WYZWANIA POLSKIEJ ENERGETYKI

Wciągu ostatnich lat obserwuje się wzrost zapotrzebowania na energię elektryczną.

Wzrost zapotrzebowania na energię jest ściśle związany z rozwojem gospodarczym! Z raportu Agencji Rynku Energii przygotowanego na prośbę Ministerstwa Gospodarki wynika, że zapotrzebowanie na energię elektryczną wzrośnie w 2030 r. do 167,6 TWh, względem 119,4 TWh w 2010 r.

Procentowy udział poszczególnych źródeł w produkcji energii w Polsce.

Głównym surowcem energetycznym Polski jest węgiel

Węgiel jako surowiec energetyczny ma jednak sporo wad.

Wady węgla 1. Zasoby węgla kończą się. Według niektórych przewidywań, węgla zostało nam już tylko na około 40 lat. 2. Elektrociepłownie wykorzystujące węgiel emitują związki szkodliwe dla środowiska, a zobowiązania Polski wynikające z porozumienia w Kioto wymagają od nas redukcji emisji tych związków o około 20% do 2020 r. 3. Ze względu na ochronę środowiska tradycyjne technologie w energetyce węglowej muszą być zastępowane kosztownymi „czystymi technologiami węglowymi”.

drastycznie się zmniejszają. Rozwiązanie problemu: WNIOSEK - problem Zapotrzebowanie na energię wciąż rośnie, a zasoby węgla, jako głównego źródła energii w Polsce drastycznie się zmniejszają. Na mocy porozumienia z Kioto, Polska zobowiązana jest do zwiększenia produkcji energii z OZE o 15% do 2020 r. Rozwiązanie problemu: Stopniowe zastępowanie węgla innymi źródłami energii.

Weźmy sprawy w swoje ręce! Elektrownie chętnie wprowadzają alternatywne źródła energii, jest to jednak proces długotrwały i wymagający nowoczesnych linii przesyłowych. Wiemy też, że ceny energii kupowanej od elektrowni wciąż rosną.

Weźmy sprawy w swoje ręce! Nie czekajmy więc na dzień, gdy wykorzystamy ostatnią tonę węgla, a prąd elektryczny stanie się dla wszystkich luksusem. Weźmy sprawy w swoje ręce! Zbudujmy dom samowystarczalny energetycznie, oparty na alternatywnych źródłach energii!

Alternatywne źródła energii w Polsce

SŁOŃCE

Źródło energii: Słońce Na teren Polski dociera rocznie promieniowanie słoneczne o energii 950 - 1250 kWh/m2. Zatem promieniowanie słoneczne dostarcza dużo energii, ale warunki klimatyczne i meteorologiczne nie pozwalają na ciągłe jego wykorzystywanie. Dlatego promieniowanie słoneczne nie może być naszym jedynym źródłem energii.

Źródło energii: Słońce W Polsce rozważa się następujące możliwości wykorzystania promieniowania słonecznego jako źródła energii: Kolektory słoneczne Ogniwa fotowoltaiczne (baterie słoneczne)

Kolektory słoneczne Kolektor słoneczny- urządzenie do zamiany energii promieniowania słonecznego na ciepło.

Wydajność kolektorów zależy od warunków klimatycznych:

Wydajność zależy też od typu kolektora 1. Płaski- pochłania tylko promieniowanie bezpośrednie, przez co używa się go gł. latem 2. Próżniowy- pochłania promieniowanie bezpośrednie i rozproszone, przez co zimą i w okresie przejściowym jest bardziej wydajny niż kolektor płaski i droższy.

Kolektory słoneczne średnio zaspokajają ok Kolektory słoneczne średnio zaspokajają ok. 60% zapotrzebowania na ciepłą wodę użytkową. Zatem czy ich używanie się opłaca?

Ile zaoszczędzimy z kolektorami? Pięcioosobowa rodzina zużywa rocznie przeciętnie 146.000 litrów ciepłej wody użytkowej , na co potrzebuje niemal 6894 kWh ciepła. Kolektory słoneczne są w stanie zaspokoić ok. 60% tych potrzeb, czyli w tym przypadku 4136 kWh. 1 kWh kosztuje ok. 0,56 zł, zatem za 4136 kWh zapłacilibyśmy 2316 zł Podsumowując, używając kolektora słonecznego czteroosobowa rodzina zaoszczędzi 2316 zł rocznie.

Koszt zakupu instalacji z kolektorem słonecznym dla domu 5-osobowego to około 15.000 zł. Zatem nasza inwestycja zwraca się po: 15.000/ 2688 ≈ 6 latach! Okres gwarancji tych instalacji wynosi często nawet 25 lat. Kolektory słoneczne to opłacalna inwestycja.

Należy również wspomnieć o dofinansowaniu na kolektory słoneczne w formie dotacji gminy lub 45%-owej dotacji na kolektory w ramach programu Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej w Warszawie.

Ogniwa fotowoltaiczne Ogniwo fotowoltaiczne - krzemowa płytka półprzewodnikowa służąca do zamiany promieniowania słonecznego na prąd. Ogniwa fotowoltaiczne są łączone w tzw. panele słoneczne, które odbierają promieniowanie słoneczne zarówno bezpośrednie, jak i rozproszone. Dzięki temu uzależnienie od warunków pogodowych jest mniejsze.

Sprawność ogniw fotowoltaicznych to tylko 15% Sprawność ogniw fotowoltaicznych to tylko 15%. Jak już zauważyliśmy, roczne promieniowanie słoneczne ma energię 950 - 1250 kWh/m². Zatem z ogniw jesteśmy w stanie uzyskać 142,5-187,5 kWh/m².

Warto jednak zwrócić uwagę, że o ile latem jesteśmy w stanie wyprodukować odpowiednią ilość energii, tak zimą będzie to ilość znikoma. Fakt ten, w obliczu wysokiej ceny paneli fotowoltaicznych (kilkanaście do kilkadziesiąt tysięcy, jeśli chcemy wyposażyć w prąd cały dom), czyni te panele, jako główne źródło energii, nieopłacalnymi.

ENERGIA GEOTERMALNA

ENERGIA GEOTERMALNA ZIEMIA DOTYCZĄCA TERM- CIEPŁYCH ŹRÓDEŁ Energia geotermalna to wewnętrzna energia cieplna Ziemi przekazywana wodzie w szczelinach skalnych

Ze względu na niezależność od sieci energetycznych, panele słoneczne doskonale sprawdzają się w miejscach oddalonych od tych sieci, np. w domkach letniskowych oraz w różnych urządzeniach typu lampa, zegarki, kalkulatory.

Jak powstaje energia geotermalna? W jądrze Ziemi zachodzi rozpad pierwiastków promieniotwórczych podczas którego emitowana jest duża ilość energii (temperatura jądra wzrasta do 6000°C). Jest to energia geotermalna.

Energia ta przemieszcza się w kierunku powierzchni Ziemi (zjawisko konwekcji) ogrzewając skały i wody wypełniające szczeliny skalne, częściowo zamieniające się w parę wodną.

Lokalizacja wód geotermalnych w Polsce Na obszarze Polski jest co najmniej 6600 km² wód geotermalnych . Zasoby te są dość równomiernie rozmieszczone na znacznej części obszaru Polski.

Wody geotermalne w Polsce mają temperaturę 27-125°C, co wyklucza stosowanie ich jako źródła energii elektrycznej. Są za to doskonałym źródłem ciepła.

Energia geotermalna w Polsce zalety wady duże zasoby - nie wymaga dostarczania paliwa jest oszczędne (zamiana węgla jako źródła ciepła na energię geotermalną to zmniejszenie kosztów ogrzewania o 40%) - Duże koszty instalacji (kilkadziesiąt tysięcy złotych!) - Jest zależny od warunków klimatycznych. O sprawności pompy ciepła decyduje różnica temperatur nad i pod powierzchnią ziemi

Jak możemy wykorzystać energię geotermalną w domu? Poprzez tzw. pompy ciepła. W pompie ciepła krąży czynnik chłodniczy (niskowrząca ciecz o T wrzenia -10°C). W miejscu, skąd pozyskujemy energię (woda, grunt) czynnik ten nagrzewa się i zamienia się w parę. Para ta jest zasysana przez elektryczną sprężarkę, która podnosi ciśnienie pary. Po wyjściu stamtąd para ma 20 bar czyli ok. 70°C. Wtedy swoje ciepło oddaje otoczeniu, skrapla się i znowu płynie po ciepło.

Warto zauważyć, że pompa ciepła wymaga dostarczenia energii (gdyż jest tam elektryczna sprężarka). Pompa ciepła w przykładowym domu 1-rodzinnym o powierzchni 150m2 ma moc 4700kW.

Pompy ciepła sprawdzają się doskonale również jako klimatyzatory.

Istnieją różne rodzaje instalacji wykorzystujących pompy ciepła Istnieją różne rodzaje instalacji wykorzystujących pompy ciepła. O ich zastosowaniu decydują finanse, ale także warunki (np. grunt- im bardziej piaszczysty i suchy, tym gorzej), które ocenić powinien geolog.

stała T źródła (7-12°c), więc mają większą efektywność Pompa i woda Sonda pionowa Kolektor gruntowy płaski źródło ciepła Woda geotermalna Wszystkie źr. geoterm. Ciepło gruntu z promien. sł. schem. wady i zalety pobiera wodę z ziemi- ingeruje w śr. Nie pobiera wody, więc nie zaburza środowiska. stała T źródła (7-12°c), więc mają większą efektywność niedaleko od pow. (1,5-2m), więc T niestała  niższa wydajność koszt niższy koszt najwyższy koszt Istnieją różne typy pomp ciepłych. Dzieli się je ze względu na źródło ciepła na te, które wykorzystują: Wody geotermalne Ciepło gruntu, które ten uzyskuje z promieniowania słonecznego

Przy ogrzewaniu domu poprzez pompy ciepła należy wykorzystać ogrzewanie podłogowe lub grzejniki niskotemperaturowe (50-60°C)

ENERGIA WIATROWA

Energia wiatrowa to jedno z najstarszych źródeł energii. Kiedyś wykorzystywano ją w wiatrakach. Dziś korzysta się z turbin wiatrowych

Turbina wiatrowa Wykorzystanie energii wiatrowej w turbinie wiatrowej polega na zamianie kinetycznej energii wiatru na pracę mechaniczną w postaci ruchu obrotowego wirnika. Energia obrotów przenoszona jest do generatora, gdzie przekształca się w energię elektryczną.

Turbiny są różnego rodzaju: 1. Poziome i pionowe 2. Wolnostojące i na dachu

Energia wiatrowa w Polsce zalety wady brak emisji szkodliwych związków do atmosfery brak konieczności dostarczenia paliw nieskończone źródło energii (wiatr) nadwyżki wyprodukowanej energii można sprzedać sieciom energetycznym -całkowita zależność od warunków pogodowych (wiatru) -wysoki koszt

Szacuje się, że około 60% kraju posiada dobre warunki do wykorzystania wiatru jako źródła energii.

Propozycją dla domów niezależnych energetycznie są przydomowe elektrownie wiatrowe. Ich koszt zależy od mocy, jaką chcemy z niej uzyskać. Jest on rzędu kilkunastu-kilkudziesięciu tysięcy złotych.

BIOMASA

Co to jest biomasa? Biomasa - cała istniejąca na Ziemi materia organiczna, wszystkie substancje pochodzenia roślinnego lub zwierzęcego ulegające biodegradacji. W celu uzyskania energii biomasę przetwarza się na tzw. biopaliwa, które znajdują zastosowanie zarówno ciepłownictwie, jak i w transporcie.

Biomasa w Polsce zalety wady brak emisji szkodliwych związków do atmosfery. uzyskiwanie energii z biomasy jest dobrym sposobem na zagospodarowanie nadwyżek żywności, odpadków rolniczych i leśniczych oraz odpadów komunalnych jest dobrym rozwiązaniem dla rolników, którzy znajdują nowy rynek zbytu dla swoich produktów , np. owsa, pozwala wykorzystać swoje odpadki oraz daje im nowe wyzwania, np. uprawy energetyczne konieczność odpowiedniego przygotowania biomasy do wykorzystywania jej w celach energetycznych (suszenie, fermentacje) konieczność odpowiedniego przechowywania biopaliw (miejsce o odpowiedniej wilgoci itd.) wartość opałowa biopaliw jest trochę mniejsza od wartości opałowej węgla

Zatem biomasa jest dobrym źródłem energii Zatem biomasa jest dobrym źródłem energii. Jest dobrym rozwiązaniem dla: - państwa, które zobowiązane jest zmniejszyć emisję CO2 i musi stawić czoło wyzwaniu, którym jest odejście od energetyki opartej na węglu - rolników - wszystkich ludzi - biopaliwa to dobry sposób na pozbycie się odpadków organicznych Vattenfall szacuje, że biomasą ogrzewanych w naszym kraju jest już około 1 mln domów jednorodzinnych, do czego wykorzystuje się ok. 7,4 mln ton tego surowca.

Jak możemy wykorzystać biomasę w domu? Kominki i piec na pellet (granulowane trociny) pellet ma wydajność ok. 30% mniejszą od węgla, niska zawartość popiołu (ok. 1%) cena pelletu: 600-800 zł/ tonę. 2. Piece na inne: na własnych nieużytkach można posadzić drzewa energetyczne (szybki wzrost, małe wymagania odnośnie gleby) i potem nimi palić odpadki leśne baloty ze słomy (1 t węgla= 1,5 t słomy)

Przydomowe biogazownie- dość popularne za granicą, w Polsce nowatorskie. Przykład: w Szewni k. Zamościa jest przydomowa biogazownia wytwarzająca gaz na potrzeby gospodarstwa domowego. Uzyskuje się tam 1 m3/h z wrzuconych 50 kg/ dobę ulegających fermentacji płodów rolnych bądź ich odpadów (buraki, zboże, słoma, liście).

Zatem w naszym niezależnym energetycznie domu możemy wykorzystać: - energię Słońca - ciepło z baterii słonecznych, energia el. z ogniw fotowoltaicznych energię geotermalną - ciepło uzyskane przez pompy ciepła energię wiatru - odebrana przez turbiny wiatrowe biomasę - poprzez kominki, piece i przydomowe biogazownie

Koniec teorii. Jak to będzie wyglądać w praktyce?

Rozważmy przykładowy dom 5-osobowy o powierzchni 140 m2. Zużywamy: 4500 kWh prądu do napędzania urządzeń elektrycznych. 2. 6 t węgla co odpowiada ok. 30000kWh do ogrzewania wody (25%)- 7500 kWh ogrzewania domu (45%)- 13500 kWh wentylacji (30%)- 9000kWh

- ogniwa fotowoltaiczne - mała elektrownia wiatrowa Zapotrzebowanie na energię CIEPŁO 30 000 kWh -baterie słoneczne -pompy ciepła -biomasa ENERGIA EL. 4500kWh - ogniwa fotowoltaiczne - mała elektrownia wiatrowa

Ciepło 30000kWh

Kolektor słoneczny Kupno kolektora słonecznego nie jest problemem. Kupujemy gotowy zestaw przeznaczony dla 5 osób. Koszt: 10.000- 15.000 zł (z montażem) w zależności od firmy. W naszej gminie są dotacje w wysokości 40%, o które powalczymy. Wybrana instalacja zajmie 8m2 dachu. Pamiętajmy jednak, że kolektor to nie wszystko - zaspokoi tylko 60% naszych potrzeb.

Wróćmy do wykresu wydajności baterii słonecznych. Jak widać, latem kolektor słoneczny jest w stanie zaspokoić niemal całe nasze potrzeby. Lecz co z pozostałymi porami roku?

Pompy ciepła? Pompy ciepła są w stanie zaspokoić nasze potrzeby, jednak nie działają w bardzo niskich T (do -18°C, zalecana jest granica -5°C). Mogą stanowić źr. ciepła w okresie przejściowym i w dniach „lżejszej” zimy. Dodatkowo ich podwójna funkcja (grzanie lub chłodzenie pomieszczeń) jest bardzo kusząca. Nasza działka nie jest zbyt duża. Na Kolektorach zaoszczędziliśmy dzięki dotacjom, więc tutaj zaszalejmy: wybierzmy sondę pionową! Koszt: 15 000 zł.

A w mroźne, pochmurne dni… Kiedy kolektor słoneczny i pompa ciepła zawiodą, pozostaje nam biomasa. Zainwestujmy w pole słabej jakości (nieużytek rolniczy) i posadźmy tam wierzbę energetyczną. Koszt takiego pola to kilka złotych za m², np. 3zł. 1 ha to koszt 30 000 zł. Możemy na nim posadzić 15 tys. sadzonek (750zł). O plantację należy dbać - odpowiednio spulchniać glebę, nawozić. Sadzonki możemy również odsprzedawać, a drewno z wierzby służyć nam będzie jako opał w mroźne dni…

Energia elektryczna 4500kWh

Ogniwa fotowoltaiczne W naszym domu możemy wykorzystać lampy z bateriami słonecznymi. Na zewnątrz domu mamy 4 lampy. Koszt jednej lampy z baterią słoneczną to 100 zł. Jest to cena konkurencyjna w porównaniu z innymi lampami (oszczędzamy na prądzie). Wartymi zainteresowania są również inne urządzenia ogrodowe, np. kosiarka z baterią słoneczną.

Turbiny wiatrowe Na naszej działce zbudujmy elektrownię wiatrową o mocy 7,5 kW, której koszt to ok. 35 000 zł. Inwestycja zwraca się po ok. 17 latach. Powinna zaspokajać potrzeby naszego domu na prąd elektryczny.

Na dni bez wiatru… Wartą uwagi jest również przydomowa biogazownia. Problemem jest niewielka ilość firm, specjalizujących się w budowie takich biogazowni (buduje się je w elektrowniach). Oto przykład jednej z takich biogazowni: Koszty? ok. 2000 zł

Zatem: nasz dom jest gotowy Zatem: nasz dom jest gotowy! 15000zł+15000zł+400zł+30000zł+750zł+35000zł+2000zł= 93150 zł Tyle kosztowałaby mieszkańców tego domu niezależność energetyczna.

Budowa domu niezależnego pod względem energetycznym w Polsce jest zadaniem trudnym, ale możliwym. Celem naszej prezentacji było ukazanie konieczności zmian w polskiej energetyce oraz tego, jak my wszyscy możemy się do tych zmian przyczynić.

W obliczu rosnących cen surowców energetycznych i ich szkodliwego wpływu na środowisku warto rozważyć chociażby jedno alternatywne źródło energii.

Co możemy zrobić od zaraz? Możemy racjonalnie korzystać z energii: Wyłączać niepotrzebne oświetlenie Wyłączać urządzenia, których nie używamy Stosować energooszczędne oświetlenie Kupować sprzęt AGD ze znakiem A+ Tylko dzięki racjonalnemu korzystaniu z energii możemy zaoszczędzić aż 20% energii. Wzrost produkcji energii o 20%, to ogromny koszt finansowy, a korzystanie z energii „z głową” nie kosztuje NIC!!!

Zespół Szkół nr 1 im. Gustawa Morcinka w Tychach Dziękujemy za uwagę. Sylwia Gołąb Anna Urbańczyk Opiekun: Barbara Zegrodnik Zespół Szkół nr 1 im. Gustawa Morcinka w Tychach