Doplnkové Doplnkové zdroje zdroje energie energie
Doplnkové (obnovitelné) zdroje energie - trvalo sa obnovujú (voda, vietor, biomasa), - prakticky sú nevyčerpateľné (energia zemského vnútra, slnečné žiarenie), - energeticky sa využívajú už dlhší čas, ale pre výrobu el. energie sa využívajú obmedzene, - menej zaťažujú životné prostredie.
V našich podmienkach sú to : 1. GEOTERMÁLNA ENERGIA 2. ENERGIA BIOMASY 3. VETERNÁ ENERGIA 4. SLNEČNÁ ENERGIA
Geotermálna energia
Geotermálna energia Slovo „geotermálna“ pochádza z gréčtiny. „Geos“ znamená „zem“ a „thermal“ znamená „teplo“. Už starí Rimania využívali zemské teplo v termálnych kúpeľoch. Od roku 1898 sa využívajú teplé pramene na Islande na vykurovanie skleníkov, od r. 1928 na vykurovanie mesta Reykjavik. V r. 1912 bolo prvýkrát využité teplo zeme vo forme pary na pohon generátora s výkonom 250 kW (Larderello - Taliansko). Krajiny s najväčším inštalovaným výkonom geotermálnej energie sú USA, Japonsko, Filipíny, Taliansko, Island a Mexiko.
Geotermálna energia Súčasnou technikou vrtných súprav je prístupná asi 10 km hĺbka pod povrchom, kde je teplota asi 200 °C. Naakumulované teplo je asi 6.1026 J. Ochladením 1 km2 hornín z teploty 200 °C na teplotu 100 °C by sa uvoľnila energia, ktorá by postačila na pohon elektrárne s výkonom 30 MW na dobu 30 rokov. Využitiu stoja v ceste technické, geologické a ekonomické problémy. Zásoby geotermálnych vôd rozdeľujeme na: obnovované
– ťažba realizuje cez jeden vrt a ochladená voda je vypustená do vodných tokov.
neobnovované – zásoby vody sa musia pravidelne dopĺňať, – okrem ťažobného vrtu sa musí navŕtať reinjektážny vrt, – geotermálna voda po odovzdaní tepla je so škodlivými plynmi a soľami zatláčaná späť do podzemia, – plne to zodpovedá dnešným environmentálnym kritériám.
Geotermálna energia Na Slovensku je tepelno-energetický stanovený na 5538 MWt.
potenciál
geotermálnych
vôd
Naše geotermálne vody majú nižšiu teplotu 45 až 130 ºC, preto sú vhodné prakticky iba na vykurovanie. Geotermálne vody sa využívajú spolu v 36 lokalitách a skutočne využívaný inštalovaný výkon predstavuje asi 131 MWt. Využívajú sa vrty s účinnosťou nízkopotenciálnej tepelnej energie.
cca
20
%,
ale
len
na
získanie
Nevýhoda je tiež vysoká mineralizácia (zanášanie potrubí) a nemožnosť vypúšťať ochladenú vodu do tokov kvôli ich otepleniu. Je to však možné riešiť vracaním druhým vrtom naspäť.
Geotermálne elektrárne Elektrickú energiu je možné vyrobiť premenou geotermálnej energie v elektrárňach: • hydrotermálnych, pomocou geotermálne nahriatej spodnej vode alebo pare, • cirkulačných, prostredníctvom výmenníkov tepla. V hĺbke 5 km sa všade v zemskej kôre nachádzajú "horúce suché horniny“ (Hot Dry Rock - HDR). Tieto predstavujú ohromný energetický potenciál. Metóda získavania tepla je založená na vyvŕtaní dvoch vrtov do nepriepustných hornín s vysokou teplotou (150 až 200 ºC). Vrty sa spoja a následne sa do jedného z nich vtláča voda, ktorá sa zohreje a druhým vrtom sa vracia naspäť na povrch. Na Slovensku sa tento systém zatiaľ nevyužíva, pričom existujú asi štyri potenciálne oblasti na takéto použitie.
Spôsob výroby elektrickej energie v geotermálnej elektrárni Využíva sa tepelná energia geotermálnej vody, resp. geotermálnej pary. Z ekonomického hľadiska je výroba elektrickej energie najvýhodnejšia pri teplote geotermálneho zdroja vyššej ako 180 °C. Na základe skupenstva a teploty využívaného geotermálneho tepla existuje niekoľko druhov geotermálnych elektrární: s prehriatou parou - para vychádzajúca z vrtu spolu s vodou po separácii poháňa parnú turbínu s generátorom, - para je z vrtu zavedená do parogenerátora kde vyrába paru z povrchovej vody, ktorá následne poháňa parnú turbínu spojenú s elektrickým generátorom. Voda vychádzajúca zo separátora je odvádzaná do riek, alebo vrátená cez reinjektážny vrt späť do podzemia.
Spôsob výroby elektrickej energie v geotermálnej elektrárni s horúcou vodou - geotermálna voda s vysokým tlakom a teplotou sa v expandéri premení na mokrú paru, ktorá poháňa parnú turbínu s generátorom, s binárnym cyklom - geotermálna voda s teplotou nad cca 130 °C vo výmenníku zohreje kvapalinu s nízkym bodom varu (čpavok, izobután), ktorej para poháňa expanznú turbínu spojenú s elektrickým generátorom.
Schéma geotermálnej elektrárne je prevzatá z: http://www.seas.sk/encyklopedia/elektrina-sposob-vyroby/geotermalna-elektraren/.
Biomasa • hmota zámerne pestovaná na energetické účely, • drevo, rýchlorastúce dreviny, vodné rastliny, • odpady z priemyslu, poľnohospodárstva a domácnosti. Premena biomasy na energiu prebieha dvoma základnými spôsobmi: - premenou termochemickou a biochemickou.
Termochemické procesy • 1. Priame spaľovanie • 2. Pyrolýza • 3. Splyňovanie
Termochemické procesy 1. Priame spaľovanie • už od nepamäti primitívne spaľovanie • neskoršie zdokonalene a podobné spaľovaniu fosílnych palív (upravené drevo ako polená, štiepky, brikety, peliety alebo ako slama, vylisovaný olej)
Termochemické procesy 2. Pyrolýza • biomasa zohrieva sa bez prístupu vzduchu a uvoľňuje sa zmes horľavých plynov alebo kvapalín. Vzniká napr. drevené uhlie, ktoré má väčšiu výhrevnosť ako vstupné palivo.
Termochemické procesy 3. Splyňovanie • splyňovanie biomasy prebieha pri obmedzenom prístupe vzduchu pri procese nedokonalého horenia. Vznikajú horľavé plyny zložené z metánu, oxidu uhoľnatého a vodíka. Tento „drevoplyn“ sa priamo spaľuje alebo používa ako palivo pre pohon motorov.
Biochemické procesy • 1. Fermentácia • 2. Anaeróbne vyhnívanie
Biochemické procesy 1. Fermentácia • kvasenie enzýmami (alkoholové kvasenie) rastlín s obsahom cukru a škrobu ako napr. obilie, cukrová repa, cukrová trstina, zemiaky, kukurica, ovocie enzým - spôsobuje alebo urýchľuje biochemické procesy premena slnečného žiarenia na chemickú energiu prostredníctvom fotosyntézy. • výsledným produktom je etanol alebo metanol. Je to kvalitné palivo a môže sa použiť ako náhrada za benzín
Biochemické procesy 2. Anaeróbne vyhnívanie • metánové kvasenie ktorého produktom je bioplyn ako zmes metánu a oxidu uhličitého a ďalších plynov. anaeróbný - žijúci bez prístupu vzduchu alebo kyslíka • proces vyhnívania prebieha bez prístupu vzduchu vo vyhnívacích fermentoroch
Bioplyn • Bioplyn sa vyrába sa biologických odpadov (exkrementov hospodárskych zvierat) alebo mestských a priemyselných biologických odpadov. Energetický význam tejto produkcie el. energie je relatívne malý. Používa sa ako palivo napr. v kogeneračných jednotkách. Podstatne väčší je dnes však význam ekologický ako biologický spôsob zneškodňovania odpadkov. Nevýhoda je veľký obsah vody v surovom stave. • Bioplyn sa vyrába vo fermentoroch, čo sú rozmerné uzavreté železobetónové, smaltované alebo plástové nádrže. Pri fermentácii biologického odpadu dochádza pôsobením metánových baktérií ku kvaseniu a rozkladu mastných kyselín a alkoholov.
Bioplyn Konečným produktom fermentácie je • metán 55 - 65 % • oxid uhličitý 30 - 35 % (CO2) • vodík 1- 3% • sírovodík (H2S) • čpavok (NH3)
Bioplyn • Proces prebieha pri teplote 37 - 45 °C. Merná energia bioplynu je 20 - 26 MJ/m3 v závislosti na obsahu metánu. Vlastnosťami sa podobá na zemný plyn. Jedna dojnica produkuje kal na výrobu cca 1.7 m3 bioplynu denne. • Substrát, ktorý zostane po skončení fermentácie je hodnotným prirodzeným hnojivom. Obchodná cena tohoto hnojiva môže byť vyššia ako hodnota vyrobenej energie. (el. energia 1,05 a hnojivo 2,95 Sk.-) • Z 1m3 bioplynu sa vyrobí až 1,6 kWh el. energie a asi 3,5 tepelnej energie. Mohol by sa tiež po vyčistení a zrovnomernení obsahu metánu dodávať do plynárenskej siete. Prognóza u nás je pokrytie cca 15% spotreby plynu.
Bioplynové elektrárne Väčšinou bioelektrárne pracujú do rozvodnej siete, vyrábajú spravidla však menej energie ako je vlastná spotreba prevádzkovateľa (poľnohospodársky podnik), majú ale svoje nezastupiteľné miesto pri riešení zálohového napájania.
VÝROBA ELEKTRICKEJ ENERGIE Z BIOPLYNU Bioplynové elektrárne mávajú výkon rádovo 100 kW. Výrobné sústrojenstvo tvorí bioplynový motor a elektrický generátor. • bioplynový motor je obvykle vysokotlakový vznetový piestový motor, často upravovaný z vznetového naftového motora. Motor býva vybavený elektrickými ovládacími prvkami, reguláciou obrátok a signalizáciou. • elektrický generátor je väčšinou synchrónny s regulátorom napätia, činného a jalového výkonu. Má tiež ochrany proti preťaženiu a spätnú wattovú ochranu, meracie, fázovacie a registračné prístroje. Miesto synchrónneho sa môže použiť aj asynchrónny generátor, ktorý je jednoduchší a lacnejší. Elektrická výzbroj sa zjednoduší o fázovacie a ochranné prístroje.
ENERGETICKÁ BILANCIA 31 % 31 % 21 % 10 % 7%
BIOPLYNOVÁ ELEKTRÁREŇ
elektrická energia chladiaca voda výfukové plyny nevyužitá energia spalín vyžarovanie a iné straty
T1 Vykurovací okruh X
X
Bioplyn Generátor
Bioplynový motor
Výmenník spaliny-voda X
Výmenník voda-voda T2 Vratná voda
X
