Energia w środowisku (3)

Prezentacja na temat: "Energia w środowisku (3)"— Zapis prezentacji:

1 Energia w środowisku (3)

2 Odnawialne źródła energii
Biomasa Hydroenergia Energia wiatru Energia maremotoryczna (fale i prądy morskie) Energia maretermalna (ciepło oceanów) Bezpośrednie wykorzystanie energii słonecznej Energia geotermalna

3 Hydroenergia Promieniowanie słońca napędza przemiany i ruch wody w przyrodzie Na skutek grawitacji woda opadowa zlewa się do rzek Energia niesiona przez wody rzek jest jedyną skoncentrowaną energią odnawialną

4 Hydroenergia Energia niesiona przez wody rzek jest skoncentrowaną energią odnawialną Dlatego jest to jedyna energia odnawialna, która jest dziś powszechnie wykorzystywana

5 Hydroenergia Energia wody spiętrzonej rzeki wynosi (energia potencjalna): E = mgh Mała elektrownia np..na Rabie w Dobczycach: h = ok. 10m, masa przepływającej wody ok. 2m3 = 2000 kg na sekundę M = E/t = 2000 kg * g * 10m / sek = 200 kW Najwieksza elektrownia świata, w Brazylii ma moc: M = 11GW

6 Zasoby i przepływy wody w przyrodzie
Zasoby wody Oceany Pory skał Lodowce Jeziora ,34 Para wodna ,105 Przepływy Ocean—atmosfera (parowanie z oceanów) ,83 Atmosfera—ocean (opady nad oceanami) ,47 Ocean—ląd ,36 Ląd—atmosfera (parowanie z lądów) ,63 Atmosfera - ląd 0,36 +0,63 = 0.99 Rzekami do oceanów ,32 Woda gruntowa do oceanów 0,04 Jednostką miary wody jest 1020 g czyli km3

7 Potencjalne zasoby energii wodnej
Potencjał brutto (masa wód we wszystkich ciekach wodnych, całkowity spadek od źródeł do ujść, teoretyczna wydajność turbin) Potencjał techniczny ( rzeczywista wydajność turbin, część wody nie przechodzi przez turbiny) 30-40% potencjału brutto. Potencjał ekonomiczny (część potencjału technicznego ) Zainstalowana moc: ok GW Hydroenergia to około: 2% światowego zużycia energii 20% światowego zużycia energii elektrycznej

8 Oszacowanie górnej granicy energii do wykorzystania – potencjał brutto
Założenia: Wykorzystujemy wszystkie rzeki świata w ciągu całego roku Średnie spiętrzenie wynosi 100m M = m*g*h / t M = 0.32 * 1017 kg * 10m/sek2 * 100 m / rok 1 rok = 31.5 *106 sek M = 1012 W = 1000 GW Świat wykorzystuje 40-50% hydroenergii nadającej się do wykorzystania

9 Zasoby energii wodnej w Europie
Największe zasoby mają kraje, w których występuje dużo opadów (sąsiedztwo oceanu) i są górzyste (duży spadek rzek)

10 Elektrownie wodne Elektrownie zbiornikowe Elektrownie przepływowe
szczytowo - pompowe

11 Budowa elektrowni zbiornikowej

12 Wytwarzanie energii elektrycznej
Woda spada sztolnią w dół, uderza w łopatki wirnika i wprawia generator w ruch obrotowy, który wytwarza zmienny prąd elektryczny

13 Widok hali generatorów

14 Kraje wykorzystujące energię wodną

15 Koszt uzyskiwania energii elektrycznej z różnych źródeł

16 Charakterystyka hydroenergii jako źródła energii pierwotnej
Zalety: Dyspozycyjność – można elastycznie zmieniać dostarczaną moc i prawie natychmiast włączyć do i wyłączyć z sieci Tania energia – duży koszt budowy zapory ale nie ma kosztów paliwa Ograniczenie: Aktualnie wykorzystuje się już połowę potencjału ekonomicznego a to stanowi tylko 20%produkcji energii elektrycznej i nieco więcej niż 2% energii zużywanej w różnych formach

17 W jakim celu buduje się zapory na rzekach – Czy tylko uzyskiwanie energii?
Cel budowy zapór: Rekreacja Zapas wody dla rolnictwa Zabezpieczenie przeciwpowodziowe Źródło wody wodociągowej Irygacja – nawadnianie pól Inne - w tym energia wodna

18 Energia wiatru Mechanizm powstawania wiatru:
ilość energii słonecznej zaabsorbowanej przez powierzchnię ziemi zależy od rodzaju powierzchni stąd różne temperatury powietrza przy powierzchni. Powstają obszary podwyższonego i obniżonego ciśnienia powietrze porusza się od wysokiego do niskiego ciśnienia na kierunek wiatru wpływa też ruch obrotowy Ziemi

19 Energia wiatru Powietrze porusza się, powstaje wiatr, który niesie energię związaną ze swoim ruchem Wiatraki odbierają energię kinetyczną poruszających się olbrzymich mas powietrza

20 Energia wiatru Różnice między energią wody i wiatru
duże rozproszenie energii wiatru obszary gdzie często wieje wiatr i obszary z długimi okresami ciszy zmienna w czasie i niekontrolowana siła wiatru (okresy ciszy i huraganu) zmienny kierunek wiatru

21 Energia wiatru Energia kinetyczna E = ½ m v2
Masa powietrza przechodzącego w obrębie skrzydeł wiatraka w ciągu czasu t m = r V / t = r S l / t; l/t = v m = r S v E ~ r D2 v3 Energia niesiona przez wiatr rośnie wraz z trzecią potęgą prędkości wiatru

22 Energia wiatru Energia kinetyczna wiatru jest proporcjonalna do prędkości wiatru podniesionej do 3 potęgi W praktyce możemy wytwarzać energię elektryczna z wiatru tylko przy określonych prędkościach: poniżej ok.. 4m/s – prędkość zbyt mała przy prędkości ok..12 m/s ogranicza się obroty przy prędkości 25 m/s przerywa się pracę turbiny

23 Prędkość wiatru Rozkład prędkości wiatru w ciągu roku
Prędkość chwilowa wiatru i zmiany w czasie

24 Energia wiatru – wnętrze turbiny

25 Energia wiatru - turbina
Turbina obraca się z prędkością zależną od siły wiatru ale ograniczoną od dołu i od góry przez wymagania techniczne. Energię elektryczną przekształca się w zmienny prąd elektryczny o częstotliwości 50 Hz i synchronizuje z częstością sieci energetycznej poprzez specjalne układy elektryczne

26 Energia wiatru - zasoby
Szacuje się, że około 1-2% energii słonecznej zamienia się na energię kinetyczną masy powietrza. Ale: Energia wiatru dostępna jest tylko nad lądami Dostępna jest tylko energia kinetyczna powietrza znajdującego się blisko powierzchni ziemi (do wysokości około100 m) Oszacowanie zasobów możliwych do wykorzystania: 40 TW nad lądem i ewentualnie 20 TW nad płytkimi morzami

27 Energia wiatru – rozkład wiatrów

28 Kraje wykorzystujące energię wiatru
Czołowe kraje w Europie: Niemcy Hiszpania Dania Czołowe kraje w świecie USA Indie Chiny 1995 rok – MW Kraje: USA MW Niemcy MW Dania MW Indie MW

29 Kraje wykorzystujące energię wiatru
Nation                        World 31, , , , , ,849 1 Germany , , , , , ,247 2 United States 4, , , , , , ,000 3 Spain , , , , , ,145 4 India , , , , , , ,748 5 China , , ,912 6 Denmark , , , , , ,125 7 Italy , , , ,726 8 France , ,455 9 United Kingdom , , ,389 10Portugal , , ,130 11 Canada The Netherlands Japan 14 Austria Greece Australia 17 Ireland Sweden Norway 20 New Zealand Egypt Belgium 23 Taiwan Poland Brazil 247

30 Rozwój energetyki wiatrowej
Nowe elektrownie wiatrowe w USA

31 Rozwój energetyki wiatrowej
Wzrost mocy w nowych elektrowniach wiatrowych w świecie Na świecie produkuje się ciągle niewiele energii elektrycznej z wiatru ale produkcja ta szybko rośnie z każdym rokiem

32 Koszt energii elektrycznej z wiatru
Z rysunków: Wiatr Ogniwo słoneczne E.geotermana <3 Ogrzewanie słoneczne Biomasa Energia z wiatru staje się coraz tańsza ale już niewiele potanieje

33 Koszt energii elektrycznej z wiatru
Inne żródło: ok.. 3 centy za 1kWh Ale koszty inwestycji są stałe, koszty eksploatacji praktycznie też. Dlatego ceny rzeczywiste zależą od ilości wyprodukowanej energii

34 Polska – możliwe lokalizacje elektrownii wiatrowych
Porównanie dwóch lokalizacji: Na wybrzeżu – Łeba Kotlina w górach – Nowy Sącz

35 Polska – istniejące elektrownie wiatrowe
Widok farmy wiatrowej w Zagórzu koło wyspy Wolin Inne farmy wiatrowe nad morzem: Zagórze 15 * 2 MW Cisowo 9 * 2 MW + 5 * 132 kW Barzowice 6 * 833 kW W 2012 roku działały 33 farmy wiatrowe, każda o mocy powyżej 5 MW. Łącznie 69 lokalizacji.

36 Produkcja energii w elektrowniach wiatrowych w Polsce
Rok Produkcja Roczny Udział energii GWh wzrost w rynku % ,9% ,09% ,% ,26% ,2% ,32% ,9% ,51% ,2% ,69% ,3% ,96% ,5% 1,98% W pierwszych latach XXI wieku nastąpił dynamiczny rozwój energetyki wiatrowej w Polsce. Moc zainstalowana wzrosła od 83,3 MW w 2005 roku do 1095 MW pod koniec września 2010 roku. W 2009 roku wiatraki wyprodukowały w Polsce 1029 GWh energii, czyli 0,69% całkowitej energii elektrycznej wyprodukowanej w kraju. W 2009 roku Polska znajdowała się na 13. miejscu spośród państw Unii Europejskiej pod względem mocy zainstalowanej w energetyce wiatrowej. Według danych Urzędu Regulacji Energetyki na początku sierpnia 2012 roku w Polce znajdowało się 619 instalacji wiatrowych (zarówno pojedyncze turbiny, jak i duże farmy) o łącznej mocy 2188,941 MW