Energia pierwotna

Energia pierwotna to energia zawarta w pierwotnych nośnikach energii, która nie była poddana

żadnym przemianom. Nośniki energii pierwotnej pozyskiwane bezpośrednio z natury to:

- biomasa,

- energia słoneczna,

- energia wiatru,

- energia wody,

- energia geotermalna.

Energia wtórna

Energia wtórna to energia otrzymana z przetwarzania energii pierwotnej (lub przetworzenia energii

wtórnej) - wytwarzanie energii lub paliw z innych (zwykle pierwotnych) paliw lub energii.

Niekonwencjonalne źródła energii elektrycznej można podzielić na źródła odnawialne

i nieodnawialne. Źródłami odnawialnymi są:

- energia wiatru,

- energia słoneczna,

- energia wód,

- energia geotermalna (energię gejzerów, czyli energię geotermiczną można zaliczyć do odnawialnych jak

i do nieodnawialnych źródeł),

- energia biomasy.

ENERGIA SŁONECZNA

Słońce zbudowane jest głównie z dwóch pierwiastków chemicznych - wodoru i helu (odpowiednio

74% i 24%). Jego średnica przekracza 109 razy średnicę Ziemi, więc objętość jest zatem ponad

milion razy większa od objętości Ziemi.

Pod względem energetycznym największą ilość energii niesie ze sobą światło widzialne 46%

i promieniowanie cieplne 47%. Resztę stanowi nadfiolet 7%.

Energia słoneczna jest praktycznie najmniej wykorzystywaną w Polsce formą energii. Warunki

meteorologiczne w Polsce charakteryzują się bardzo nierównomiernym rozkładem promieniowania

słonecznego w cyklu rocznym. Około 80% całkowitej rocznej sumy nasłonecznienia przypada na sześć

miesięcy sezonu wiosenno - letniego. Natężenie promieniowania słonecznego - moc energii słonecznej

przypadająca na jednostkę powierzchni, wyrażana jest w W/m2.

W Polsce przyjmuje się, że średnia wartość napromieniowania słonecznego jest na poziomie 1000

kWh/m2.

Rys 1. Dzienna efektywność wykorzystania energii cieplnej w zależności od pory roku

Urządzeniem zmieniającym energię słoneczną w ciepło w sposób aktywny jest kolektor słoneczny.

Kolektory cieczowe znajdują zastosowanie przede wszystkim do podgrzewania wody w mieszkaniach,

domkach kempingowych, letniskowych, obiektach sportowych i rekreacyjnych, a także do podgrzewania

wody w zbiornikach, basenach oraz wody technologicznej w małych zakładach przemysłowych. Wyraźny

wzrost wykorzystania energii słonecznej w Polsce upatruje się w coraz szerszym zastosowaniu płaskich

cieczowych kolektorów słonecznych oraz kolektorów próżniowych hit-pipe (ok.18% do ogrzewania c.w.u.

i c.o. w budynkach mieszkalnych, obiektach użyteczności publicznej).

Urządzenia, w których energia słoneczna jest bezpośrednio zamieniana w energię elektryczną,

nazywamy ogniwami słonecznymi. Największe znaczenie praktyczne mają obecnie ogniwa fotowoltaiczne.

Przetwarzanie energii słonecznej w elektryczną jest stale udoskonalane, mimo to osiągane obecnie

sprawności 29 ogniw fotowoltaicznych nie przekraczają 15-18%. System taki oprócz ogniw

fotowoltaicznych zawiera elementy dostosowujące wytwarzany w ogniwach prąd stały do potrzeb

zasilanych urządzeń.

Zasoby energii słonecznej w Polsce

Rys 2. Roczne sumy promieniowania

całkowitego w Polsce

Rejon nadmorski o najwyższych

sumach rocznego promieniowania

słonecznego, o rocznych zasobach

przekraczających 950 kWh/m2

i najlepszych warunkach

wykorzystania w okresie letnim

i najgorszych zimą.

Rejon południowy o zasobach

mniejszych od 900 kWh/m2, w którym

wyodrębniono podrejon Sudetów

i Przedgórza Sudeckiego, ze względu

na wyższe zasoby w półroczu letnim

i niższe w półroczu zimowym.

ENERGIA GEOTERMALNA

Energia ciepła ziemi i powietrza jest energią wnętrza Ziemi, zgromadzoną w skałach i wodach

podziemnych. Ciepło we wnętrzu Ziemi jest po części ciepłem pierwotnym, które powstało w trakcie

formowania się planety, a częściowo jest ciepłem pochodzącym głównie z rozpadu pierwiastków

promieniotwórczych, takich jak uran, tor czy potas. Temperatura wraz z głębokością zwiększa się o ok.

25oC/km. Pod skorupą ziemską znajduje się warstwa gorących i roztopionych skał, zwanych magmą.

Temperatura magmy osiąga nawet 1400oC, ogrzewa otaczające skały i zawarte w nich wody. Ilość ciepła

zmagazynowana we wnętrzu Ziemi do 10km przekracza 50 000 - krotność ilości ciepła zgromadzonego we

wszystkich złożach gazu ziemnego i ropy naftowej na świecie. Obecnie w 65 krajach na świecie ludzie

korzystają z energii geotermalnej. Krajem, który najszerzej ją stosuje jest Islandia, gdzie 50% całkowitego

zużycia energii pochodzi z systemów geotermalnych. Potencjał techniczny złóż geotermalnych w Polsce

wynosi 4200PJ rocznie. Całkowita objętość wód geotermalnych w Polsce to około 6,7*103

km3. W Polsce

wody geotermalne mają temperatury niższe niż 100oC. Wynika to z tzw. stopnia geotermicznego, który w

Polsce waha się od 10 do 110 m. Stopień geotermiczny to wartość współczynnika określającego, co ile

metrów w głąb ziemi temperatura przyrasta o 1°C. Jako średnią wartość stopnia geotermicznego w skali

globalnej przyjmuje się wielkość 33 m/1°C. Najbardziej zasobne w wody regiony to region grudziądzko -

warszawski, prowincja przedkarpacka, prowincja karpacka.

Rys.1 Mapa istniejących i planowanych zakładów geotermalnych w Polsce

Zasoby geotermalne można podzielić na hydrotermiczne i petrotermiczne.

Zasoby hydrotermiczne odnoszą się do wody, pary lub mieszaniny paro-wodnej, które występują

w szczelinach skalnych, żyłach wodnych lub w warstwach wodonośnych.

Zasoby petrotermiczne są zmagazynowane w gorących skałach.

Przyjęto, że przy temperaturze powyżej 120oC - 150

oC opłaca się wykorzystanie do produkcji energii

elektrycznej. Przy niższych temperaturach zasoby geotermalne wykorzystywane są do celów

ciepłowniczych, klimatyzacyjnych, wytwarzania ciepłej wody użytecznej w systemach miejskich

i przemysłowych. Eksploatacja energii geotermalnej wiąże się z emisją szkodliwych gazów, którym jest np.

siarkowodór. Inne potencjalne zagrożenie dla zdrowia powoduje radon.

Źródła energii geotermalnej można podzielić ze względu na stan skupienia nośnika ciepła, a także na

wysokość temperatury na następujące grupy:

- grunty i skały do głębokości 2 500 m,

- wysady solne,

- gorące skały,

- wody gruntowe jako dolne źródła ciepła dla pomp ciepła,

- wody gorące i ciepłe,

- para wodna wydobywana przy pomocy eksploatacyjnych otworów wiertnicznych.

Rodzaje złóż

Złoże artezyjskie – złoże charakteryzujące się samoczynnym wypływem wody geotermalnej (podniesienie

słupa wody ponad powierzchnię terenu) po wykonaniu odwiertu, co ma związek z występowaniem warstw

wodonośnych pod ciśnieniem hydrostatycznym.

Złoże subartezyjskie – w strefach niższych ciśnień hydrostatycznych słup wody geotermalnej w otworze

nie przekracza powierzchni terenu. Woda jest eksploatowana (podnoszona) przez otwór produkcyjny przy

zastosowaniu urządzeń wydobywczych (najczęściej są to agregaty pompowe zapuszczone do otworu).

Rys. 2. Niecka artezyjska

1.woda artezyjska

2.warstwa nieprzepuszalna

3.wychodnia zasilana wodą deszczową

4.studia artezyjska

5.poziom równowagi hydrostatycznej

6.studia subartezyjska

7.źródło artezyjskie

Sposoby pozyskiwania energii geotermalnej można podzielić na jednootworowe i dwuotworowe.

O możliwości wykorzystania energii geotermalnej decydują: temperatura, mineralizacja, wydajność

cieplna, czas eksploatacji, temperatura wody sieciowej zasilającej i pierwotnej, zapotrzebowanie na ciepło

przez odbiorców.

System jednootworowy jest rozwiązaniem stosowanym bardzo rzadko, głównie w warunkach

niewystarczającego zapotrzebowania na ciepło. Jest to układ oparty na wykorzystaniu jednego otworu

wiertniczego, którym woda geotermalna jest eksploatowana, a następnie, po oddaniu części ciepła

w wymienniku ciepła, jest wykorzystywana do celów przemysłowych, rolniczych czy rekreacyjnych (pod

warunkiem, że spełnia stawiane jej wymogi). Wadą takiego rozwiązania jest możliwość wyczerpania złoża

przy zbyt długim okresie eksploatacji oraz wyrządzanie szkody w środowisku wód powierzchniowych

(konieczność chłodzenia wody oddawanej do cieków powierzchniowych lub zbiorników retencyjnych) oraz

podziemnych. Zaletą systemów jednootworowych są natomiast niższe koszty na etapie realizacji inwestycji.

System jednootworowy System dwuotworowy

System dwuotworowy, nazwany także dubletem geotermalnym, składa się z otworu wydobywczego

(produkcyjnego) oraz otworu zatłaczającego (chłonnego). Jest to najczęściej stosowane rozwiązanie

eksploatacji wód geotermalnych. Zaletą systemu dwuotworowego jest uzyskanie dużych wydajności

eksploatacyjnych w przypadku korzystnych warunków złożowych. Woda geotermalna jest wydobywana

otworem produkcyjnym, oddaje ciepło w wymienniku ciepła lub pompie ciepła do wody obiegowej

(konieczność wynikająca z wysokiej mineralizacji, woda złożowa nie może krążyć w obiegu

ciepłowniczym), a następnie schłodzona zatłaczana jest otworem chłonnym do złoża. Rozwiązanie to

zapewnia nie tylko odnawialność złoża oraz utrzymanie jego parametrów eksploatacyjnych, ale także

spełnienie wymogów ochrony środowiska (brak degradacji wód podziemnych). Samoprzepływ wód

geotermalnych to proces polegający na samoczynnym wypływie i zatłoczeniu do złoża wody geotermalnej,

możliwy dzięki różnicy ciśnień otworów eksploatacyjnego i chłonnego oraz przyrostowi ciśnienia

hydrostatycznego zatłaczanej wody (efekt wzrostu ciężaru właściwego przy spadku temperatury

w wymienniku ciepła).

Instalacje geotermalne mogą pracować w trzech układach:

- monowalentnym, w którym całe ciepło grzejne jest pobierane z instalacji geotermalnej, a moc źródła jest

dostosowana do maksymalnego zapotrzebowania na moc cieplną. Układ ten można stosować, gdy

temperatura wody geotermalnej jest wyższa niż temperatura wody w urządzeniach grzejnych

i technologicznych;

- biwalentnym, w którym źródło geotermalne, wspomagane jest kotłami konwencjonalnymi. W układzie

tym, w okresie szczytowego zapotrzebowania, brakującą ilość ciepła dostarcza kotłownia. Poza sezonem

grzewczym, źródło geotermalne dostarcza ciepło jedynie do przygotowania c.w.u., wody technologicznej;

- kombinowanym, w którym część zapotrzebowania odbiorców ciepła niskotemperaturowego zaspakajana

jest przez instalację geotermalną, a pozostała część ciepła wysokotemperaturowego - przez kotłownię

konwencjonalną.

ENERGIA BIOMASY

Biomasa jest substancją organiczną pochodzenia roślinnego lub zwierzęcego. Występuje zwykle

w formie drewna, słomy, osadów ściekowych, odpadów komunalnych, roślin energetycznych. Wśród

odpadów pochodzenia zwierzęcego wymienić można między innymi biogaz pozyskiwany z fermentacji

gnojowicy zwierzęcej, z fermentacji osadów w oczyszczalniach ścieków czy z fermentacji odpadów

organicznych na wysypiskach śmieci. Biomasa może mieć też formę ciekłą, np. estry kwasów tłuszczowych,

oleju rzepakowego, metanol lub alkohol etylowy, nazywany zwykle bioetanolem, który jest przeznaczony

m.in. do napędu silników samochodowych jako składnik benzyny. W Polsce w roku 2014 produkcja energii

elektrycznej w technologiach spalania wykorzystujących biomasę i biogaz wynosiła ok.8974 GWh.

Biomasę można podzielić na dwie grupy:

- Pierwotne: źródłem energii są rośliny energetyczne jednoroczne (zboża, rzepak, słonecznik, buraki

cukrowe i pastewne, ziemniaki); rośliny energetyczne wieloletnie (wierzba, topola, miskant) – a zatem

rośliny uprawiane w celu uzyskania biomasy; biomasa powstała w procesie produkcji rolnej, ale niemająca

wpływu na poziom produkcji żywności (np. słoma zbożowa i rzepakowa) oraz nadwyżki biomasy

z trwałych użytków zielonych niezagospodarowane przez produkcję zwierzęcą.

- Wtórne: tj. odpady i pozostałości z produkcji rolnej i przetwórstwa rolno-spożywczego: płynne i stałe

odchody zwierzęce (gnojowica, gnojówka, obornik); pozostałości organiczne z przemysłu rolno-

spożywczego (np. gliceryna, wywar gorzelniany, odpady poubojowe, ścieki mleczarskie itp.).

DREWNO I ODPADY DRZEWNE

Paliwa drewnopochodne charakteryzują się wysoką zawartością składników lotnych. Zaledwie 20% ich

masy stanowią nielotne związki węgla, które nie odparowują w procesie suchej destylacji (ogrzewania)

drewna, lecz zostają spalone na ruszcie. Tymczasem większość związków lotnych spala się nad rusztem.

Potencjał techniczny do wykorzystania drewna wynosi ok. 68,3 PJ.

Drewno energetyczne ze względu na źródło pochodzenia, dzieli się na drewno z:

- lasu - odpady po wycince, kora, trociny, wióry;

- celowych upraw energetycznych, takich jak wierzba, topola;

- odzysku, np. opakowania kartonowe, drewno budowlane.

Trociny stanowią około 10% drewna przerabianego w tartakach. Są także produktem ubocznym skrawania,

frezowania itp. w zakładach bardziej zaawansowanej obróbki drewna. Oczyszczone z drewna kawałkowego

stanowią cenne paliwo i mogą być wykorzystywane w kotłowniach. Poziom wilgotności trocin jest

zróżnicowany i waha się od 6-10% do 45-65% dla trocin z niedawno ściętego drzewa. Przy wilgotności 5-

15% zawartość popiołu wynosi mniej niż 0,5%. Wady trocin to trudności związane z magazynowaniem,

skłonność do zaparzania (trociny bukowe) i podatność na zawilgocenia. Z uwagi na te słabe punkty trociny

powinny być spalane w pierwszej kolejności.

Wióry są, podobnie jak trociny, produktem ubocznym przemysłu drzewnego, powstającym podczas

skrawania i frezowania. Cechą charakterystyczną wiórów jest niska wilgotność (5-15%). Zawierają

niewielką ilość zanieczyszczeń.

Zrębki drzewne to rozdrobnione drewno w postaci długich na 5-50 mm ścinków o nieregularnych

kształtach. Są produkowane:

podczas pierwszego trzebienia drzewostanów, wierzchołków i innych pozostałości po wyrębach,

podczas obrabiania kłód w tartakach,

na szybkorosnących plantacjach wierzby,

z odpadów drzewnych w dużych zakładach przetwarzających drewno.

Wartość opałowa zrębków wynosi 6-16 MJ/kg, wilgotność 20-60%, a zawartość popiołu, którą zwiększa

ewentualne zanieczyszczenie kamieniami, glebą i piachem stanowi od 0,6 do 1,5% suchej masy. Zrębki są

doskonałym paliwem dla kotłów, wykorzystuje się je również do produkcji płyt wiórowych i jako topnik

w hutnictwie. Wadą tego paliwa jest wrażliwość na zmiany wilgotności powietrza i podatność na choroby

grzybowe. Długo magazynowane zrębki powinny być co jakiś czas przewracane.

Kora to wartościowy pod względem energetycznym odpad przemysłu drzewnego, stanowiący od 10 do

15% masy pozyskiwanego drewna. Jej wartość opałowa wynosi 18,5-20 MJ/kg, wilgotność 55-65%,

a zawartość popiołu, który ma tendencję do żużlowania stanowi 1-3% suchej masy. Część kory zostaje

podczas obróbki drewna przetworzona na trociny. Korę przed podaniem do kotła z podajnikiem

ślimakowym należy poddać zrębkowaniu w rębaku z górnym zasypem. Zrębkowanie kory przebiega jednak

szybko i pochłania niewielkie ilości energii.

Brykiet drzewny to walec lub kostka utworzone z suchego rozdrobnionego drewna (trocin, wiórów czy

zrębków), sprasowanego pod wysokim ciśnieniem bez dodatku substancji klejących. W czasie

zachodzącego pod ciśnieniem 200 atmosfer procesu brykietowania wydziela się lignina, która po obniżeniu

temperatury zastyga, spajając surowiec w formie brykietu. Duże zagęszczenie materiału w stosunku do

objętości sprawia, że proces spalania brykietu zachodzi stopniowo i powoli. Wartość energetyczna: 19-21

GJ/t; wilgotność: 6-8%; zawartość popiołu: 0,5-1% suchej masy.

Pelety (inaczej granulat) to produkowane z odpadów drzewnych - najczęściej z trocin i wiórów - długie na

kilka cm granulki o średnicy 6-25 mm. Granulat wytłacza się w prasie rotacyjnej, bez dodatku substancji

klejącej i pod dużym ciśnieniem, które umożliwia duże zagęszczenie surowca. Pelety są paliwem łatwym do

transportowania, najpraktyczniejszym w magazynowaniu i najwygodniejszym w eksploatacji. Ich zaletą jest

też bardzo niska zawartość popiołu (0,4-1% suchej masy). Wartość energetyczna wynosi 16,5-17,5 MJ/kg,

a wilgotność 7-12%.

ROŚLINY POCHODZĄCE Z UPRAW ENERGETYCZNYCH

Bogate w związki celulozowe i ligninowe rośliny energetyczne mogą być wykorzystywane do

produkcji energii cieplnej i energii elektrycznej oraz do wytwarzania paliw, zarówno ciekłych jak

i gazowych. Rośliny energetyczne można przy tym spalać albo w całości, albo w formie wyprodukowanego

z nich brykietu czy pelet. Uprawy energetyczne umożliwiają zagospodarowanie nisko produktywnych bądź

zdegradowanych terenów rolniczych, co ma niemałe znaczenie w naszym kraju, gdzie na ponad 20% terenu

stężenie metali ciężkich w glebie przekracza dopuszczalne normy.

Do najbardziej rozpowszechnionych roślin energetycznych należą:

Wierzba wiciowa,

Topinambur,

Ślazowiec pensylwański,

Róża wielokwiatowa,

Rdestowiec sachaliński,

Miskant olbrzymi,

Miskant cukrowy,

Spartina preriowa.

Wierzba wiciowa

Jedną z roślin najczęściej uprawianych na plantacjach energetycznych jest wierzba wiciowa, a dokładnie

rzecz ujmując, jej szybkorosnące odmiany. Wierzba wiciowa jest rośliną krzewiastą. Może być uprawiana

na różnych rodzajach gleb, jednak największe przyrosty osiąga na glebach klasy IIIa i IIIb, a także na

madach i glebach okresowo wilgotnych. Gleby słabsze również nadają się pod uprawę wierzby, wymagają

jednak stosowania odpowiedniego nawożenia. Największe znaczenie odgrywa odpowiednie nawodnienie

oraz kwasowość gleby - wierzba wymaga gleb o dużej wilgotności i odczynie lekko kwaśnym. Do każdego

rodzaju gleby należy dobrać najbardziej odpowiednią odmianę wierzby. Wykorzystywana na cele

energetyczne: bezpośrednie spalanie - zrębki wierzbowe (wartość opałowa 19,2 MJ/kgs.m.), brykiety,

pelety.

Topinambur

Topinambur czyli słonecznik bulwiasty to blisko spokrewniona ze słonecznikiem zwyczajnym roślina

uprawna należąca do rodziny astrowatych. Jej nazwa wywodzi się od nazwy plemienia

północnoamerykańskich Indian Tupinamba. Wysoka na 2-4 m roślina ma szerokie, ponad

dwudziestocentymetrowe, owalno-sercowate liście i rozległy system korzeniowy zakończony bulwami

różnego kształtu i koloru. W Polsce zarejestrowane są dwie odmiany: Albik, o białych, maczugowatych

w kształcie bulwach i Rubik, wytwarzający nieregularnie owalne bulwy barwy fioletowej. Bulwy

topinamburu miewają też kształt wrzecionowaty oraz barwę żółtą, czerwoną, o różnych odcieniach

i brązową.

Jako roślina energetyczna topinambur może być:

spalany bezpośrednio bądź dopiero po przetworzeniu na brykiet czy pelety,

wykorzystywany do produkcji etanolu i biogazu (także po zakiszeniu).

Topinambur może być również przydatny do rekultywacji terenów poprzemysłowych lub zdewastowanych

przez gospodarkę komunalną.

Ślazowiec pensylwański

Ślazowiec pensylwański w Polsce zwany także malwą pensylwańską bądź sidą (od łacińskiej nazwy

gatunku Sida hermaphrodita) należy do rodziny ślazowatych (Malvaceae), która obejmuje kilkaset

gatunków roślin, występujących w klimacie tropikalnym i subtropikalnym.

Ślazowiec jest rośliną wieloletnią, odrasta corocznie, zwiększając liczbę łodyg od jednej w pierwszym roku

do 20-30 w następnych latach. Wysokość jego pędów pod koniec okresu wegetacji może przekraczać nawet

400 cm. – przykładem były ślazowce wyhodowane w 2001 r. na polu Akademii Rolniczej w Lublinie, które

osiągnęły wysokość aż 436 cm. Ślazowiec występuje w formach mniej lub bardziej ulistnionych, przy czym

te pierwsze bardziej nadają się do splatania, drugie zaś znajdują zastosowanie np. w produkcji biogazu.

Liście ślazowca mogą mieć różne barwy: od intensywnie ciemnozielonej przez jasnozieloną po seledynową.

Roślina kwitnie przez 6 tygodni, w okresie od lipca do września, owoce dojrzewają zaś na przełomie

sierpnia i września.

Wymagania klimatyczno-glebowe ślazowca pensylwańskiego nie są zbyt duże. Roślina nadaje się do

uprawy we wszystkich rejonach kraju i wykazuje sporą odporność na skrajne temperatury, zarówno niskie

jak i wysokie. Głęboki system korzeniowy ślazowca umożliwia mu przetrwanie okresów suszy, jednak przy

zbyt małej ilości opadów plony rośliny są zdecydowanie niższe.

Znaczenie gospodarcze

Uprawy ślazowca są obecnie wykorzystywane przede wszystkim do celów energetycznych. Pod względem

ciepła spalania łodygi ślazowca ustępują drewnu bukowemu tylko o 20-34%, przy czym większym ciepłem

spalania charakteryzują się cieńsze łodygi. Oprócz wykorzystania w energetyce ślazowiec pensylwański

nadaje się do: rekultywacji terenów zdegradowanych chemicznie; ponownego wykorzystania gruntów

odłogowanych; nasadzeń w pasach przydrożnych, chroniących inne uprawy przed zanieczyszczeniami

komunikacyjnymi; tworzenia tzw. remiz śródpolnych.

Róża wielokwiatowa

Róża wielokwiatowa jest rośliną uprawianą w celach energetycznych, która cieszy się coraz większym

zainteresowaniem. Roślina kwitnie, tworząc małe, białe kwiaty z żółtymi pręcikami, jesienią zaś przybiera

pomarańczową barwę. Ze względu na szybkie przyrastanie róża znalazła swoje zastosowanie jako

odnawialne źródło energii. Jako roślina wysokoenergetyczna jest uprawiana w celu produkcji biomasy.

Sadzona jest, w zależności od rodzaju gleby, w rozstawach 1x1m na glebach dobrych, na ziemiach

słabszych jest to rozstaw 0,5x1m. Z 1 hektara uprawy można uzyskać plon biomasy w granicach 10-15 ton.

Wartość opałowa uzyskana z biomasy róży jest bliska wartości opałowej węgla kamiennego niższej jakości.

Rdest sachaliński

Rdest sachaliński pochodzi z Azji Wschodniej. Do Europy został sprowadzony przez ogrodników

i rozprzestrzenił się w środowisku naturalnym. Jest rośliną wieloletnią zielną, silnie rozgałęziającą się. Są to

rośliny bardzo silnie rosnące, dochodzące do 6 m wysokości (jednoroczne pędy dorastają do 4 m). Roślina

posiada kłącze i często tworzy rozłogi, za pomocą których rozmnaża się wegetatywnie, tworząc gęste,

jednogatunkowe łany. Liście są jasnozielone, mają długość 15 - 30 cm, szerokoeliptyczny kształt. Kwiaty są

drobne, zebrane w wiechowaty kwiatostan (występują po 4 - 7 na gałązce wiechy), mają zielonkawożółty

kolor. Żywotność plantacji rdestu określa się na około 15 lat. Pomimo stosunkowo krótkiego okresu

wegetacyjnego (od kwietnia do pierwszych przymrozków) rośliny dają bardzo duże przyrosty biomasy tj. 10

- 12,5 t.s.m./ha. Wartość energetyczna wynosi 15 - 17 MJ/kg.

Miskant olbrzymi

Miskant olbrzymi posiada zdolność oczyszczania gleby, pobierając z niej pierwiastki metali ciężkich.

Również redukuje i kumuluje w sobie metale ciężkie z atmosfery: ołów, kadm, nikiel są gromadzone

w częściach podziemnych; arsen, miedź, cynk w częściach nadziemnych. Wykorzystując tę zaletę, utrwala

się praktyka zakładania plantacji miskanta olbrzymiego w okolicach miejskich czy gminnych ujęć wody

pitnej dla ludności. Dodatkowo po zbiorach zebraną biomasę wykorzystuje się na cele opałowe.

Brykiet z miskanta jest twardy i zwarty. Nie rozwarstwia się nawet po rocznym okresie składowania.

Pali się długo, szybko uzyskując zadaną na piecu temperaturę. Potwierdza wysoką kaloryczność

materiału, z którego został wyprodukowany, ok. 17 MJ/kg.

Używa się go w gospodarstwach domowych głównie jako materiał opałowy (najszersze zastosowanie)

w postaci luźnej sieczki 2-3 cm lub brykietów czy peletu. Około 0,80 ha miskanta olbrzymiego to opał na

rok dla jednej rodziny. Z 1 ha miskanta olbrzymiego można uzyskać około 7000 - 8000 l oleju opałowego

przy zbiorze ok. 19t/ha.

Miskant cukrowy

Miskant cukrowy to osiągająca wysokość 1-4 m roślina o sztywnych, wypełnionych rdzeniem źdźbłach

i rozbudowanym, sięgającym do 2,5 m w głąb ziemi systemie korzeniowym. Rozległy system korzeniowy

umożliwia miskantowi cukrowemu skuteczne pobieranie z gleby składników pokarmowych i wody, a duża

zawartość ligniny i celulozy chroni go przed uszkodzeniami mechanicznymi.

Spartina preriowa

Spartina preriowa jest potencjalną rośliną energetyczną do uprawy w Europie północno-

zachodniej. Wymaga szczególnie starannego przygotowania gleby, którą należy przede wszystkim

odchwaścić. Gleby nie trzeba za to organicznie nawozić ani spulchniać. Zabieg odchwaszczania powinien

zostać powtórzony w drugim roku uprawy. Przewyższa pozostałe gatunki pod względem trwałości,

rozmiarów systemu korzeniowego i wysokości plonów. Posiada duże zdolności adaptacyjne, w związku

z czym udaje się nawet na słabych glebach.

Palczatka Gerarda

Palczatka Gerarda, która dobrze znosi zarówno zasolenie jak i suszę, może być też uprawiana na glebach

umiarkowanie wilgotnych. Roślina rozpoczyna wegetację dopiero w maju, kwitnie zaś od sierpnia do

października. Palczatka Gerarda również wymaga starannego odchwaszczania gleby przez pierwsze dwa

lata. Plantację zakłada się w maju, wysiewając nasiona w rzędach oddzielonych od siebie odległością od 60

do ponad 110 cm. Dokonywane jesienią zbiory różnią się w zależności od jakości gleby: na piaszczystej,

nienawożonej glebie wynoszą 6 t s.m./ha, zaś na nawożonej, żyznej glebie 24 t s.m./ha.

Kotły do spalania drewna

Drewno, w odróżnieniu od innych źródeł energii, jest paliwem, które może być zmagazynowane

i przechowywane bez jakichkolwiek strat energetycznych.

Magazynowanie obniża wilgotność drewna i jednocześnie podwyższa jego wartość opałową.

Drewno jest również jedynym paliwem, które posiada zerowy bilans dwutlenku węgla (CO2), tzn., że

w trakcie wzrostu w procesie fotosyntezy pobiera się taką ilość dwutlenku węgla, jaka powstaje w trakcie

spalania.

Kotły dużej mocy stanowią źródła ciepła dla instalacji c.o. i c.w.u.

System kotłowy składa się z następujących elementów:

- kocioł wodny wraz z rusztem, komorą spalania, układem usuwania popiołów, systemem zapłonu,

płaszczem wodnym;

- układ zmagazynowania zrębków z wygarniaczem hydraulicznym,

- układ ślimakowy, taśmowy lub zgrzebłowych podajników paliwa,

- układ odprowadzania spalin wraz z wentylatorem wyciągowym,

- system sterowania i kontroli.

Rys.1. Schemat kotła pracującego w kotłowni opalanej zrębkami drzewnymi

Budowa małych kotłów zgazowujących drewno

Korpus kotła zbudowany jest z wysokiej jakości, sprawnej blachy kotłowej o grubości 5-8 mm. Ze

względu na wysoką temperaturę spalania gazu, komora spalania i dysza zbudowane są ze specjalnego

ognioodpornego betonu w celu ochrony stalowych ścian kotła przed wysoką temperaturą, a tym samym do

wydłużenia jego żywotności.

Rys. 2. Budowa kotłów zgazowujących drewno

Słoma jako biopaliwo

Wykorzystanie nadwyżek słomy do celów energetycznych pozwala uniknąć ich spalania na polach.

Ta częsta praktyka wyrządza wielkie szkody środowisku naturalnemu, stąd kraje posiadające mało

inwentarza, lecz produkujące dużo zbóż i dużo rzepaku starają się znaleźć alternatywne formy

wykorzystywania słomy. Wilgotność słomy wynosi 10-20%, zaś wartość opałowa i zawartość popiołu

odpowiednio 14,3 MJ/kg i 4% suchej masy dla słomy żółtej oraz 15,2 MJ/kg i 3% s. m. dla słomy szarej.

W Polsce rocznie produkuje się ok. 23 mln ton słomy. Szacuje się, że do celów energetycznych można

wykorzystać ok. 8-10 mln ton. W Polsce słoma jest wykorzystywana jako paliwo do ogrzewania , m.in.:

mieszkań, budynków inwentarskich w gospodarstwach rolnych, kotłowniach komunalnych,

elektrociepłowniach. Potencjał techniczny do wykorzystania słomy wynosi ok. 495PJ.

W Polsce produkowane są kotły na słomę o mocy zainstalowanej, od kilkudziesięciu kW dla

zasilania pojedynczych gospodarstw do ok. 30 MW w elektrociepłowniach.

Słoma w kotłach może być też spalana po rozdrobnieniu na mniejsze kawałki, za pomocą szarpacza.

Rozwiązanie takie zmniejsza wymiary komory paleniskowej, pozwala też na zautomatyzowanie procesu

spalania. Słoma w takiej konstrukcji może być podawana w sposób ciągły podajnikiem taśmowym, a po

rozdrobnieniu w szarpaczu - pneumatycznie (rys.2). Spalanie odbywa się w dużych kotłach przemysłowych

o ruchu ciągłym z automatycznym usuwaniem popiołu.

Rys.1. Schemat kotła ze spalaniem Rys.2. Schemat technologiczny kotłowni opalanej słomą

BIOGAZ

Biogaz (gaz wysypiskowy) to powstająca w wyniku fermentacji metanowej mieszanina gazów,

której głównym składnikiem jest metan. Biogaz wykorzystywany do celów energetycznych zawiera ponad

40% metanu, zaś jego właściwości nie odbiegają od właściwości gazu ziemnego. W energetyce

wykorzystuje się biogaz powstający w wyniku fermentacji:

odpadów organicznych na składowiskach odpadów,

odpadów zwierzęcych w gospodarstwach rolnych,

osadów ściekowych w oczyszczalniach ścieków.

Biogaz z oczyszczalni ścieków

Biogaz powstający podczas procesu fermentacji zawiera 55-70% biometanu, 27-44% dwutlenku

węgla, 0,2-1,0% wodoru, 0,2-3,0% siarkowodoru. Często w oczyszczalniach biogaz spalany jest

w pochodni, jednak bardziej racjonalne jest jego spalanie w kotłach gazowych lub silnikach

przystosowanych do spalania gazu połączonych z prądnicą, produkujących ciepło i energię elektryczną, zaś

pochodnie powinny służyć tylko do spalania nadmiaru gazu w przypadku jego nadprodukcji.

Przyjmuje się, że z 1 m3 osadu o zawartości 5% suchej masy, uzyskuje się 10-20 m

3 biogazu

o wartości opałowej wahającej się w granicach 16,7-23 MJ/m3 (w zależności od zawartości metanu).

Najlepsze efekty produkcji biogazu otrzymuje się w oczyszczalniach biologicznych, które mają wysokie

zapotrzebowanie własne na energię cieplną oraz elektryczną, dlatego odzysk części energii z biogazu ma

istotny wpływ również na rentowność tych zakładów. W przypadku miejskich oczyszczalni ścieków

produkcja taka staje się opłacalna przy przepustowości około 8-10 tys. m3 ścieków na dobę. Fermentację

metanową można stosować nie tylko przy utylizacji osadów ściekowych, ale również procesowi temu

można poddawać ścieki bogate w substancje organiczne, szczególnie gdy w procesach technologicznych

powstają ścieki podgrzane lub istnieje odpadowe źródło ciepła technologicznego. Całkowita moc

wszystkich instalacji biogazowych w oczyszczalniach ścieków w Polsce do dnia 30.06.2015 r. wynosiła

58,412 MW elektrycznych i ok. 77,415 MW cieplnych. Wytworzono około 3,59 PJ.

Biogazownie rolne

W gospodarstwach hodowlanych powstają znaczne ilości odpadów, które mogą być wykorzystane do

produkcji biogazu. Z 1 m3 płynnych odchodów można uzyskać średnio 20 m

3 biogazu, a z 1 m

3 obornika –

30 m3 biogazu o wartości energetycznej ok. 23 MJ/m

3 . Potencjał biogazu z odchodów zwierzęcych

w Polsce wynosi 3310 mln m3, jednak w praktyce instalacje do pozyskania biogazu mają szansę powstać

tylko w dużych gospodarstwach hodowlanych.

Gaz wysypiskowy

Odpady organiczne stanowią jeden z głównych składników odpadów komunalnych. Ulegają one

naturalnemu procesowi biodegradacji, czyli rozkładowi na proste związki organiczne. W warunkach

optymalnych z jednej tony odpadów komunalnych może powstać około 400-500 m3 gazu wysypiskowego.

Jednak w rzeczywistości nie wszystkie odpady organiczne ulegają pełnemu rozkładowi, a przebieg

fermentacji zależy od szeregu czynników. Dlatego też przyjmuje się, że z jednej tony odpadów można

pozyskać maksymalnie do 200 m3 gazu wysypiskowego.

W chwili obecnej na świecie działa ponad 800 instalacji energetycznego wykorzystania gazu

wysypiskowego. W Europie najbardziej zaawansowana jest pod tym względem Wielka Brytania, gdzie

w 2000 r. moc zainstalowana wynosiła 292 MW elektrycznych. W Polsce zarejestrowanych jest obecnie ok.

700 czynnych składowisk odpadów. Oszacowano, że produkują one rocznie ponad 600 mln m3 metanu.

W praktyce zasoby gazu wysypiskowego możliwe do pozyskania nie przekraczają 30-45% całkowitego

potencjału powstającego na wysypisku gazu. W takich warunkach zasoby metanu realnie możliwe do

pozyskania z wysypisk odpadów komunalnych są szacowane na 135-145 mln m3 metanu rocznie, co jest

równoważnikiem 5235 TJ. Potencjał ten jest obecnie wykorzystywany tylko w nieznacznym stopniu.

W 2002 r. w Polsce działało zaledwie 18 instalacji do wykorzystania gazu wysypiskowego.

Biopaliwa płynne

Biodiesel

Biodisel - biopaliwo z rzepaku, pozyskiwany jest w znanym już na przełomie XIX i XX w. procesie

chemicznym, polegającym na przetworzeniu oleju rzepakowego w estry metylowe (RME). Stosuje się przy

tym jedną z dwóch technologii:

odpowiednią dla małych, produkujących na przykład 500 ton biopaliwa rocznie zakładów

przetwórczych, technologię zimną, w której biopaliwo pozyskiwane jest w temperaturze 20-70oC,

wymagającą dostaw energii cieplnej technologię gorącą, w której do produkcji biopaliwa potrzebna jest

temperatura 240oC i ciśnienie około 10 MPa.

Bioolej

Zamiast przystosowywać silnik do paliwa, można przystosować paliwo do silnika. Poddając biomasę

szybkiej pyrolizie – to znaczy krótkotrwałemu oddziaływaniu temperatury 400-600oC – otrzymuje się

bioolej. Ta ciemnobrązowa, gęsta ciecz o wartości opałowej stanowiącej 45-50% wartości energetycznej

oleju napędowego może być wykorzystywana w kotłach, palnikach, turbinach czy generatorach prądu.

Spalanie biooleju nie przyczynia się do emisji dwutlenku siarki (SO2), jest neutralne z punktu widzenia

bilansu tlenku węgla (CO), zaś spowodowane nim emisje dwutlenku azotu (NO2) należą do śladowych.

Oleje roślinne

Różniące się od olejów napędowych brakiem lotności, większą lepkością i mniejszą podatnością na

samozapłon nie mogą być bez wcześniejszego przetworzenia stosowane jako paliwo napędowe. Wyjątek

stanowi wykorzystanie olejów roślinnych w specjalnie zaprojektowanych silnikach, takich jak na przykład

przystosowane do napędzania olejem rzepakowym silniki niemieckiej firmy Elsbett. To rozwiązanie nie jest

jednak zbyt rozpowszechnione z uwagi na wysokie koszty produkcji.

BIOALKOHOLE

Etanol (spirytus odwodniony) ma największe znaczenie wśród bioalkoholi wykorzystywanych do celów

paliwowych. Otrzymuje się go przez odwodnienie alkoholu gorzelnianego, zawierającego 97,2% objętości

etanolu. Podobnie jak biodiesel, etanol może być stosowany jako:

paliwo napędowe – silniki, przystosowane do zasilania etanolem wyprodukowały między innymi takie

firmy jak Ford, Fiat czy Volkswagen,

ulepszający proces spalania dodatek do benzyny, który pozwala zredukować emisję tlenków węgla,

tlenków azotu, związków ołowiu i węglowodorów aromatycznych.

Metanol (CH3OH) - alkohol metylowy zwany także alkoholem drzewnym (dawniej pozyskiwano go

w procesie suchej destylacji drewna) to jasna, prawie bezbarwna ciecz o wartości opałowej wynoszącej

około 22-23 MJ/kg. Metanol syntetyczny wytwarzany jest w procesie uwodornienia tlenku węgla,

zachodzącym w temperaturze 300-400 st. C, pod podwyższonym ciśnieniem i w obecności katalizatora. Tak

jak biodiesel i etanol, metanol może być wykorzystywany jako:

paliwo napędowe,

dodatek do benzyny (w postaci MTBE czyli eteru metylo-tetr-butylowego).

Wykorzystanie metanolu ma mniejsze znaczenie niż wykorzystanie charakteryzującego się wyższą

wartością energetyczną etanolu. Poza tym metanol, który podczas spalania powoduje emisję toksycznego

aldehydu mrówkowego jest coraz rzadziej wykorzystywany ze względu na swoje rakotwórcze działanie.

Niemniej jednak metanol przekształcany w ogniwach paliwowych nowego typu w wodór jest często

uznawany za paliwo przyszłości.

ENERGIA WODY

Energetyka wodna (hydroenergetyka) zajmuje się pozyskiwaniem energii wód i jej przetwarzaniem

w energię mechaniczną i elektryczną przy użyciu silników wodnych (turbin wodnych) i hydrogeneratorów

w siłowniach wodnych (np. w młynach) oraz elektrowniach wodnych, a także innych urządzeniach

(w elektrowniach maretermicznych i maremotorycznych). Energetyka wodna opiera się przede wszystkim

na wykorzystaniu energii wód śródlądowych (rzadziej mórz – w elektrowniach pływowych) o dużym

natężeniu przepływu i dużym spadzie mierzonym różnicą poziomów wody górnej i dolnej

z uwzględnieniem strat przepływu.

Najpopularniejsze wykorzystanie wody do produkcji energii to elektrownie wodne, które zamieniają

energię spadku lub przepływu wody w energię elektryczną za pośrednictwem turbin wodnych. Turbina

wodna często nosi nazwę turbiny hydraulicznej i jest silnikiem wodnym przetwarzającym energię

mechaniczną wody na ruch obrotowy za pomocą wirnika z łopatkami. Obracający się wirnik z łopatami

napędza prądnicę lub ich układ.

Wykorzystanie w elektrowniach energii wód śródlądowych oraz pływów wód morskich polega na

zredukowaniu w granicach pewnego obszaru (odcinek strumienia rzeki, część zatoki) naturalnych strat

energii wody i uzyskaniu jej spiętrzenia względem poziomu odpływu. Poza energetycznym, elektrownie

wodne zbiornikowe mogą spełniać jednocześnie inne zadania, jak zabezpieczenie przeciwpowodziowe,

regulacja przepływu ze względu na żeglugę. Duże znaczenie mają elektrownie wodne szczytowo-pompowe,

pozwalające na użycie wody jako magazynu energii. Rozwój hydroenergetyki jest uzależniony od zasobów

energii wód, tak zwanych zasobów hydroenergetycznych.

W Polsce działa około 774 małych elektrowni wodnych, z produkcją 183,7 GWh=0,1837TWh, co

stanowi około 0,11% całkowitej energii w kraju. Energia wody w Polsce wykorzystywana jest jedynie

w 13% do produkcji energii elektrycznej w małych elektrowniach wodnych.

Dla Polski dominujące znaczenie w hydroenergetyce mają dolna Wisła oraz Dunajec.

Zasoby hydroenergetyczne Polski szacuje się na 13,7 TWh rocznie, z czego 45,3% przypada na

największą Polskę rzekę – Wisłę, 43,6% na dorzecza Wisły i Odry, 9,8% na samą Odrę. Pozostałe 1,8% na

rzeki Pomorza. To bardzo duży i niewykorzystywany obecnie potencjał.

Największe polskie hydroelektrownie to:

Elektrownia Żarnowiec (716 MW), rok uruchomienia - 1983, elektrownia pompowo-szczytowa

Elektrownia Porąbka Żar (500 MW), rok uruchomienia - 1979, elektrownia pompowo-szczytowa

Elektrownia w Solinie (200 MW), rok uruchomienia - 1968, elektrownia pompowo-szczytowa

Elektrownia Włocławek (162 MW), rok uruchomienia - 1969, elektrownia pompowo-szczytowa

Elektrownia Żydowo (150 MW), rok uruchomienia - 1971, elektrownia pompowo-szczytowa

Elektrownia Żarnowiec

Elektrownia Żydowo

Energia pływów morskich

Elektrownia pływowa to elektrownia wytwarzająca prąd elektryczny przy pomocy specjalnych urządzeń

wykorzystujących przypływy i odpływy morza. Im są one większe, tym bardziej efektywna jest elektrownia.

Może być ulokowana w miejscach umożliwiających budowę zapór (z turbinami) między otwartym morzem

a utworzonym zbiornikiem.

Pływy morskie są skutkiem oddziaływania grawitacyjnego Słońca i Księżyca w stosunku do Ziemi, co jest

połączone z rotacją Ziemi oraz batymetrią oceanów, mórz i estuariów. Efekt pływów może wystąpić także

poza oceanami, wszędzie tam gdzie występuje pole grawitacyjne zmienne w czasie i przestrzeni.

Najsilniejsze pływy (syzygijne) występują, gdy wpływy Słońca i Księżyca dodają się do siebie (tj. gdy

Księżyc, Ziemia i Słońce znajdują się w linii prostej – w trakcie pełni oraz nowiu Księżyca). Natomiast gdy

wpływ Słońca i Księżyca nie sumuje się (Księżyc, Ziemia i Słońce tworzą kąt prosty), pływy są najsłabsze

(pływ kwadraturowy). Przeciętny czas między kolejnymi przypływami wynosi 12 godzin i 27 minut i zależy

od ukształtowania akwenu, a także pory roku oraz pory dnia, dlatego też nie da się wyznaczyć stałych

godzin przypływu i odpływu w danym miejscu.

Energia fal morskich

Elektrownie wykorzystujące przetworzony ruch fal morskich, ze względu na lokalizację, dzieli się na

trzy grupy: nadbrzeżne, przybrzeżne - zazwyczaj osadzone na dnie w płytkich wodach (10-20 m głębokości)

i morskie (ponad 40 m głębokości).

Istnieją dwa rozwiązania wykorzystania fal morskich napędzających:

turbiny wodne,

turbiny powietrzne.

Energia cieplna oceanu

To technologia, która może odzyskiwać energię cieplną zgromadzoną w wodach oceanów, a dokładnie

wykorzystać różnicę temperatur między chłodniejszymi wodami z głębin a cieplejszymi z wód

powierzchniowych. Do tego celu służy silnik cieplny, który zamienia energię termiczną (cieplną) w energię

mechaniczną lub elektryczną. OTEC jest technologią, która może wykorzystać energię słoneczną

zmagazynowaną w oceanach. Ponieważ ocean jest nośnikiem zmagazynowanej energii, OTEC oferuje

ciągłe zaopatrywanie w tę energię – zarówno podczas jasnych, pogodnych dni, jak i w nocy, bez względu na

pogodę. Technologia ta nie zawiera żadnych kosztów i komplikacji wynikających ze sztucznych systemów

magazynowania energii.

Rys. 1. Możliwości wykorzystania OTEC

TURBINY WODNE

Dobór odpowiedniej turbiny do elektrowni wodnej następuje w oparciu o spad oraz natężenie

przepływu, jakim dysponujemy w danym cieku. Pomocny przy wyborze turbiny jest diagram, na którym

zobrazowano zakres pracy poszczególnych turbin.

Wykres doboru turbiny w zależności od natężenia przepływu i wysokości spadu

Turbina Peltona

Turbina Peltona jest rozwinięciem „koła natryskowego”, w którym łopatki są ustawione pod kątem 90 st. do

strumienia wody, a protoplastą dla obydwu jest koło młyńskie. Turbiny systemu Peltona są stosowane na

największe spady wody (H>500m). Strumień wody wypływający z każdej z dysz uderza w łopatki wirnika

w kształcie czarek. Czarki są ukształtowane w ten sposób, że rozdzielają strumień na dwie części

i jednocześnie odchylają go w kierunku przeciwnym do kierunku prędkości obwodowej prawie o 180 stopni.

Dzięki temu energia kinetyczna strugi jest przekazywana wirnikowi. Turbina może mieć jedną lub szereg

dysz. Po spłynięciu z czarki woda opada grawitacyjnie w komorze wirnika i jest odprowadzana do wody

dolnej. Strumień objętości wody, a więc i moc turbiny, można regulować w sposób ciągły, zmieniając

przekrój wylotowy dyszy z możliwością całkowitego jej zamknięcia. Turbina Peltona jest rzadkim obecnie

przykładem turbiny czysto akcyjnej, w której zwiększenie prędkości czynnika ma miejsce tylko w wieńcu

kierowniczym, natomiast w wirniku następuje zmiana pędu wyłącznie przez odchylenie strumienia.

Pozostałe systemy turbin wodnych dotyczą turbin reakcyjnych. Turbiny Peltona buduje się z wałami

poziomymi i pionowymi.

Turbina Francisa

Turbina Francisa to turbina wodna opracowana przez Jamesa Francisa. W turbinie Francisa woda ze

zbiornika górnego wpływa całym obwodem na łopatki kierownicze i wówczas przyspiesza, a następnie

zasila wirnik roboczy. Po przepłynięciu kanałami między łopatkami w kształcie dysz woda z dużą

prędkością opuszcza wirnik i wchodzi do rury ssawnej. Temu procesowi towarzyszy reakcja

hydrodynamiczna, która wprowadza wirnik w ruch w kierunku przeciwnym do wylotu wody.

Turbina wodna Kaplana

Turbina Kaplana to odmiana turbiny śmigłowej, czyli takiej, której łopatki mają kształt podobny do śrub

okrętowych. Jej odmienność polega na możliwości zmiany kąta łopat w czasie pracy, a w efekcie także

regulację otrzymywanej mocy i dużo większy zakres wysokich sprawności. Liczba łopat wirnika wynosi od

3 do 10. Turbina ta stosowana jest przy spadach od 1,5 do 80 m – przy większych spadach wykazuje ona

mniejszą odporność na kawitację.

Turbina Banki - Michella

Cechą charakterystyczną turbiny Banki-Michella jest szeroki strumień wody doprowadzany do wirnika. Ma

on prostokątny przekrój i przepływa przez łopatki wirnika dwa razy. Wirnik z łopatkami palisadowymi

zostaje zasilony w wodę dzięki kierownicy.

Z racji możliwości wykorzystania turbin B-M dla spadów wynoszących od 1 do 100 m, prostej konstrukcji

i taniej eksploatacji, ich praktyczne zastosowanie ogranicza się w zasadzie do Małych Elektrowni Wodnych

(MEW). Ich moc oscyluje w granicach 1 kW do 500 kW.

Budowa elektrowni wodnej

Elektrownia wodna (hydroelektrownia) to zakład przetwarzający energię kinetyczną wody w energię

elektryczną.

Rys. Schemat elektrowni wodnej

Zapora wodna to rodzaj budowli hydrotechnicznej, bariera przegradzająca dolinę rzeki w celu spiętrzenia

wody, zwykle betonowa, żelbetowa lub ziemna.

Różnicę poziomów wody przed i za zaporą wykorzystuje się w elektrowniach wodnych do wytwarzania

energii elektrycznej. W elektrowniach szczytowo-pompowych energię elektryczną wytwarza się w dzień,

gdy zapotrzebowanie na nią jest najwyższe, a w nocy (wykorzystując nadmiar mocy) turbiny uzupełniają

wodę w zbiorniku, pompując ją ze zbiorników u podstawy zapory.

Turbina wodna to silnik wodny przetwarzający energię mechaniczną wody na ruch obrotowy za pomocą

wirnika z łopatkami. Stosowana jest głównie w elektrowniach wodnych do napędu prądnic.

Generator

Turbina wodna zamienia energię kinetyczną na mechaniczną, zaś połączony z turbiną generator z energii

mechanicznej wytwarza, czyli generuje, energię elektryczną. W generatorze, w ruchomej części zwanej

wirnikiem znajdują się przewody elektryczne, obracające się na wytwarzającej silne pole

elektromagnetycznej żelaznej ramie. Wirnik jest wprawiany w ruch przy pomocy turbiny poruszającej się

z kolei dzięki energii kinetycznej spadającej wody.

Linie przesyłowe

Wyprodukowaną w elektrowni energię elektryczną transmitują na miejsce odbioru linie przesyłowe.

Elektryczność nie trafia jednak do naszych domów i zakładów pracy bezpośrednio z miejsca produkcji, prąd

ma bowiem niekiedy zbyt niskie napięcie, by można go było efektywnie przesyłać na dalekie dystanse.

Podczas transmisji część energii elektrycznej przekształca się w ciepło i jest tym samym tracona. Straty są

zaś tym większe, im większy jest ładunek elektryczny prądu. By zminimalizować straty energii,

elektryczność kieruje się najpierw do stacji transformatorów, które odpowiednio zwiększają jej napięcie.

Ponieważ moc jest wynikiem pomnożenia napięcia przez ładunek elektryczny, a straty energii związane są

właśnie z ładunkiem, opłaca się transmitować prąd o niższym ładunku i o wyższym napięciu. Taki prąd nie

nadaje się jednak do użytku i dlatego nim zostanie rozdystrybuowany, jego napięcie musi zostać

odpowiednio obniżone w stacjach przekaźnikowych.

ENERGIA WIATRU

Wiatr jest ruchem powietrza atmosferycznego o przeważającej składowej poziomej, który powstaje

wskutek nierównomiernego rozkładu ciśnienia atmosferycznego w różnych punktach powierzchni Ziemi.

Energia wiatru jest pochodzenia słonecznego (1-2% energii docierającej do powierzchni Ziemi, co

odpowiada mocy 2700 TW), przy czym wpływ na jego kierunek ma również ruch wirowy Ziemi oraz prądy

morskie. Wypadkowy ruch mas powietrza jest zatem wywołany łącznym działaniem różnych czynników

atmosferycznych, w efekcie czego wiatr charakteryzuje się różnym kierunkiem i intensywnością. Wiatry

wiejące nad powierzchnią lądów mają potencjał energetyczny ok. 40 TW. Zasoby energii wiatru są

niewyczerpalne, ponieważ wiatry są stale podtrzymywane przez Słońce. W przypadku wiatrów wiejących

nad otwartym morzem, tam gdzie głębokość pozwala na instalowanie siłowni wiatrowych, ich moc

energetyczną ocenia się na ok. 20 TW. Wiatr, z punktu widzenia możliwości wykorzystania go do celów

energetycznych, charakteryzują dwie wielkości: prędkość i powtarzalność. Ponieważ prędkość wiatru jest

najmniejsza przy ziemi i wzrasta z wysokością, silniki wiatrowe umieszcza się na wysokości od kilkunastu

do ok. 100 m. Optymalna średnia prędkość wiatru do wykorzystania energetycznego to 4-25 m/s.

Powtarzalność jest to suma godzin, podczas których w okresie roku wiatr wieje z określoną prędkością.

Roczne zasoby energetyczne wiatru możliwe do wykorzystania w Polsce ocenia się na 50% obecnego

zapotrzebowania na energię elektryczną (ok. 16 000 MW, 445 PJ). Najkorzystniejszy dla lokalizacji

wiatraków obszar to wybrzeże Bałtyku.

Według IMGW suma energii wiatru na powierzchnię 1m2 wirnika wiatraka w Polsce wynosi

1000-1500 kWh/rok. Roczny zysk netto z 1 MW, szacowany jest na ok. 620 tys. zł.

ENERGIA WODORU

Należy do źródeł nieodnawialnych. Polega na wykorzystywaniu energii elektrycznej z fotoogniw do

elektrolizy wody. Produktami rozkładu podczas procesu elektrolitycznego wody są wodór i tlen, które służą

jako paliwo w ogniwach paliwowych. Ogniwa paliwowe (fuel cells) to urządzenia, które energię chemiczną

paliwa i utleniacza zamieniają bezpośrednio w energię elektryczną. Wszystkie rodzaje ogniw paliwowych,

w przeciwieństwie do tradycyjnych metod, generują elektryczność bez spalania paliwa i utleniacza. Pozwala

to na uniknięcie emisji szkodliwych związków, m.in. tlenków azotu, siarki, węglowodorów (powodujących

powstawanie dziury ozonowej) oraz tlenków węgla.

Jako urządzenie elektrochemiczne ogniwo paliwowe nie podlega ograniczeniom wynikającym z zasady

Carnot'a, która określa sprawność silnika cieplnego. Teoretycznie elektrochemiczne źródło energii

elektrycznej, w którym zachodzące reakcje są w pełni odwracalne, mogłoby posiadać sprawność 100%.

W rzeczywistości jednak sprawność takiego urządzenia jest niższa i waha się w zakresie od 40% do 80%

w zależności od rodzaju ogniwa.

Roczna produkcja wodoru na świecie wynosi ok. 500 tys. m3. Surowcem do produkcji są

najczęściej: ropa naftowa, gaz ziemny, woda.