2010-11-04
1
System elektroenergetyczny
wytwarzanie
energii elektrycznej
przesył
energii elektrycznej
rozdział
do odbiorców
Zadania
System elektroenergetyczny :
• umożliwia ekonomiczne gospodarowanie dostępną energią elektryczną
• pozwala zabezpieczyć się na wypadek awarii
części jego urządzeń
W skład systemu wchodzą:
1. zespół współpracujących ze sobą
elektrowni
2. sieci przesyłowe
3. sieci rozdzielcze
4. odbiorniki energii elektrycznej
2010-11-04
2
Podstawowe źródła energii elektrycznej
na świecie
Energia elektryczna jest wytwarzana na drodze przemiany innych rodzajów
energii (chemiczna, cieplna, mechaniczna).
konwencjonalne
(paliwa kopalne)
energia jądrowa
odnawialne źródła energii
(OZE)
Źródła energii
Lp. Elektrownia
Moc [MW]
Produkcja [TWh] w 2005 r.
1 Bełchatów
4430
29,5
2 Kozienice
2846
11,7
3 Turów
2106
13,5
4 Połaniec
1800
5,0
5 Rybnik
1775
10,1
6 Dolna Odra
1742
4,3
7 Opole
1532
8,3
8 Jaworzno III
1345
5,2
9 Pątnów
1200
6,7
10 Łaziska
1155
5,5
Wszystkie elektrownie
23962
119,0
w tym na węgiel brunatny
8824
54,9
w tym na węgiel kamienny
15738
64,1
dla porównania:
Całkowita produkcja energii w Polsce w
2008 r. (elektrownie węglowe +
pozostałe źródła)
154,6
(w tym eksport ok. 10 TWh)
2010-11-04
3
Elektrownie cieplne
•
elektrownie konwencjonalne
stosowane paliwa:
- węgiel kamienny
(w Polsce ok. 60 % wytwarzanej energii)
- węgiel brunatny
(w Polsce ok. 35 % wytwarzanej energii)
- gaz ziemny
(
w Polsce ok. 3 % wytwarzanej energii)
- ropa naftowa
•
elektrownie jądrowe
energia z rozszczepienia jąder atomów,
najczęściej uranu
Elektrownie konwencjonalne
Zależnie od paliwa, na energię elektryczną zamienia się
25-40 % energii chemicznej zawartej w paliwie.
energia
energia
energia
energia
chemiczna
cieplna
kinetyczna
elektryczna
kocioł
parowy
turbina
parowa
prądnica
strumień
energii
chemicznej
(paliwo)
moc
cieplna
(para)
moc
mecha-
niczna
moc elek-
tryczna
2010-11-04
4
Elektrownia węglowa
Schemat Elektrowni Bełchatów
2010-11-04
5
Przykładowy skład spalin z różnych paliw
Zagrożenie środowiska – pyły i gazy spalinowe
Instalacja oczyszczania spalin
2010-11-04
6
Elektrofiltr
Działanie polega na:
• ładowaniu elektrostatycznym
cząstek,
• wydzielaniu naładowanych
cząstek z pola elektrycznego,
• usuwaniu cząstek pyłu z
powierzchni wydzielania.
Elektrofiltry wykorzystują działanie
sił pola elektrycznego.
Proces odpylania odbywa się
w przestrzeni pomiędzy dwiema
elektrodami, przez którą
przepływa strumień odpylanego
gazu.
Odsiarczanie spalin - przekształcanie SO
2
i SO
3
w substancję łatwą do usunięcia ze spalin i z
instalacji.
Metody odsiarczania:
• suche
stosowanie (lub nie)
• półsuche
roztworów wodnych
• mokre
jako środowiska reakcji
90 % wszystkich IOS na świecie pracuje wg metody mokrej wapienno-
wapniakowej.
Stopień odsiarczenia
• metody mokre : 92-97 %
• suche, półsuche : 40-60 %
2010-11-04
7
Elektrownie jądrowe
Źródło energii cieplnej: reakcje jądrowe
zachodzące w paliwach rozszczepialnych (izotopy
uranu, plutonu) umieszczonych w reaktorach
atomowych.
Na energię elektryczną ulega przekształceniu
ok. 40 % energii wyzwolonej z paliwa jądrowego.
Zaleta: brak zanieczyszczeń atmosfery.
Wady:
- po awarii emisja substancji radioaktywnych,
- problem składowania odpadów.
zamknięty obwód obwód
wodny pierwotny wodny wtórny
2010-11-04
8
Odnawialne źródła energii
•
woda,
•
wiatr,
•
energia słoneczna,
•
biogaz,
•
biopaliwa,
•
biomasa,
•
energia geotermalna.
Inne OZE
(obecnie produkcja energii marginalna)
•
energia pływów morskich
już wykorzystywana we Francji, Anglii
•
energia falowania morskiego
elektrownie: pneumatyczne
(wymuszanie ruchu powietrza)
mechaniczne
(siła wyporu)
hydrauliczne
(przelewanie szczytów fal)
indukcyjne
(ruch pływaków)
•
energia kinetyczna prądów morskich
obecnie ich wykorzystanie jest małe, z powodu problemów
technicznych i obawy przed zaburzeniem naturalnej równowagi
2010-11-04
9
Elektrownie wodne
Wykorzystanie energii potencjalnej wody przepływającej ze zbiornika
położonego wyżej do niższego lub wykorzystanie wody przepływającej rzeką.
Rodzaje elektrowni wodnych:
•
przepływowe
naturalne spadki wody (np. rzeki)
• zbiornikowe
woda spiętrzana za pomocą zapór
sprawność: ok. 80 % energii potencjalnej wody
przekształcane na energię elektryczną.
•
pompowe
budowane między dwoma zbiornikami wodnymi
o różnych poziomach lustra wody
Gdy jest duże
zapotrzebowanie na
energię elektryczną
(szczyt) elektrownia
dostarcza energię
do systemu
elektroenergetycznego.
Gdy system ma
nadwyżkę mocy (noc)
woda pompowana ze
zbiornika dolnego do
górnego.
Hydrogenerator -
pracuje jako generator
lub jako silnik
napędzający pompy.
2010-11-04
10
• lokalizacja wybitnie korzystna
•
lokalizacja korzystna
•
lokalizacja dość korzystna
•
lokalizacja niekorzystna
•
lokalizacja wybitnie
niekorzystna
Elektrownie wiatrowe
sprawność: ok. 20 % energii wiatru przekształcane na energię elektryczną.
2010-11-04
11
Elektrownie słoneczne
Dwa sposoby wykorzystania energii słonecznej:
• przekształcenie bezpośrednio w energię
elektryczną za pośrednictwem fotoogniw
sprawność:
ok. 20 % energii promieniowania słonecznego przekształcane na
energię elektryczną
• system termiczny, w którym energia świetlna
zostaje przekształcona w energię cieplną,
wykorzystywaną do produkcji pary napędzającej
generatory
elektrownie z kolektorami słonecznymi (działanie podobne do soczewki
skupiającej światło)
Biogaz
Biogaz jest produktem fermentacji beztlenowej ciekłych i
stałych związków pochodzenia organicznego, zawierających
celulozę, białko, węglowodany, skrobię.
Miejsca pozyskiwania biogazu:
- wysypiska odpadów
- oczyszczalnie ścieków
- biogazownie gminne i wiejskie
produkcja z odpadów rolnych (gnojowica, obornik, słoma)
oraz upraw energetycznych (np. kukurydza, buraki)
2010-11-04
12
Biomasa
Do celów energetycznych wykorzystuje się spalanie biomasy
(tzw. biopaliwa stałe) :
•
drewno odpadowe z leśnictwa, rolnictwa, budownictwa,
transportu kolejowego oraz przemysłu,
•
słoma zbożowa, z roślin oleistych, strączkowych, siano,
•
plony z plantacji roślin energetycznych (np. w Polsce
uprawiana szybko rosnąca wierzba wiciowa),
•
odpady organiczne – osady ściekowe, osady w przemyśle
celulozowo-papierniczym, makulatura, odpady organiczne
z cukrowni, roszarni lnu, gorzelni, browarów itd.
Biopaliwa
Paliwa powstałe z przetwórstwa produktów organizmów
żywych (roślinnych, zwierzęcych, mikroorganizmów).
Biopaliwa ciekłe otrzymywane są w drodze fermentacji
alkoholowej węglowodanów do etanolu, fermentacji
butylowej biomasy do butanolu lub z estryfikowanych
olejów roślinnych (np. olej rzepakowy).
Najbardziej znane rodzaje biopaliw:
•
biodiesel,
•
bioetanol,
•
metanol,
•
butanol.
2010-11-04
13
Struktura paliw w energetyce zawodowej 2008 roku
Produkcja energii elektrycznej z OZE
w 2007 roku - struktura
Biomasa +
Biogaz
46%
Wiatr
10%
Woda
44%
2010-11-04
14
Energia elektryczna z OZE w Polsce
–
plan 2020
1.
Energetyka wiatrowa
– oczekiwany bardzo duży
przyrost mocy zainstalowanej, w tym na morzu.
2.
Biomasa
– układy kogeneracyjne
(biometanownie), wykorzystanie odpadów z
produkcji rolniczej i komunalnych, zwiększenie
wykorzystania
„upraw energetycznych”.
3.
Biogaz
– wykorzystanie biogazu uwalnianego ze
składowisk odpadów, z oczyszczalni ścieków.
4.
Energetyka wodna
– rozwój przede wszystkim
w zakresie małej energetyki wodnej.
5.
Fotowoltanika
– ze względu na koszty: tylko w
ograniczonym zakresie.
6.
Geotermia
– w miarę rozwiązań
technologicznych.
7.
Budowa do 2020 roku biogazowni o łącznej mocy
elektrycznej nie mniej niż 3 GW (2 tys. instalacji).
2010-11-04
15
Pozostała produkcja energii elektrycznej
•
elektrociepłownie
zakłady przemysłowe wytwarzające w jednym procesie
technologicznym w sposób skojarzony energię elektryczną oraz ciepło
w postaci czynnika (najczęściej wody) o wysokiej temperaturze dla
miejskiej sieci ciepłowniczej lub przemysłu
•
małe elektrownie napędzane silnikami spalinowymi
zasilanie niewielkich odbiorców lub zasilanie awaryjne (np. szpitali)
2010-11-04
16
2010-11-04
17
Plany rozwojowe energetyki w Polsce
1. realizacja założeń pakietu klimatyczno-energetycznego
(do 2020 r.)
tzw. „cel 3x20” :
- zmniejszenie emisji CO
2
o 20%,
- zwiększenie efektywności zużycia energii o 20%,
- zwiększenie do 20% udziału produkcji energii ze źródeł
odnawialnych.
2. nowe inwestycje w gazownictwie i przemyśle naftowym
Wzrost zdolności wydobywczych ropy naftowej i gazu ziemnego,
inwestycje w infrastrukturę mające znaczenie zarówno dla
wypełniania białych plam w dostępie do gazu, jak i dla
podniesienia stanu bezpieczeństwa energetycznego państwa
(podziemne magazyny gazu, połączenia międzynarodowe,
gazoport w Świnoujściu).
3. nowe inwestycje w źródła energii
Szacowane zapotrzebowanie na inwestycje w obszarze
wytwarzania energii do roku 2030 wynosi 1000 MW rocznie.
Oznacza to, że rocznie trzeba będzie inwestować ok. 1,5 mld euro
(w tym źródła odnawialne).
Harmonogram dla energetyki jądrowej zakłada, że najpóźniej pod
koniec 2013 roku zostanie zawarty kontrakt na budowę pierwszej
elektrowni jądrowej w Polsce, a sama budowa rozpocznie się
w 2016 roku. Koszt ok. 6-9 mld euro.