PRODUKCJA ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Transkrypt

1 PRODUKCJA ENERGII ELEKTRYCZNEJ Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

2 System elektroenergetyczny Zadania wytwarzanie energii elektrycznej przesył energii elektrycznej rozdział do odbiorców System elektroenergetyczny : umożliwia ekonomiczne gospodarowanie dostępną energią elektryczną pozwala zabezpieczyć się na wypadek awarii części jego urządzeń 2

3 W skład systemu wchodzą: 1. zespół współpracujących ze sobą elektrowni 2. sieci przesyłowe 3. sieci rozdzielcze 4. odbiorniki energii elektrycznej 3

4 Podstawowe źródła energii elektrycznej na świecie Energia elektryczna jest wytwarzana na drodze przemiany innych rodzajów energii (chemiczna, cieplna, mechaniczna). Źródła energii konwencjonalne (paliwa kopalne) energia jądrowa odnawialne źródła energii (OZE) 4

5 5

6 6

7 7

8 Lp. Elektrownia Moc [MW] Produkcja [TWh] w 2005 r. 1 Bełchatów ,5 2 Kozienice ,7 3 Turów ,5 4 Połaniec ,0 5 Rybnik ,1 6 Dolna Odra ,3 7 Opole ,3 8 Jaworzno III ,2 9 Pątnów ,7 10 Łaziska ,5 Wszystkie elektrownie ,0 w tym na węgiel brunatny ,9 w tym na węgiel kamienny ,1 dla porównania: Całkowita produkcja energii w Polsce w 2008 r. (elektrownie węglowe + pozostałe źródła) 154,6 (w tym eksport ok. 10 TWh) 8

9 Elektrownie cieplne elektrownie konwencjonalne stosowane paliwa: - węgiel kamienny (w Polsce ok. 60 % wytwarzanej energii) - węgiel brunatny (w Polsce ok. 35 % wytwarzanej energii) - gaz ziemny (w Polsce ok. 3 % wytwarzanej energii) - ropa naftowa elektrownie jądrowe energia z rozszczepienia jąder atomów, najczęściej uranu 9

10 Elektrownie konwencjonalne Zależnie od paliwa, na energię elektryczną zamienia się % energii chemicznej zawartej w paliwie. strumień energii chemicznej (paliwo) kocioł parowy moc cieplna (para) turbina parowa moc mechaniczna prądnica moc elektryczna energia energia energia energia chemiczna cieplna kinetyczna elektryczna 10

11 Elektrownia węglowa 11

12 Schemat Elektrowni Bełchatów 12

13 Turbina turbogenerator: 3-fazowy, o napięciu najczęściej 6,3 kv lub 10,5 kv 13

14 Turbina 14

15 Turbozespół w Elektrowni Szczecin 15

16 Turbogeneratory w Elektrowni Bełchatów 16

17 Chłodnia kominowa 17

18 Elektrownia Bełchatów 18

19 Elektrownia Opole 19

20 20

21 21

22 22

23 Zagrożenie środowiska pyły i gazy spalinowe Przykładowy skład spalin z różnych paliw 23

24 Instalacja oczyszczania spalin 24

25 Elektrofiltr Działanie polega na: ładowaniu elektrostatycznym cząstek, wydzielaniu naładowanych cząstek z pola elektrycznego, usuwaniu cząstek pyłu z powierzchni wydzielania. Elektrofiltry wykorzystują działanie sił pola elektrycznego. Proces odpylania odbywa się w przestrzeni pomiędzy dwiema elektrodami, przez którą przepływa strumień odpylanego gazu. 25

26 Odsiarczanie spalin - przekształcanie SO 2 i SO 3 w substancję łatwą do usunięcia ze spalin i z instalacji. Metody odsiarczania: suche półsuche mokre stosowanie (lub nie) roztworów wodnych jako środowiska reakcji 90 % wszystkich IOS na świecie pracuje wg metody mokrej wapiennowapniakowej. Stopień odsiarczenia metody mokre : % suche, półsuche : % 26

27 27

28 28

29 29

30 Elektrownie jądrowe Źródło energii cieplnej: reakcje jądrowe zachodzące w paliwach rozszczepialnych (izotopy uranu, plutonu) umieszczonych w reaktorach atomowych. Na energię elektryczną ulega przekształceniu ok. 40 % energii wyzwolonej z paliwa jądrowego. Zaleta: brak zanieczyszczeń atmosfery. Wady: - po awarii emisja substancji radioaktywnych, - problem składowania odpadów. 30

31 zamknięty obwód wodny pierwotny obwód wodny wtórny 31

32 32

33 Rdzeń reaktora jądrowego 33

34 Zbiornik ciśnieniowy reaktora elektrowni jądrowej 34

35 Ile różnego paliwa trzeba zużyć, by uzyskać taką samą ilość energii elektrycznej: 35

36 36

37 Składowanie odpadów 37

38 38

39 39

40 Inny przykład: Obecnie we Francji pracuje 58 bloków atomowych, które wytwarzają prawie 80% energii zużywanej we Francji. 40

41 41

42 42

43 43

44 Odnawialne źródła energii woda, wiatr, energia słoneczna, biogaz, biopaliwa, biomasa, energia geotermalna. 44

45 Inne OZE (obecnie produkcja energii marginalna) energia pływów morskich już wykorzystywana we Francji, Anglii energia falowania morskiego elektrownie: pneumatyczne (wymuszanie ruchu powietrza) mechaniczne (siła wyporu) hydrauliczne (przelewanie szczytów fal) indukcyjne (ruch pływaków) energia kinetyczna prądów morskich obecnie ich wykorzystanie jest małe, z powodu problemów technicznych i obawy przed zaburzeniem naturalnej równowagi 45

46 Elektrownie wodne Wykorzystanie energii potencjalnej wody przepływającej ze zbiornika położonego wyżej do niższego lub wykorzystanie wody przepływającej rzeką. Rodzaje elektrowni wodnych: przepływowe zbiornikowe pompowe naturalne spadki wody (np. rzeki) woda spiętrzana za pomocą zapór sprawność: ok. 80 % energii potencjalnej wody przekształcane na energię elektryczną. budowane między dwoma zbiornikami wodnymi o różnych poziomach lustra wody 46

47 Gdy jest duże zapotrzebowanie na energię elektryczną (szczyt) elektrownia dostarcza energię do systemu elektroenergetycznego. Gdy system ma nadwyżkę mocy (noc) woda pompowana ze zbiornika dolnego do górnego. Hydrogenerator - pracuje jako generator lub jako silnik napędzający pompy. 47

48 Zapora Itaipu w Ameryce Południowej na rzece Parane na granicy Paragwaju i Brazylii. Elektrownia pokrywa pełne zapotrzebowanie Paragwaju i jedną trzecią potrzeb Brazylii. 48

49 Elektrownie wiatrowe sprawność: ok. 20 % energii wiatru przekształcane na energię elektryczną. lokalizacja wybitnie korzystna lokalizacja korzystna lokalizacja dość korzystna lokalizacja niekorzystna lokalizacja wybitnie niekorzystna 49

50 50

51 51

52 52

53 Elektrownie słoneczne Dwa sposoby wykorzystania energii słonecznej: przekształcenie bezpośrednio w energię elektryczną za pośrednictwem fotoogniw sprawność: ok. 20 % energii promieniowania słonecznego przekształcane na energię elektryczną system termiczny, w którym energia świetlna zostaje przekształcona w energię cieplną, wykorzystywaną do produkcji pary napędzającej generatory elektrownie z kolektorami słonecznymi (działanie podobne do soczewki skupiającej światło) 53

54 Konwersja fotowoltaniczna (fotoogniwa półprzewodnikowe) 54

55 Konwersja fototermiczna 55

56 Elektrownia słoneczna w technologii z centralną wieżą w Hiszpanii. Składa się z 624 luster, każde o powierzchni 120 m 2. Odbiornik ciepła umieszczony na szczycie 100-metrowej wieży wytwarza parę o temp 250 o C i ciśnieniu 40 bar. Szacuje się, że będzie generować ilość energii potrzebną dla 6000 gospodarstw i pozwoli na ograniczenie emisji CO 2 o 18 tys. ton rocznie. 56

57 Piec słoneczny w Odeillo (płd Francja) 57

58 58

59 Kolektory słoneczne podgrzewanie wody użytkowej kolektor płaski kolektor próżniowy 59

60 Plany wizjonerskie 12 europejskich korporacji chce zainwestować w gigantyczne elektrownie słoneczne na Saharze. Za kilkanaście lat dostarczałyby prąd do Europy. Do 2050 r. wydano by 400 mld euro. Elektrownie słoneczne, które powstałyby w Maroku, Tunezji i Egipcie, zajęłyby 6 tys. km 2 (czyli 2% obszaru Polski). Prąd z elektrowni, które rozprzestrzeniłyby się na całą zachodnią Afrykę i Bliski Wschód, mógłby pokryć aż 15% europejskiego zapotrzebowania. 60

61 Wieża Słońca w Australii Zbudowana będzie potężna wieża o wysokości 1 km na środku gigantycznej szklarni w kształcie koła o średnicy 7 km. Lekko spadzisty dach umieszczony kilka metrów nad ziemią zasłoni powierzchnię 3800 hektarów. Szklarnia będzie otwarta, bez zewnętrznych ścian, co zapewni swobodny przepływ powietrza. Słońce ogrzeje powietrze w szklarni do temperatury o o C wyższej niż na zewnątrz. To spowoduje ruch powietrza do środka, w stronę betonowego komina o średnicy 130 m, który samorzutnie zassie je do góry. Wiatr osiągnie prędkość 50 km/h. Napędzać będzie 32 turbiny o mocy 6,5 MW każda. Koszt mln $. 61

62 Biogaz Biogaz jest produktem fermentacji beztlenowej ciekłych i stałych związków pochodzenia organicznego, zawierających celulozę, białko, węglowodany, skrobię. Miejsca pozyskiwania biogazu: - wysypiska odpadów - oczyszczalnie ścieków - biogazownie gminne i wiejskie produkcja z odpadów rolnych (gnojowica, obornik, słoma) oraz upraw energetycznych (np. kukurydza, buraki) 62

63 Biomasa Do celów energetycznych wykorzystuje się spalanie biomasy (tzw. biopaliwa stałe) : drewno odpadowe z leśnictwa, rolnictwa, budownictwa, transportu kolejowego oraz przemysłu, słoma zbożowa, z roślin oleistych, strączkowych, siano, plony z plantacji roślin energetycznych (np. w Polsce uprawiana szybko rosnąca wierzba wiciowa), odpady organiczne osady ściekowe, osady w przemyśle celulozowo-papierniczym, makulatura, odpady organiczne z cukrowni, roszarni lnu, gorzelni, browarów itd. 63

64 Biopaliwa Paliwa powstałe z przetwórstwa produktów organizmów żywych (roślinnych, zwierzęcych, mikroorganizmów). Biopaliwa ciekłe otrzymywane są w drodze fermentacji alkoholowej węglowodanów do etanolu, fermentacji butylowej biomasy do butanolu lub z estryfikowanych olejów roślinnych (np. olej rzepakowy). Najbardziej znane rodzaje biopaliw: biodiesel, bioetanol, metanol, butanol. 64

65 Struktura paliw w energetyce zawodowej 2008 roku 65

66 Produkcja energii elektrycznej z OZE w 2007 roku - struktura Woda 44% Biomasa + Biogaz 46% Wiatr 10% 66

67 67

68 68

69 Energia elektryczna z OZE w Polsce plan Energetyka wiatrowa oczekiwany bardzo duży przyrost mocy zainstalowanej, w tym na morzu. 2. Biomasa układy kogeneracyjne (biometanownie), wykorzystanie odpadów z produkcji rolniczej i komunalnych, zwiększenie wykorzystania upraw energetycznych. 3. Biogaz wykorzystanie biogazu uwalnianego ze składowisk odpadów, z oczyszczalni ścieków. 69

70 4. Energetyka wodna rozwój przede wszystkim w zakresie małej energetyki wodnej. 5. Fotowoltanika ze względu na koszty: tylko w ograniczonym zakresie. 6. Geotermia w miarę rozwiązań technologicznych. 7. Budowa do 2020 roku biogazowni o łącznej mocy elektrycznej nie mniej niż 3 GW (2 tys. instalacji). 70

71 elektrociepłownie Pozostała produkcja energii elektrycznej zakłady przemysłowe wytwarzające w jednym procesie technologicznym w sposób skojarzony energię elektryczną oraz ciepło w postaci czynnika (najczęściej wody) o wysokiej temperaturze dla miejskiej sieci ciepłowniczej lub przemysłu małe elektrownie napędzane silnikami spalinowymi zasilanie niewielkich odbiorców lub zasilanie awaryjne (np. szpitali) 71

72 72

73 73

74 74

75 75

76 76

77 Plany rozwojowe energetyki w Polsce 1. realizacja założeń pakietu klimatyczno-energetycznego (do 2020 r.) tzw. cel 3x20 : - zmniejszenie emisji CO 2 o 20%, - zwiększenie efektywności zużycia energii o 20%, - zwiększenie do 20% udziału produkcji energii ze źródeł odnawialnych. 2. nowe inwestycje w gazownictwie i przemyśle naftowym Wzrost zdolności wydobywczych ropy naftowej i gazu ziemnego, inwestycje w infrastrukturę mające znaczenie zarówno dla wypełniania białych plam w dostępie do gazu, jak i dla podniesienia stanu bezpieczeństwa energetycznego państwa (podziemne magazyny gazu, połączenia międzynarodowe, gazoport w Świnoujściu). 77

78 3. nowe inwestycje w źródła energii Szacowane zapotrzebowanie na inwestycje w obszarze wytwarzania energii do roku 2030 wynosi 1000 MW rocznie. Oznacza to, że rocznie trzeba będzie inwestować ok. 1,5 mld euro (w tym źródła odnawialne). Harmonogram dla energetyki jądrowej zakłada, że najpóźniej pod koniec 2013 roku zostanie zawarty kontrakt na budowę pierwszej elektrowni jądrowej w Polsce, a sama budowa rozpocznie się w 2016 roku. Koszt ok. 6-9 mld euro. 78

79 79

80 Najambitniejsze plany ma francuski gigant GDF Suez. Dziś ma elektrownię 1800 MW w Połańcu, którą kupił od skarbu państwa w 2000 r. Zamierza wybudować ponad 4000 MW, czyli tyle ile ma największa dziś polska elektrownia w Bełchatowie. Francuzi stawiają po połowie na gaz i na węgiel. W sumie wszystkie firmy złożyły wnioski o przyłączenie do sieci ponad MW. Wybudowanie jednego megawata elektrowni kosztuje 1-1,5 mln euro. Zgodnie z pakietem energetyczno-klimatycznym polskie elektrownie, w których proces inwestycyjny zaczął się przed 1 stycznia 2008, dostaną aż do 2020 r. część uprawnień do emisji CO 2 za darmo. 80