2010-11-04 System elektroenergetyczny Zadania wytwarzanie przesył rozdział energii elektrycznej energii elektrycznej do odbiorców System elektroenergetyczny : " umożliwia ekonomiczne gospodarowanie dostępną energią elektryczną " pozwala zabezpieczyć się na wypadek awarii części jego urządzeń W skład systemu wchodzą: 1. zespół współpracujących ze sobą elektrowni 2. sieci przesyłowe 3. sieci rozdzielcze 4. odbiorniki energii elektrycznej 1 2010-11-04 Podstawowe zródła energii elektrycznej na świecie Energia elektryczna jest wytwarzana na drodze przemiany innych rodzajów energii (chemiczna, cieplna, mechaniczna). yródła energii konwencjonalne energia jądrowa odnawialne zródła energii (paliwa kopalne) (OZE) Lp. Elektrownia Moc [MW] Produkcja [TWh] w 2005 r. 1 Bełchatów 4430 29,5 2 Kozienice 2846 11,7 3 Turów 2106 13,5 4 Połaniec 1800 5,0 5 Rybnik 1775 10,1 6 Dolna Odra 1742 4,3 7 Opole 1532 8,3 8 Jaworzno III 1345 5,2 9 Pątnów 1200 6,7 10 Aaziska 1155 5,5 Wszystkie elektrownie 23962 119,0 w tym na węgiel brunatny 8824 54,9 w tym na węgiel kamienny 15738 64,1 dla porównania: Całkowita produkcja energii w Polsce w 154,6 2008 r. (elektrownie węglowe + (w tym eksport ok. 10 TWh) pozostałe zródła) 2 2010-11-04 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 Elektrownie konwencjonalne Zależnie od paliwa, na energię elektryczną zamienia się 25-40 % energii chemicznej zawartej w paliwie. strumień moc energii moc mecha- moc elek- chemicznej cieplna niczna tryczna kocioł turbina prądnica parowy parowa (paliwo) (para) energia energia energia energia chemiczna cieplna kinetyczna elektryczna 3 2010-11-04 Elektrownia węglowa Schemat Elektrowni Bełchatów 4 2010-11-04 Zagrożenie środowiska pyły i gazy spalinowe Przykładowy skład spalin z różnych paliw Instalacja oczyszczania spalin 5 2010-11-04 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. Odsiarczanie spalin - przekształcanie SO2 i SO3 w substancję łatwą do usunięcia ze spalin i z instalacji. Metody odsiarczania: " suche stosowanie (lub nie) " półsuche roztworów wodnych " mokre jako środowiska reakcji 90 % wszystkich IOS na świecie pracuje wg metody mokrej wapienno- wapniakowej. Stopień odsiarczenia " metody mokre : 92-97 % " suche, półsuche : 40-60 % 6 2010-11-04 Elektrownie jądrowe yródło 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. zamknięty obwód obwód wodny pierwotny wodny wtórny 7 2010-11-04 Odnawialne zródła energii " woda, " wiatr, " energia słoneczna, " biogaz, " biopaliwa, " biomasa, " energia geotermalna. 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 8 2010-11-04 Elektrownie wodne Wykorzystanie energii potencjalnej wody przepływającej ze zbiornika położonego wyżej do niższego lub wykorzystanie wody przepływającej rzeką. Rodzaje elektrowni wodnych: " przepływowe naturalne spadki wody (np. rzeki) " zbiornikowe woda spiętrzana za pomocą zapór sprawność: ok. 80 % energii potencjalnej wody przekształcane na energię elektryczną. " pompowe budowane między dwoma zbiornikami wodnymi o różnych poziomach lustra wody 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. 9 2010-11-04 Elektrownie wiatrowe sprawność: ok. 20 % energii wiatru przekształcane na energię elektryczną. " lokalizacja wybitnie korzystna " lokalizacja korzystna " lokalizacja dość korzystna " lokalizacja niekorzystna " lokalizacja wybitnie niekorzystna 10 2010-11-04 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) 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) 11 2010-11-04 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. 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. 12 2010-11-04 Struktura paliw w energetyce zawodowej 2008 roku Produkcja energii elektrycznej z OZE w 2007 roku - struktura Biomasa + Woda Biogaz 44% 46% Wiatr 10% 13 2010-11-04 Energia elektryczna z OZE w Polsce plan 2020 1. 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. 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). 14 2010-11-04 Pozostała produkcja energii elektrycznej " elektrociepłownie 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) 15 2010-11-04 16 2010-11-04 Plany rozwojowe energetyki w Polsce 1. realizacja założeń pakietu klimatyczno-energetycznego (do 2020 r.) tzw. cel 3x20 : - zmniejszenie emisji CO2 o 20%, - zwiększenie efektywności zużycia energii o 20%, - zwiększenie do 20% udziału produkcji energii ze zródeł 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). 3. nowe inwestycje w zródła 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 zródła odnawialne). Harmonogram dla energetyki jądrowej zakłada, że najpózniej 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. 17