdzony wniosek trafia do URE i przechodzi weryfikację (do 14 dni); URE informuje Towarową Giełdę Energii (TGE) o wniosku; TGE wpisuje w Rejestrze Świadectw Pochodzenia (RŚP) wytwórcy prawa majątkowe do ŚP (Rynek Praw Majątkowych RPM); 1 kwh zielonej energii = 1 świadectwo pochodzenia Obrót PM na TGE odbywa się za pośrednictwem maklerów wytwórcy lub domów maklerskich TGE; Podmioty zobowiązane do nabywania ŚP mogą to zrobić przez: - umorzenie świadectw pochodzenia, które wcześniej nabyli - wniesienie opłaty zastępczej OZ (jej wysokość ustalona na dany rok); Umorzenie ŚP następuje w URE na wniosek podmiotu zobowiązanego; Rozliczenie obowiązku musi się odbyć do 31 marca za miniony rok. 44

45 Krajowe uwarunkowania prawne dotyczące zastosowania OZE Cena rynkowa świadectw pochodzenia energii ze źródeł odnawialnych kształtuje się przeciętnie o kilka procent poniżej ustalonej wartości opłaty zastępczej. Przykładowo, cena transakcyjna z dnia 17 lutego 2011 r. wyniosła 281,11 zł/mwh. 45

46 Krajowe uwarunkowania prawne dotyczące zastosowania OZE 46

47 Krajowe uwarunkowania prawne dotyczące zastosowania OZE Kolorowe barwy energii typowe nazewnictwo: Energia zielona: energia pochodząca ze źródeł odnawialnych, Energia żółta: energia wytwarzana w wysokosprawnej kogeneracji w źródłach gazowych oraz do 1 MW, Energia czerwona: energia wytwarzana w wysokosprawnej kogeneracji w pozostałych źródłach, 47

48 Krajowe uwarunkowania prawne dotyczące zastosowania OZE Kolorowe barwy energii (c.d.): Energia czarna: energia wytwarzana ze spalania paliw kopalnych, Energia szara: energia zawarta w cieple odpadowym (np. ścieki) Energia biała: energia zaoszczędzona nie zużyta NAJCENNIEJSZA! 48

49 Potencjał energii odnawialnej w Polsce Powrót do spisu treści 49

50 Potencjał energii odnawialnej w Polsce energia słoneczna Zasoby energii słonecznej Stała słoneczna: 1,4 kw/m 2 1,0 kw/m 2 Ziemia Atmosfera 50

51 Potencjał energii odnawialnej w Polsce energia słoneczna Roczna gęstość promieniowania słonecznego w Polsce na płaszczyznę poziomą wynosi kwh/m 2. Średnie usłonecznienie wynosi h/rok. Ok. 80 % rocznej sumy nasłonecznienia przypada na 6 miesięcy półrocza letniego. 51

52 Potencjał energii odnawialnej w Polsce energia słoneczna Zasoby energii słonecznej 52

53 Potencjał energii odnawialnej w Polsce energia słoneczna Zasoby energii słonecznej na obszarze Bielska-Białej: suma promieniowania całkowitego 975 kwh/m 2 /rok ilość ciepła otrzymana z kolektora słonecznego 1,75 GJ/m 2 /rok ilość energii otrzymanej z ogniwa fotowoltaicznego 175 kwh/m 2 /rok 53

54 Potencjał energii odnawialnej w Polsce energia słoneczna [GWh/rok] / 175 [kwh/m 2 /rok] = 891 km 2 taki obszar należałoby pokryć ogniwami fotowoltaicznymi w celu wytworzenia energii równej produkcji krajowej (za rok 2005). Istotnym problem (poza kosztami) pozostaje magazynowanie energii, gdyż okresy produkcji przez ogniwa nie pokrywają się z okresami zużycia. 54

55 Potencjał energii odnawialnej w Polsce energia wiatru Zasoby energii wiatru 55

56 Potencjał energii odnawialnej w Polsce energia wiatru Średnioroczna prędkość wiatru w Polsce to 2,8 m/s w porze letniej i 3,8 m/s w zimie. Przyjmuje się, że dolną granicą opłacalności budowy siłowni wiatrowych jest średnioroczna prędkość wiatru 5 m/s. Powierzchnia kraju spełniająca ten warunek to ok. 60 tys. km 2 (ok. 19 %). 56

57 Potencjał energii odnawialnej w Polsce energia wiatru Zakładając dalej, że tylko 5 % tego obszaru może być wykorzystane dla lokalizacji siłowni (ze względów przyrodniczych i społecznych), otrzymujemy ok km 2, na których mogą być budowane farmy. Przyjmując farmę o mocy 2-3MW/km 2 oraz średni czas pracy z mocą nominalną h/rok, możliwa jest produkcja energii na poziomie GWh/rok. Stanowi to zaledwie ok. 6,5 % produkcji krajowej. 57

58 Potencjał energii odnawialnej w Polsce energia wiatru POLSKA moc zainstalowana 1096 MW (wrzesień 2010) Największe polskie farmy wiatrowe: Margonin: 240 MW Cisowo (p. sławieński): 9 x 2 MW (2001) Zagórze (p. kamieński): 15 x 2 MW (2003) Tymień (p. koszaliński): 25 x 2 MW (2006) Góra Kamieńsk (p. radomszczański): 15 x 2 MW (2007) 58

59 Potencjał energii odnawialnej w Polsce energia wiatru Farma wiatrowa Zagórze 59

60 Potencjał energii odnawialnej w Polsce energia wiatru Potencjał techniczny energii wiatru na wysokościach m n.p.t. na obszarze Bielska-Białej wynosi kwh/m 2 /rok. Typowa siłownia 2 MW posiada pole powierzchni wirnika ok m 2, zatem wytworzyłaby ok MWh, co stanowi ok. 13 % wykorzystania mocy (nad morzem > 20 %). 60

61 Potencjał energii odnawialnej w Polsce energia wiatru Ze względu na bardzo wysoki stopień urbanizacji Bielska-Białej i okolic oraz walory przyrodniczo-krajobrazowe, jak również relatywnie niewielkie średnioroczne prędkości wiatru, rejon ten nie jest atrakcyjnym obszarem dla lokalizacji farm wiatrowych. 61

62 Potencjał energii odnawialnej w Polsce energia geotermalna W Polsce wody geotermalne posiadają temperatury nieprzekraczające 100 O C. Wynika to z tzw. stopnia geotermicznego, który w Polsce waha się od 10 do 100 m (przeważnie m). Całkowitą objętość wód geotermalnych szacuje się na km 3. 62

63 Potencjał energii odnawialnej w Polsce energia geotermalna Najbardziej zasobnymi obszarami są regiony Grudziądzko-Warszawski oraz Szczecińsko- Łódzki, które zajmują ok. 44 % obszaru Polski i posiadają blisko 90 % zasobów wód geotermalnych. Ze względu na wysokie koszty inwestycyjne (odwierty), tylko niewiele zasobów nadaje się do praktycznego wykorzystania. W warunkach polskich mogą one służyć wyłącznie na cele ciepłownicze (nie elektr.). 63

64 Potencjał energii odnawialnej w Polsce energia geotermalna Prowincje geotermalne w Polsce 64

65 Potencjał energii odnawialnej w Polsce energia geotermalna Główne zakłady geotermalne w Polsce: Bańska Biały Dunajec: 125 MW Pyrzyce: 50 MW (w tym 13 MW z wody geotermalnej oraz 37 MW z pomp ciepła i kotłów gazowych) Mszczonów: 12 MW Uniejów: 4,6 MW Słomniki: 3,5 MW 65

66 Potencjał energii odnawialnej w Polsce energia geotermalna W marcu 2000 r. na zlecenie UM Bielsko-Biała opracowano Koncepcję wykorzystania zasobów oraz praktycznego zagospodarowania energii geotermalnej na terenie gminy Bielsko-Biała wraz z analizą finansowania wybranego projektu. 66

67 Potencjał energii odnawialnej w Polsce energia geotermalna W opracowaniu rozważono wykorzystanie odwiertu w Komorowicach (głębokość m, temperatura wód O C), który umożliwia osiągnięcie mocy cieplnej 2,3 3,7 MW. Przy uzyskaniu dotacji na poziomie 80 %, czas zwrotu nakładów wyniósłby lat. 67

68 Potencjał energii odnawialnej w Polsce energia geotermalna Temperatury wód geotermalnych w rejonie Bielska-Białej, brak perspektywicznych utworów wodonośnych oraz duża mineralizacja wód nie pozwalają na ich szersze wykorzystanie w ciepłownictwie (np. do okresowego wspomagania pracy sieci ciepłowniczych). 68

69 Potencjał energii odnawialnej w Polsce energia wodna Zasoby wodno-energetyczne Polski są relatywnie niewielkie w stosunku do powierzchni. Zgodnie z zaleceniami Światowej Konferencji Energetycznej, do katastru sił wodnych przyjmuje się te odcinki rzek, dla których potencjał przekracza 100 kw/km. Dla Polski teoretycznie wynosi on GWh/rok, w praktyce do wykorzystania nadaje się GWh/rok (ok. 7,7 % rocznej krajowej produkcji energii). 69

70 Potencjał energii odnawialnej w Polsce energia wodna Podział potencjału rzek polskich 70

71 Potencjał energii odnawialnej w Polsce energia wodna W Polsce istnieje 24 elektrowni wodnych o mocy 4 MW (w tym elektrownie szczytowo-pompowe) oraz około 500 małych i mikro- elektrowni wodnych. Ich łączna moc wynosi MW. Dla porównania, moc 3-ciej co do wielkości elektrowni konwencjonalnej w Polsce (Turów) wynosi MW. 71

72 Potencjał energii odnawialnej w Polsce energia wodna Największą elektrownią szczytowopompową jest elektrownia w Żarnowcu o mocy 716 MW. Największą elektrownią przepływową jest Elektrownia Wodna we Włocławku (rzeka Wisła) o mocy 160 MW. Parametry nominalne: spad 8,8 m przełyk m 3 /s 72

73 Potencjał energii odnawialnej w Polsce energia wodna Przez obszar miasta Bielska-Białej przepływa rzeka Biała prawy dopływ Wisły. Teoretyczny potencjał energii zawartej w tej rzece wynika z lokalnych kaskad oraz niewielkiego przepływu, rzędu 0,2 0,5 m 3 /s. 73

74 Potencjał energii odnawialnej w Polsce energia wodna Przykład kaskada poniżej ul. Bora-Komorowskiego 74

75 Potencjał energii odnawialnej w Polsce energia wodna Zagospodarowując w/w kaskadę można uzyskać teoretyczną moc: 25 kw Uwzględniając sprawność turbiny i generatora, moc użyteczna wyniosłaby < 20 kw. Biorąc dodatkowo pod uwagę znacznie mniejsze przepływy w okresach suchego lata i mroźnej zimy, budowa MEW w tej lokalizacji byłaby niskoopłacalna. 75

76 Potencjał energii odnawialnej w Polsce energia biomasy Biomasa to materia organiczna zawarta w organizmach roślinnych i zwierzęcych. W procesie fotosyntezy żywe komórki przekształcają znajdujący się w powietrzu CO 2 głównie w węglowodory. Dlatego biomasę traktuje się jako źródło energii odnawialnej. Nośniki energii otrzymane z biomasy mogą występować w stanie stałym, ciekłym i gazowym. UWAGA: Spalanie biomasy powoduje emisję CO 2, z tym że jest ona równoważna pochłanianiu CO 2 w cyklu życia danej rośliny. Spalanie biomasy powoduje również emisję innych substancji, podobnie szkodliwych jak przy spalaniu węgla, dlatego powinno odbywać się w przystosowanych do tego urządzeniach. Spalanie biomasy musi być traktowane rozsądnie! (np. nie spalać dobrej jakości żywności lub drewna) 76

77 Potencjał energii odnawialnej w Polsce energia biomasy W warunkach polskich istotne znaczenie z punktu widzenia zasobów energii mają następujące rodzaje biomasy: drewno, słoma paliwa stałe rośliny oleiste, rośliny przeznaczone na fermentację alkoholową paliwa ciekłe (bioetanol, estry oleju rzepakowego) obornik, gnojowica, odpady organiczne na wysypiskach, osady ze ścieków komunalnych paliwa gazowe (biogaz, powstały w wyniku fermentacji metanowej) 77

78 Potencjał energii odnawialnej w Polsce energia biomasy Potencjał energii z biomasy [PJ] biogaz; 16,0 alkohole; 21,6 słoma; 49,5 rośliny oleiste; 23,7 plantacje energet.; 26,4 drewno; 68,3 78

79 Potencjał energii odnawialnej w Polsce energia biomasy Na terenie Bielska-Białej istnieją następujące źródła biomasy, które są już zagospodarowane: drewno odpadowe z pielęgnacji zieleni miejskiej i lasów miejskich, biogaz z fermentacji odpadów na wysypisku komunalnym, biogaz z fermentacji osadów ściekowych. 79

80 Potencjał energii odnawialnej w Polsce Odnawialne źródła energii mają przede wszystkim znaczenie lokalne. Rozwój produkcji energii z tych źródeł powinien być głównie warunkowany lokalnymi zasobami OZE, jak również możliwością lokalnego wykorzystania ciepła i energii na danym obszarze. W ten sposób unika się istotnych strat i zanieczyszczeń generowanych przez transport i magazynowanie, jak również zwiększa się bezpieczeństwo energetyczne tych lokalnych systemów. 80

81 oraz przykłady praktycznych rozwiązań Powrót do spisu treści 81

82 Do najpopularniejszych sposobów wykorzystania energii słonecznej należą: zastosowanie kolektorów cieczowych do wytwarzania ciepła, zastosowanie kolektorów powietrznych do wytwarzania ciepła, zastosowanie ogniw fotowoltaicznych do wytwarzania energii elektrycznej. 82

83 Najpopularniejsze trzy rodzaje kolektorów cieczowych to: kolektory płaskie, kolektory próżniowe, kolektory z rurką cieplną (heat pipe), Kolektory hybrydowe. 83

84 Budowa kolektora płaskiego 84

85 Budowa kolektora próżniowego 85

86 Budowa kolektora próżniowego typu Heatpipe 86

87 Kolektory słoneczne próżniowe i typu Heat-Pipe stosuje się przede wszystkim w instalacjach całorocznych ponieważ zastosowana izolacja termiczna w postaci próżni jest najdoskonalsza z możliwych. Instalacje solarne oparte na technologii kolektorów próżniowych są zalecane dla naszego klimatu ponieważ ich wydajność w stosunku rocznym jest wyższa w porównaniu do kolektorów płaskich nie izolowanych próżnią od otoczenia. Oczywiście ostatecznie powinna decydować analiza ekonomiczna. Kolektory hybrydowe są połączeniem panelu fotowoltaicznego z kolektorem słonecznym wodnym lub powietrznym, który odbiera ciepło od panelu chłodząc go i podnosząc jego sprawność. 87

88 Sprawność optyczna kolektorów wynosi przeciętnie %. Ponadto kolektory słoneczne generują straty ciepła do otoczenia. Całość tych strat składa się na całkowitą sprawność danego typu kolektora, zależną od różnicy temperatur pomiędzy kolektorem a powietrzem zewnętrznym. Średnioroczna sprawność ogólna nie przekracza jednak zwykle 40%. 88

89 90% 80% 70% Przykładowe sprawności różnych typów kolektorów Sprawność [%] 60% 50% 40% 30% 20% 10% k. płaski k. Heatpipe k. próżniowy 0% Różnica temperatur [K] 89

90 Typowy schemat instalacji solarnej 90

91 Przykład zastosowania kolektorów słonecznych płaskich: instalacja szkoleniowo-demonstracyjna w Bielskim Centrum Kształcenia Ustawicznego i Praktycznego, Zespół Pracowni Nr 1 przy ul. Krasińskiego

92 Instalacja składa się z: 3 kolektorów słonecznych typu KS 2000S prod. Hewalex (Bestwina) o łącznej powierzchni czynnej 5,5 m 2, zespołu pompowo-sterowniczego, podgrzewacza c.w.u. o pojemności 300 dm 3 z wbudowaną grzałką elektryczną, komputera PC z wizualizacją procesu. 92

93 93

94 94

95 95

96 96

97 Przykład zastosowania kolektorów słonecznych typu Heatpipe: instalacja przygotowania c.w.u. w Domu Pomocy Społecznej przy ul. Żywieckiej

98 Instalacja składa się z: 8 kolektorów słonecznych typu AKT o łącznej powierzchni czynnej 23 m 2, zespołu pompowo-sterowniczego, dodatkowego podgrzewacza c.w.u. I O o pojemności ok. 2 m 3, szafy telemetrycznej. 98

99 99

100 100

101 101

102 102

103 103

104 104

105 Ogniwa fotowoltaiczne służą do wytwarzania energii elektrycznej na drodze konwersji energii promieniowania słonecznego. Ogniwa budowane są z materiałów półprzewodnikowych (w przeważającej ilości z krzemu). 105

106 Zasada działania: Fotoogniwo jest zbudowane z półprzewodnika i tworzy złącze p-n, na które pada światło. Padające na złącze fotony o energii większej od szerokości przerwy energetycznej półprzewodnika powodują powstanie par elektron-dziura. Pole elektryczne wewnątrz półprzewodnika związane z obecnością złącza p-n, przesuwa nośniki różnych rodzajów w różne strony. Elektrony trafiają do obszaru n, dziury do obszaru p. Rozdzielenie nośników ładunku w złączu powoduje powstanie na nim zewnętrznego napięcia elektrycznego. Ponieważ rozdzielone nośniki są nośnikami nadmiarowymi (mają nieskończony czas życia), a napięcie na złączu p-n jest stałe, oświetlone złącze działa jako ogniwo elektryczne. 106

107 Rodzaje ogniw słonecznych: monokrystaliczne: budowane z jednorodnych kryształów krzemu, ciętych na warstwy o grubości ok. 0,3 mm. Mają najwyższy poziom sprawności (ponad 15 %) oraz żywotności, polikrystaliczne: ogniwa złożone są z wielu mniejszych kryształów, przez co są mniej wydajne, lecz znacznie prostsze w produkcji i tańsze, przez co są najbardziej popularne, amorficzne: warstwa krzemu o grubości zaledwie 2 mikronów osadzana jest na powierzchni np. szkła. Służą najczęściej do zasilania małych urządzeń elektrycznych, posiadają sprawność rzędu 8,5 %. 107

108 Schemat solarnego systemu zasilania 108

109 Przykład zastosowania ogniw fotowoltaicznych: - Gimnazjum KTK (1,37kWp) - instalacja szkoleniowodemonstracyjna w Bielskim Centrum Kształcenia Ustawicznego i Praktycznego, Zespół Pracowni Nr 1 przy ul. Krasińskiego

110 Instalacja składa się z 2 ogniw fotowoltaicznych o parametrach: moc nominalna 120 W, napięcie jałowe 40 V, napięcie pracy 24 V. Instalacja nie posiada pozostałych elementów. Do sali lekcyjnej wyprowadzone są zaciski ogniw, które umożliwiają przeprowadzanie pomiarów i doświadczeń. 110

111 111

112 Przykładem wykorzystania ogniw słonecznych są ogniwa paliwowe. Są to ogniwa generujące energię elektryczną z reakcji utleniania stale dostarczanego z zewnątrz paliwa. Większość ogniw to ogniwa wykorzystujące wodór i tlen (ogniwa wodorowe), przez co produktem spalania jest para wodna. 112

113 Zasada działania ogniw wodorowych: Cienka warstwa polimeru przewodzącego protony rozdziela anodę i katodę. Zwykle elektrody mają postać nawęglonego papieru pokrytego platyną w charakterze katalizatora reakcji. Gazowy wodór wprowadzany jest w obszar porowatej anody, gdzie w wyniku oddziaływania wodoru z materiałem katody zachodzi dysocjacja, w wyniku czego powstają jony protonowe H + oraz elektrony e. Elektrony przyciągane przez anodę pozostają w niej, a jony wodorowe dyfundują. Półprzepuszczalna membrana jest przewodnikiem tylko dla protonów, nie przepuszcza innych jonów, szczególnie jonów tlenu od katody do anody. Elektrony muszą dotrzeć do katody poprzez obwód elektryczny, wytwarzając prąd pozwalający na zasilanie urządzeń. Na katodzie tlen reaguje z elektronami tworząc jony O -2, a jony wodorowe H + są zobojętniane zjonizowanym tlenem. Końcowy produktu to H 2 O czyli woda w postaci pary lub ciekłej. 113

114 W odróżnieniu od baterii i akumulatorów, ogniwa paliwowe nie gromadzą wewnątrz energii. Bez dostarczania paliwa proces produkcji prądu się zatrzymuje. Są jednak urządzenia, w których łączy się baterie słoneczne produkujące wodór przez elektrolizę z ogniwem paliwowym. W takim układzie wodór jest produkowany w ciągu dnia z energii słonecznej, a w nocy ulega spaleniu w ogniwie. Sprawność takiego procesu (prąd wodór prąd) jest rzędu %. Podobne rozwiązanie może zostać zastosowane w elektrowni wiatrowej. Kiedy wieje wiatr nadmiar energii magazynowany jest w postaci wodoru. Kiedy wiatr cichnie niedobór prądu pokrywa produkcja energii w ogniwie paliwowym. 114

115 Przykład zastosowania ogniwa paliwowego: instalacja szkoleniowodemonstracyjna w Bielskim Centrum Kształcenia Ustawicznego i Praktycznego, Zespół Pracowni Nr 1 przy ul. Krasińskiego

116 Instalacja składa się z modelu laboratoryjnego firmy h-tec Junior Basic J101 złożonego z: elektrolizera 1 W, ogniwa paliwowego 500 mw, zbiorników tlenu i wodoru o pojemności 30 cm 3 każdy, ogniwa fotowoltaicznego 2 V 350 ma, wiatraczka z napędem 10 mw. 116

117 117

118 W modelu demonstracyjnym zachodzi następujący ciąg reakcji: promieniowanie słoneczne produkcja energii elektrycznej przez baterię słoneczną elektroliza wody magazynowanie tlenu i wodoru wytwarzanie energii elektrycznej przez wodorowe ogniwo paliwowe napędzanie wentylatorka energią elektryczną 118

119 Praktyczne wykorzystanie energii wiatrowej odbywa się za pomocą siłowni (turbin, elektrowni) wiatrowych, pojedynczych lub zgrupowanych w tzw. farmach wiatrowych. Turbina wiatrowa jest urządzeniem zamieniającym energię kinetyczną wiatru na pracę mechaniczną w postaci ruchu obrotowego wirnika. 119

120 Zasada działania turbin o poziomej osi obrotu: Turbina wiatrowa zaopatrzona jest w wirnik, składający się z łopat i piasty umieszczonej na przedniej części gondoli ustawionej na wiatr. Wirnik przymocowany jest do głównego wału, wspierającego się na dwóch łożyskach. Wał przenosi energię obrotów przez przekładnię do generatora, który przekształca ją w energię elektryczną. 120

121 121

122 Istnieją także siłownie o osi pionowej: rotorowa Savoniusa Darrieusa 122

123 Aktualnie najczęściej stosowane konstrukcje to siłownie o mocy rzędu 2 MW. Typowe parametry takich jednostek to wysokość 100 m i średnica wirnika 80 m. Nominalna sprawność siłowni jest rzędu 50 %, jednak dla słabszych wiatrów może wynosić nawet poniżej 40 %. W praktyce korzysta się z wykresów krzywych mocy (zależność oddawanej mocy elektrycznej od prędkości wiatru). 123

124 Przykład zastosowania elektrowni wiatrowej: - instalacja szkoleniowodemonstracyjna w Bielskim Centrum Kształcenia Ustawicznego i Praktycznego, Zespół Pracowni Nr 1 przy ul. Krasińskiego

125 Instalacja składa się z generatora wiatrowego AIR-X 400 prod. Southwest Windpower o parametrach: moc nominalna ,5 m/s, moc szczytowa 550 W, wewnętrzny regulator ładowania z prostownikiem, napięcie pracy 24 V (także wersje 12 i 48 V), średnica wirnika 1,15 m, masa 6 kg, prędkość startowa 3 m/s. Instalacja nie posiada pozostałych elementów. Do sali lekcyjnej wyprowadzone są zaciski prostownika, które umożliwiają przeprowadzanie pomiarów i doświadczeń. 125

126 126

127 Wykres krzywej mocy 1 mph 0,45 m/s 127

128 Analogicznie, praktyczne wykorzystanie energii wodnej odbywa się za pomocą siłowni (turbin, elektrowni) wodnych, zlokalizowanych na ciekach wodnych. Turbina wodna jest urządzeniem zamieniającym energię mechaniczną wody na pracę mechaniczną w postaci ruchu obrotowego wirnika z łopatkami. 128

129 Turbiny wodne dzieli się na: akcyjne (natryskowe) turbina Peltona (spad m) reakcyjne (naporowe) turbina Francisa ( m) turbina Kaplana (3 80 m) turbina Banki-Michella (1 60 m) Występują także klasyczne koła młyńskie, nie będące turbinami w klasycznym rozumieniu tego słowa. W zależności od miejsca dopływu wody, koła dzieli się na nasiębierne, śródsiębierne oraz podsiębierne. 129

130 Turbina Peltona jest turbiną natryskową. Wykorzystuje się energię kinetyczną strumienia wody, która za pomocą dyszy kierowana jest bezpośrednio na łopatki wirnika, wprawiając ją w ruch obrotowy. W turbinie Francisa przewód dostarczający ciecz roboczą ma kształt spirali. Poruszający się płyn przemieszcza się po coraz mniejszym promieniu, co zgodnie z zasadą zachowania momentu pędu prowadzi do wzrostu prędkości obrotowej. Łopatki kierujące prowadzą płyn stycznie do kierunku rotacji wprost na łopatki wirnika. Odpowiednio ustawiony kąt łopatek pozwala na zapewnienie optymalnej pracy w szerokim zakresie różnicy ciśnień. 130

131 Turbina Kaplana to odmiana turbiny śmigłowej, czyli takiej której łopatki mają kształt podobny do śrub okrętowych. Woda kierowana jest bezpośrednio na łopatki. Istnieje możliwość zmiany kąta łopatek w czasie pracy, co w efekcie wpływa na regulację otrzymywanej mocy i zwiększenie zakresu wysokich sprawności. W turbinie Banki-Michella woda przepływa dwukrotnie przez palisadę łopatkową wirnika, zbudowanego w kształcie walca. Wirnik zasilany jest przez odpowiednio wyprofilowaną kierownicę. 131

132 Turbina Peltona Turbina Francisa z generatorem 132

133 Turbina Kaplana zasada działania turbiny Banki-Michella 133

134 Przykład zastosowania elektrowni wodnej: - mała elektrownia wodna na rzece Młynówka w Czańcu (p. bielski), zlokalizowana w dawnych Zakładach Produkcji Tektury. Właścicielem i użytkownikiem obiektu jest firma Górecki sp. j. 134

135 Młyn wodny pracował tu już na początku XIX w. Pierwotnie mielono tu zboże, jednak w połowie XIX w. przerobiony został na papiernię, gdzie zainstalowano dwie turbiny Girarda o mocy 90 KM każda, napędzające poprzez zespół przekładni maszyny papierni. W połowie lat 60 jedną z turbin przystosowano do produkcji energii. W 1987 r. turbiny Girarda wraz z budynkiem siłowni zostały wpisane do rejestru zabytków. 135

136 Podstawowe parametry obiektu: turbina Kaplana 160 kw średnica wirnika 750 mm przepływ regulowany w zakresie 0,6 3,0 m 3 /s różnica poziomów wody dolnej i górnej 6,5 m rok oddania do eksploatacji 2006 średni przepływ 1,0 1,2 m 3 /s średnia moc kw 136

137 Budynek siłowni widok od strony wody górnej 137

138 Budynek siłowni widok od strony wody dolnej 138

139 Ekspozycja zabytkowych maszyn 139

140 Turbina Kaplana 160 kw widok na generator i przekładnię 140

141 Sterowanie hydrauliczne kątem natarcia łopatek turbiny 141

142 Przykład zastosowania elektrowni szczytowo-pompowej: Elektrownia Porąbka-Żar w Porąbce (p. bielski). Właścicielem i użytkownikiem obiektu jest spółka Elektrownie Szczytowo- Pompowe S.A. 142

143 Podstawowe parametry obiektu: moc dla pracy generatorowej 500 MW (druga co do wielkości ES-P w Polsce) moc dla pracy pompowej 540 MW turbiny Francisa (odwracalne) 4 x 125 MW zbiornik górny: zbiornik sztuczny na górze Żar (ok. 750 m n.p.m.), maksymalne wymiary 650x250x28 m, obj. 2,3 mln m 3 zbiornik dolny: Jezioro Międzybrodzkie (ok. 320 m n.p.m.) spiętrzone najstarszą w Polsce zaporą w Porąbce (1937) rok oddania do eksploatacji

144 Zbiornik górny na górze Żar 144

145 Przekrój zbiornika tablica informacyjna na górze Żar 145

146 Przekrój turbozespołu 125 MW: Silnik rozruchowy Generator Turbina Francisa 146

147 Wykorzystanie energii geotermalnej w Polsce odbywa się wyłącznie do celów ciepłowniczych. Stosowane są dwie podstawowe metody: bezpośrednio: woda geotermalna jest na tyle ciepła, że podgrzewa strumień wody sieciowej za pomocą wymiennika ciepła, pośrednio, z wykorzystaniem pomp ciepła: ponieważ temperatura wody geotermalnej jest niższa od temperatury wody sieciowej, pompa ciepła odbiera ciepło z wody geotermalnej, podnosi je na wyższy poziom temperaturowy i przekazuje do obiegu czynnika grzewczego. 147

148 Przykład zastosowania ciepłowni geotermalnej: ciepłownia geotermalna w Bańskiej Niżnej (p. nowotarski). Właścicielem i użytkownikiem obiektu jest Przedsiębiorstwo Energetyki Cieplnej Geotermia Podhalańska S.A. 148

149 Podstawowe parametry geotermalnej instalacji ciepłowniczej: zatwierdzone zasoby eksploatacyjne 550 m 3 /h bardzo niska mineralizacja < 3 g/dm 3 temperatura wody na głowicy 86 O C moc geotermalnych wymienników ciepła 40 MW kotłownia szczytowa (Zakopane) o mocy 40 MW, w tym trzy gazowe agregaty kogeneracyjne o mocy 1,5 MW e i 2,1 MW t roczna sprzedaż ciepła > GJ ponad podłączonych odbiorców 149

150 Schemat systemu geoteralnego Bańska Biały Dunajec 150

151 Otwór wydobywczy Bańska PGP-1 w Bańskiej Niżnej 151

152 Problemem ekonomicznym w tego typu zakładach geotermalnych są relatywnie wysokie temperatury wody powracającej do złoża (tu ok. 55 O C). Stąd rozważa się dalsze wykorzystanie ciepła wód geotermalnych, np. poprzez kaskadowe systemy ich schładzania. 152

153 Przykładowo, w laboratorium geotermalnym IGSMiE PAN w Bańskiej, realizowana jest następująca kaskada: obiekty mieszkalne suszarnia drewna szklarnia hodowla ryb ciepłolubnych podgrzew gleby w tunelach foliowych 153

154 Jeśli woda geotermalna posiada zbyt niską temperaturę, można wykorzystać jej ciepło stosując pompy ciepła. Pompy ciepła można również zastosować do wykorzystania niskotemperaturowego ciepła zawartego w otoczeniu (w powietrzu, glebie, ciekach powierzchniowych i wodach gruntowych), którego źródłem jest energia promieniowania słonecznego. Podstawą działania pompy ciepła jest wzrost temperatury gazu przy jego sprężaniu i spadek temperatury przy rozprężaniu oraz zjawiska parowania i skraplania. 154

155 Schemat obiegu sprężarkowej pompy ciepła 155

156 Zasada działania: 1. Czynnik pośredniczący (płyn niezamarzający np. glikol) krąży w przewodzie zbiorczym (wężownicy). Mając niską temperaturę (poniżej zera) absorbuje ciepło z podłoża skalnego, gruntu, powietrza lub wody (tzw. dolnego źródła ciepła) i się ogrzewa. 2. W wymienniku ciepła tzw. parowniku podgrzany w dolnym źródle ciepła czynnik pośredniczący styka się z zimnym czynnikiem chłodniczym obiegu wewnętrznego pompy ciepła. Czynnik chłodniczy podgrzewa się i odparowuje, stając się gazem. 3. Gaz ten zostaje sprężony przez kompresor jeszcze bardziej się podgrzewając. Wytworzone w tych procesach ciepło jest przekazywane przez drugi wymiennik tzw. skraplacz - do systemu ogrzewania budynku. Ciepło jest przekazywane z racji przewodzenia oraz zmiany stanu skupienia, gdyż w wymienniku tym następuje schłodzenie gorącego gazu i jego zamiana w ciecz. 4. Ciecz ta po przejściu przez zawór rozprężny obniża swoje ciśnienie, a tym samym jeszcze bardziej obniża swoją temperaturę oraz przepływa do parownika, gdzie w kontakcie z czynnikiem pośredniczącym znów odparowuje, podgrzewa się i proces zaczyna się ponownie. 156

157 Przykłady instalacji odbierających darmowe ciepło z otoczenia: Podłoże skalne Grunt 157

158 Przykłady instalacji odbierających darmowe ciepło z otoczenia: Wody powierzchniowe Wody gruntowe 158

159 Przykłady instalacji odbierających darmowe ciepło z otoczenia: Powietrze 159

160 Rozwinięciem instalacji pomp ciepła jest możliwość ich wykorzystania na potrzeby klimatyzacji pomieszczeń. Proces chłodzenia można realizować aktywnie (pompa ciepła pracuje w układzie odwróconym) lub pasywnie, po prostu korzystając z niższej temperatury gruntu lub wody w stosunku do powietrza atmosferycznego. Dlatego dziś pompa ciepła służy zarówno do ogrzewania, jak i klimatyzacji pomieszczeń. 160

161 Przykład zastosowania pomp ciepła: basen kryty przy ul. Langiewicza 26. Właścicielem i użytkownikiem obiektu jest spółka AQUA S.A. 161

162 W obiekcie zainstalowano następujące rozwiązania oparte o pompy ciepła: odbiór ciepła z kolektora wody miejskiej Ø1200 (w zależności od pory roku 5-15 O C) do ogrzewania obiektów i podgrzewu wody basenowej (schłodzona woda w lecie służy do wspomagania klimatyzacji), odbiór ciepła z wywiewanego powietrza wentylacyjnego do celów j.w., odbiór ciepła z wywiewanego powietrza wentylacyjnego do podgrzewu powietrza nawiewanego. 162

163 Podstawowe parametry źródeł ciepła: pompy ciepła Hoval 30RW 2 x 175 kw pompa ciepła Hoval Genius 16B 16 kw zasobniki ciepła 3 x 0,75 m 3 z układem grzałek rezerwowych 10 x 9 kw pojemnościowy podgrzewacz c.w.u. 1,2 m 3 z grzałką rezerwową 16 kw rezerwowy kocioł gazowy Hoval UltraGas AM-C 100 kw maksymalne zapotrzebowanie na moc cieplną odbiorników 376 kw 163

164 Pompa ciepła 175 kw 164

165 Centrala termowentylacyjna z odzyskiem ciepła 165

166 Zasobniki ciepła 3 x 0,75 m 3 166

167 Podgrzewacz c.w.u. 1,2 m 3 167

168 Rozdzielacz z indywidualnie sterowanymi obiegami grzewczymi 168

169 Przykład zastosowania pomp ciepła: Oczyszczalnia Ścieków Komorowice przy ul. Bestwińskiej. Właścicielem i użytkownikiem obiektu jest spółka AQUA S.A. 169

170 W obiekcie zainstalowano następujące rozwiązanie oparte o pompy ciepła: Odbiór ciepła odbywa się ze ścieku surowego (w piaskownikach) za pomocą ułożonych wewnątrz kolektorów z rur PE Ø40 o długości 4 x 600 mb. Temperatura ścieków na dopływie wynosi przeciętnie O C (w zależności od pory roku). W rurach krąży niezamarzający wodny roztwór glikolu. 170

171 Podstawowe parametry źródeł ciepła: pompy ciepła Thermia Robust 35 U/M 3 x 35 kw szczytowy kocioł elektryczny zasobnik c.w.u. o pojemności 0,7 m 3 wytworzone ciepło służy do ogrzewania pomieszczeń biurowych, socjalnych, warsztatowych oraz przygotowania c.w.u. (maksymalne zapotrzebowanie na moc cieplną odbiorników wynosi 133 kw) 171

172 Instalacja glikolu w piaskownikach 172

173 Piaskowniki 173

174 Pompy ciepła 3 x 35 kw 174

175 Energetyczne wykorzystanie biomasy (drewno, słoma) odbywa się poprzez jej spalanie. Podczas spalania wydziela się CO 2 do atmosfery, jednak jest to ilość porównywalna do tej ilości CO 2, która została zasymilowana przez rośliny w procesie wzrostu, stąd biomasę klasyfikuje się jako odnawialne źródło energii. 175

176 Biomasę spala się w specjalnie zaprojektowanych do tego celu kotłach, wytwarzając ciepło. W dużych instalacjach możliwe jest także wytwarzanie energii elektrycznej, podobnie jak w klasycznych elektrociepłowniach. Istnieją również prototypowe instalacje wykorzystujące np. zjawisko pirolizy (destylacji rozkładowej) do produkcji energii elektrycznej i ciepła z biomasy. 176

177 Przykład zastosowania kotłów na biomasę: ogrzewanie szklarni przy Al. Armii Krajowej 132. Właścicielem i użytkownikiem obiektu jest spółka Zieleń Miejska Sp. z o.o. Biomasa drzewna pozyskiwana jest z pielęgnacji zieleni miejskiej oraz lasu miejskiego. 177

178 Podstawowe parametry instalacji: kotły Vigas 3 x 80 kw kotły zgazowujące drewno, z ręcznym załadunkiem drewna kawałkowego sprawność nominalna 85 % zalecana wilgotność drewna % dopuszczalna wilgotność drewna % rok oddania do eksploatacji

179 Jednym z kluczowych aspektów przy spalaniu biomasy jest jej wilgotność. Zbyt wysoka wilgotność powoduje stratę energii na podgrzanie i odparowanie wody. Drewno po ścięciu posiada wilgotność rzędu 85 % i w trakcie suszenia na świeżym powietrzu wysycha do poziomu: % po 3 miesiącach ~30 % po 6 miesiącach % po 1 roku % po 1,5 roku (tzw. stan powietrznosuchy) 179

180 Instalacja kotłowa 3 x 80 kw 180

181 Ogrzewane obiekty szklarnie 181

182 Magazyn drewna opałowego 182

183 Materię organiczną można również poddać procesowi fermentacji beztlenowej, podczas której następuje szereg przemian biochemicznych, z których ostatnią jest metanogeneza produkcja metanu przez bakterie metanowe. Zaletą tego procesu jest możliwość uzyskania biogazu (gazu palnego, mieszaniny CH 4 i CO 2 ) z materii, której spalenie byłoby niemożliwe lub nieopłacalne. 183

184 Najczęściej spotykanym rodzajem fermentacji metanowej jest fermentacja mezofilna, która zachodzi w temperaturze O C. Proces ten realizowany jest w sposób kontrolowany w zamkniętych komorach fermentacyjnych (tzw. WKF-ach) w oczyszczalniach ścieków i w biogazowniach rolniczych. 184

185 Powstały w wyniku fermentacji biogaz, posiadając wysoką zawartość metanu (najczęściej %) może być spalany tak jak gaz ziemny w celu wytworzenia: ciepła (spalanie w kotle) energii elektrycznej (spalanie w agregacie prądotwórczym) ciepła i energii elektrycznej równocześnie (spalanie w agregacie kogeneracyjnym) 185

186 Kogeneracja, inaczej współwytwarzanie, jest techniką energetyczną, w ramach której jednocześnie wytwarzana jest energia elektryczna i ciepło. W wyniku tego procesu do otrzymania tych samych ilości ciepła i energii elektrycznej zużywa się mniej paliwa, aniżeli w przypadku rozdzielnego wytwarzania tych czynników energetycznych. 186

187 Rozdzielone wytwarzanie ciepła i energii elektrycznej: Paliwo 1 MWh Paliwo 1 MWh Ciepłownia η ~ 85 % Elektrownia η ~ 38 % ciepło energia el. Odbiorca: 0,85 MWh th + 0,38 MWh el = 1,23 MWh 187

188 Skojarzone wytwarzanie ciepła i energii elektrycznej: Paliwo 2 MWh Elektrociepłownia (agregat kogener.) η el ~ 35 % η th ~ 50 % ciepło energia el. Odbiorca: 1,00 MWh th + 0,70 MWh el = 1,70 MWh 188

189 Typowe instalacje kogeneracyjne: energetyka zawodowa: kocioł parowy + turbina parowa (paliwo: węgiel) energetyka przemysłowa: turbina gazowa + kocioł odzysknicowy (paliwa płynne: gaz ziemny, LPG, olej opałowy) energetyka rozproszona: agregat kogeneracyjny (paliwa płynne i odnawialne: gaz ziemny, LPG, olej opałowy, biogaz, gazy niskokaloryczne, gaz kopalniany) 189

190 Przykład zastosowania agregatu kogeneracyjnego zasilanego biogazem z oczyszczalni ścieków: Oczyszczalnia Ścieków Komorowice przy ul. Bestwińskiej. Właścicielem i użytkownikiem obiektu jest spółka Aqua S.A. 190

191 Podstawowe parametry instalacji: agregat kogeneracyjny Petra 230 CDF firmy Elteco o nominalnej mocy 190 kw el i 231 kw th sprawność elektryczna ~ 37 % sprawność cieplna ~ 45 % średnia bieżąca produkcja biogazu 2300 m 3 /d, po zakończeniu modernizacji planowany wzrost do 4200 m 3 /d agregat zużywa ok. 95 % wytworzonego biogazu w bilansie rocznym agregat pokrywa ok. 20 % zapotrzebowania na energię elektryczną oraz ok. 55 % zapotrzebowania na ciepło oczyszczalni ścieków instalacja oddana do eksploatacji w roku

192 Zbiornik biogazu 2000 m 3, w tle WKF 192

193 Budynek agregatów prądotwórczych 193

194 Agregat kogeneracyjny Petra 230 CDF 194

195 Szafy elektryczne sterowania i wyprowadzenia mocy 195

196 Agregat prądotwórczy Wola z lat kw wymieniony w 2010 roku na nowoczesną jednostkę kogeneracyjną 250 kw 196

197 Przykład zastosowania agregatu prądotwórczego zasilanego biogazem ze składowiska odpadów: składowisko odpadów przy ul. Krakowskiej 315d. Właścicielem i użytkownikiem obiektu jest Zakład Gospodarki Odpadami S.A. Agregaty są w posiadaniu i w eksploatacji firmy EKOBUD Sp. z o.o. 197

198 Podstawowe parametry instalacji: agregaty prądotwórcze o mocy 3 x 250 kw firmy Man zużycie biogazu przez jeden agregat 170 m 3 /h sieć odgazowująca złożona z 40 studni (stare składowisko) oraz 12 studni (nowe składowisko) głębokość odwiertów do 25 m instalacja oddana do eksploatacji w roku 2002 ciepło z chłodzenia silników rozpraszane jest do otoczenia poprzez zestaw chłodnic wentylatorowych 198

199 Studnia odgazowująca 199

200 Silniki gazowe w budynku elektrowni 200

201 Serdecznie dziękuję za uwagę! Piotr Sołtysek Pełnomocnik prezydenta miasta ds. zarządzania energią Biuro Zarządzania Energią Tel

202 W niniejszej prezentacji wykorzystano informacje z następujących źródeł: publikacje: J. Tymiński Wykorzystanie odnawialnych źródeł energii w Polsce do 2030 roku W. Bujakowski i in. Odnawialne źródła energii i możliwości ich wykorzystania na obszarach nieprzemysłowych województwa śląskiego W. Bujakowski i in. Energia geotermalna. Świat Polska Środowisko Z. Michniowski i in. Koncepcja wykorzystania zasobów oraz praktycznego zagospodarowania energii geotermalnej na terenie gminy Bielsko-Biała wraz z analizą finansowania wybranego projektu D. Laudyn i in. Elektrownie akty prawne: Ustawa Prawo energetyczne z rozporządzeniami wykonawczymi 202

203 W niniejszej prezentacji wykorzystano informacje z następujących źródeł (c.d.): strony internetowe: materiały informacyjne oraz techniczno-handlowe firm: Viessmann, EPA, Hewalex, P.K. Therma, h-tec, Southwest Windpower, Górecki s.j., PEC Geotermia Podhalańska, Danfoss, Aqua, Zieleń Miejska, Zakład Gospodarki Odpadami 203