Książka przeznaczona jest dla uczniów szkól ponadgimnazjalnych, oraz osób zainteresowanych zagadnieniami praktycznego wykorzystania odnawialnych źródeł energii. Na podstawie spisu treści można zapoznać się z omawianymi zagadnieniami .

Podręcznik został napisany zgodnie z wymogami programu nauczania 311[08]/SP/2001.06.12 (którego jestem współautorem) oraz Dyrektywą Parlamentu Europejskiego i Rady Europy w sprawie promowania stosowania energii ze źródeł odnawialnych z dnia 23.04.2009.

Podręcznik otrzymał pozytywne recenzje kadry naukowej. Cieszy się dużą popularnością wśród osób zainteresowanych tą tematyką w Krakowie. Zamierzeniem moim jest, aby książkę tą spopularyzować w całym kraju. 

Racjonalne wykorzystanie energii ze źródeł odnawialnych tj. energii rzek, wiatru, promieniowania słonecznego, energii geotermalnej lub biomasy, jest jednym z istotnych komponentów zrównoważonego rozwoju przynoszącym wymierne efekty ekologiczno-energetyczne. Wzrost udziału odnawialnych źródeł energii w bilansie paliwowo-energetycznym świata przyczynia się do poprawy efektywności wykorzystania i oszczędzania zasobów surowców energetycznych, poprawy stanu środowiska, poprzez redukcję zanieczyszczeń do atmosfery i wód oraz redukcję ilości wytwarzanych odpadów. W związku z tym wspieranie rozwoju tych źródeł staje się coraz poważniejszym wyzwaniem dla niemal wszystkich państw świata. Znaczny wzrost zainteresowania odnawialnymi źródłami energii nastąpił w latach dziewięćdziesiątych, szacuje się, że od roku 1990 światowe wykorzystanie energii promieniowania słonecznego wzrosło około dwukrotnie, a energii wiatru około czterokrotnie. W najbliższych latach należy się spodziewać dalszego rozwoju odnawialnych źródeł energii. Wynika to z korzyści, jakie przynosi ich wykorzystanie zarówno dla lokalnych społeczności (zwiększenie poziomu bezpieczeństwa energetycznego, stworzenie nowych miejsc pracy, promowanie rozwoju regionalnego), jak również korzyści ekologicznych – przede wszystkim ograniczenia emisji dwutlenku węgla. Konieczności realizacji zobowiązań międzynarodowych, wynikających z Ramowej Konwencji Narodów Zjednoczonych w sprawie zmian klimatu oraz podpisanego w Kioto Protokołu do tej konwencji odnośnie redukcji dwutlenku węgla, stwarza dużą szansę dla rozwoju odnawialnych źródeł energii. Zobowiązania te potwierdzili i rozszerzyli przywódcy państw UE w Brukseli w lutym 2007.

Odnawialne źródła energii mogą stanowić istotny udział w bilansie energetycznym poszczególnych gmin, czy nawet województw naszego kraju. Mogą przyczynić się do zwiększenia bezpieczeństwa energetycznego regionu, a zwłaszcza do poprawy zaopatrzenia w energię na terenach o słabo rozwiniętej infrastrukturze energetycznej. Potencjalnie największym odbiorcą energii ze źródeł odnawialnych może być rolnictwo, a także mieszkalnictwo i komunikacja. Szczególnie dla regionów dotkniętych bezrobociem, odnawialne źródła energii stwarzają nowe możliwości w zakresie powstawania nowych miejsc pracy. Natomiast tereny rolnicze, które z uwagi na silne zanieczyszczenie gleb nie nadają się do uprawy roślin jadalnych, mogą być wykorzystane do uprawy roślin przeznaczonych do produkcji biopaliw. Istnieje niemal powszechna zgoda, że rozwój energetyki opartej na źródłach odnawialnych może przyczynić się do rozwiązania wielu problemów ekologicznych stwarzanych przez energetykę konwencjonalną – również w przypadku Polski.

Wzrost zapotrzebowania na energię, spowodowany szybkim rozwojem gospodarczym, ograniczona ilość zasobów kopalnych, a także nadmierne zanieczyszczenie środowiska spowodowały w ostatnich latach duże zainteresowanie odnawialnymi źródłami energii. Udział UE do roku 2020 wynosić będzie ok. 20 % ( w Polsce do 2020 roku 15%). Wielkość ta wynika zarówno z rozwoju nowych technologii wykorzystujących odnawialne źródła energii jak również z faktu, że instalacje te finansowane są z funduszy unijnych. Wspieranie rozwoju odnawialnych źródeł energii stało się ważnym celem polityki Unii Europejskiej. Wyrazem tego stała się opublikowana w 2007 roku strategia rozwoju odnawialnych źródeł energii w krajach Unii Europejskiej, która została uznana za podstawę działań na poziomie unijnym. W 2007 roku udział energii ze źródeł odnawialnych w zaspokojeniu zapotrzebowania Unii Europejskiej na energię pierwotną wynosił ok. 7 %. Niemcy z 19 % udziałem energiic z OŹE (za rok 2007) w całym bilansie energetycznym są krajem przodującym wśród krajów UE. Duże różnice w wykorzystaniu energii odnawialnej w poszczególnych państwach europejskich wynikają przede wszystkim z możliwości wykorzystania energii wodnej w krajach górzystych (np. w Szwecji, Austrii energia produkowana z energii wodnej stanowi w w/w krajach ok.90 proc. Wykorzystania źródeł odnawialnych).

Spis treści

1. Wykaz wybranych oznaczeń, wielkości i ich jednostek

2. Przedmowa

3. Wprowadzenie

4. Stan obecny i perspektywy rozwoju odnawialnych źródeł energii na świecie i w

5. Perspektywy inwestycyjne w OŹE na świecie

6. Rodzaje i zakres wykorzystania OŹE w Polsce

   1. Biomasa

   2. Energetyka wodna

   3. Energetyka geotermalna

   4. Energetyka wiatrowa

   5. Energetyka słoneczna

7. Rodzaj, ilość i moc instalacji wytwarzających energię elektryczną z OŹE z podziałem na województwa

8. Prognozy

9. Cel strategiczny dla Polski

10. Finansowanie przedsięwzięć z zakresu odnawialnych źródeł energii

11. Świadectwa pochodzenia

12. Podsumowanie

13. Wnioski

Rozdział I Energia słoneczna

1. Sposoby produkcji energii elektrycznej z wykorzystaniem energii słonecznej

2. Światowy rozwój fotoogniw i kolektorów słonecznych

   1. Kolektory słoneczne

3. Fotoogniwa

   1. Wiadomości wstępne z optoelektroniki

   2. Zasada działania, budowa fotoogniw

   3. Analiza pracy fotoogniwa

   4. Wyniki pomiarów

4. Najnowsze rozwiązania technologiczne w budowie fotoogniw

   1. Technologie cienkowarstwowe

   2. Fotoogniwa z soczewkami Fresnela

   3. Fotoogniwa na bazie polimeru z miedzanymi antenkami spralnymi

   4. Przykłady zastosowana fotoogniw

5. Rozwiązania konstrukcyjne baterii słonecznych (fotomodułów płaskich)

   1. Baterie słoneczne Shell serii S

   2. Baterie słoneczne Shell serii PowerMax

6. Baterie słoneczne wykonane w formie modułów okrągłych

7. Parametry fotomodułów oraz ceny firmy Solaris

8. Parametry osprzętu dodatkowego

   1. Regulatory ładowania

   2. Przetwornice napięcia (przemienniki częstotliwości)

9. Dobór i montaż baterii słonecznych

10. Wybrane układy połączeń fotoogniw

11. Obliczenia dotyczące doboru baterii fotoogniw do zasilania domu jednorodzinnego

12. Wykorzystywanie energii elektrycznej z fotoogniw do elektrolizy wody

13. Ogniwa paliwowe (fuel cells)

14. Wyniki pomiarów uzyskane w laboratorium OŹE w ZSE nr

15. Otrzymywanie wodoru

16. Kolektory słoneczne

    1. Budowa kolektorów płaskich

    2. Kolektor płaski próżniowy

    3. Budowa próżniowych rurowych kolektorów słonecznych

    4. Ogólna charakterystyka kolektorów próżniowych

17. Kolektory słoneczne skupiające

    1. Refleksowo-próżniowy kolektor słoneczny podążający za słońcem

18. Słoneczne instalacje grzewcze

    1. Bezpośrednie

    2. Pośrednie

    3. Parametry techniczne instalacji solarnej do ogrzewania c.w.u

    4. Instalacja solarna dla ciepłej wody użytkowej i wspomagania ogrzewania budynku

    5. Przykładowe schematy systemów grzewczych z kolektorami słonecznymi

    6. Schematy i zasady działania systemów grzewczych firmy InsBud
       

    7. Instalacje solarne firmy Hewalex

19. Typowe elementy słonecznej instalacji grzewczej

    1. Zbiornik na wodę – charakterystyka ogólna

    2. Zbiorniki instalacji solarnej

    3. Pompka i panel sterujący PER

    4. Pompa i panel sterujący GECO

    5. Regulatory Frisko SR24-SOLMAX, SOREL TDC2, zasilacz UPS

    6. Regulatory SOREL TDC2

    7. Zasilacz bezprzerwowy, zasilacz awaryjny, zasilacz UPS

    8. Wyposażenie dodatkowe instalacji solarnej

    9. Czujnik temperatury

    10. Wymiennik basenowy

    11. Grzałka elektryczna

    12. Uchwyty dachowe kolektora i konstrukcje wolnostojące

    13. Oblachowanie kolektorów

    14. Naczynie wyrównawcze – naczynie przeponowe

    15. Montaż i instalacja kolektorów

    16. Przykłady montażu kolektorów słonecznych

    17. Dobór wielkości instalacji

    18. Dobór wielkości kolektora

    19. Dobór wielkości zasobnika

    20. Lokalizacja zasobników wody użytkowej i zbiorników akumulacyjnych

    21. Wykonanie instalacji rurowej

    22. Przykład doboru układu solarnego do wspomagania c.w.u.: wg firmy InsBud

    23. Przykład doboru układu solarnego dla wspomagania c.w.u. i c.o

20. Efektywność pracy kolektorów słonecznych

21. Napełnianie instalacji

22. Przykładowe ceny zestawów solarnych

23. Instalacje wielkogabarytowe

24. Badania z wykorzystaniem energii słonecznej w laboratorium OŹE w ZSE nr 1

25. Analiza badań instalacji solarnych w laboratorium OŹE w ZSE nr 1 w Krakowie

    1. Wybrane wyniki badań

26. Symulacyjne programy komputerowe

    1. Bilans energetyczny wydajności instalacji solarnej wg firmy Sonnenkraft

    2. Obliczenia dotyczące oszczędności wynikające z montażu kolektorów słonecznych
       

27. Informacje techniczne i zasady BHP obowiązujące przy montażu kolektorów płaskich

    1. Informacje ogólne

    2. Odpowietrzanie solarnego obwodu pierwotnego

    3. Prowadzenie rur solarnego obwodu pierwotnego

    4. Montaż kolektora

    5. Napełnianie solarnego obwodu pierwotnego płynem solarnym.

    6. Przepisy bezpieczeństwa

    7. Ochrona przeciwporażeniowa

    8. Ochrona przeciwpożarowa

    9. Bezpieczeństwo wykonywania prac przy urządzeniach elektrycznych

    10. Elektryczne okablowanie urządzenia

    11. Zabezpieczenie przed uderzeniem pioruna i wyrównywaniem potencjałów

    12. Uruchomienie

    13. Wyłączanie/zatrzymanie

    14. Eksploatacja instalacji solarnej do celów wspomagania ogrzewania budynku

    15. Gwarancja i konserwacja (przeglądy)

    16. Warunki gwarancji

28. Instrukcja montażu kolektorów rurowych próżniowych wg firmy Eco Schubert

    1. Instrukcja

    2. Ogólne przepisy bezpieczeństwa

    3. Wysokie temperatury

    4. Elementy metalowe

    5. Szklane rurki próżniowe

    6. Wyłączenia odpowiedzialności

    7. Umiejscowienie kolektora - informacje ogólne

    8. Montaż kolektorów

    9. Montaż kolektorów na dachu spadzistym

    10. Hydraulika

29. Treść przykładowej dokumentacji projektowej instalacji solarnej

30. Podsumowanie

31. Pytania i zadania kontrolne dotyczące wykorzystania energii słonecznej

Rozdział II Energia geotermalna

1. Wstęp

   1. Zasoby geotermalne

   2. Źródła energii geotermalnej

   3. Gejzery, jako źródła energii geotermalnej

   4. Gorące suche skały – kolejne źródło energii geotermalnej

   5. Parametry termodynamiczne wód geotermalnych

   6. Sposoby wykorzystania energii geotermalnej
      

   7. Dobrodziejstwa płynące z wykorzystania energii geotermalnej

   8. Zagrożenia wynikające z wykorzystania energii geotermalnej

2. Energia geotermalna na świecie

   1. Bezpośrednie zastosowania energii geotermalnej

   2. Bezpośrednie sposoby wykorzystania energii geotermalnej w Polsce

3. Elektrociepłownie geotermalne

   1. Wykorzystanie energii geotermalnej w elektrociepłowniach

4. Wielkość i rozmieszczenie zasobów wód geotermalnych w Polsce

   1. Prowincje i okręgi posiadające wody geotermalne

   2. Charakterystyka złóż geotermalnych Polsce

5. Przykładowe instalacje geotermalne w Polsce

   1. Funkcjonujące ciepłownie geotermalne

   2. Zakład w Mszczonowie

   3. Ciepłownia w Pyrzycach

   4. Geotermia na Podhalu

   5. Pierwszy zakład geotermalny w Polsce

   6. Schemat zagospodarowania wód geotermalnych w Bańskiej Niżnej

   7. Kaskadowy system wykorzystania energii geotermalnej

   8. Geotermia Uniejów

   9. System wykorzystania niskotemperaturowej wody geotermalnej w mieście Słomniki

   10. Ciepłownia geotermalna w Stargardzie Szczecińskim
   11. Plan wykorzystania energii geotermalnej w Polsce w latach 1995-2010
       

6. Wnioski

7. Pompy ciepła

   1. Informacje ogólne dotyczące pomp ciepła

   2. Budowa, zasada działania pompy ciepła

   3. Ogólne warunki instalacji pomp ciepła

8. Dobór pompy ciepła (WP) dla c.o. (systemu grzewczego)

   1. Określenie OZC – dokładne

   2. Określenie OZC – w przybliżeniu

   3. Przybliżony OZC wg wskaźników

   4. Określenie systemu pracy układu grzewczego

   5. System monowalentny

   6. System biwalentny – alternatywny

   7. System biwalentny – równoległy monoenergetyczny

   8. System biwalentny – częściowo-równoległy

   9. System grzewczy z pompą ciepła

9. Instalacje dolnego źródła ciepła WQA

   1. Systemy powietrzne

   2. Systemy gruntowe poziome (solanka/woda)

   3. Kolektory gruntowe pionowe

   4. Wody gruntowe

10. Górne źródło ciepła

11. Wybrane przykłady urządzeń do instalacji pomp ciepła

    1. Dolne źródło ciepła – grunt

    2. Pompy ciepła glikol – woda firmy Vatra

    3. Pompa ciepła z bezpośrednim odparowaniem firmy FONKO.

    4. Dolne źródło ciepła – powietrze zewnętrzne

    5. Wybrane wyniki badań pompy ciepła powietrze-woda firmy FONKO

    6. Pompy ciepła na powietrze wentylacyjne

12. Aspekty ekonomiczne zastosowania pomp ciepła

13. Wizualizacja pracy instalacji z pompą ciepła

14. Absorpcyjne pompy ciepła

    1. Zasada działania

    2. Współpraca pompy ciepła z instalacją solarną, chłodzenie przez grzanie

15. Wady i zalety pomp ciepła

16. Podsumowanie zagadnień związanych z pompami ciepła

17. Pytania i zadania kontrolne dotyczące wykorzystania energii geotermalnej

Rozdział III Energia wiatru

1. Wstęp

2. Wiatr i jego zasoby energetyczne

   1. Wpływ czynników środowiskowych

   2. Róża wiatrów

   3. Zasoby

   4. Szorstkość terenu

3. Podstawa działania elektrowni wiatrowej

   1. Podstawowe informacje o krzywej mocy

   2. Parametry pracy siłowni wiatrowych

   3. Silniki wiatrowe

   4. Lokalne oddziaływanie energetyki wiatrowej

4. Budowa elektrowni wiatrowej

   1. Metody regulacji mocy oddawanej przez elektrownie wiatrowe

   2. Generatory

   3. Krótka charakterystyka nowych konstrukcji

5. Elektrownie wiatrowe na świecie

6. Etapy realizacji inwestycji budowy elektrowni wiatrowej

   1. Faza wstępna

   2. Faza zbierania danych szczegółowych

   3. Faza ekonomiczna

   4. Faza realizacji inwestycji i opracowania projektu techniczno-finansowego inwestycji

   5. Ceny używanych siłowni wiatrowych

7. Rozmieszczenie elektrowni pracujących w Polsce

   1. Przeznaczenie pojedynczej elektrowni wiatrowej

8. Optymalizacja warunków pracy silnika wiatrowego

9. Systemy sterowania w elektrowni wiatrowej firmy Vestas

   1. Sterowniki

   2. Zdalne sterowanie

   3. Sterowanie w MEW

10. Małe elektrownie wiatrowe – charakterystyka

    1. Przedsiębiorstwo Dr Ząber

    2. Turbina wiatrowa o mocy 1,5 kW firmy Eco Schubert

11. Wybrane wyniki badań elektrowni wiatrowej ECO-H-1,5kW

12. Małe elektrownie wiatrowe z pionową osią obrotu

13. Programy do symulacji pracy elektrowni wiatrowych

14. Podsumowanie

15. Pytania i zadania kontrolne dotyczące wykorzystania energii wiatru

Rozdział IV Energia wody

1. Wstęp
2. Parametry elektrowni wodnych
3. Rozwiązania elektrowni wodnych

1. Budowle hydrotechniczne, elementy elektrowni wodnych, urządzenia mechaniczne
2. Elektrownie Zbiornikowe i przepływowe
3. Wybrane przykłady
   

4. Mała energetyka wodna
5. Zasada działania i budowa turbin wodnych

1. Rozwiązania współczesne z turbinami Francisa
2. Współczesne rozwiązania z turbinami Kaplana
3. Rozwiązania z turbinami Peltona
   

6. Prądnice elektryczne

1. Budowa zasada działania prądnic asynchronicznych (indukcyjnych)
2. Prądnice synchroniczne (hydrogeneratory)
   

7. Regulatory turbin wodnych

1. Elektrohydrauliczny regulator prędkości obrotowej turbiny lub jej mocy

8. Procesy ruchowe w MEW
9. Automatyzacja procesów ruchowych MEW

1. Układ sterowania łopatek turbiny (USW)
2. Automatyczny regulator prędkości kątowej turbiny (ART)
3. Układ sterowania aparatu kierowniczego turbiny (USK)
4. Układ automatycznej regulacji napięcia prądnicy synchronicznej (ARN)
5. Automatyczny synchronizator prądnicy synchronicznej (ASG)
6. Układ automatycznego sterowania procesami rozruchowymi turbozespołu (USR)
7. Układ automatycznego sterowania procesami odstawiania turbozespołu (USO)
8. Układ automatycznej regulacji poziomu wody (ARP)
9. Auto operator (AOP)
10. Układ sterowania zamknięć wlotowych wody do turbiny
11. Układ programujący pracę szczytową MEW (UPP)
12. Sterowanie prądnicami asynchronicznymi
    

10. Sposoby przekazywania napędu z turbiny na prądnice

1. Bezpośrednie sprzęgnięcia wału z prądnicą
2. Przekazywanie napędu przez przekładnie
   
3. Przekładnie pasowe
4. Przekładnie zębate
   

11. Pomocnicze wyposażenie mechaniczne

1. Kraty na ujęciach wody i czyszczenie
2. zamknięcie dopływu wody do turbin
3. wyposażenia budynków elektrowni w dźwignice
   

12. System pracy MEW

1. Zabezpieczenia urządzeń elektroenergetycznych
2. Zabezpieczenia prądnic asynchronicznych o mocy do 250 kVA
3. Zabezpieczenia bloków, prądnica asynchroniczna -transformator do 250 kVA
4. Zabezpieczenia turbozespołów
5. Ochrona przeciwporażeniowa
6. Ochrona od przepięć oraz instalacje piorunochronne
7. Ochrona przeciwpożarowa
8. Bezpieczeństwo wykonywania prac przy urządzeniach elektrycznych
9. Udzielanie pierwszej pomocy osobom porażonym prądem elektrycznym
10. Sygnalizacja zakłóceń pracy
11. Pomiary
12. Potrzeby własne elektrowni
13. Uziomy
    

13. Wybrane elementy dokumentacji małej elektrowni wodnej Zakopane-Olcza

1. Opis techniczny, charakterystyka elektrowni
   

14. Etapy realizacji inwestycji budowy elektrowni wodnych
15. Podsumowanie
16. Pytania i zadania kontrolne dotyczące wykorzystania energii wody

Rozdział V Energia biomasy

1. Pojęcie biomasy

2. Drewno, jako biopaliwo

   1. Wierzba energetyczna

   2. Gazyfikacja biomasy

   3. Kotły do spalania drewna

   4. Przykładowe rozwiązanie konstrukcyjne kotła do spalania drewna

   5. Kotły małej mocy

   6. Piec MS

   7. Kotły dużej mocy

   8. Budowa kotłów zgazowujących drewno

3. Piece kominkowe

   1. Kominek z płaszczem wodnym

   2. Kominek firmy Makroterm

   3. Ciepła woda z kominka UNI

   4. Piece kominkowe firmy Verner

   5. Awaryjne zasilanie pompy

   6. Wytyczne przed montażem turbokominka wg firmy Makroterm

4. Słoma, jako biopaliwo

   1. Kotły małej mocy na słomę

   2. Kotłownie dużej mocy

   3. Peletowanie słomy

   4. Maszyny do produkcji brykietów ze słomy

   5. Wnioski

5. Osady ściekowe (analog torfu) i kotły na osady ściekowe

6. Biogaz

   1. Biogazownie rolnicze

   2. Charakterystyka pierwszej biogazowni rolniczej działającej w Polsce

7. Biogaz z oczyszczalni ścieków

   1. Gospodarka energią elektryczną i ciepłem oczyszczalni ścieków „Kujawy” w Krakowie

   2. Opis działania oczyszczalni

   3. Wytwarzanie biogazu

   4. Generatory zasilane biogazem

8. Biogaz wysypiskowy z odpadów

   1. Elektrownia biogazowa – wysypisko Gdańsk – Szadółki

   2. Koncepcja

   3. Wykonanie

9. Skojarzone wytwarzanie energii elektrycznej i ciepła w oparciu o agregaty CHP

   1. Geneza

   2. Zasada działania

   3. Dobór agregatu

   4. Wynik ekonomiczny

   5. Świadectwa pochodzenia dla CHP

   6. Finansowanie

   7. Turbiny gazowe Capston

10. Wzbogacanie i oczyszczanie biogazu

    1. Odsiarczanie biogazu – technologia

11. Główne zalety wykorzystania biogazu

12. Problemy wynikające z produkcji biogazu

13. Bioetanol

14. Biodiesel

15. Współspalanie biomasy i paliw kopalnych

16. Elektrownie wykorzystujące do spalania biomasę

17. Efekty ekonomiczne stosowania biomasy w energetyce

18. Możliwości produkcji energii z biomasy

19. Podsumowanie

20. Pytania i zadania kontrolne dotyczące wykorzystania energii biomasy

21. „Klastry” – szansą rozwoju firm z branży OŹE

22. Zestawienie firm z branży OŹE w Polsce

23. Wpływ wykorzystania OŹE na środowisko
    

Rozdział VI Suplement

1. Projekt edukacyjny

2. Wyposażenie laboratorium w urządzenia z zakresu OŹE ZSE nr 1 w Krakowie

   1. Fotomoduły

   2. Instalacje Solarne

   3. Turbokominek

   4. Pompy ciepła

   5. Ogniwo wodorowe

   6. Mała elektrownia wiatrowa z poziomą osią obrotu

   7. Mała elektrownia wiatrowa z pionową osią obrotu
      

   8. Wyposażenie dodatkowe

   9. Materiały szkoleniowe

3. Zdjęcia przedstawiające wyposażenie laboratorium