Energetyka w Środowisku Naturalnym

Transkrypt

1 Energetyka w Środowisku Naturalnym Energia w Środowisku -technika ograniczenia i koszty Wykład 9-6.XII.2016 Zygmunt Szefliński Środowiskowe Laboratorium Ciężkich Jonów szef@fuw.edu.pl

2 Energia fotowoltaiczna, 6.XII.2016 EwŚ - Wykład 9 2/21

3 Panele fotowoltaiczne Przyjmijmy też 10m 2 na osobę. Panele fotovoltaiczne zamieniają moc promieniowania słonecznego w energię elektryczną z efektywnoscią 10% (bardziej kosztowne 20%). 2 W P 20% 10m h 5kWh 2 m Można sobie wyobrazić zarówno panele fototermiczne jak i fotowoltaiczne korzystajace z tej samej powierzchni dachu. Koszt instalacji paneli fotowoltaicznych jest czterokrotnie wyższy niż fototermicznych, przy niższej ( ~40% ) produkcji energii. Koszt instalacji dla produkcji jednostki energii: 1 CFW 4 CFT 10 CFT 40% 6.XII.2016 EwŚ - Wykład 9 3/21

4 Fototermiczne vs. fotowoltaiczne W panelach hybrydowych ciepła woda jest wytwarzana przez pompowanie wody pod powierzchnią elementów fotowoltaicznych. Koszt pojedynczych paneli fotowoltaicznych zbyt wysoki, ale gdybyśmy pokryli 2,5 % powierzchni Polski (farmy między wiatrakami) to uzyskujemy: P 2,5% m osobe 10% 100 W m 2 24h m osobe 10 W m 2 24h 2 kw osobe 24h 50 kwh osobe 6.XII.2016 EwŚ - Wykład 9 4/21

5 Panele fotowoltaiczne-farmy W użyciu panele fotowoltaiczne zamieniają moc promieniowania słonecznego w elektryczną z efektywnoscią 10% (bardziej kosztowne 20%). W P 10% m W m 2 Park słoneczny w Bawarii ma P=5W/m 2 (5 0 na południe) 6.XII.2016 EwŚ - Wykład 9 5/21

6 Andasol - Hiszpania Elektrownia solarno termiczna. Paraboliczne lustra koncentrują energię na rurach wypełnionych olejem, ogrzewając olej do C. Gorący olej ogrzewa wodę produkując parę, a ta napędza turbinę (jak w zwykłej elektrowni węglowej). 6.XII.2016 EwŚ - Wykład 9 6/21

7 Andasol - Hiszpania Andasol (od Andaluzja, Sol-słońce)jest pierwszą europejską komercyjną solarną elektrownią zbudowaną w Analuzji na płaskowyżu 1100 m n.p.m. (15 0 na południe względem Warszawy (53 0 szerokości geograficznej)) Nasłonecznienie 2,200 kwh/m² na rok (251 W/m 2 ). Nadmiar energii jest magazynowany w zbiornikach z ciekłą solą. Zapewnia to ciągłą podaż energii do sieci. Zwierciadła paraboliczne zajmują 200 ha (2 km 2 ). Andasol 1, 2 i 3 ( ) generują 495 GWh rocznie moc instalowana 150 MW, moc średnia 57 MW. Gęstość mocy 28 W/m 2. Koszt projektu 900 mln. Wycena deweloperska kosztów produkcji energii to 0,27 /kwh (1,2 zł/kwh). Chłodzenie: ~5l /kwh odparowanej wody. 6.XII.2016 EwŚ - Wykład 9 7/21

8 Ekonomia energii fotowoltaicznej Cena energii fotowoltaicznej czterokrotnie wyższa od rynkowej. Może koncentracja energii słonecznej (Concentrating Solar Power CSP). To konwersja energii w miejscu skupienia promieni słonecznych dostarcza średnia moc na jednostkę powierzchni ok. 15W/m 2 (w Andasol nawet 28W/m 2 ). Istotny jest stosunek energii pozyskanej do energii zainwestowanej ( EROEI - Energy Returned On Energy Invested) Czy wyprodukowanie panelu fotowoltaicznego wymaga więcej energii niż dostarcza podczas późniejszego działania (20 lat)? Rodzaj energii odnawialnej EROEI Panel na dachu podłączony do sieci w Europie 4 Panel na dachu podłączony do sieci w Australii 7 Turbina wiatrowa na wybrzeżu 80 6.XII.2016 EwŚ - Wykład 9 8/21

9 Przykłady Znaki drogowe: Wysokość: 3 m; Moc LED : < 11W Moc solarna: 300W Serwis co h Solarny przekaźnik telekomunikacyjny. Pompa solarna: Moc solarna, do 70 kw; Moc pompy do 55 kw; Wydajność do 48 m 3 /h. 6.XII.2016 EwŚ - Wykład 9 9/21

10 Podsumowanie (wykład 9) Dzienny przyczynek do wytwarzania energii odnawialnej od paneli fototermicznych i fotowoltaicznych na osobę Abstrahujemy od kosztów! Energia fototermiczna Energia fotowoltaiczna Razem 12 kwh/d 50 kwh/d 62 kwh/d Policzone dzienne zużycie energii: 151 kwh/d 6.XII.2016 EwŚ - Wykład 9 10/21

11 Przykład irracjonalnej ochrony środowiska. Obwodnica Augustowa 6.XII.2016 EwŚ - Wykład 9 11/21

12 Obwodnica Augustowa Przewidziany do realizacji wariant GDDKiA do 24 marca 2009 roku zakładał, że obwodnica rozpocznie się w Augustowie na skrzyżowaniu z drogą nr 61, pobiegnie na północ zachodnią częścią miasta, dalej biegnie w pobliżu granicy lasu, skręca na wschód, wkracza na tereny leśne, przekracza estakadą Dolinę Rospudy w pobliżu wsi Szczeberka, dochodzi do poprzedniej drogi w pobliżu wsi Gatne i dalej do obwodnicy Suwałk. Całość 29,7 km. 24 marca 2009 GDDKiA zwróciła się do Regionalnej Dyrekcji Ochrony Środowiska w Białymstoku o wydanie decyzji środowiskowej na budowę obwodnicy Augustowa przez Raczki z ominięciem obszarów chronionych Natura Wybranie tego wariantu nastąpiło w oparciu o wyniki ekspertyzy firmy DHV na temat wariantów przebiegu obwodnicy Augustowa zgodnie z postanowieniami Okrągłego Stołu. Długość drogi przez Raczki to 34,3 km. Różnica odległości około 4,5 km. 6.XII.2016 EwŚ - Wykład 9 12/21

13 Obwodnica Augustowa Obwodnica Augustowa (Podlaskie) 7 listopada 2014 została oddana do użytku. Dzięki tej inwestycji tranzytowy ruch ok. 5 tys. ciężarówek i autobusów na dobę omija to uzdrowiskowe miasto. Całkowity ruch to 8,5 tys. Pojazdów na dobę. Budowa trwała niespełna dwa lata. Kosztowała 659 mln zł. Licząca 34,3 km obwodnica przebiega koło miejscowości Raczki i nie koliduje z obszarami Natura Jest ważną częścią trasy z Polski do krajów nadbałtyckich. Trasa jest dłuższa ok. 4,5 km od wcześniej planowanej! 4,5 km l/100km= 9000 l 4,5 km l/100km= 1260 l Razem l/dobę 3 mln litrów rocznie 30 mln kwh=30 GWh (wykł. 4) źródło: SISKOM, Droga ekspresowa S-8 na odcinku Augustów-Suwałki. 6.XII.2016 EwŚ - Wykład 9 13/21

14 Obwodnica Augustowa Koszty budowy od węzła Lotnisko w Suwałkach do skrzyżowania z droga krajową nr 16 w Augustowie to 586,014 mln zł. Powyższe koszty odnoszą się do rozwiązania docelowego trasa ekspresowa w wersji dwujezdniowej na całym odcinku. Ale, 30 mln kwh rocznie dodatkowo to straty 15 mln zł. 1kWh to ok. 3,5 kg CO 2 30 mln kwh to ok. 100 tys ton CO 2 rocznie Dodatkowe koszty (po 40 latach) to równowartość kosztów budowy obwodnicy! źródło: SISKOM, Droga ekspresowa S-8 na odcinku Augustów-Suwałki. 6.XII.2016 EwŚ - Wykład 9 14/21

15 Biomasa z energii słonecznej, hydroenergetyka, energia fal. 6.XII.2016 EwŚ - Wykład 9 15/21

16 Biomasa z energii słonecznej 1. Substytucja węgla. Uprawy wyselekcjonowanych roślin i spalanie ich w elektrowni, która produkuje prąd elektryczny lub/i ciepło; 2. Substytucja ropy. Uprawy dobranych roślin (np. rzepak, trzcina cukrowa, kukurydza), by zamienić je w etanol lub biodiesel; 3. Wykorzystanie produktów ubocznych (odpady) pochodzące z innych rodzajów działalności rolnej i spalanie w elektrowni; 4. Uprawa roślin i karmienie nimi bezpośrednio ludzi i zwierzęta, także potrzebujących energii. 6.XII.2016 EwŚ - Wykład 9 16/21

17 Biomasa z energii słonecznej Gęstość mocy przy produkcji biomasy: Uprawa Gęstość mocy [W/m 2 ] drewno (leśnictwo komercyjne) 0,1-0,25 rzepak 0,22-0,42 bio-diesel z rzepaku 0,12 buraki cukrowe 0,4 krótko żyjące uprawy energetyczne 0,55 kukurydza na etanol 0,5 pszenica na etanol 0,18 trzcina cukrowa (Brazylia, Zambia) 1,2-1,6 plantacje tropikalne 1,2-1,7 plantacje tropikalne (eukaliptus) 0,1-0,6 Energia wiatrowa dawała ~2W/ m 2 6.XII.2016 EwŚ - Wykład 9 17/21

18 Biomasa z energii słonecznej Policzmy energię z bimasy na osobę na dzień: Gęstość mocy przy produkcji biomasy, obliczenia teoretyczne: Gęstość mocy słonecznej w Polsce: ~100W/m 2 Efektywność zamiany energii słonecznej w węglowodany (rośliny w Polsce) ~2% 100W/m 2 2% = 2W/m 2 Rzeczywiste rezultaty z upraw w Europie 0,5W/m 2 Pokrycie 60% Polski uprawami (4500 m 2 /osobę) to 54 kwh/osobę (0,5W 24h 4500=54kWh), a przy 33% stratach energii to: 36 kwh dziennie/osobę. 6.XII.2016 EwŚ - Wykład 9 18/21

19 Schemat produkcji biopaliw Energia słoneczna ~100 W/m 2 Np. produkcja etanolu wymaga znaczącego wkładu energetycznego z paliw kopalnych, wynoszącego również 0,2 W/m 2, co czyni całe przedsięwzięcie energetycznie nieopłacalnym. Energia węglowodanów w roślinach ~0,5 W/m 2 Dodatkowy wkład energii Uzyskana Energia netto 6.XII.2016 EwŚ - Wykład 9 19/21