W10A-Bud-III-NST-Lato-2013-po-3, PWR, Fizyka budowli wykład nowak
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
9. Odnawialne Ņródła energii (OZE) Podział noĻników energii Energiħ, jej noĻniki i Ņródła klasyfikowaę moŇna stosujĢc róŇne kryteria klasyfikacji. Z punktu widzenia stopnia przetworzenia rozróŇniamy: • pierwotne noĻniki energii ( energiħ pierwotnĢ ) - wystħpujĢce w przyrodzie w sposób naturalny w postaci kopalin ( wħgiel kamienny, wħgiel brunatny, ropa naftowa, gaz ziemny ) oraz takie formy energii jak energia rzek, energia słoneczna, energia wiatru oraz energia biomasy, energia geotermalna . • wtórne (pochodne) noĻniki czyli przetworzone przez człowieka noĻniki energii pierwotnej np.: energia elektryczna, ciepło, koks, benzyna, olej napħdowy. ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Wykład 10A – ”Fizyka Budowli”, Wydział Budownictwa LĢdowego i Wodnego Politechniki Wrocławskiej, studia NST, rok III, rok akademicki 2012/2013. ProwadzĢcy: dr hab. inŇ. Henryk Nowak, prof. PWr. 1 Ze wzglħdu na wyczerpywalnoĻę noĻniki energii dzielimy na: • odnawialne - czyli takie, które regenerujĢ siħ wystarczajĢco szybko i których zasoby praktycznie nie wyczerpujĢ siħ, bowiem nieustannie ich zasoby zostajĢ uzupełnione energiĢ padajĢcego słoıca. Do tej grupy noĻników zaliczamy energiħ słonecznĢ, energiħ wiatru, energiħ rzek, energiħ geotermalnĢ. • nieodnawialne - czyli takie, których zasoby sĢ ograniczone i które wyczerpujĢ siħ w miarħ eksploatacji. Do tej kategorii zaliczamy wszystkie paliwa kopalne : wszystkie energetyczne odmiany wħgla , ropħ naftowĢ, gaz ziemny oraz uranowe paliwo jĢdrowe . Ze wzglħdu na fizyczny stan skupienia noĻniki energii dzielimy na: • paliwa stałe (wħgiel kamienny, wħgiel brunatny, torf, drewno opalowe, koks), • paliwa ciekłe (benzyna, olej opałowy, olej napħdowy) paliwa gazowe (gaz ziemny oraz gazy sztucznie wytworzone przez człowieka takie jak: gaz koksowniczy, miejski, czadnicowy) • ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Wykład 10A – ”Fizyka Budowli”, Wydział Budownictwa LĢdowego i Wodnego Politechniki Wrocławskiej, studia NST, rok III, rok akademicki 2012/2013. ProwadzĢcy: dr hab. inŇ. Henryk Nowak, prof. PWr. 2 Odnawialne Ņródła energii (OZE) obejmujĢ energiħ: ¤ wody: Û rzecznej (przepływ, róŇnica poziomów), Û oceanicznej (pływy, fale morskie i prĢdy), ¤ wiatru (elektrownie wiatrowe), ¤ energiħ promieniowania słonecznego , Û przemiana fototermiczna (kolektory słoneczne), Û przemiana fotowoltaiczna (ogniwa fotowoltaiczne), Û przemiana fotochemiczna (fotosynteza roĻlin). ¤ niskotemperaturowĢ energiħ gruntu (pompy ciepła, gruntowe wymienniki ciepła) ¤ biomasy i biogazu , ¤ geotermalnĢ. Odnawialne Ņródła energii.ppt ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Wykład 10A – ”Fizyka Budowli”, Wydział Budownictwa LĢdowego i Wodnego Politechniki Wrocławskiej, studia NST, rok III, rok akademicki 2012/2013. ProwadzĢcy: dr hab. inŇ. Henryk Nowak, prof. PWr. 3 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Wykład 10A – ”Fizyka Budowli”, Wydział Budownictwa LĢdowego i Wodnego Politechniki Wrocławskiej, studia NST, rok III, rok akademicki 2012/2013. ProwadzĢcy: dr hab. inŇ. Henryk Nowak, prof. PWr. 4 Wykorzystanie energii promieniowania słonecznego Porównanie zasobów konwencjonalnych Ņródeł energii z iloĻciĢ energii słonecznej, która co roku dociera na Ziemiħ w postaci promieniowania. Tylko niewielka czħĻę (ok. 1%) energii słonecznej jest aktywnie wykorzystywana (głównie w fotosyntezie i energii wiatrowej). Reszta, czyli ponad 99% z 15 14 MWh energii, która pada corocznie na powierzchniħ Ziemi, siħ marnuje. Tymczasem Ļwiatowe zapotrzebowania na energiħ wynosi rocznie 93 9 MWh, czyli około 16 000 razy mniej niŇ iloĻę energii słonecznej, która dociera rocznie na powierzchniħ Ziemi. Zabudowanie zaledwie 3% powierzchni Sahary elektrowniami słonecznymi pozwoliłoby wyprodukowaę takĢ iloĻę energii, jaka wystarczyłaby do pokrycia zapotrzebowania na całym Ļwiecie. Przy obecnym bardzo wysokim poziomie zuŇycia energii jej konwencjonalne Ņródła takie jak ropa naftowa, wħgiel czy gaz zostanĢ wyczerpane w ciĢgu nastħpnych 40 lat. Z energii słonecznej moŇna korzystaę bez ograniczeı. Dlatego coraz wiħcej krajów stale zwiħksza jej udział w swym bilansie energetycznym. ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Wykład 10A – ”Fizyka Budowli”, Wydział Budownictwa LĢdowego i Wodnego Politechniki Wrocławskiej, studia NST, rok III, rok akademicki 2012/2013. ProwadzĢcy: dr hab. inŇ. Henryk Nowak, prof. PWr. 5 Sposoby konwersji energii promieniowania słonecznego: ¤ przemiana fototermiczna ( kolektory słoneczne ), ¤ przemiana fotowoltaiczna ( ogniwa fotowoltaiczne ), ¤ przemiana fotochemiczna (fotosynteza roĻlin). Roczne zasoby energii promieniowania słonecznego w Polsce (IMGW) ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Wykład 10A – ”Fizyka Budowli”, Wydział Budownictwa LĢdowego i Wodnego Politechniki Wrocławskiej, studia NST, rok III, rok akademicki 2012/2013. ProwadzĢcy: dr hab. inŇ. Henryk Nowak, prof. PWr. 6 Suma energii napromieniowania bezpoĻredniego, rozproszonego oraz odbitego padajĢca w okreĻlonej jednostce czasu to nasłonecznienie - H [W/m 2 ] . Kolejnym waŇnym kryterium warunków heliocentrycznych jest usłonecznienie [h] , czyli Ļrednia liczba godzin z bezpoĻredniĢ operacjĢ słoıca w ciĢgu roku. W naszych szerokoĻciach geograficznych i przy optymalnych warunkach pogodowych (bezchmurne niebo, Ļrodek dnia) wartoĻę energii całkowitego promieniowania słonecznego wynosi od 900 kWh/m 2 do 1200 kWh/m 2 na rok. Według normy przyjmuje siħ 1000 kWh/m 2 na rok ± 10%. WartoĻci nasłonecznienia w Polsce w godzinach 9-15 wynoszĢ od 600-800 [W/m 2 ]. W skali roku w Polsce moŇemy liczyę na usłonecznienie w przedziale od 1390 do 1900 godzin, w zaleŇnoĻci od regionu. ĺrednio przyjmuje siħ wartoĻę około 1600 godzin . ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Wykład 10A – ”Fizyka Budowli”, Wydział Budownictwa LĢdowego i Wodnego Politechniki Wrocławskiej, studia NST, rok III, rok akademicki 2012/2013. ProwadzĢcy: dr hab. inŇ. Henryk Nowak, prof. PWr. 7 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Wykład 10A – ”Fizyka Budowli”, Wydział Budownictwa LĢdowego i Wodnego Politechniki Wrocławskiej, studia NST, rok III, rok akademicki 2012/2013. ProwadzĢcy: dr hab. inŇ. Henryk Nowak, prof. PWr. 8 Kolektory słoneczne wykorzystujĢ ponad połowħ całkowitego promieniowania słonecznego docierajĢcego do powierzchni ziemi. PrzyjmujĢc wg. normy Ļrednie nasłonecznienie w Polsce na poziomie 1000 kWh/m 2 , kolektor uzyskuje do 600 kWh/m 2 . Budowa oraz materiały stosowane do produkcji kolektorów sĢ efektem kilkudziesiħciu lat badaı i ulepszeı od chwili, gdy zaczħto je stosowaę na masowĢ skalħ. Kolektorami słonecznymi jako urzĢdzeniami powszechnego uŇytku zaczħto siħ interesowaę na Ļwiecie w latach 70-tych minionego stulecia po kryzysie paliwowym spowodowanym przez organizacjħ OPEC. W Europie urzĢdzenia wykorzystujĢce energiħ słonecznĢ sĢ wykorzystywane z powodzeniem juŇ od wielu lat i majĢ coraz wiħkszy udział w bilansach energetycznych tych paıstw. Zwłaszcza we Hiszpanii, Włoszech i Grecji, a nawet w krajach skandynawskich. W Niemczech gdzie panujĢ podobne do Polskich warunki heliocentryczne rzĢd federalny intensywnie realizuje program miliona dachów pokrytych kolektorami, poprzez prosty system dopłat bezpoĻrednich do kaŇdego m 2 kolektora. ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Wykład 10A – ”Fizyka Budowli”, Wydział Budownictwa LĢdowego i Wodnego Politechniki Wrocławskiej, studia NST, rok III, rok akademicki 2012/2013. ProwadzĢcy: dr hab. inŇ. Henryk Nowak, prof. PWr. 9 Budowa kolektora słonecznego NajwaŇniejszym elementem kolektora słonecznego jest absorber czyli powłoka absorbujĢca energiħ słonecznĢ. Od jej stopnia absorpcji i współczynnika emisji zaleŇy w duŇym stopniu sprawnoĻę całego kolektora. NajczħĻciej absorber to cienka, miedziana blacha pokryta warstwĢ z czarnego chromu lub tlenku tytanu. Bardzo waŇna jest równieŇ szyba ze szkła solarnego i hartowanego o niskiej zawartoĻci tlenków Ňelaza Fe 2 O 3 i przez to wysokiej przepuszczalnoĻci promieni słonecznych. Aby ograniczyę straty ciepła kolektor izolowany jest niepalnĢ wełnĢ mineralnĢ pod absorberem oraz na jego bokach . CałoĻę zamkniħta jest w obudowie z lakierowanej blachy aluminiowej w której wywiercone sĢ otwory odpowietrzajĢce i otwory na rury miedziane absorbera. ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Wykład 10A – ”Fizyka Budowli”, Wydział Budownictwa LĢdowego i Wodnego Politechniki Wrocławskiej, studia NST, rok III, rok akademicki 2012/2013. ProwadzĢcy: dr hab. inŇ. Henryk Nowak, prof. PWr. 10 1. PrzeŅroczysta pokrywa – wykonana z hartowanego szkła o niskiej zawartoĻci tlenku Ňelaza, które charakteryzuje siħ wysokĢ przepuszczalnoĻciĢ promieni słonecznych. 2. Absorber – główny element kolektora słonecznego. Powinien byę wykonany z metalu dobrze przewodzĢcego ciepło. NajczħĻciej jest to miedŅ. Metal ten jest pokryty substancjami, które zwiħkszajĢ absorpcjħ ciepła. Do płyty absorbera przylutowane sĢ rurki, przez które przepływa ciecz robocza. 3. Izolacja i obudowa – aby kolektory słoneczne nie oddawały ciepła do otoczenia, musi byę izolowany. CałoĻę mieĻci siħ w obudowie kolektora (najczħĻciej aluminiowej), która powinna byę szczelna. ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Wykład 10A – ”Fizyka Budowli”, Wydział Budownictwa LĢdowego i Wodnego Politechniki Wrocławskiej, studia NST, rok III, rok akademicki 2012/2013. ProwadzĢcy: dr hab. inŇ. Henryk Nowak, prof. PWr. 11 Przekrój i widok ogólny kolektora ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Wykład 10A – ”Fizyka Budowli”, Wydział Budownictwa LĢdowego i Wodnego Politechniki Wrocławskiej, studia NST, rok III, rok akademicki 2012/2013. ProwadzĢcy: dr hab. inŇ. Henryk Nowak, prof. PWr. 12 Kolektory słoneczne moŇna instalowaę wszħdzie, w dowolnej konfiguracji. MogĢ byę instalowane zarówno na dachu, jak i na ziemi – na stojaku. Aby jednak otrzymaę najlepsze efekty, warto przestrzegaę nastħpujĢcych wskazówek : 1. Kolektory słoneczne powinny byę zwrócone stronĢ szklanĢ na południe. 2. Kolektory słoneczne powinny byę pochylone o około 45 stopni wzglħdem poziomu – jest to kĢt idealny przy wykorzystywaniu kolektora słonecznego od lutego do listopada (dla naszej szerokoĻci geograficznej). 3. JeŇeli kolektory słoneczne majĢ byę uŇywane tylko w miesiĢcach letnich (np. do ogrzewania wody w basenie lub w domku letniskowym), naleŇy je zainstalowaę pod kĢtem 30 stopni. 4. Kolektory słoneczne naleŇy instalowaę w miejscu, które nie jest zacienione przez drzewa, krzaki itp. ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Wykład 10A – ”Fizyka Budowli”, Wydział Budownictwa LĢdowego i Wodnego Politechniki Wrocławskiej, studia NST, rok III, rok akademicki 2012/2013. ProwadzĢcy: dr hab. inŇ. Henryk Nowak, prof. PWr. 13 Absorber odbiera najwiħkszĢ iloĻę energii, gdy płaszczyzna kolektora ustawiona jest prostopadle do promieni słonecznych. W Polsce optymalny kĢt pochylenia mieĻci siħ w granicach 30 – 45 o (dla całego roku optymalny kĢt 36,7 o ). ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Wykład 10A – ”Fizyka Budowli”, Wydział Budownictwa LĢdowego i Wodnego Politechniki Wrocławskiej, studia NST, rok III, rok akademicki 2012/2013. ProwadzĢcy: dr hab. inŇ. Henryk Nowak, prof. PWr. 14 Zastosowanie kolektorów do podgrzewania: • wody uŇytkowej w domach mieszkalnych, kampingowych, letniskowych, w obiektach sportowych, • wody w budynkach inwentarskich i paszarniach, • wody w zbiornikach wodnych hodowli ryb, • wody przeznaczonej do podlewania roĻlin w produkcji ogrodniczej pod osłonami, • wody w basenach kĢpielowych otwartych i krytych, • wody technologicznej w małych zakładach przetwórstwa rolno-spoŇywczego. ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Wykład 10A – ”Fizyka Budowli”, Wydział Budownictwa LĢdowego i Wodnego Politechniki Wrocławskiej, studia NST, rok III, rok akademicki 2012/2013. ProwadzĢcy: dr hab. inŇ. Henryk Nowak, prof. PWr. 15 [ Pobierz całość w formacie PDF ] |