Proekologiczne odnawialne źródła energii : kompendium / Witold M. Lewandowski, Ewa Klugmann-Radziemska. Wyd. 1 (WN PWN). Warszawa, cop.

Transkrypt

1 Proekologiczne odnawialne źródła energii : kompendium / Witold M. Lewandowski, Ewa Klugmann-Radziemska. Wyd. 1 (WN PWN). Warszawa, cop Spis treści Wykaz ważniejszych oznaczeń i jednostek 13 Przedmowa 17 Wstęp 19 1 Charakterystyka obecnego stanu środowiska Wprowadzenie Energetyka konwencjonalna Paliwa naturalne, zasoby i prognozy zużycia Skażenie powietrza spalinami Składniki spalin i ich oddziaływanie na środowisko Skutki skażenia środowiska Wielkość emisji zanieczyszczeń Koszty środowiskowe Nowe trendy w energetyce konwencjonalnej Rodzaje siłowni Kierunki rozwoju energetyki konwencjonalnej Oczyszczanie spalin Energetyka jądrowa Wprowadzenie Promieniotwórczość Reakcje jądrowe Reaktory jądrowe Paliwo w reaktorach jądrowych Elektrownie jądrowe Kierunki rozwoju energetyki jądrowej Zalety i wady energetyki konwencjonalnej Charakterystyka działań zmierzających do zahamowania dalszej degradacji środowiska 68 Bibliografia 69 2 Odnawialne źródła energii Wprowadzenie Rys historyczny Podział źródeł energii Charakterystyka pierwotnych odnawialnych źródeł energii 75

2 Energia słoneczna i jej zasoby Energia geotermalna i jej zasoby Energia oddziaływań grawitacyjnych i jej zasoby Techniczne możliwości wykorzystania odnawialnych źródeł energii Plan działań Unii Europejskiej w dziedzinie energii ze źródeł odnawialnych Prognozy rozwoju energii ze źródeł odnawialnych w Polsce Polskie regulacje prawne w zakresie OŹE Podsumowanie 88 Bibliografia 88 3 Energia wody Wprowadzenie Światowe zasoby wody Hydroenergetyka Historia wykorzystania energii mechanicznej wody Potencjał hydroenergetyczny świata Zasoby wodne Polski i ich hydroenergetyczny potencjał Sposoby wykorzystania potencjału energetycznego wody Podstawy teoretyczne Duże elektrownie wodne Typy dużych elektrowni wodnych Elektrownie szczytowo-pompowe w Polsce Zalety i wady dużej energetyki wodnej Mała energetyka wodna (MEW) Podział małej energetyki wodnej Turbiny w MEW Mała energetyka wodna w Polsce Opłacalność budowy małych elektrowni wodnych Regulacje prawne dotyczące MEW Zalety MEW Energia pływów Energia fal Energia prądów morskich Energia dyfuzji Metoda PRO Metoda RED 121 Bibliografia Energia wiatru i jej wykorzystanie Rys historyczny Charakterystyka energii wiatru Zależności opisujące energię wiatru Przegląd konstrukcji turbin wiatrowych Światowy rozwój energetyki wiatrowej 134

3 4.6. Doświadczenia polskie Efekt ekologiczny, prognozy i perspektywy aeroenergetyki w Polsce do 2030 roku Koncepcje przyszłościowe energetyki wiatrowej Morskie farmy wiatrowe (MFW) Historia MFW Europejskie MFW Perspektywy MFW w Polsce Male turbiny wiatrowe (MTW) Charakterystyka MTW Przegląd rozwiązań MTW Polskie rozwiązania MTW Przybliżona metoda obliczania wydajności MTW Wiatrowo-słoneczny system hybrydowy Inne koncepcje zagospodarowania energii z MTW Wady i zalety siłowni wiatrowych 157 Bibliografia Energia promieniowania słonecznego Wprowadzenie Istota promieniowania słonecznego Budowa atomu i struktura materii Podstawy teoretyczne promieniowania słonecznego Wymiana ciepła przez promieniowanie Charakterystyka promieniowania słonecznego Perspektywy wykorzystania energii promieniowania słonecznego do ogrzewania Podział metod konwersji i wykorzystania energii promieniowania słonecznego Historia rozwoju energetyki słonecznej Zalety i wady energii promieniowania słonecznego 184 Bibliografia Pasywne systemy wykorzystania energii słonecznej z elementami teorii wymiany ciepła Definicja systemów pasywnych Podstawy teoretyczne wymiany ciepła Przewodzenie ciepła Konwekcja Promieniowanie i konwekcja swobodna Przenikanie ciepła Pasywne ogrzewanie budynków Rodzaje pasywnych rozwiązań w budownictwie Energooszczędne okna Transparentne materiały izolacyjne 199

4 6.8. Pasywne chłodzenie Pasywne systemy magazynowania ciepła w budynkach 202 Bibliografia Aktywne systemy wykorzystania energii słonecznej - kolektory słoneczne Przegląd aktywnych metod wykorzystania energii słonecznej Podstawy teoretyczne kolektorów słonecznych Zasoby energii słonecznej w Polsce Wartość użyteczna promieniowania słonecznego Budowa kolektorów słonecznych Obliczanie słonecznego systemu podgrzewania wody użytkowej Przykład uproszczonych obliczeń i doboru kolektora Aspekt ekonomiczny instalacji kolektorów słonecznych Aspekt ekologiczny stosowania kolektorów słonecznych Charakterystyka dostępnych na rynku kolektorów słonecznych Nowe typy kolektorów słonecznych Badanie kolektorów słonecznych Normy badawcze kolektorów słonecznych 227 Bibliografia Aktywne systemy konwersji energii słonecznej - stawy i kominy słoneczne Wprowadzenie Stawy słoneczne Budowa i zasada działania Przegląd pracujących instalacji Podsumowanie - wady i zalety stawów słonecznych Kominy słoneczne Wprowadzenie Zasada działania komina słonecznego Potencjał energetyki opartej na kominach słonecznych Stan zaawansowania budowy kominów słonecznych 237 Bibliografia Podstawy termodynamiki i metody przetwarzania energii słonecznej na pracę Wprowadzenie Podstawy teoretyczne termodynamiki Pojęcia podstawowe Zasady termodynamiki Perpetuum mobile i sprawność obiegu Rzeczywiste silniki termodynamiczne Silnik Stirlinga Silnik Ericssona 255

5 9.3. Wysokotemperaturowy system zdecentralizowany Wysokotemperaturowy system scentralizowany 259 Bibliografia Niskotemperaturowa energia termiczna mórz i oceanów Wprowadzenie Rys historyczny Konwersja energii termicznej oceanu w energię mechaniczną Zalety i wady systemu OTEC Obecny stan zaawansowania systemu OTEC Konwersja energii termicznej oceanu w energię elektryczną 270 Bibliografia Energia geotermalna Wprowadzenie Rys historyczny i współczesne metody wykorzystania energii geotermalnej Natura źródeł geotermalnych Sposoby wykorzystania źródeł geotermalnych Zasoby geotermalne w Polsce i ich wykorzystanie Historia polskiej geotermii Zasoby wód geotermalnych Geotermalne zasoby energetyczne Obecny stan polskiej energetyki geotermalnej Głęboka geotermia - szansą dla Polski Płytka geotermia Wnioski końcowe Porównanie energetyki geotermalnej z konwencjonalną Wpływ energetyki geotermalnej na środowisko Zagadnienia techniczno-ekonomiczne energetyki geotermalnej 297 Bibliografia Systemy wspomagające wykorzystanie energii ze źródeł odnawialnych Wprowadzenie Różne formy magazynowania energii Magazynowanie energii cieplnej Magazynowanie energii chemicznej Przetwarzanie niskotemperaturowej energii cieplnej Przetwarzanie i magazynowanie wysokotemperaturowej energii cieplnej 309 Bibliografia Pompy ciepła Wprowadzenie 312

6 13.2. Rys historyczny Zasada działania pompy ciepła Przegląd typów pomp ciepła Sprężarkowe pompy ciepła Czynniki robocze sprężarkowych pomp ciepła a dziura ozonowa Absorpcyjne pompy ciepła Pompy ciepła pozostałych typów Dolne źródła pomp ciepła Pompy ciepła w Polsce Polskie Stowarzyszenie Pomp Ciepła Charakterystyka domowych pomp ciepła stosowanych w Polsce Efekty ekonomiczne stosowania pomp ciepła Pompy ciepła pracujące w kogeneracji z innymi OŹE Przykłady zastosowania pomp ciepła w Polsce Podsumowanie 331 Bibliografia Ogniwa i moduły fotowoltaiczne Historia ogniw fotowoltaicznych Technologie fotowoltaiczne Technologie fotowoltaiczne pierwszej generacji - ogniwa krzemowe z krystalicznego krzemu Technologie fotowoltaiczne drugiej generacji - ogniwa cienkowarstwowe Technologie fotowoltaiczne trzeciej generacji Efekt fotowoltaiczny Typy półprzewodników Generowanie swobodnych nośników ładunku w obszarze złącza p-n Budowa ogniw słonecznych krzemowych Ogniwo fotowoltaiczne Moduł fotowoltaiczny Charakterystyka prądowo-napięciowa i parametry elektryczne ogniw i modułów PV Łączenie szeregowe i równoległe ogniw i modułów PV Instalacje fotowoltaiczne Koncentratory promieniowania Współpraca modułów fotowoltaicznych z innymi urządzeniami do konwersji energii Systemy fotowoltaiczne hybrydowe - połączenie kilku źródeł energii elektrycznej Układ moduł fotowoltaiczny-kolektor słoneczny Recykling modułów fotowoltaicznych Perspektywy i strategia rozwoju ogniw fotowoltaicznych 361

7 Światowa sytuacja na rynku systemów fotowoltaicznych Kierunki rozwoju systemów fotowoltaicznych Polskie doświadczenia energetyki fotowoltaicznej Perspektywy rozwoju fotowoltaiki w Polsce Znaczenie ogniw fotowoltaicznych w kosmonautyce Zalety systemów fotowoltaicznych 368 Bibliografia Biomasa Wprowadzenie Cechy charakterystyczne biomasy Biomasa jako odnawialne źródło energii Energetyczny potencjał biomasy Charakterystyka biomasy jako nośnika energii Metody energetycznego wykorzystania biomasy Spalanie biomasy Termiczne przetwarzanie biomasy na potrzeby energetyczne Inne możliwości energetycznego wykorzystania biomasy Plantacje energetyczne Wady i zalety energetycznego wykorzystania biomasy Drewno jako proekologiczne odnawialne źródło energii Pelety Plantacje drewna energetycznego Bilans drewna w Polsce Wykorzystanie drewna do produkcji ciepła w Polsce Przykłady kotłowni opalanych drewnem Budowa i zasada działania kotłowni opalanej drewnem Słoma jako proekologiczny surowiec energetyczny Charakterystyka słomy jako nośnika energii Sposoby spalania słomy Polskie ciepłownie opalane słomą Biopaliwa Historia, stan obecny i prognozy produkcji biopaliw na świecie Surowce do produkcji biopaliw Biopaliwa w Polsce Podsumowanie 397 Bibliografia Biogaz Biogaz jako odnawialne źródło energii Mechanizm powstawania biogazu Źródła oraz technologie pozyskiwania i zagospodarowania biogazu Zagospodarowanie biogazu w oczyszczalni ścieków Wykorzystanie biogazu z wysypisk śmieci 406

8 Charakterystyka gazu wysypiskowego Technologie energetycznego wykorzystania odpadów Eksploatacja gazu wysypiskowego w Polsce Pozyskiwanie biogazu w gospodarstwach rolnych Rolnicze źródła biogazu Technologie pozyskiwania biogazu w rolnictwie Pozyskiwanie biogazu na polskiej wsi Koncepcja wiejskiej spółdzielczej elektrociepłowni opalanej biogazem Konwersja biogazu Wprowadzenie Metody wzbogacania i oczyszczania biogazu Konwersja biogazu w energię cieplną Konwersja biogazu w energię elektryczną Koncepcje zagospodarowania ciepła odpadowego z konwersji biogazu Konwersja biogazu w energię mechaniczną Zalety i wady produkcji energii z biogazu 420 Bibliografia Ogniwa paliwowe Rys historyczny Zasada działania ogniwa paliwowego Klasyfikacja ogniw paliwowych Ogniwa z polimerową membraną (PEMFC) ' Ogniwa alkaliczne (AFC) Ogniwa fosforanowe (PAFC) Ogniwa węglanowe (MCFC) Ogniwa tlenkowe (SOFC) Ogniwa zasilane metanolem (DMFC) lub kwasem mrówkowym (DFAFC) Rozwiązania konstrukcyjne ogniw paliwowych Zastosowanie ogniw paliwowych Podsumowanie 439 Bibliografia Wodór Wprowadzenie Właściwości wodoru Przemysłowe metody otrzymywania wodoru Metody otrzymywania wodoru w przyszłości Magazynowanie wodoru Najnowsze zastosowania wodoru Wodór jako paliwo XXI wieku Analiza dotychczasowego wykorzystania wodoru 452

9 Zalety i wady energetycznego wykorzystania wodoru Światowe kierunki rozwoju energetyki wodorowej Możliwości wykorzystania wodoru w Polsce 454 Bibliografia Oszczędzanie energii Ochrona środowiska przez oszczędzanie energii Modyfikacja tradycyjnych systemów energetycznych Energooszczędne technologie Śmieci jako potencjalne odnawialne źródło energii Kierunki oszczędzania energii Indywidualne kierunki oszczędzania energii Oszczędzanie energii cieplnej Oszczędzanie energii elektrycznej Oszczędzanie oświetlenia Oszczędzanie wody Oszczędzanie dóbr konsumpcyjnych Podsumowanie 478 Bibliografia 478 Skorowidz 481 oprac. BPK