Podstawowe źródła energii: Jednym z wykładników rozwoju jest zużycie energii przypadające na jednego człowieka: - Człowiek prehistoryczny (energia pożywienia) 10 MJ/doba - Człowiek po opanowaniu ognia (5 tys. lat p.n.e.) 20 MJ/doba - Człowiek wykorzystujący zwierzęta (3 tys. lat p.n.e.) 50 MJ/doba - Po pierwszej rewolucji technicznej (koniec XVIII wieku) 200 MJ/doba - Obecnie w krajach uprzemysłowionych 300 1000 MJ/doba
WLVEC siłownia oparta o prądy morskie OTEC siłownia oparta o różnicę temperatur wody na różnych głębokościach
Trzy aspekty minimalizacji energochłonności w kraju: a) aspekt techniczny energochłonność produktu i jego eksploatacji w przemyśle b) aspekt organizacyjny organizacja (logistyka) produkcji oraz eksploatacji w przemyśle i poza przemysłem c) aspekt ekonomiczny stworzenie warunków do zmniejszenia się energochłonności. Terminologią i aspektami energochłonności zajęto się po pierwszym kryzysie energetycznym z pierwszej połowy lat 80-tych XX wieku.
Energochłonność to stosunek energii włożonej w określone działanie produkcyjne, eksploatacyjne, itp. do efektu działania. Określa, ile należy włożyć energii pierwotnej do uzyskania np. jednego samochodu, przemieszczenia ładunku na odległość 1 km, itd. Pierwotne nośniki energii to paliwa naturalne stałe, ciekłe i gazowe oraz naturalne związki uranu i toru. Wtórne nośniki energii paliwa przetworzone w np. koksowniach, rafineriach, i inne, a także para wodna, woda gorąca i energia elektryczna. Energia pierwotna energia chemiczna (wartość opałowa) oraz energia pochodząca ze źródeł naturalnych np. spadek wody, słońce, geotermia, wiatr, Energia wtórna to energia paliw wtórnych, entalpii, nośników i energii elektrycznej Energochłonność bezpośrednia jest to bezpośrednie zużycie energii, czyli energia doprowadzona bezpośrednio do procesu technologicznego pomniejszona o energię odzyskaną Energia odzyskana to energia odzyskana w czasie procesu technologicznego i wykorzystana w sposób użyteczny poza danym procesem Energia skumulowana jest to energia na wykorzystanie rozpatrywanego wyrobu lub usługi
Energia odnawialna nieodnawialna pierwotna wtórna Źródła nieodnawialne: - Paliwa stałe: węgiel kamienny i brunatny, łupki bitumiczne i torf - Paliwa ciekłe: ropa naftowa - Paliwa gazowe: gaz ziemny, łupki gazowe, metan kopalniany Źródła odnawialne: - Energia wodna, siłownie wiatrowe, geotermia, energia słoneczna - Technologie ze spalaniem lub zgazowaniem biomasy: odpady leśne, słoma, siano, rzepak lub spalanie eko-gazu pochodzącego z gnojówki, śmieci lub ścieków miejskich - Odzysk ciepła z procesów technologicznych
Energochłonność skumulowana: Każdy produkt lub usługa powstaje w wyniku zużycia energii przy wytwarzaniu oraz wcześniejszych procesach i wyróżnia się cztery strumienie: a) Strumień nośników energii uwzględnia poszukiwanie, pozyskiwanie, przetwarzanie i przesyłanie ich do procesu b) Strumień materiałów pozyskiwanie surowców naturalnych, przetwarzanie i transport c) Strumień środków trwałych proces budowy maszyn oraz obiektów składających się na obiekty ciągu technologicznego procesu wytwarzania d) Strumień siły roboczej uwzględnia środki żywności, oraz pozostałe potrzeby życiowe dla pracowników i niepracującej rodziny. Można zaliczyć: naukę, kulturę, ochronę zdrowia, itp.
Analiza każdego procesu powinna obejmować trzy kroki: 1. Stworzenie siatki technologicznej wzajemnych powiązań 2. Uzupełnienie siatki o zużytą energię bezpośrednią 3. Przeliczenie tej energii na jednostkę badanego wyrobu
ODNAWIALNE I NIEODNAWIALNE ŹRÓDŁA ENERGII Zasoby mórz i oceanów a) energia pływów - zjawisko cykliczne 12H i 25 minut wynikające z przyciągania Księżyca i Słońca (dominuje Księżyc) - na otwartym oceanie nie dostrzega się pływów - na Atlantyku wynoszą średnio 1 3, ekonomiczne to te powyżej 5 m wysokości, a maksymalne mają 20 m - pierwsza elektrownia powstała we Francji w Rance w 1966 roku (pływ dochodzi do 13,5 m wysokości, moc 240 MW i pracuje 4 8 godzin na dobę) b) energia fal - jest to efekt wzajemnego oddziaływania fal i wiatru - długość fal 60 600 m, okres 5 20 sekund, wysokość 2 20 m (maksymalne wartości dotyczą wiatrów o prędkościach od 20 do 30 m/s) - przeciętna fala na Morzu Północnym ma moc 40 kw - przekształcając energię fal na elektryczną wykorzystujemy efekty falowe: zmiana poziomu wody, kołysanie wzdłużne fal, przestrzenny rozkład prędkości wody, zmienne nachylenie powierzchni swobodnej wody, ciśnienie hydrodynamiczne, zmienne ciśnienie hydrostatyczne - jest to energia o małej koncentracji mocy i dużej zmienności w czasie - są to systemy stosowane do zasilania boi nawigacyjnych - w Norwegii do sieci eektrycznej podłączona jest elektrownia o mocy 0,5 MW
c) energia prądów morskich - prędkość 0,4 5 m/s, warstwy o szerokości do 100 km i głębokości 1 km (mają największą gęstość energii w morzach) - zbudowany ze spadochronów o średnicy 100 m połączonych łańcuchem o długości 18 km
d) energia z różnicy zasolenia - jest to najmniej poznana energia oceanów - na granicy dwóch ośrodków o różnej gęstości mamy do czynienia ze zjawiskiem ciśnienia osmotycznego - woda morska o zasoleniu 3,5% ma ciśnienie osmotyczne o wartości 2,4 Mpa; mieszając wodę słodką w ilości 1 m 3 /s z wodą morską o zasoleniu 3,5% można uzyskać ok. 2MW
e) energia z temperatury wody na różnych głębokościach - promieniowanie słoneczne absorbowane jest w 60% przez warstwę 1m wody, a 90% przez 10 m - różnica temperatury pomiędzy ogrzaną powierzchnią wody i wodą na głębokości 400 m dochodzi do 12 20 o C - przy różnicy temperatury 15 26 o C teoretyczna sprawność waha się w granicach 10 15 %
ENERGIA WIATRU: Wiatr jest ruchem mas powietrza wywołanym nierównomiernym nagrzewaniem się powierzchni ziemi pod wpływem promieniowania słonecznego (wirowanie ziemi i ruch planet wpływają w bardzo małym stopniu). Szacuje się, że woatr mógł by pokryć około 5% zapotrzebowania na energię. Warunki optymalne to np. 8 12 m/s wiatru, posadowienie siłowni na niezbyt wysokich wzgórzach (do 1000 m, co uwzględnia spadek gęstości). Cechy charakteryzujące siłownie wiatrowe: - Moc użyteczna - Wyróżnik szybkości Zn (prędkość liniowa końca płata wirnika do prędkości wiatru: Zn <1,5 wolnoobrotowe, 1,5 < Zn < 3,5 średnio obrotowe, Zn > 3,5 szybkoobrotowe. Typ silników wiatrowych: a) Wolnobieżne: - bębnowe - karuzelowe - rotorowe b) szybkobieżne: - wielołopatowe - śmigłowe c) średnio bieżne: - wielołopatowe d) O pionowej osi obrotu (pneumony)
Układy energetyczne: P T moc turbiny wiatrowej P G moc generatora i pozostałych źródeł energii P T 5P G turbiny pracujące najczęściej samodzielnie P T P G układ dwugeneratorowy podłączony do niedużej sieci 5P T P G moce od 3 MW do 50 kw
HYDROENERGETYKA: W Polsce energia ta stanowi około 7% energii ze źródeł pierwotnych i charakteryzują się różnorodnymi rozwiązaniami zależnymi od lokalnych warunków. Z punktu widzenia kryteriów wyróżnia się w odniesieniu do rzeki: - wartość spadku - system pracy - sposób zagospodarowania zasobów wodnych - sposób doprowadzenia wody do turbiny Najistotniejszy jest podział ze względu na spadek: - H < 15 m niskospadkowe - 15 < H < 50 m o średnim spadzie - H > 50 m wysokospadkowe Ze względu na sposób gospodarowania dopływem wody: - zbiornikowe - ze zbiornikiem retencyjnym - szczytowo-pompowe - przy-zaporowe - przy-jazowe - z derywacją zakolową, gdy występują zakola rzeki - z derywacją rurociągową
W Polsce w roku 2004 mieliśmy działających 119 siłowni zawodowych i 200 siłowni niezawodowych.
GEOTERMIA: Źródłem energii jest rozpad pierwiastków radioaktywnych występujących w granicie i bazalcie. Przyrost temperatury w głębi ziemi wynosi od 40 do 80 o C/km. Np. w RPA w kopalni złota na 1,5 km mimo wentylacji panuje 42 o C. Zasoby geotermalne dzielą się na: a) Hydrotermiczne złoża wodne i parowo-wodne o temperaturze ponad 200 o C a) Petrotermiczne suche skały o wysokiej temperaturze
Instalacje muszą być odporne na: NaCl, KCl, CaCl 2, SiO 2 oraz gazy CO 2 i N 2. Najważniejsze cechy źródła: - Temperatura - Ilość rozpuszczonych soli - Zawartość rozpuszczonych gazów - Ciśnienie na dnie studni geotermalnej Temperatura źródła geotermalnego pomiędzy 120 a 150 o C zapewnia obecnie opłacalność eksploatacyjną źródła do produkcji energii elektrycznej (sprawność elektrowni 50 60 %. Przy temperaturze 70 o C opłacalność zbliżona jest do kotłowni opalanej węglem. Wody geotermalne to drugie po węglu kamiennym zasoby energii w Polsce. Pierwsza instalacja w Polsce powstała w 1994 w Bańskiej- Biały Dunaj i ogrzewa około 200 domów. Druga instalacja powstała w Pyrzycach koło Szczecina o mocy około 50 MW, woda wydobywana z dwóch otworów o temperaturze 61 o C i wydajności 350 m 3 /h, a odległość otworów wlotowych i wylotowych wynosi około 1,5 km.