background image

Scharakteryzuj dlaczego wodór może być wykorzystywany jako nośnik energii. 
Zasoby wodoru są praktycznie niewyczerpalne, najwięcej tego pierwiastka jest w wodzie,  której 

na  Ziemi  są  olbrzymie ilości. Do  wytworzenia  wodoru można  zastosować m.in.  różne  sposoby 
elektrolizy wody czy zgazowanie paliw stałych bądź reforming ropy naftowej czy metanu parą 

wodną. 
Wodór  może  być  wykorzystywany  m.in.  w  motoryzacji  jako  nośnik  energii.  Można  z  niego 

uzyskać znacznie więcej energii niż z benzyny, a jego spalanie jest całkowicie nieszkodliwe dla 
środowiska.  Może  zasilać  pojazdy  bezpośrednio  poprzez  spalanie  w  odpowiednio 

dostosowanym silniku spalinowym, lub energia w nim zawarta może być najpierw zamieniona 
na energię elektryczną w ogniwie paliwowym i dopiero zasilić silnik elektryczny pojazdu. 

Jako nośnik energii może być również używany jako paliwo w ogniwach paliwowych do zamiany 
energii chemicznej na elektryczną, jako paliwo w rakietach i statkach kosmicznych, do zasilania 

generatorów  MHD,  do  magazynowania  energii  odnawialnej  pozyskiwanej  okresowo  czy  do 

wyrównania  obciążeń  szczytowych  w  systemach  elektroenergetycznych.  W  przyszłości  może 
być wykorzystany również jako paliwo termojądrowe. 

Do zalet wodoru należą między innymi powszechne występowanie w związkach chemicznych, 
możliwość produkcji z różnych surowców i różnymi metodami, zmniejszenie zanieczyszczenia 

środowiska,  zwiększenie  zasięgu  pojazdów,  opracowane  już  zagadnienia  bezpieczeństwa, 
możliwe  spalanie  w silnikach  o  spalaniu  wewnętrznym,  jak  i  w  turbinach. Niestety,  produkcja 

wodoru  wymaga  wiele  energii,  a  koszty  produkcji  i  transportu  oraz  magazynowania  są  wciąż 
zbyt wysokie. Ponadto, gdy produkuje się wodór z kopalin, wydzielają się duże ilości dwutlenku 

węgla, zatem emisyjność nie jest do końca zerowa. Do pozostałych wad należą: jego bardzo mała 
gęstość,  nie  występowanie  na  Ziemi  w  stanie  wolnym,  kłopoty  w  magazynowaniu  w  niskich 

temperaturach,  konieczność  budowy  całego  systemu  dystrybucji,  bezbarwny  płomień 
(niebezpieczeństwo), zagadnienia bezpieczeństwa odmienne niż dla innych paliw. 

Ogólnie rzecz biorąc, wodór jest wspaniałym nośnikiem energii, ponieważ jest wygodną metodą 
magazynowania energii w formie chemicznej, a ze spalenia kilograma wodoru otrzymuje się aż 

120MJ ciepła (3 razy więcej niż z benzyny)! 

 
Omów możliwości energetycznego wykorzystania wodoru. 

Gospodarka  wodorowa  polega  na  jego  produkcji  (np.  z  konwersji  paliw  kopalnych  i  biomasy, 
drogą  elektrolizy  wody,  produkcją  biologiczną),  transporcie  i  magazynowaniu  oraz 

wykorzystaniu. Wodór znajduje wiele zastosowań w energetyce i transporcie – w elektrowniach 
stacjonarnych  oraz  rozproszonych  źródłach  energii,  nowoczesnych  pojazdach  oraz  w 

przenośnych urządzeniach elektrycznych i elektronicznych. 
Wodór jest w tej chwili wykorzystywany jako paliwo do ogniw paliwowych  – dzięki reakcjom 

zachodzącym  na  elektrodach,  energia  chemiczna  jest  bezpośrednio  zamieniana  na  energię 
elektryczną, a jedynym produktem ubocznym reakcji jest woda. Ogniwa paliwowe wykazują się 

wysoką  sprawnością  w  porównaniu  do  konwencjo  lanych  metod  wytwarzania  energii. 
Szczególnie obiecujące wydaje się wykorzystanie OP w środkach transportu. 

Przy użyciu istniejących już, zmodyfikowanych turbin gazowych, wodór może być wykorzystany 
do produkcji energii elektrycznej dla celów komunalnych. 

Wodór  może  być  również  stosowany  jako  paliwo  do  zasilania  silników  z  wewnętrznym 

spalaniem w samochodach osobowych, autobusach i statkach. Używa się go również w napędach 
rakietowych. 

Przyszłość  energetyki  wodorowej  i  ogniw  paliwowych  zależy  od  obniżenia  ceny  produkcji  na 
drodze  postępu  technologicznego  i  wkroczenia  w  masową  produkcję  oraz  wdrożenia  tanich 

sposobów pozyskiwania wodoru. 
W przeciągu kilkudziesięciu lat wodór pojawi się również w dziedzinie energetyki jako paliwo 

reaktorów termojądrowych, gdzie na drodze syntezy izotopów wodoru otrzymuje się ogromną 
ilość energii. 

 
Omów  zasadę  działania  ogniw  paliwowych.  Wyjaśnij  główne  straty  energetyczne  w  OP.
 

Ogniwa  paliwowe  to  rządzenia,  które  zamieniają  energię  chemiczną  paliwa  i  utleniacza 

background image

bezpośrednio  w  energię  elektryczną.  Nie  następuje  tutaj  spalanie,  w  przeciwieństwie  do 
konwencjonalnych  metod  wytwarzania  energii,  dzięki  czemu  unika  się  emisji  szkodliwych 

związków siarki, azotu czy tlenków węgla 
Do katody ogniwa doprowadzany jest przykładowo wodór, natomiast do anody powietrze (tlen). 

Katalizator  na  anodzie  powoduje  rozbicie  wodoru  na  elektrony  i  kationy  wodoru  (protony). 
Poprzez elektrolit (płynny lub stały) o przewodnictwie jonowym do katody przemieszczają się 

tylko  powstałe  jony  dodatnie.  Elektrony  wędrują  obwodem  zewnętrznym  do  katody,  tworząc 
prąd  elektryczny,  zatem  mogą  wykonać  pracę  –  ogniwo  staje  się  źródłem  siły 

elektromotorycznej, którą wykorzystujemy w zewnętrznym odbiorniku. Na katodzie elektrony i 
kationy  łączą  się  z  utleniaczem  tworząc  produkty  końcowe  (w  tym  przypadku  wodę),  które 

wydostają się z ogniwa. 
Cechą  odróżniającą  OP  od  działających  w  podobny  sposób  ogniw  galwanicznych  lub 

akumulatorów  jest  to,  że  paliwo  i  utleniacz  dostarczane  są  z  zewnątrz,  zatem  ogniwa  nie  są 

jednorazowego użytku i mają długą żywotność. 
Jako  urządzenie  elektrochemiczne  o  odwracalnych  reakcjach  mogłoby  mieć  sprawność 

przetwarzania  energii  chemicznej  na  elektryczną  równą  100%.  W  rzeczywistości  jednak 
sprawność  ta  waha  się  między  40  a  80%  w  zależności  od  rodzaju  ogniwa.  Oblicza  się  ją  jako 

iloczyn sprawności teoretycznej, elektrochemicznej, Faradaya oraz stopnia utylizacji paliwa. Jak 
widać, dla każdego z tych składników całego procesu przetwarzania energii w OP mogą zaistnieć 

straty energetyczne. 
Biorąc  jednak  pod  uwagę  główne  straty,  które  objawiają  się  jako  spadek  napięcia,  są  one 

następujące:  straty  aktywacyjne  (związane  z  powolnością  procesów  zachodzących  na 
elektrodach  ogniwa),  straty  omowe    (związane  ze  spadkiem  napięcia  wywołanym  rezystancją 

wewnętrzną ogniwa – elektrod i elektrolitu), straty masowe (gazy w kontakcie z katalizatorem i 
elektrodą  są  zużywane  szybciej  niż  mogą  do  nich  dotrzeć,  co  następuje  przy  obciążeniu 

elektrycznym  ogniwa  przekraczającym  jego  znamionowe  wartości).  Przy  obniżonej 
temperaturze pracy zwiększają się straty aktywacyjne, ale zbyt wysoka temperatura powoduje 

wyschnięcie  membrany,  czego  konsekwencją  będzie  zanik  przewodnictwa  jonowego.  Im 

pobierana z ogniwa moc jest większa, tym większe są również straty.  

 

(źródło - zajebisty Alan Szeremeta) 

background image

Omów  praktyczne  zastosowania  ogniw  paliwowych  jako  generatorów  energii 
elektrycznej. 

Ogniwa paliwowe można podzielić wg zastosowania na 5 grup: 

a)  układy  przenośne  małej  mocy  elektrycznej  (<0,5kWe),  oparte  na  ogniwach  PEMFC  i 

DMFC – do laptopów, dronów, telefonów komórkowych, aparatów itp. urządzeń 

b)  stacjonarne  układy  małej  mocy  (1-10kWe),  oparte  na  ogniwach  PEMFC  i  SOFC  –  do 

zastosowań domowych i publicznych (zasilanie awaryjne, sygnalizacja świetlna, pralnia) 

c)  ogniwa PEMFC w transporcie (>50kWe) – samochody osobowe, autobusy, ciężarówki 

d)  stacjonarne  układy  średniej  mocy  (>10kWe)  –  zastosowania  w  szkołach,  szpitalach, 

centrach obliczeniowych, lotniskach, obiektach wojskowych, elektrowniach małej mocy 

e)  stacjonarne układy energetyczne dużej mocy (>1MWe) – ogniwa te zasilają elektrownie i 

duże zakłady przemysłowe 

Ogniwa paliwowe doskonale nadają się do do kogeneracji, czyli jednoczesnej produkcji energii i 

ciepła  dla  budynków mieszkalnych. Ogniwa  paliwowe  wykorzystują energię  cieplną  z  procesu 
chemicznego  do  ogrzewania.  Poziom  produkcji  energii  elektrycznej  (skojarzonej  z  produkcją 

ciepła)  będzie  podlegał  znacznym  wahaniom  w  zależności  od  pory  roku;  w  większości 
rozwiązań  CHP  wyposażone  w  ogniwa  paliwowe  powinny  być  podłączone  do  krajowej  sieci 

energetycznej,  absorbującej  nadmiar  wytwarzanej  elektryczności  lub  uzupełniającej  jej  brak. 
Wymiana  energii  elektrycznej  pomiędzy  CHP  a  siecią  energetyczną  może  stanowić  ważny 

element bilansowania energetycznego systemu przyszłości. 
Jeśli  chodzi  o  zastosowania  w  transporcie,  ogniwa  paliwowe  posiadają  szereg  zalet  –  wysoka 

sprawność,  brak  wibracji  oraz  hałasu,  stały  moment  obrotowy,  brak  spalania  paliwa  w  czasie 
postoju. Główną wadą jest przechowywanie wodoru, który musi być składowany w specjalnych 

butlach  pod  wysokim  ciśnieniem  i  w  niskiej  temperaturze.  Do  alternatywnych  metod  należy 
silnik z ogniwem paliwowym zasilanym metanolem, który na drodze fermentacji przetwarzany 

jest na wodór i dwutlenek węgla. 
Do  głównych  zalet  użycia  ogniw  paliwowych  jako  generatorów  energii  elektrycznej  należą 

nieemisyjność  gazów  cieplarnianych  i  wysoka  sprawność.  Główną  wadą  jest  niestety  wciąż 

wysoki koszt. 
 

Wyjaśnij zasadę działania generatora MHD. Podaj główne cechy tych urządzeń. 
Generator magnetohydrodynamiczny bezpośrednio zamienia energię cieplną na elektryczną, co 

pozwala  m.in.  na  zwiększenie  sprawności  elektrowni  parowych  do  50%.  Urządzenie  to  jest 
maszyną  cieplną,  w  której  energia  wewnętrzna  czynnika  roboczego  przewodzącego 

elektryczność (plazmy niskotemperaturowej) przekształca się w energię elektryczna w wyniku 
elektromagnetycznego  hamowania  cząstek  naładowanych,  przepływających  w  kanale 

generatora w polu magnetycznym. Częściowo zjonizowany gaz przepływający z dużą prędkością 
zużywa  część  swojej  energii  na  pokonanie  sil  elektromagnetycznych,  powstających  w  wyniku 

oddziaływania  indukowanych  prądów  elektrycznych  i  zewnętrznego  pola  magnetycznego. 
Spadek entalpii całkowitej czynnika roboczego jest równy oddawanej do obwodu zewnętrznego 

energii elektrycznej oraz stratom ciepła do ścian kanału. 
Należy zwrócić uwagę na fakt, że generator MHD nie posiada żadnej części ruchomej, a energię 

kinetyczną  plazmy  otrzymuje  się  poprzez  podgrzanie  gazu  do  odpowiedniej  temperatury. 

Dlatego  generatorów  MHD  używa  się  w  elektrowniach  kombinowanych,  do  powiększenia  ich 
sprawności. 

Hamowanie przepływu plazmy polega na tym, że na elektrony przelatujące wraz z gazem przez 
pole magnetyczne działa silnie je hamująca siła Lorentza. Elektrony z kolei oddziałują poprzez 

sprzężenia elektrostatyczne na jony dodatnie, które działając na cząstki neutralne przenoszą siły 
hamowania na całą plazmę. 

Gaz  przewodzący  płynie  w  kanale  z  prędkością  v  w  kierunku  prostopadłym  do  pola 
magnetycznego  Bz.  W  wyniku  oddziaływania  ruchomego  przewodnika  i  pola 
magnetycznego, indukuje się w gazie pole elektryczne v X B prostopadłe do wektorów v i B. 
Jeśli w kanale umieszczonych będzie kilka elektrod przewodzących w odstępie h, pojawi się 

background image

między  nimi  napięcie  U  0  =  vBh,  które  może  być  wykorzystane  do  zasilania  odbiornika 
elektrycznego o oporze Rz. 

 

Wady  generatorów  MHD:  konieczność  użycia  nadprzewodzących  magnesów  do  chłodzenia  w 
pobliżu  gorących  gazów  –  problemy  technologiczne,  w  procesie  produkcji  prądu  powstają 

znaczne  ilości  tlenków  azotu.  W  porównaniu  jednak  do  elektrowni  konwencjonalnych, 
elektrownie wyposażone w system MHD zużywają 1,5  raza  mniej wody i wytwarzają 2,5  raza 

mniej zanieczyszczeń. 
Aby  jonizacja  gazów  była  łatwiejsza,  stosowany  jest  tzw.  posiew,  tzn.  do  gazu  wprowadza  się 

alkaliczne metale o niskim potencjale jonizacji. Są one niestety bardzo drogie, dlatego używa się 
ich wielokrotnie i wprowadza ponownie do obiegu. 

Cały  proces  zachodzi  w  temperaturze  ok.  3000K,  indukcji  pola  magnetycznego  3T  oraz 
prędkości strumienia gazu 1000m/s. 

 
Podaj możliwe przykłady wykorzystania generatorów MHD w energetyce. Wskaż wady i 

zalety tych urządzeń. 

Elektrownie  wykorzystujące  generator  MHD  osiągają  sprawność  50-60%,  dużo  większą  niż 
elektrownie  konwencjonalne.  Stosuje  się  w  nich  obecnie  paliwo  pod  postacią  gazu  ziemnego. 

Elektrownie posiadające system MHD zużywają 1,5 raza mniej wody i wytwarzają 2,5 raza mniej 
zanieczyszczeń. 

Sprawność  generatora  MHD  może  wynosić  30%,  ale  to,  co  czyni  go  atrakcyjnym,  to  wysoka 
temperatura  ciepła  odpadowego,  które  może  być  dalej  wykorzystywane.  Spaliny,  po  przejściu 

przez generator i schłodzeniu się do temperatury gazu, przez wymienniki ciepła kierowane są 
do kotła, w którym produkowana jest para wodna napędzająca generator energii elektrycznej. 

Dzięki temu energię wytwarza się w dwóch źródłach: MHD oraz turbinie parowej. 
Opracowuje się również schematy wykorzystania generatora magnetohydrodynamicznego przy 

zastosowaniu  energii  słonecznej  –  możliwe  jest  skoncentrowanie  promieniowania  i  jego 
konwersja  na  ciepło  2000K  ze  sprawnością  90%.  Taki  koncentrator  może  pełnić  rolę  komory 

spalania, używanej dotychczas do wytworzenia plazmy. 
Ogólnie  rzecz  biorąc,  generatory  MHD  znajdują  zastosowanie  w  systemach  ko  generacyjnych, 

ponieważ  ich  działanie  wiąże  się  zarówno  z  produkcją  ciepła,  jak  i  energii  elektrycznej.  W 

połączeniu  z innymi  konwerterami  energii,  np.  turbiną  gazową i  parową, znacznie  podwyższa 
sprawność wytwarzania energii elektrycznej. 

Podstawową wadą generatorów MHD są problemy technologiczne związane z produkcją plazmy 
oraz  materiałów  odpornych  na  korozję  wysokotemperaturową.  Konieczne  jest  używanie 

nadprzewodzących magnesów w pobliżu gorących gazów. Trudności sprawia odzysk posiewu, 

background image

ponieważ stosowane materiały są bardzo drogie. Należy zaprojektować wysokotemperaturowe 
wymienniki ciepła. Ze względu na wysoką temperaturę spalin, powstają znaczne ilości NO

x

Do  zalet  tych  urządzeń  należą:  krótki  czas  rozruchu  i  wyłączenia  (elektrownie  z  MHD  mogą 
pracować jako elektrownie szczytowe), wykorzystanie wysokich temperatur, będących „efektem 

ubocznym”  spalania  paliw,  zamiana  ciepła  bezpośrednio  w  energię  elektryczną,  niskie  emisje 
zanieczyszczeń, możliwość pracy w kogeneracji. 

 
Co rozumiesz pod pojęciem czyste technologie węglowe? Krótko scharakteryzuj poznane 

rozwiązania. 
Czystymi  technologiami  węglowymi  nazywa  się  wszystkie  procesy  i  sposoby  wykorzystania 

węgla,  mające  na  celu  minimalizację  negatywnego  wpływu  produktów  jego  spalania  na 
środowisko,  zwiększenie  efektywności  spalania,  utylizację  odpadów.  Stosowane  są  one  już  na 

etapie  wydobycia  surowca  poprzez  wdrażanie  metod  pomagających  zwiększyć  sprawność 

uzyskiwania  urobku  węgla.  W  trakcie  przeróbki  paliwa  korzysta  się  z  szeregu  metod 
wzbogacania  węgla,  usuwa  zanieczyszczenia  stałe  i  niepalną  materię.  Po  spaleniu  usuwa  się 

zanieczyszczenia.  Niezbędne  inwestycje  finansowe  w  rozwój  CTW  są  podejmowane  ze 
względów  ochrony  środowiska  i  przyczyniają  się  do  postępu  technologicznego  w  energetyce 

konwencjonalnej. 
Do niektórych z metod czystych technologii węglowych zaliczamy: 

a)  zgazowanie  węgla –  zamiana  stałego  paliwa  w  paliwo  gazowe  pod  wpływem  czynnika 

zgazowującego,  np.  pary  wodnej  w  podwyższonej  temperaturze,  pozwalająca  na 

całkowite usunięcie i zdeponowanie dwutlenku węgla, obniżenie emisji zanieczyszczeń i 
pyłów 

b)  oksyspalanie  –  powietrze  rozdziela  się  na  tlen  i  azot,  a  następnie  węgiel  spala  się  w 

atmosferze tlenowej, przez co otrzymuje się wyższą koncentrację CO

2

 w spalinach, dzięki 

czemu łatwiej go wychwycić oraz mniejsze ilości pozostałych spalin, co przyczynia się do 
niskiej emisji NO

x

 czy SO

2

 

c)  SCR/SNCR – selektywna oraz katalityczna oraz niekatalityczna redukcja tlenków azotu, 

obie  polegające  na  wprowadzeniu  amoniaku  lub  mocznika  do  strumienia  spalin,  co 
powoduje redukcję NO

x

 do azotu 

d)  CCS/CCU  –  wychwyt  i  składowanie  bądź  wychwyt  i  wykorzystanie  dwutlenku  węgla, 

polegające najpierw na oddzieleniu CO

2

 od spalin poprzez zgazowanie czy sekwestrację, 

a następnie na zdeponowaniu w magazynach gazu lub wykorzystaniu do produkcji paliw 

e)  odpylanie  –  usuwanie  cząstek  aerozolowych  ze  spalin,  w  tym  drobnych  pyłów 

szkodliwych dla układu oddechowego, przy użyciu elektrofiltrów czy skruberów 

f)  zagospodarowanie pozostałości – odpady paleniskowe stosowane są do budowy dróg i 

nasypów kolejowych, wypełniania wyrobisk, odpady górnicze do rekultywacji 

 

Na czym polegają technologie CCS i CCU? 
Carbon  Capture  and  Storage  –  proces  polegający  na  wychwycie  ze  spalin  i  składowaniu 

dwutlenku  węgla  w  głębokich  warstwach  geologicznych,  takich  jak  głębokich  poziomach 
wodonośnych,  wyeksploatowanych  złożach  ropy  naftowej  i  gazu  oraz  w  nieeksploatowanych 

pokładach  węgla  zawierających  metan,  w  celu  ograniczenia  emisji  dwutlenku  węgla  do 

atmosfery. Składowanie CO

2

 może mieć miejsce również w morzach i oceanach oraz na drodze 

karbonizacji, czyli trwałego wiązania ze skałami. 

Oddzielanie i wychwytywanie CO

2

 może następować w elektrowniach następującymi metodami: 

oksyspalanie (spalanie czystego paliwa w czystym tlenie – spalinami są tylko tlenek węgla (IV) i 

woda),  wychwyt  pierwotny  (przed  spaleniem  paliwo  przechodzi  proces  gazyfikacji,  skutkiem 
czego spala się do CO

2

  i H

2

O) i wychwyt wtórny (np. sekwestracja, czyli absorpcja w wodnym 

roztworze  amin  i  odwodnienie  w  desorberze).  Separacji  można  dokonać  również  za  pomocą 
absorpcji fizycznej (np. na węglu aktywnym lub zeolitach) czy adsorpcji fizycznej w metanolu. 

Wydzielony  ze  spalin  dwutlenek  węgla  jest  następnie  sprężany  i  transportowany  w  formie 
ciekłej  cysternami  lub  rurociągami  do  miejsca  zatłoczenia.  Coraz  częściej  słyszy  się  opinie,  że 

background image

CO

2

 nie jest odpadem, tylko ważnym związkiem chemicznym, który można ponownie użyć, stąd 

badania metod CCU. 

Carbon Capture and Utilization to wychwyt i wykorzystanie dwutlenku węgla. CO

2

 otrzymanego 

jako efekt uboczny spalania paliw czy na drodze wymienionych  wyżej metod separacji można 

użyć  do  produkcji  metanolu,  a  stąd  syntezą  Fischera-Tropscha  do  syntezy  paliw 
węglowodorowych. Stosuje się go również do uprawy alg i stąd do produkcji biopaliw. 

 
Krótko scharakteryzuj problem emisji CO

2

. 

Ditlenek węgla należy do rodziny gazów cieplarnianych, czyli mających wpływ na ocieplenie 
klimatu, dlatego poszukuje się technologii, mających na celu ograniczenie emisji tego gazu do 

atmosfery. Gazy cieplarniane powstają ze źródeł naturalnych, jak i w wyniku działalności 
człowieka. Połowa odpowiedzialności za występowanie efektu cieplarnianego spoczywa na CO

2

Różnym sposobom wytwarzania energii towarzyszą różne ilości produkowanego w tych 

procesach dwutlenku węgla, uwalnianego do atmosfery. Z paliw kopalnych gaz jest najczystszym 
źródłem energii, zarówno pod względem emisji CO

2

 jak i innych zanieczyszczeń, drugie miejsce 

zajmuje ropa, najbrudniejszym źródłem jest węgiel, szczególnie brunatny. Wyprodukowanie 
1kWh energii z węgla to emisja 1kg tlenku węgla(IV).  

Wzrost liczby samochodów to kolejna przyczyna wzrastającego tempa spalania gazów 
kopalnych i emisji gazów cieplarnianych. Transport drogowy to głównie ropa spalana z 

absurdalnie niską efektywnością. 
Emisja CO

2

 może zostać ograniczona przez poprawę sprawności energetycznej lub przez 

zastosowanie wychwytywania dwutlenku węgla w procesach energetycznych. Alternatywą jest 
po prostu niestosowanie paliw konwencjonalnych i przejście na zielone źródła energii o zerowej 

emisji CO

2

, takich jak energia słoneczna czy wodna. 

Na każdego mieszkańca Polski przypada roczna emisja dwutlenku węgla w ilości ok. 9 ton. 

Rozwój przemysłu i rosnące zużycie paliw kopalnych spowodowały wzrost stężenia CO

2

 w 

atmosferze do ok. 400 ppm. Z jednej strony stale rośnie zapotrzebowanie na paliwa i energię, a z 

drugiej utrzymanie stężenia na stałym poziomie wymaga zmniejszenia emisji gazów 

cieplarnianych o kilkadziesiąt procent. Instalacje CCU i CCS wiążą się z dodatkowymi kosztami 
dla przedsiębiorstw energetycznych, a członkostwo w Unii Europejskiej zobowiązuje do 

spełnienia restrykcyjnych wymogów pakietu klimatycznego, których nie przestrzeganie 
skutkuje sankcjami pieniężnymi ogromnej wielkości. 

 
Omów zasadę działania elektrowni węglowej. 

W elektrowniach węglowych energia chemiczna zawarta w paliwie (węglu kamiennym, 
brunatnym) przetwarzana jest na energię elektryczną. Paliwo spalane jest w specjalnie 

zaprojektowanych kotłach, wytwarzających finalnie parę wodną o wysokiej temperaturze i 
wysokim ciśnieniu. W tym etapie energia chemiczna węgla zostaje zamieniona na energię 

cieplną pary wodnej. Zanim węgiel zostanie spalony, musi zostać odpowiednio przygotowany – 
jest on osuszany i przemielony na pył węglowy w młynach. Za pomocą palników dostaje się do 

kotła wraz ze strumieniem powietrza. Powstała mieszanka pyłowo-powietrzna spala się, a 
spaliny pod wpływem działania wentylatora tłoczone są do komina. Cząstki stałe pyłu 

zatrzymywane są przez odpylacze. 

Para dostaje się do turbiny, gdzie rozprężając się wykonuje pracę mechaniczną. Otrzymana 
energia mechaniczna dostarczona jest poprzez wał do generatora, gdzie wytwarzana jest 

energia elektryczna. Para wodna, która opuści turbinę, zostaje skroplona w skraplaczu. 
Układ turbiny i generatora nazywany jest turbozespołem. W wyniku oddziaływania 

rozprężającej się pary na łopatki turbiny wał wiruje. W czasie pracy generatora synchronicznego 
wydzielają się znaczne ilości ciepła. W celu zapewnienia poprawnej pracy to ciepło musi być 

ciągle odprowadzane przez układ chłodzenia. Jako czynniki chłodzące stosuje się wodę w 
stojanie lub wodór w wirniku. Gdy na zaciskach prądnicy pod wpływem obrotu wału generatora 

pojawia się napięcie, połączony z generatorem transformator blokowy zmienia jego poziom na 
odpowiedni dla sieci elektroenergetycznej. 

background image

Każdemu z etapów konwersji energii towarzyszą straty, które ostatecznie dają sprawność 
elektrowni rzędu 30%. Energia elektryczna wytwarzana w elektrowni przekazywana jest do 

systemu elektroenergetycznego, skąd pobierana jest przez odbiorców.

  

 

Jak działa dowolny silnik lotniczy? 
Lotnicze spalinowe silniki tłokowe stosowane są w mniejszych statkach powietrznych, 

najczęściej samolotach. Charakteryzują się kilkoma specyficznymi cechami: 

- lekkość konstrukcji 
- przystosowanie do pracy w różnych położeniach i na różnych wysokościach 

- wysoka wydajność napędowa 
- niezawodność i pewność pracy 

W porównaniu do innych silników lotniczych wyróżnia się krótkim czasem reakcji silnika, 
lepszymi możliwościami tłumienia hałasu, łatwością serwisowania. Wadami są konieczność 

częstych kontroli, duża zależność osiągów od wysokości lotu, znaczny przyrost masy i 
rozmiarów ze zwiększaniem mocy. 

Ogólnie rzecz biorąc, silnikiem tłokowym nazywamy silnik, który do wytwarzania pracy 
mechanicznej używa poruszających się w cylindrach tłoków, połączonych z wałem korbowym, 

od którego odbierany jest moment obrotowy. Spalinowy silnik tłokowy to silnik cieplny o 
spalaniu wewnętrznym mieszanki w komorze spalania, w którym energia chemiczna eksplozji 

spalanego paliwa zamieniana jest na energię mechaniczną na drodze termodynamicznego 
rozszerzania się gazów, poprzez przekazanie jej na ruch posuwisto-zwrotny tłoka, gdy 

zwiększające swą objętość gazy wywierają nań ciśnienie, a następnie ruch obrotowy wału 

korbowego, który porusza śmigło, będące głównym odbiornikiem mocy. 
W odróżnieniu od silników tłokowych do zwykłych napędów, LSST posiada niski stosunek masy 

do mocy (powinien wytwarzać moc przy jak najniższej masie), minimum 4 cylindry w układzie 
gwiazdowym czy widlastym, górnozaworowy rozrządowy mechanizm sterowania silnikiem, 

wyposażone w system doładowujący ze względu na zmienne warunki lotu. Użycie 
turbodoładowania zmniejsza sprawność silnika ze względu na grzanie powietrza, dlatego 

stosuje się urządzenie schładzające powietrze przed wejściem do cylindrów, tzw. intercooler.