„Odnawialne źródła energii możliwe do wykorzystania w lokalnej gospodarce” - energia geotermalna - pompy ciepła - małe elektrownie wodne - energia pływów - kogeneracja i ciepło odpadowe Dofinansowano ze środków dotacji Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej

Energia geotermalna

Na czym polega energia geotermalna? Energia geotermalna polega na wykorzystaniu energii ziemi do produkcji energii cieplnej i elektrycznej. Woda opadowa wnika w głąb ziemi, gdzie w kontakcie z młodymi intruzjami lub aktywnymi ogniskami magmy podgrzewa się do znacznych temperatur. Następnie uzyskiwana jest ona przez samoczynny wypływ na powierzchnię ziemi lub poprzez odwierty do naturalnie gorących warstw podziemnych. Pokłady energii znajdują się w postaci pary wodnej lub gorących wód w gruntach, skałach i płynach wypełniających pory i szczeliny skalne.

Jak wykorzystuje się geotermię? Zasoby geotermalne wykorzystuje się do produkcji energii elektrycznej i ciepła. a także w przemyśle chemicznym, suszarnictwie, przetwórstwie, hodowli ryb, basenach kąpielowych, a także w ogrzewaniu budynków przy pomocy pomp ciepła, itp. Na świecie wiele krajów używa energię geotermalną na swoje potrzeby. Największymi odbiorcami ciepła z energii geotermalnej są: Japonia, Chiny, Węgry, b r. ZSRR, Islandia i USA. W Europie warto zwrócić uwagę na Islandię, bo aż 85% zapotrzebowania na ciepło pochodzi z energii geotermalnej i pokrywa 46% energii pierwotnej kraju!

Co decyduje o atrakcyjności geotermii? 1. dostępność - źródła te nie podlegają wahaniom związanym z warunkami pogodowymi i klimatycznymi, 2. nie ulegają wyczerpaniu, 3. są przyjazne dla środowiska – nie emitują prawie żadnych szkodliwych substancji do atmosfery 4. urządzenia techniki geotermalnej nie zajmują wiele miejsca i w niewielkim stopniu wpływają na krajobraz.

Jak dzieli się geotermię? Źródła energii geotermalnej ze względu na stan skupienia nośnika ciepła i jego temperaturę dzieli się na grupy: - grunty i skały do głębokości 2500 m, z których ciepło pobiera się za pomocą pomp ciepła, - wody gruntowe jako dolne źródło ciepła dla pomp grzejnych, - wody gorące, wydobywane za pomocą głębokich odwiertów eksploatacyjnych, - para wodna wydobywana za pomocą odwiertów, mająca zastosowanie do produkcji energii elektrycznej, - pokłady solne, z których energia odbierana jest za pomocą solanki lub cieczy obojętnych wobec soli, - gorące skały, gdzie woda pod dużym ciśnieniem cyrkuluje przez porowatą strukturę skalną. Ze względu na temperaturę zasobów geotermalnych, dzielą się one na nisko i wysoko temperaturowe.

Źródła niskotemperaturowe Niskotemperaturowe zasoby geotermalne używane są do zmniejszenia zapotrzebowania na energię poprzez wykorzystywanie w bezpośrednim ogrzewaniu domów, fabryk, szklarni lub mogą być zastosowane w pompach ciepła, czyli urządzeniach, które pobierają ciepło z ziemi na płytkiej głębokości i uwalniają je wewnątrz domów w celach grzewczych.

Technologie wykorzystania geotermii Istnieje wiele rozwiązań technologicznych wykorzystania energii geotermalnej, w zależności od głębokości źródła, jego temperatury i mineralizacji oraz sposobu wykorzystania energii. W celu wydobycia wód geotermalnych, wykonuje się odwierty i woda jest wydobywana otworem eksploatacyjnym z warstwy wodonośnej, a po przejściu przez wymiennik ciepła lub turbinę jest zatłaczana pod ziemię tzw. otworem chłodnym. Woda geotermalna może być wykorzystywana bezpośrednio (doprowadzana systemem rur) bądź pośrednio (oddając ciepło chłodnej wodzie i pozostając w obiegu zamkniętym). Czynnikiem roboczym instalacji mogą być także płyny inne niż woda, np. amoniak.

Struktura elektrowni geotermalnej

Wady geotermii Wody geotermalne są z reguły mocno zmineralizowane i powoduje to szczególnie trudne warunki pracy wymienników ciepła i innych elementów armatury instalacji geotermalnych. Innym zagrożeniem, jakie niesie za sobą produkcja energii ze źródeł geotermalnych jest zanieczyszczenie wód głębinowych, uwalniane radonu, siarkowodoru i innych gazów.

Energia geotermalna w Polsce (1) Energia geotermalna w Polsce jest konkurencyjna pod względem ekologicznym i ekonomicznym w stosunku do pozostałych źródeł energii. Polska posiada stosunkowo duże zasoby energii geotermalnej, które są możliwe do wykorzystania dla celów grzewczych. W Polsce wody wypełniające porowate skały występują na ogół na głębokościach od 700 do 3000 m i mają temperaturę od 20 do 100 stopni C. Najbardziej korzystne wydaje się wykorzystanie wód geotermalnych w obrębie niecki podhalańskiej, a także okręgu grudziądzko-warszawskiego oraz szczecińskiego.

Energia geotermalna w Polsce (2) W Polsce regiony o optymalnych warunkach geotermalnych w dużym stopniu pokrywają się z obszarami o dużym zagęszczeniu aglomeracji miejskich i wiejskich, obszarami silnie uprzemysłowionymi oraz rejonami intensywnych upraw rolniczych i warzywniczych. Na terenach zasobnych w energię wód geotermalnych leżą m.in. takie miasta jak: Warszawa, Poznań, Szczecin, Łódź, Toruń, Płock. Jak dotąd na terenie Polski funkcjonuje osiem geotermalnych zakładów ciepłowniczych: Bańska Niżna (4,5 MJ/s, docelowo 70 MJ/s), Pyrzyce (15 MJ/s, docelowo 50 MJ/s), Stargard Szczeciński (14 MJ/s), Mszczonów (7,3 MJ/s), Uniejów (2,6 MJ/s), Słomniki (1 MJ/s), Lasek (2,6 MJ/s) oraz Klikuszowa (1 MJ/h). W fazie realizacji jest projekt geotermalny w Toruniu.

Ośrodki geotermalne w Polsce Informacje na temat wód termalnych w Polsce pochodzą głównie z obserwacji hydrogeologicznych prowadzonych w głębokich otworach wiertniczych wykonywanych w okresie ostatnich kilkudziesięciu lat głównie w celu poszukiwania ropy naftowej i gazu ziemnego.

Mapa strumienia cieplnego Polski

Mapa strumienia cieplnego Polski cd. Obszary o podwyższonych wartościach strumienia, oznaczone na mapie (na poprzednim slajdzie) kolorem czerwonym, posiadają największe perspektywy dla pozyskiwania energii geotermalnej. Znajomość wielkości strumienia pozwala na obliczenie wartości temperatury w otworach tylko częściowo objętych pomiarami. Pozwala nawet na uzyskanie przybliżonej informacji o temperaturze w sytuacji całkowitego braku danych pomiarowych. Najlepsze możliwości rozwoju energetyki geotermalnej występują zazwyczaj na obszarach wysokich wartości strumienia cieplnego, przy jednoczesnej obecności formacji wodonośnych o dobrych warunkach hydrogeologicznych. Praktyka wskazuje, że ten drugi warunek ma w większości przypadków bardziej istotne znaczenie.

Ciepłownia Mszczonów – przykład wykorzystania energii geotermalnej na terenie woj. Mazowieckiego (1) Główną przesłanką do uruchomienia ciepłowni geotermalnej był istniejący otwór poszukiwawczy za ropą i gazem, który wykonano jeszcze w latach 70-tych. Prawidłowo przeprowadzona rekonstrukcja starego odwiertu obniżyła koszty udostępnienia horyzontu wodonośnego o około 50%, a odpowiednie parametry wody termalnej zalegającej na poziomie dolnej kredy umożliwiły zbudowanie systemu ciepłowniczego z wykorzystaniem tylko jednego otworu wiertniczego. Mszczonowska inwestycja geotermalna to olbrzymie przedsięwzięcie polegające na wykorzystaniu wód z ciepłych podziemnych źródeł do celów grzewczych.

Ciepłownia Mszczonów – przykład wykorzystania energii geotermalnej na terenie woj. Mazowieckieg (2) Podmszczonowskie wody geotermalne o temperaturze 42 °C, pozyskiwane z głębokości 1700 metrów są w stanie skutecznie ogrzać Mszczonów do momentu kiedy temperatura powietrza nie spadnie poniżej -5 st. C. Później musi być już dodatkowo podgrzewana gazem. Woda po odebraniu jej ciepła jest dodatkowo wykorzystywana do celów pitnych. Mszczonowska geotermia dysponuje wodą słodką, co jest ewenementem w skali światowej. W Europie podobna instalacja działa tylko w podmonachijskim Erding.

Pompy ciepła

Jak działa pompa ciepła? (1) W ostatnich latach wzrasta liczba instalacji wykorzystujących pompy ciepła w celu zaspokojenia potrzeb cieplnych budownictwa. Pompa ciepła umożliwia wykorzystanie energii cieplnej ze źródeł o niskich temperaturach. Jej rola polega na pobieraniu ciepła ze źródła o niższej temperaturze (tzw. źródła dolnego) i przekazywaniu go do źródła o temperaturze wyższej (tzw. źródła górnego), kosztem doprowadzonej do niej energii. Za pomocą pomp ciepła już przy głębokości od 1.5 m możemy czerpać ilość energii, która zaspokoi nasze codzienne potrzeby ogrzewania.

Jak działa pompa ciepła? (2) Pompa ciepła działa na zasadzie pracy lodówki, tylko wykorzystuje ciepły cykl procesu. Pompy ciepła wykorzystują ciepło niskotemperaturowe (o niskiej energii - w praktyce 0°C - 60°C), trudne do innego praktycznego wykorzystania. Najczęstszym wariantem zastosowania pompy ciepła w Polsce jest wykorzystanie ciepła gruntu poprzez tzw. kolektor gruntowy (kolektor ziemny). Możemy wyróżnić pompy ciepła z poziomym oaz pionowym gruntowym wymiennikiem ciepła.

Poziome wymienniki ciepła (kolektory poziome) Poziome wymienniki ciepła ułożone są na głębokości ok. 1,0 - 2m , gdzie temperatura zmienia się wprawdzie w ciągu roku, ale jej dobowe wahania są minimalne. Na tym poziomie temperatura wynosi w naszym klimacie w lipcu +17°C, a w styczniu +5°C. Ułożony w ziemi kolektor poziomy w żaden sposób nie zakłóca wegetacji roślin rosnących w ogrodzie. Najwięcej ciepła można odebrać układając kolektory w wilgotnej glebie. Poziome wymienniki charakteryzują się łatwością wykonania i niskim kosztem, jednak wymagają dużej powierzchni gruntu.

Pionowe wymienniki ciepła (kolektory pionowe) Pionowy wymiennik ciepła (sonda pionowa) to ułożony w odwiercie wymiennik pionowy. Stanowi zamknięty obieg, w którym cyrkuluje niezamarzający roztwór glikol-woda. Pobrane ciepło jest zamieniane przez pompę ciepła na energię. Zajmuje on małą powierzchnię gruntu jednak wadą są wysokie koszty odwiertu (głębokość ok. 200m).

Uproszczony schemat funkcjonowania sprężarkowej pompy ciepła Opis struktury technicznej funkcjonowania pompy ciepła znajduje się w części wykładowej.

Gruntowe pompy ciepła Zgodnie z wynikami badań zastosowanie pomp ciepła wykorzystujących grunt jako źródło energii pozwala w niektórych krajach na zmniejszenie emisji CO2 w porównaniu do kotłów olejowych nawet o 90%, zaś w porównaniu do kotłów gazowych o 80%. To w jakim stopniu jesteśmy w stanie ograniczyć emisję CO2 zastępując tradycyjne źródło ciepła pompą ciepła jest zależne od rodzaju paliwa wykorzystanego do produkcji energii elektrycznej. Ponieważ w Polsce nadal duży udział w produkcji energii elektrycznej mają paliwa kopalne (węgiel) emitujące dużą ilość CO2 zastępując kocioł gazowy pompą ciepła nie redukujemy emisji CO2. Patrząc na zagadnienie w perspektywie następnych lat (żywotność sprężarek w pompach ciepła wynosi do 20 lat) należy przypuszczać, że emisja CO2 przy produkcji energii elektrycznej zostanie ograniczona, tak więc zastosowanie pompy ciepła przyczyni się do ograniczenia emisji.

Wodne pompy ciepła Woda gruntowa Instalacja wykorzystuje pompę ciepła pobierającą energię z układu dwóch studni głębinowych. W jednej studni - czerpalnej jest zanurzona pompa głębinowa. Pobiera ona i przekazuje wodę na zewnątrz do wymiennika w pompie ciepła. Następnie wychłodzona woda jest oddawana do drugiej studni –zrzutowej. Wody powierzchniowe Rzeki, jeziora, stawy również mogą być źródłem ciepła dla pomp. Kolektor poziomy, wypełniony wodnym roztworem substancji niezamarzającej, rozkłada się wtedy na dnie zbiornika wodnego. Nawet w sytuacji, gdy zbiornik wodny zimą zamarza, nie jest to przeszkodą w pozyskiwaniu z niego energii cieplnej.

Powietrzne pompy ciepła Powietrze jest łatwo dostępnym źródłem zasilania pomp ciepła. Wentylator zasysa powietrze i przesuwa je przez parownik pompy ciepła. Część energii cieplnej zmagazynowanej w powietrzu zostaje przekazana do systemu grzewczego budynku. Występuje tu jednak odwrotna zależność pomiędzy jego wydolnością jako źródła ciepła, a naszym zapotrzebowaniem na energię - gdy jest ono największe, ilość ciepła, którą możemy odebrać z powietrza, jest właśnie najmniejsza, dlatego instalacje takie są rzadko stosowane

Koszty pompy ciepła (2) Każda instalacja z pompą ciepła powinna być rozpatrywana indywidualnie ze względu na ilość zmiennych, które decydują o kosztach inwestycyjnych. Na koszty inwestycyjne składają się: - Cena zakupu pompy ciepła. - Koszt materiałów zgodnie z projektem i przeznaczeniem instalacji kotłowni. - Koszt wykonania dolnego źródła ciepła. - Koszt montażu i uruchomienia instalacji.

Ceny ciepła w gospodarstwach domowych z różnych nośników energii

Sprawność pomp ciepła Niestety zdarza się, że nie uzyskuje się w czasie jej eksploatacji takich cech, jak wskazano na rysunku. Zwykle przyczyną takiego stanu jest: zły dobór pompy ciepła dla konkretnego obiektu – zwykle za słaba pompa; niewydolne dolne źródło ciepła, z którego pompa czerpie energię – zwykle zbyt mała powierzchnia wymiany, zbyt duże obciążenie chłodnicze gruntu, za mała ilość lub temperatura wody; niewłaściwie wykonana instalacja centralnego ogrzewania w budynku – zwykle zbyt mała powierzchnia wymiany grzewczej współpracującej z nisko parametrowym węzłem cieplnym, zła hydraulika układu. często wynika to z niewiedzy osób wykonujących takie instalacje i zazwyczaj są one „okazyjnie tanie”.

Energia wody

Woda jako źródło energii (1) Energetyka wodna to pozyskiwanie energii wód i przekształcenie jej na energię mechaniczną przy użyciu turbin wodnych, a następnie na energię elektryczną dzięki hydrogeneratorom. Zasoby energii wody zależą od dwóch czynników: - spadku koryta rzeki oraz - przepływów wody. Obecnie hydroenergetyka zajmuje się głównie wykorzystaniem wód o dużym natężeniu przepływu i znacznej różnicy poziomów. Uzyskuje się to poprzez spiętrzenie górnego poziomu wody.

Woda jako źródło energii (2) Aby osiągnąć warunki stwarzające możliwość spiętrzania górnego poziomu wody, kluczową sprawą jest wybór odpowiedniej lokalizacji pod elektrownię wodną. Jednakże w Europie i w Polsce, większość lokalizacji o preferencyjnych warunkach do budowy dużych elektrowni wodnych, w których energia magazynowana jest w postaci spiętrzonej wody w zbiornikach retencyjnych, już została wykorzystana. Czynnikiem ograniczającym rozwój dużych obiektów hydrotechnicznych są również obawy przed dewastacją obszarów naturalnych poprzez ich zatapianie.

Perspektywy energetyki wodnej w Polsce (1) Polska jest krajem nizinnym, o stosunkowo małych opadach i dużej przepuszczalności gruntów, co znacznie ogranicza zasoby tego źródła. Większość krajowych zasobów (około 68%) skupionych jest w obszarze dorzecza Wisły, zwłaszcza jej prawobrzeżnych dopływów. Dogodne warunki do budowy małych elektrowni wodnych istnieją w Karpatach, Sudetach, na Roztoczu, a także na rzekach Przymorza i rzeki Odry.

Perspektywy energetyki wodnej w Polsce (2) Wobec licznych protestów przeciwko budowie dużych stopni wodnych, w ostatnich latach nie wzrasta liczba elektrowni wodnych o dużych mocach, natomiast notuje się znaczny wzrost liczby małych elektrowni wodnych o mocy poniżej 2 MW. Zbiorniki wodne wykorzystywane na cele energetyczne są także inwestycjami służącymi bezpieczeństwu przeciwpowodziowemu.

Bariery wykorzystania wody na cele energetyczne Brak woli wsparcia dla budowy dużej elektrowni na Dolnej Wiśle. Skomplikowana sytuacja własnościowa obiektów wodnych. Duże koszty inwestycyjne. Skomplikowana procedura administracyjna w celu uzyskania wszystkich pozwoleń.

Typy elektrowni wodnych

Zalety małych elektrowni wodnych cd. - mogą być wykorzystywane do celów przeciwpożarowych, rolniczych, małych zakładów przetwórstwa rolnego, melioracji, rekreacji, sportów wodnych oraz pozyskiwania wody pitnej; - mogą być zaprojektowane i wybudowane w ciągu 1-2 lat, wyposażenie jest dostępne powszechnie, a technologia dobrze opanowana; - prostota techniczna powoduje wysoką niezawodność i długą żywotność oraz niskie nakłady inwestycyjne; - wymagają nielicznego personelu i mogą być sterowanie zdalnie; - rozproszenie w terenie skraca odległości przesyłu energii i zmniejsza związane z tym koszty.

Elektrownie przepływowe Elektrownie wodne wykorzystujące wody śródlądowe - ze względu na sposób odprowadzania wody do turbin dzielimy na: a) przepływowe (bez zbiornika) – nastawione są na wykorzystanie energii przepływu wody. - W elektrowniach tego typu nie ma zbiornika gromadzącego wodę, a ilość produkowanej energii zależy od ilości wody płynącej w rzece w danym momencie. - Cała hydroelektrownia umieszczona jest bezpośrednio w korycie rzeki w odpowiednio skonstruowanym budynku, który jest przedłużeniem jazu przegradzającego rzekę. - Wadą tych elektrowni jest to, że wielkość produkcji energii zależy od pory roku i od pogody i nie ma możliwości regulacji mocy.

Typy elektrowni wodnych cd. b) regulacyjne z dużym zbiornikiem wodnym - zastosowanie zbiornika umożliwia regulację w cyklu dobowym i tygodniowym a nawet miesięcznym czy rocznym, a dodatkowo zbiornik może stanowić zabezpieczenie przeciwpowodziowe. c) zbiornikowe z małym zbiornikiem wodnym - umożliwiają krótkoterminową regulację w godzinach tzw. szczytu. d) kaskadowe - zastosowanie wielu zbiorników z możliwością indywidualnej i globalnej regulacji ich napełniania i opróżniania pozwala na optymalne wykorzystanie i regulację mocy, a także na magazynowanie nadwyżek energii. Zbiorniki te stanowią też dobre zabezpieczenie przeciwpowodziowe.

Elektrownie szczytowo-pompowe Elektrownie szczytowo-pompowe służą m.in. do przetwarzania w okresie nocnym, kłopotliwej w magazynowaniu energii elektrycznej na energię potencjalną wody i zwracania jej do sieci elektroenergetycznej w okresie szczytowego zapotrzebowania w ciągu dnia. Elektrownia szczytowo-pompowa składa się z dwóch zbiorników – dolnego i górnego. Umożliwiają one kumulację energii w okresie małego zapotrzebowania na nią poprzez przepompowanie wody ze zbiornika dolnego do górnego, a w okresie większego zapotrzebowania energia wyzwalana jest poprzez spuszczenie wody ze zbiornika górnego do dolnego, napędzając turbiny i generowana jest wówczas energia elektryczna. Pomimo dużych kosztów system ten zdaje egzamin, ze względu na brak alternatywnych metod magazynowania dużych ilości energii elektrycznej. W Polsce są to elektrownie Żarnowiec, Porąbka-Żar czy Żydowo.

Ilustracja typów elektrowni wodnych

Małe elektrownie wodne (1) Z powodu niekorzystnych warunków rozwoju dużych elektrowni wodnych, wpływających na zachwianie ekosystemów, rozwój energetyki wodnej w Polsce w najbliższych latach będzie należał do tzw. Małych Elektrowni Wodnych (MEW), które mogą wykorzystywać potencjał: - niewielkich rzek, - rolniczych zbiorników retencyjnych, - systemów nawadniających, - systemów wodociągowych, - systemów kanalizacyjnych, - kanałów przerzutowych.

Małe elektrownie wodne (2) Według przyjętej nomenklatury są to elektrownie o mocy zainstalowanej nie większej niż 5 MW. Najkorzystniejsze dla środowiska są małe elektrownie wodne (do mocy około 500 kW) budowane w miejscach naturalnych spiętrzeń wody. Wykorzystują one lokalne możliwości produkcji energii elektrycznej i są częścią systemu generacji rozproszonej.

Zalety małych elektrowni wodnych Małe elektrownie wodne: - nie zanieczyszczają środowiska i mogą być instalowane w licznych miejscach na małych ciekach wodnych. - są elementem regulacji stosunków wodnych, - poprawiają jakość wody poprzez oczyszczanie mechaniczne na kratach wlotowych do turbin oraz zwiększają natlenienie wody, co poprawia ich zdolność do samooczyszczania biologicznego. - są przeważnie znakomicie wkomponowane w krajobraz

Energia pływów morskich Elektrownia pływów morskich wytwarza prąd elektryczny przy pomocy specjalnych urządzeń wykorzystujących przypływy i odpływy morza. Im pływy są większe, tym ilość produkowanej energii jest większa. Elektrownie tego typu są umiejscawiane w miejscach umożliwiających budowę zapór (z turbinami) między otwartym morzem a utworzonym zbiornikiem, i powodują w określonych miejscach gwałtowny spadek mas wody. Woda spada wtedy na turbinę wyposażoną w specjalne łopaty ustawione pod odpowiednim kątem. Turbina wprawiona w ruch przekazuje swoja energię prądnicy, która wytwarza prąd.

Energia pływów morskich cd. Elektrownia tego typu nie może wytwarzać energii elektrycznej w sposób ciągły, ponieważ w okresie wyrównywania się poziomów wody w morzu i zbiorniku spad wody jest tak mały, że praca turbin jest nie możliwa. Można w tym przypadku też wykorzystać zasadę elektrowni szczytowo pompowej.

Kogeneracja

Kogeneracja (1) Kogeneracja, czyli inaczej CHP z ang. Combined Heat and Power, jest  wytwarzaniem ciepła i energii elektrycznej w najbardziej efektywny sposób, czyli w jednym procesie technologicznym, tzw. skojarzeniu. W Unii Europejskiej kogeneracja jest promowana w szczególny sposób. Nie tylko z uwagi na jej efektywność energetyczną, lecz również związane z nią znaczne ograniczenie emisji dwutlenku węgla i innych szkodliwych związków chemicznych. Troska Komisji Europejskiej o środowisko naturalne i bezpieczeństwo energetyczne Unii oraz chęć przyspieszenia rozwoju kogeneracji w krajach członkowskich, przyczyniły się do przyjęcia Dyrektywy 2004/8/WE „W sprawie promocji skojarzonej produkcji w oparciu o zapotrzebowanie na ciepło użytkowe na wewnętrznym rynku energii”.

Kogeneracja (2) Jedną z istotniejszych zalet kogeneracji jest znacznie większy stopień wykorzystania energii pierwotnej zawartej w paliwie do produkcji energii elektrycznej i ciepła. Skojarzone wytwarzanie energii powoduje zmniejszenie zużycia paliwa do 30 proc. w porównaniu z  rozdzielnym wytwarzaniem energii elektrycznej i ciepła. Dotychczas w ten sposób oszczędzanym paliwem w Polsce jest głównie węgiel kamienny. W krajowym systemie skojarzonego wytwarzania energii, czyli w elektrociepłowniach zawodowych, przemysłowych i komunalnych, udaje się zaoszczędzić miliony ton węgla rocznie. Mniejsze zużycie węgla to również ograniczenie emisji substancji szkodliwych – pyłów, dwutlenku siarki, tlenku azotu oraz gazów cieplarnianych.

Kogeneracja (3) Oferowane systemy CHP (elektrociepłownie) mają sprawność bliską 90%, natomiast energia elektryczna generowana jest przez nie ze sprawnością 32-37%. Istotą skojarzenia jest możliwość uzyskania energii elektrycznej bez marnowania blisko 50% energii pierwotnej zawartej w paliwie (w porównaniu do rozdzielnej produkcji prądu i ciepła). Atrakcyjność źródeł kogeneracyjnych można zwiększyć, stosując dodatkowo wytwarzanie chłodu. Odpadowe ciepło z produkcji energii elektrycznej stanowi wówczas energię napędową w absorpcyjnym procesie wytwarzania tzw. wody lodowej. Stwarza to latem szansę na zrekompensowanie (do pewnego stopnia) spadku zapotrzebowania na ciepło powodującego zmniejszenie produkcji energii elektrycznej w skojarzeniu. Jednoczesne wytwarzanie energii elektrycznej, ciepła i chłodu zwane jest trójgeneracją.

Kogeneracja (4) Podstawową formą specjalnego traktowania produkcji energii elektrycznej w skojarzeniu z ciepłem, powinna być gwarancja jej odbioru w wielkości i czasie wynikających z zapotrzebowania na ciepło.  Technologiczne kojarzenie obiegów termodynamicznych daje możliwość zamiany obiegu grzejnego układu CHP w obieg ziębiąco-grzejny. Mówimy wówczas o trigeneracji, czyli o wytwarzaniu w zależności od sezonowego zapotrzebowania: ciepła, chłodu oraz energii elektrycznej.  Do małych układów skojarzonego wytwarzania energii elektrycznej i cieplnej zaliczane są układy generujące moc od 5 do 2000 kWe. Natomiast do układów średnich zalicza się skojarzone układy generujące moc powyżej 2000 do 20000 (50000) kWe

Kogeneracja (5) Energia elektryczna jest produktem o łatwej konwersji w inne użyteczne formy energii Układy skojarzone należy dobierać ze względu na potrzeby cieplne. Potrzebami tymi mogą być przygotowanie ciepłej wody użytkowej (najczęstszy przypadek), cele technologiczne lub układy absorpcyjne chłodnicze co zawęża zakres zastosowań do mocy od 20-2000 kWe. W obecnych realiach cen nośników energii do cen mediów taki dobór przynosi spodziewany efekt ekonomiczny objawiający się zwrotem inwestycji w przeciągu 4-8 lat.

Zalety kogeneracji opartej na silnikach tłokowych Wytwarzanie energii elektrycznej i cieplnej w jednym źródle opartym o gazowe silniki tłokowe ma wiele zalet m.in.: obniża zużycie paliwa na wytworzenie jednostki energii, zwiększa sprawność ogólną procesu wytwarzania energii, pozwala na utylizowanie gazów szkodliwych w tym biogazu. umożliwia pracę na niskim i średnim zakresie ciśnień gazu ziemnego, eliminuje powstawanie związków siarki (zmiana paliwa ze stałego na gazowe), zmniejsza straty przesyłu energii na drodze wytwórca - odbiorca, umożliwia pełne i elastyczne sterowanie procesem wytwarzania energii, zasilany jest paliwami uważanymi za ekologiczne (m.in. gazem ziemnym) .

Zalety kogeneracji opartej na silnikach tłokowych cd. obniża powstawanie CO2 , NOx , CO w trakcie spalania (stosowane są katalizatory) zabezpiecza moc, utrzymuje stałą częstotliwość, stałe napięcie, kompensuje moc, istnieje możliwość zasilania urządzeń paliwami gazowymi jak i płynnymi, możliwa jest rozbudowa układów o dodatkowe moduły, kompaktowa, modułowa konstrukcja z obudową tłumiącą hałas pozwala na maksymalne wykorzystanie miejsca w maszynowni oraz obniża koszty robót towarzyszących, szeroki wachlarz urządzeń umożliwia idealne dopasowanie do każdego typu potrzeb, dotrzymane są normy hałasu i bezpieczeństwa obowiązujące w Polsce i w Europie, ekologiczne i ekonomiczne wytwarzanie ciepła i energii elektrycznej.

Wsparcie kogeneracji Dla producentów energii w wysokosprawnej kogeneracji, prawo energetyczne przewiduje system wsparcia w postaci certyfikatów kogeneracyjnych. Występują trzy rodzaje świadectw kogeneracyjnych: (żółte) dla jednostek o łącznej mocy zainstalowanej elektrycznej do 1 MW lub opalanych paliwami gazowymi (w tym biogazem rolniczym), (czerwone) dla jednostek o mocy powyżej 1 MW innych niż opalane paliwami gazowymi, metanem i gazem z przetwarzania biomasy, (nowy rodzaj świadectw) dla jednostek opalanych gazem uzyskiwanym z przetwarzania biomasy lub metanem uwalnianym i ujmowanym przy odmetanowaniu kopalń

Warunki wysokosprawnej kogeneracji Kogeneracja wysokosprawna musi spełniać następujące warunki: sprawność przemiany co najmniej 75% (silnik gazowy - biogazownia), dla źródeł o mocy >1 MW: minimum 10% oszczędność energii pierwotnej w stosunku do rozdzielonego wytwarzania tej samej ilości energii elektrycznej i ciepła; dla źródeł o mocy <1 MW wystarczy uzyskanie jakiejkolwiek oszczędności energii pierwotnej.

Ciepło odpadowe

Ciepło odpadowe (1) Ciepłem odpadowym z urządzeń takich jak piece piekarnicze, komory lakiernicze, suszarnicze, urządzenia do produkcji tworzyw sztucznych, urządzenia pasteryzujące, piece CO, które odprowadzają wysokotemperaturowe spaliny można ogrzać każde pomieszczenie i to całkowicie za darmo. Wykorzystanie odpadowego ciepła przemysłowego przenoszonego przez strumień niskoparametrowej pary wodnej ograniczą między innymi zużycie paliw kopalnych oraz zmniejszenie emisji zanieczyszczeń do atmosfery.

Ciepło odpadowe (2) Wysokotemperaturowe spaliny czy ciepło odpadowe pochodzące z różnych urządzeń można wykorzystać do ogrzewania nie tylko powierzchni przemysłowo-biurowych. Coraz częściej rekuperacja ciepła odpadowego stosowana jest także w domach jednorodzinnych. Zainstalowanie systemu odzysku ciepła odpadowego pozwala na redukcję kosztów zużycia energii nawet o 60%.

Ciepło odpadowe w gospodarstwach domowych W gospodarstwach domowych może być wykorzystywana energia, którą posiada ciepłe powietrze „domowe” poprzez przekazywanie jej do świeżego nawiewanego powietrza przy zastosowaniu rekuperatora w centrali wentylacyjnej. Zwiększa to efektywność procesu wentylacji domu i obniżone są równocześnie koszty energii potrzebnej w okresie zimowym do jego ogrzania, a w okresie letnim zapewniamy odzysk chłodu, ewentualnie chłodzenie obiektu powietrzem zewnętrznym.

Zasady działania rekuperatora Rekuperator to urządzenie, które składa się z wymiennika oraz dwóch wentylatorów. Oczyszcza powietrze, ogrzewa je, a nawet osusza wilgoć lub częściowo ją kontroluje. System rekuperatora jest połączony z systemem grzewczym budynku. Cały proces odbywa się automatycznie, zapewniając przeniesienie ciepła do systemu ogrzewania budynku lub do systemu odprowadzającego energię do istniejącego systemu ogrzewania technologicznego.

Ciepło odpadowe w przemyśle W przemyśle ciepłao odpadowe wykorzystywane jest nie tylko do celów ogrzewania pomieszczeń, ale także dla podwyższenia efektywności procesów technologicznych: wstępnego podgrzewania produktu ciepłem odpadowym czy podgrzewania wstępnego wody w wytwornicach pary. Wymiennik ciepła o wysokiej odporności termicznej jest zainstalowany na kominie odprowadzającym gorące spaliny przekazując ciepło odpadowe do czynnika przenoszącego ciepło do ciepłej wody użytkowej. Wszelkie czynności serwisowe na urządzeniu mogą być przeprowadzane bez konieczności wyłączania technologii. Dla zapewnienia prawidłowego i efektywnego funkcjonowania całego urządzenia konieczne jest wyposażenie go w odpowiedni układ sterowania. Układ ten zapewnia automatyczne sterowanie procesem odzysku ciepła z możliwością ręcznej ingerencji w sterownik systemu.

Instrumenty wsparcia OZE Jednym z ważniejszych instrumentów prawnych, wpływających na rozwój rynku odnawialnych źródeł energii jest ustawowy obowiązek zakupu energii elektrycznej z OZE przez przedsiębiorstwa zajmujące się obrotem energią elektryczną i jej sprzedażą do odbiorców końcowych. Na zyski z funkcjonowania instalacji OZE składa się, oprócz sprzedaży wygenerowanej energii, także sprzedaż tzw. świadectw pochodzenia, które przysługują producentom zielonej energii, a które mogą być dla nich znaczącym źródłem dochodów: za produkcję energii elektrycznej z OZE przysługuje zielony certyfikat, a za produkcję energii kogeneracji, certyfikat kogeneracyjny.

Przydatne linki i publikacje „Energetyka odnawialna” Z.Wnuk, Rzeszów 2010 „Racjonalne wykorzystanie odnawialnych źródeł energii”, pod redakcją naukową dr P.Gardziuka, materiały konferencyjne, Płońsk 2009 „Odnawialne źródła energii”, pod redakcją dr hab. Inż. J.Kalotka, materiały z VI Ogólnopolskiego seminarium, Radom 2010 „Zastosowanie odnawialnych źródeł ciepła w ogrzewnictwie i wentylacji”, H.Foit, Gliwice 2010 „Odnawialne źródła energii w świetle globalnego kryzysu energetycznego: wybrane problemy”, red. nauk. Franciszek Krawiec, Warszawa 2010 „Zarządzanie odnawialnymi źródłami energii : aspekty ekonomiczno-techniczne”, W.Jabłoński, J.Wnuk, Sosnowiec 2009 „Odnawialne i niekonwencjonalne źródła energii : poradnik” red. Marek Gałusza, Joanna Paruch ; aut.: Adam Guła et al., Kraków 2008 www.wnp.pl www.cire.pl http://www.gramwzielone.pl/ http://agroenergetyka.pl/ www.pigeo.org.pl

Dziękujemy za uwagę ! www.ews21.pl Zapraszamy do zadawania pytań do wykładu (moduł zadawania pytań dostępny jest na dole tekstu wykładowego dla zalogowanych uczestników) oraz do przystąpienia do testu on-line! www.ews21.pl Dofinansowano ze środków dotacji Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej