Urządzenia i systemy energetyki odnawialnej w. 2020 ostatni egzamplar, z defektem okładki

Urządzenia i systemy energetyki odnawialnej

rok wydania: 2020, 2021 wydania XII-XIV nie ma różnic w treści między wydaniami, są to dodruki (najnowsze wydanie XV, 2022)
format: B5
ISBN: 978-83-8111-205-5
oprawa: miękka

Opis

Książka przeznaczona jest dla uczniów szkół ponadgimnazjalnych, studentów kierunków związanych z ochroną środowiska oraz osób zainteresowanych tematyką odnawialnych źródeł energii.

Ministerstwo Edukacji Narodowej w podstawach programowych (311930) zaproponowało możliwość kształcenia w zawodzie technik urządzeń i systemów energetyki odnawialnej. Brak na rynku wydawniczym podręcznika, który spełnił by wymogi merytoryczne zawarte w podstawach programowych, skłonił mnie do napisania książki, którą oddaję do rąk Państwa. Starałem się w niej w sposób kompleksowy przedstawić zagadnienia związane z wykorzystaniem energii słonecznej, geotermalnej, wodnej, wiatrowej, biomasy i powietrza. Publikacja ta może być przydatna również szerokiemu gronu odbiorców, zainteresowanych praktycznym wykorzystaniem energii odnawialnej

Informacje zamieszczone w książce, służą jedynie do celów edukacyjnych i nie mogą być podstawą do wykorzystania w konkretnych instalacjach OŹE.

Spis treści
Od Autora / 17
1. Wykaz wybranych oznaczeń, wielkości i ich jednostek / 19
2. Przedmowa / 22
3. Wprowadzenie / 25
4. Sposób wytwarzania, podział i rodzaj energii otrzymywanej z OŹE / 27
5. Stan obecny i perspektywy rozwoju odnawialnych źródeł energii na świecie i w UE / 28
6. Perspektywy inwestycyjne w OŹE na świecie / 30
7. Rodzaje i zakres wykorzystania OŹE w Polsce / 31
7.1. Biomasa / 33
7.1.1. Drewno / 33
7.1.2. Słoma / 34
7.1.3. Gaz z czynnych składowisk odpadów / 34
7.1.4. Gaz z fermentacji osadów i ścieków / 35
7.1.5. Biogaz z biogazowni rolniczych / 35
7.1.6. Biopaliwa / 36
7.2. Energetyka wodna / 36
7.3. Energetyka geotermalna / 37
7.4. Energetyka wiatrowa / 38
7.5. Energetyka słoneczna / 38
8. Rodzaj, ilość i moc instalacji wytwarzających energię elektryczną z OŹE z podziałem na województwa / 39
9. Prognozy dotyczące wykorzystania OŹE w Polsce / 45
10. Cel strategiczny dla Polski w zakresie OŹE / 47
11. Finansowanie przedsięwzięć z zakresu odnawialnych źródeł energii / 48
11.1. Analiza i ocena średnich kosztów produkcji energii z wybranych instalacji OŹE wraz z analizą wrażliwości / 48
12. Świadectwa pochodzenia / 51
13. Warunki i tryb wydawania certyfikatów instalatorom mikroinstalacji i małych instalacji oraz akredytowania organizatorów szkoleń / 54
14. Podsumowanie / 60
15. Wnioski / 61

Rozdział I ENERGIA SŁONECZNA
1. Sposoby produkcji energii elektrycznej z wykorzystaniem energii słonecznej / 63
1.1. Metoda heliotermiczna / 64
1.2. Metoda helioelektryczna / 65

2. Rozwiązania przyszłościowe wykorzystania energii słonecznej / 67

3. Światowy rozwój fotoogniw / 67

4. Fotoogniwa / 70
4.1. Wiadomości wstępne z optoelektroniki / 70
4.2. Budowa i zasada działania ogniw krzemowych / 72
4.3. Podział ogniw PV / 73
4.4. Ogniwa z krzemu monolitycznego / 73
4.4.1. Budowa fotoogniwa / 73
4.4.2. Technologia wytwarzania fotoogniwa / 75
4.4.3. Przykłady krzemowych modułów fotowoltaicznych / 76
4.5. Ogniwa polikrystaliczne / 79
4.5.1. Budowa fotoogniwa / 79
4.5.2. Rozwiązania konstrukcyjne fotomodułów płaskich polikrystalicznych / 80
4.6. Ogniwa polikrystaliczne cienkowarstwowe / 81
4.6.1. Budowa fotoogniwa / 81
4.6.2. Technologia wytwarzania ogniwa PV / 82
4.7. Ogniwa z krzemu amorficznego / 82
4.7.1. Budowa i technologia wytwarzania fotoogniwa / 82
4.8. Ogniwa cienkowarstwowe jedno- i wielozłączowe z arsenku galu / 84
4.8.1. Budowa i technologia wytwarzania / 84
4.8.2. Przykład rozwiązania konstrukcyjnego / 85
4.9. Ogniwa fotowoltaiczne z materiałów organicznych / 86
4.9.1. Budowa i technologia wytwarzania / 86
4.9.2. Przykładowe rozwiązania konstrukcyjne ogniw PV, na podłożu polimerowym / 86
4.9.3. Parametry polimerowych ogniw PV / 88
4.9.4. Sposoby produkcji / 89
4.10. Ogniwa fotowoltaiczne uczulane barwnikiem / 89
4.10.1. Zasada działania / 89
4.10.2. Budowa, parametry ogniwa / 89
4.11. Hybrydowe panele słoneczne / 90
4.11.1. Zasada działania / 90
4.11.2. Budowa urządzenia / 91
4.11.3. Przykładowe rozwiązania / 93
4.11.4. Wybrane warunki gwarancyjne montażu i użytkowania kolektorów E-PVT 2,0 i ES2V/2,0AL z absorberem aluminiowym / 94

5. Analiza pracy fotoogniwa / 94
5.1. Podstawowe zależności / 94
5.2. Wpływ temperatury na parametry fotoogniwa / 97
5.3. Sposoby połączeń ogniw PV / 98
5.4. Wpływ promieniowania słonecznego na parametry fotoogniwa / 99
5.5. Utrata mocy fotoogniw funkcji czasu pracy / 100
5.6. Dioda bocznikująca fotoogniwo (by-pass) / 100

6. Parametry osprzętu dodatkowego / 103
6.1. Regulatory ładowania / 103
6.1.1. Przykładowe rozwiązanie techniczne regulatora / 103
6.1.2. Zadania realizowane przez regulator / 104
6.2. Przetwornice napięcia (inwerter, falownik) / 105
6.2.1. Inwerter w instalacji fotowoltaicznej / 105
6.2.2. Falowniki jednofazowe / 107
6.2.3. Falowniki trójfazowe / 108
6.2.4. MPP traker / 112
6.3. Centrala komunikacyjna / 112
6.3.1. Zasada działania / 112
6.3.2. Charakterystyka urządzeń / 112
6.4. Sposób łączenia przewodów po stronie DC / 114
6.5. Mierniki instalacji fotowoltaicznych / 114
6.6. Ochrona odgromowa instalacji fotowoltaicznych / 115
6.6.1. Ochrona odgromowa – rodzaje ochrony / 116
6.6.2. Ochrona odgromowa – ochrona zewnętrzna / 116
6.6.3. System ochronny instalacji PV bez zewnętrznej ochrony odgromowej (zwodów pionowych) – ochrona wewnętrzna / 117

7. Odbiór instalacji / 119
8. Awarie systemów fotowoltaicznych i ich eliminacja / 120
9. Recykling modułów fotowoltaicznych / 120
10. Przykłady zastosowania fotoogniw / 122
11. Wybrane przykłady instalacji fotowoltaicznych / 122
12. Dobór i montaż baterii fotowoltaicznych / 123
13. Przykładowy uzysk energetyczny fotoogniw / 125

14. Wybrane układy połączeń fotoogniw / 126
14.1. Sieć autonomiczna (wydzielona, off – grid) / 126
14.2. Praca elektrowni PV na sieć „sztywną” (on – grid) / 127

15. Montaż instalacji fotowoltaicznej / 128
15.1. Systemy montażowe dla modułów skrzynkowych / 128
15.1.1. Montaż na dachu spadzistym / 128
15.1.2. Montaż ogniw PV na dachu płaskim lub płaszczyźnie poziomej / 129
15.1.3. Sposoby montażu fotoogniw polimerowych elastycznych na dachu płaskim / 130
15.2. Montaż fotoogniw „podążających za słońcem” / 132
15.3. Wytyczne montażowe / 132
15.3.1. Warunki techniczne, projekt / 132
15.3.2. Etapy realizacji budowy systemu fotowoltaicznego na dachu spadzistym / 133
15.3.3. Odbiór instalacji / 135
15.3.4. Awarie systemów fotowoltaicznych i ich eliminacja / 136

16. BHP przy montażu instalacji fotowoltaicznych / 136
16.1. Informacje ogólne / 136
16.2. Przepisy bezpieczeństwa / 137
16.3. Ochrona przeciwporażeniowa / 137
16.4. Ochrona przeciwpożarowa / 137
16.5. Bezpieczeństwo wykonywania prac przy urządzeniach elektrycznych / 137
16.6. Udzielanie pierwszej pomocy osobom porażonym prądem elektrycznym / 138

17. Struktura nakładów inwestycyjnych kosztów eksploatacyjnych dla elektrowni fotowoltaicznych / 138

18. Wybrane wyniki badań modułów fotowoltaicznych / 139
18.1. Wybrane wyniki pomiarów / 140
18.2. Zacienienie modułów / 144
18.3. Zmiana kąta położenia względem azymutu równym zero (kierunek południe) / 146
18.4. Zmiana mocy modułu wraz ze zmianą kąta położenia względem płaszczyzny poziomej / 147
18.5. Wpływ temperatury na pracę modułów fotowoltaicznych / 148
18.6. Zacienienie modułów / 149
18.7. Zmiana kąta położenia względem azymutu równym zero (kierunek południe) / 151
18.8. Zmiana kąta położenia modułu fotowoltaicznego względem płaszczyzny poziomej / 151
18.9. Wybrane wyniki badań instalacji fotowoltaicznej „podążającej za słońcem” / 152
18.10. Wybrane wyniki pomiarów uzyskanych w Krakowie / 154

19. Procedury formalno-prawne związane z budową instalacji fotowoltaicznej / 156
20. Przykładowy projekt budowlano-wykonawczy / 157
21. Analiza wstępna rentowności przykładowej domowej instalacji fotowoltaicznej o mocy znamionowej 4 kW / 164

22. Kolektory słoneczne / 167
22.1. Dane statystyczne / 167
22.2. Rodzaje i budowa kolektorów słonecznych / 168
22.2.1. Podział kolektorów / 168
22.3. Kolektory płaskie cieczowe / 169
22.4. Budowa kolektorów płaskich, bilans energii / 170
22.5. Przykładowe dane techniczne i charakterystyka identyfikacyjna kolektorów płaskich / 172
22.5.1. Kolektory płaskie w wykonaniu standardowym / 172
22.5.2. Kolektor płaski próżniowy / 173
22.6. Budowa próżniowych rurowych kolektorów słonecznych / 175
22.6.1. Kolektory próżniowe heat-pipe (gorąca rurka – ciepłowód) / 175
22.6.2. Kolektory próżniowe heat-pipe z pojedynczą rurą próżniową / 178
22.6.3. Kolektory próżniowe z U-rurą / 179
22.6.4. Kolektory rurowo-próżniowe „direct flow” / 180
22.7. Zwierciadło CPC / 181
22.8. Ogólna charakterystyka kolektorów próżniowych / 182
22.9. Kolektory słoneczne skupiające / 182
22.9.1. Refleksowo-próżniowy kolektor słoneczny „podążający za słońcem” / 183
22.10. Kolektor cieczowy wykonany w formie maty z propylenu / 184
22.11. Kolektor współpracujący z fotoogniwem / 185
22.12. Świadectwa poprawności wykonania kolektorów / 185

23. Słoneczne instalacje grzewcze / 185
23.1. Bezpośrednie i pośrednie / 186
23.1.1. Układ do podgrzewania wody bez zasobnika / 186
23.1.2. Układ do podgrzewania wody z zasobnikiem / 186
23.1.3. Pośrednie / 186
23.1.4. Układ pompowy / 187

24. Parametry techniczne instalacji solarnej do ogrzewania c.w.u., c.o., schematy / 188
24.1. Instalacja solarna dla ciepłej wody użytkowej i wspomagania ogrzewania budynku / 189
24.2. Przykładowe schematy systemów grzewczych wspomaganych kolektorami słonecznymi / 190

25. Typowe elementy słonecznej instalacji grzewczej / 198
25.1. Zbiorniki na wodę – charakterystyka ogólna / 198
25.2. Zbiorniki instalacji solarnej / 199
25.3. Przeciwdziałanie bakteriom Legionella Pneumophila w instalacji c.w.u. / 200
25.4. Wymiennik ciepła / 200
25.5. Zasobnik z jedną wężownicą / 201
25.6. Zasobniki z dwiema wężownicami / 201
25.7. Zasobnik płaszczowy / 202
25.8. Zasobniki kombinowane (multiwalentne) – typu zbiornik w zbiorniku / 203
25.9. Zasobnik termosyfonowy Logalux SL 300/S dla przygotowania c.w.u. / 203

26. Pompowe stacje solarne / 205
26.1. Stacja solarna dwudrogowa / 205
26.2. Jednodrogowa stacja solarna / 205

27. Pompa solarna / 206
28. Regulatory / 206
29. Zasilacz bezprzerwowy, awaryjny, UPS / 208
30. Czujniki temperatury / 208
31. Wymiennik płytowy / 209
32. Grzałka elektryczna / 210
33. Odpowietrznik instalacji solarnej / 210
34. Złączka kompensacyjna / 210
35. Rotametr / 211
36. Manometr / 211
37. Separator powietrza / 212
38. Licznik ciepła (ciepłomierz) / 212
39. Uchwyty dachowe kolektora i konstrukcje wolnostojące / 213
40. Oblachowanie kolektorów / 213
41. Naczynie wzbiorcze / 214
42. Zawór bezpieczeństwa / 217
43. Wykonanie instalacji rurowej / 217
44. Izolacja cieplna instalacji solarnej / 218
45. Węże solarne / 218
46. Układ hydrauliczny instalacji solarnej / 219

47. Montaż i instalacja kolektorów / 219
47.1. Możliwości usytuowania kolektorów / 219
47.2. Odległość między rzędami kolektorów / 220

48. Wpływ ustawienia kolektora na jego parametry energetyczne / 221

49. Instalacje do ciepłej wody użytkowej w budynkach indywidualnych / 223
49.1. Dobór urządzeń do instalacji solarnej / 223
49.1.1. Warunki konieczne do określenia powierzchni kolektorów słonecznych / 223
49.1.2. Wyznaczenie całkowitych oporów przepływu w typowej instalacji / 223
49.1.3. Pojemność instalacji / 224
49.1.4. Zużycie energii w gospodarstwie domowym / 224

50. Instalacja do podgrzewania wody basenowej / 225
51. Łączenie kolektorów w instalacje o dużej powierzchni czynnej / 227
52. Zalecenia eksploatacyjne / 230
53. Przykłady montażu kolektorów słonecznych / 230
54. Dobór wielkości instalacji / 231
55. Dobór wielkości kolektora i zasobnika / 231
56. Lokalizacja zasobników wody użytkowej i zbiorników akumulacyjnych / 232

57. Instalacje do przygotowania c.w.u., oraz wspomagania c.o. w budynkach indywidualnych / 233
57.1. Efektywność pracy kolektorów słonecznych / 235

58. Napełnienie i odpowietrzenie instalacji solarnej / 240

59. Instalacje wielkogabarytowe / 241
59.1. Największa instalacja solarna w Polsce / 241
59.2. Instalacja wielkogabarytowa z magazynem ciepła / 242

60. Płaskie kolektory powietrzne / 246
60.1. Zasada działania / 246
60.2. Budowa / 246
60.3. Konstrukcje kolektorów / 248
60.4. Zalety i wady stosowania kolektorów słonecznych powietrznych / 248
60.5. Rozwiązania konstrukcyjne instalacji / 250
60.6. Sposoby rozdziału powietrza / 252
60.7. Przykłady instalacji / 252
60.7.1. Małe budynki / 252
60.7.2. Mieszkania, pomieszczenia biurowe, szkoły, obiekty handlowe, itp. / 253
60.7.3. Systemy przemysłowe / 254
60.7.4. Suszenie płodów rolnych / 256
60.7.5. Przechowalnie płodów rolnych / 256
60.7.6. Ogrzewanie pomieszczeń inwentarskich / 256
60.7.7. Podgrzewanie szklarni i tuneli foliowych / 256
60.7.8. Ciepło technologiczne / 257
60.8. Koszty i oszczędności wynikające ze stosowania dużych systemów solarnego podgrzewania powietrza / 257
60.9. Podsumowanie / 258

61. Badania nad wykorzystaniem energii słonecznej w instalacjach solarnych w laboratorium OŹE w ZSE nr 1 / 259
61.1. Analiza wybranych wyników badań instalacji solarnych w laboratorium OŹE w Zespole Szkół Elektrycznych nr 1 w Krakowie / 259

62. Symulacyjne programy komputerowe / 265
63. Bilans energetyczny wydajności instalacji solarnej na podstawie symulacji / 266

64. Informacje techniczne oraz zasady BHP obowiązujące przy montażu kolektorów płaskich / 272
64.1. BHP podczas montażu / 272
64.2. Kompletność dostawy / 273
64.3. Transport i składowanie / 273
64.4. Dokumentacja techniczna / 273
64.5. Narzędzia i sprzęt dodatkowy / 273
64.6. Informacje ogólne / 274
64.7. Odpowietrzanie solarnego obwodu pierwotnego / 274
64.8. Prowadzenie rur solarnego obwodu pierwotnego / 275
64.9. Podłączenie przewodów zbiorczych / 275
64.10. Montaż kolektora / 275
64.11. Połączenie kolektorów w baterię solarną / 278
64.12. Napełnianie solarnego obwodu pierwotnego płynem solarnym / 279
64.13. Odpowietrzenie instalacji / 279
64.14. Prace izolacyjne / 279
64.15. Przepisy bezpieczeństwa / 280
64.16. Ochrona przeciwporażeniowa / 280
64.17. Ochrona przeciwpożarowa / 280
64.18. Bezpieczeństwo wykonywania prac przy urządzeniach elektrycznych / 280
64.19. Elektryczne okablowanie urządzenia / 281
64.20. Zabezpieczenie przed uderzeniem pioruna (piorunochron) i wyrównywanie potencjałów / 281
64.21. Uruchomienie / 281
64.22. Wyłączanie/zatrzymanie / 282
64.23. Kontrola instalacji / 282
64.24. Eksploatacja instalacji solarnej do celów wspomagania ogrzewania budynku / 282
64.25. Przegląd instalacji / 282
64.26. Ważne informacje dla użytkownika instalacji / 283
64.27. Warunki gwarancji / 283
64.28. Najczęściej występujące usterki / 284

65. Instrukcja montażu kolektorów rurowych próżniowych na dachu spadzistym i na powierzchni płaskiej / 284
65.1. Instrukcja / 284
65.2. Ogólne przepisy bezpieczeństwa / 285
65.3. Wysokie temperatury / 285
65.4. Elementy metalowe / 285
65.5. Szklane rurki próżniowe / 285
65.6. Wyłączenia odpowiedzialności / 286
65.7. Umiejscowienie kolektora – informacje ogólne / 286
65.7.1. Ukierunkowanie kolektora / 286
65.7.2. Zapewnienie nasłonecznienia / 287
65.7.3. Dostosowanie kąta nachylenia kolektora w celu zmniejszenia przegrzania / 287
65.7.4. Ustawienie głowicy kolektora / 287
65.7.5. Lokalizacja w stosunku do zasobnika c.w.u. / 287
65.8. Montaż kolektorów / 287
65.8.1. Przepisy bezpieczeństwa / 287
65.9. Montaż kolektorów na dachu spadzistym / 288
65.10. Montaż kolektorów na powierzchni płaskiej / 290
65.10.1. Informacje ogólne / 290
65.10.2. Sposób montażu stojaków / 290
65.10.3. Mocowanie kolektora na belkach poziomych / 292
65.10.4. Kolejność postępowania / 292
65.11. Hydraulika / 293
65.11.1. Połączenia hydrauliczne / 293
65.11.2. Dobór rur przyłączeniowych / 294
65.11.3. Płyn solarny / 294
65.11.4. Ciśnienia / 294
65.11.5. Montaż czujnika temperatury / 294
65.11.6. Odpowietrzanie instalacji / 295
65.12. Ochrona odgromowa / 295

66. Instalacje o większych powierzchniach / 295
67. Treść przykładowej dokumentacji projektowej instalacji solarnej / 296
68. Podsumowanie / 298
69. Pytania, zadania kontrolne, dotyczące wykorzystania energii słonecznej / 299
70. Test wielokrotnego wyboru z jedną poprawną odpowiedzią, standaryzowany / 299

Rozdział II ENERGIA CIEPLNA ZIEMI I POWIETRZA
1. Wstęp / 303
1.1. Zasoby geotermalne / 304
1.2. Źródła energii geotermalnej / 304
1.3. Gejzery, jako źródła energii geotermalnej / 305
1.4. Gorące suche skały – źródło energii geotermalnej / 305
1.5. Parametry termodynamiczne wód geotermalnych / 305
1.6. Sposoby wykorzystania energii geotermalnej / 308
1.7. Dobrodziejstwa płynące z wykorzystania energii geotermalnej / 309
1.8. Zagrożenia wynikające z wykorzystania energii geotermalnej / 309

2. Przykłady wykorzystania energii geotermalnej / 309
2.1. Bezpośrednie zastosowania energii geotermalnej / 311
2.2. Bezpośrednie sposoby wykorzystania energii geotermalnej w Polsce / 313
3. Elektrociepłownie geotermalne / 314
3.1. Wykorzystanie energii geotermalnej w elektrociepłowniach / 314

4. Wielkość i rozmieszczenie w Polsce zasobów wód geotermalnych / 317
4.1. Prowincje i okręgi posiadające wody geotermalne / 317
4.2. Charakterystyka złóż geotermalnych Polsce / 318

5. Przykładowe instalacje geotermalne w Polsce / 320
5.1. Funkcjonujące ciepłownie geotermalne / 320
5.2. Zakład w Mszczonowie / 320
5.3. Ciepłownia w Pyrzycach / 321
5.4. Geotermia na Podhalu / 323
5.5. Pierwszy zakład geotermalny w Polsce / 324
5.6. Schemat zagospodarowania wód geotermalnych w Bańskiej Niżnej / 326
5.7. Kaskadowy system wykorzystania energii geotermalnej / 327
5.8. Geotermia Uniejów / 327
5.9. System wykorzystania niskotemperaturowej wody geotermalnej do celów ciepłowniczych i konsumpcyjnych w mieście Słomniki / 328
5.10. Ciepłownia geotermalna w Stargardzie Szczecińskim / 330
5.11. Plan wykorzystania energii geotermalnej w Polsce do roku 2030 / 330

6. Wnioski / 331

7. Energia cieplna płytkich złóż geotermalnych / 335
7.1. Właściwości gruntu / 335
7.2. Metody badania gruntu / 339

8. Pompy ciepła / 340
8.1. Informacje ogólne dotyczące pomp ciepła / 341
8.2. Budowa, zasada działania pompy ciepła / 341
8.3. Ogólne warunki instalacji / 343

9. Dobór pompy ciepła (WP) dla c.o. (systemu grzewczego) / 346
9.1. Określenie OZC – dokładne / 346
9.2. Określenie OZC – w przybliżeniu / 347
9.3. Przybliżony OZC wg wskaźników / 347
9.4. Określenie systemu pracy układu grzewczego / 348
9.5. System monowalentny / 348
8.6. System biwalentny – alternatywny / 349
8.7. System biwalentny – równoległy monoenergetyczny / 349
9.8. System biwalentny – częściowo-równoległy / 350
9.9. System grzewczy z pompą ciepła / 350

10. Instalacje dolnego źródła ciepła WQA / 351
10.1. Systemy powietrzne (powietrze/woda, powietrze/powietrze) / 351
10.2. Systemy gruntowe poziome (solanka/woda) / 354
10.3. Wymienniki gruntowe pionowe / 361
10.4. Wody gruntowe / 363
10.5. Wody geotermalne / 364
10.6. Przykłady wykorzystania pomp ciepła w rolnictwie i przemyśle rolno-spożywczym / 364
10.6.1. Przemysł przetwórstwa mięsnego / 365
10.6.2. Przemysł i przetwórstwo rolno-spożywcze / 366
10.6.3. Ogrodnictwo i warzywnictwo / 366
10.6.4. Zootechnika – odzysk ciepła / 366
10.6.5. Rolnictwo / 366
10.7. Charakterystyki pracy pomp ciepła / 367

11. Górne źródło ciepła WNA / 368

12. Wybrane przykłady urządzeń do instalacji pomp ciepła / 369
12.1. Dolne źródło ciepła – grunt, instalacja solanka – woda / 369
12.2. Gruntowe pompy ciepła, instalacja woda - woda / 372
12.3. Pompa ciepła z bezpośrednim odparowaniem czynnika / 373
12.4. Dolne źródło ciepła - powietrze zewnętrzne / 377
12.5. Wybrane wyniki badań pompy ciepła powietrze-woda / 379
12.6. Pompy ciepła na powietrze wentylacyjne / 382

13. Aspekty ekonomiczne zastosowania pomp ciepła i porównanie ich z innymi instalacjami grzewczymi / 386

14. Analiza porównawcza kosztów uzyskania ciepłej wody użytkowej, centralnego ogrzewania przez pompę ciepła spirytus - woda, piec gazowy / 388

15. Sezonowy współczynnik efektywności SPF / 390

16. Wizualizacja pracy instalacji z pompą ciepła / 391

17. Absorpcyjne pompy ciepła / 392
17.1. Zasada działania / 392
17.2. Współpraca pompy ciepła z instalacją solarną, chłodzenie przez grzanie / 393

18. Wady i zalety pomp ciepła / 394

19. Podsumowanie zagadnień związanych z pompami ciepła / 395

20. Instalacje nawiewno-wywiewne z rekuperatorem w budynkach pasywnych / 396
20.1. Charakterystyka budynków pasywnych / 396
20.2. Instalacje nawiewno-wywiewne, informacje ogólne / 401
20.3. Budowa oraz zasada działania instalacji nawiewno-wywiewnej / 401
20.4. Projekt wstępny budynku jednorodzinnego pasywnego / 411
20.5. Analiza opłacalności budowy domu pasywnego zeroenergetycznego / 419
21. Pytania oraz zadania kontrolne dotyczące wykorzystania energii geotermalnej / 419
22. Test wielokrotnego wyboru z jedną poprawną odpowiedzią / 420

Rozdział III ENERGIA WIATRU
1. Wstęp / 423

2. Wiatr i jego zasoby energetyczne / 424
2.1. Wpływ czynników środowiskowych / 425
2.2. Róża wiatrów / 426
2.3. Zasoby / 428
2.4. Szorstkość terenu / 429

3. Podstawa działania elektrowni wiatrowej / 431
3.1. Podstawowe informacje o krzywej mocy / 431
3.2. Parametry pracy siłowni wiatrowych / 432
3.3. Silniki wiatrowe / 433
3.4. Lokalne oddziaływanie energetyki wiatrowej / 436

4. Budowa elektrowni wiatrowej / 437
4.1. Metody regulacji mocy oddawanej przez elektrownie wiatrowe / 439
4.1.1. Koncepcje pracy siłowni wiatrowej / 439
4.1.2. Regulacja ustawienia elektrowni w kierunku wiatru (Yaw Control) / 439
4.1.3. Regulacja kąta ustawienia łopat (Active Pitch Regulation) / 440
4.1.4. Regulacja przez zmianę prędkości obrotowej generatora / 440
4.1.5. Regulacja przez zmianę obciążenia (Load Control) / 441
4.1.6. Regulacja przez „przeciągnięcie" (Stall Regulation) / 441
4.1.7. Regulacja lotkami łopat wirnika (Aileron Control) / 441
4.2. Generatory / 441
4.3. Krótka charakterystyka nowych konstrukcji elektrowni wiatrowych / 443

5. Zainstalowana moc i sposób montażu elektrowni wiatrowych / 445
5.1. Wielkość mocy i energii, zainstalowanej w elektrowniach wiatrowych w UE / 445
5.2. Sposób montażu konstrukcji elektrowni wiatrowych / 447

6. Etapy realizacji inwestycji budowy elektrowni wiatrowej / 449
6.1. Faza wstępna / 449 6.2. Faza zbierania danych szczegółowych / 450
6.3. Faza ekonomiczna / 451
6.4. Faza realizacji inwestycji i opracowania projektu techniczno- prawnego i finansowego inwestycji / 451
6.5. Struktura kosztów inwestycyjnych i eksploatacyjnych w przypadku energetyki wiatrowej 200-500 kW - rok 2013 / 452

7. Rozmieszczenie elektrowni pracujących w Polsce / 453
7.1. Przeznaczenie pojedynczej elektrowni wiatrowej / 454
7.1.1. Elektrownia wiatrowa V80 / 454

8. Optymalizacja warunków pracy silnika wiatrowego / 455

9. Systemy sterowania w elektrowni wiatrowej / 456
9.1. Sterowniki / 456
9.2. Zdalne sterowanie / 459
9.3. Sterowanie w małych elektrowniach wiatrowych / 460

10. Małe elektrownie wiatrowe - charakterystyka / 460
10.1. Elektrownia wiatrowa „Zefir-6" 5 kW / 461
10.2. Turbina wiatrowa o mocy 1,5 kW / 462
11. Wybrane wyniki badań, elektrowni wiatrowej ECO-H-1,5 kW / 463

12. Mikroelektrownie wiatrowe z pionową osią obrotu / 466

13. Wybrane wyniki badań, małej elektrowni wiatrowej / 470

14. Programy do symulacji pracy elektrowni wiatrowych / 472

15. Podsumowanie / 472

16. Pytania oraz zadania kontrolne dotyczące wykorzystania energii wiatru / 475

17. Test wielokrotnego wyboru z jedną poprawną odpowiedzią / 475

Rozdział IV ENERGIA WODY
1. Wstęp / 479

2. Parametry elektrowni wodnych / 480

3. Rozwiązania konstrukcyjne elektrowni wodnych / 481
3.1. Budowle hydrotechniczne, elementy elektrowni wodnych, urządzenia mechaniczne / 481
3.2. Elektrownie zbiornikowe i przepływowe / 483
3.2.1. Elektrownie zbiornikowe - szczytowo-pompowe / 484
3.2.2. Elektrownie wodne przepływowe / 486
3.3. Wybrane przykłady / 487
3.3.1. Elektrownia Małomice / 487
3.3.2. Elektrownia Solina / 487

4. Mała energetyka wodna / 488

5. Zasada działania i budowa turbin wodnych / 490
5.1. Rozwiązania współczesne z turbinami Francisa / 491
5.2. Współczesne rozwiązania z turbinami Kapłana / 492
5.3. Rozwiązania z turbinami Peltona / 493
6. Prądnice elektryczne / 493
6.1. Budowa i zasada działania prądnic asynchronicznych (indukcyjnych) / 494
6.2. Prądnice synchroniczne (hydrogeneratory), budowa zasada działania / 497
7. Regulatory turbin wodnych / 499
7.1. Elektrohydrauliczny regulator prędkości obrotowej turbiny lub jej mocy / 500
7.2. Rodzaje automatyzacji procesów ruchowych w MEW / 500

8. Procesy ruchowe w MEW / 501
8.1. Zakres i stopień automatyzacji procesów rozruchowych / 502

9. Sposoby automatyzacji procesów ruchowych MEW / 504
9.1. Układ sterowania łopatek turbiny (USW) / 504
9.2. Automatyczny regulator prędkości kątowej turbiny (ART) / 504
9.3. Układ sterowania aparatu kierowniczego turbiny (USK) / 504
9.4. Układ automatycznej regulacji napięcia prądnicy synchronicznej (ARN) / 504
9.5. Automatyczny synchronizator prądnicy synchronicznej (ASG) / 504
9.6. Układ automatycznego sterowania procesami rozruchowymi turbozespołu (USR) / 505
9.7. Układ automatycznego sterowania procesami odstawiania turbozespołu (USO) / 505
9.8. Układ automatycznej regulacji poziomu wody (ARP) / 505
9.9. Auto operator (AOP) / 506
9.10. Układ sterowania zamknięć wlotowych wody do turbiny (USZ) / 506
9.11. Układ programujący pracę szczytową MEW (UPP) / 506
9.12. Sterowanie prądnicami asynchronicznymi / 506

10. Sposoby przekazywania napędu z turbiny na prądnice / 506
10.1. Bezpośrednie sprzęgnięcie wału z prądnicą / 506
10.2. Przekazywanie napędu przez przekładnie / 507
10.3. Przekładnie pasowe / 507
10.4. Przekładnie zębate / 508

11. Pomocnicze wyposażenie mechaniczne / 509
11.1. Kraty na ujęciach wody i ich czyszczenie / 509
11.2. Zamknięcie dopływu wody do turbin / 509
11.3. Wyposażanie budynków elektrowni w dźwignice / 510

12. Systemy pracy, zabezpieczeń, pomiary w MEW / 511
12.1. Zabezpieczenia bloków z prądnicami synchronicznymi i transformatorowymi o mocy do 5000 kVA / 512
12.2. Zabezpieczenia prądnic asynchronicznych o mocy do 250 kVA i napięciu do 1000 V, zasilających bezpośrednio szyny zbiorcze / 513
12.3. Zabezpieczenia bloków, prądnica asynchroniczna - transformator o mocy do 250 kVA / 513
12.4. Zabezpieczenia turbozespołów / 513
12.5. Ochrona przeciwporażeniowa / 514
12.6. Ochrona od przepięć oraz instalacje piorunochronne / 516
12.7. Ochrona przeciwpożarowa / 517
12.8. Bezpieczeństwo wykonywania prac przy urządzeniach elektrycznych / 517
12.9. Udzielanie pierwszej pomocy osobom porażonym prądem elektrycznym / 517
12.10. Sygnalizacja zakłóceń pracy / 517
12.11. Pomiary / 518
12.12. Potrzeby własne elektrowni / 519
12.13. Uziomy / 520

13. Wybrane elementy dokumentacji małej elektrowni wodnej Zakopane - Olcza / 520
13.1. Opis techniczny, charakterystyka elektrowni / 520
14. Mikro elektrownie wodne / 524

15. Etapy realizacji inwestycji budowy elektrowni wodnych / 529

16. Podsumowanie / 533

17. Pytania oraz zadania kontrolne dotyczące wykorzystania energii wody / 534

18. Test wielokrotnego wyboru z jedną poprawną odpowiedzią / 534

Rozdział V ENERGIA BIOMASY

1. Pojęcie biomasy / 537

2. Drewno jako biopaliwo / 540
2.1. Wierzba energetyczna / 541
2.2. Gazyfikacja biomasy / 543
2.3. Kotły do spalania drewna / 549
2.4. Przykładowe rozwiązania konstrukcyjne kotłów do spalania drewna / 552
2.5. Kotły małej mocy / 554
2.6. Piec MS / 554
2.7. Kotły dużej mocy / 555
2.8. Budowa małych kotłów zgazowujących drewno / 556
2.9. Kotły do spalania peletu / 557

3. Piece kominkowe / 557
3.1. Kominek z płaszczem wodnym / 557
3.2. Kominek pracujący w systemie zintegrowanym / 559
3.3. Ciepła woda z kominka / 561
3.4. Montaż pieców kominkowych / 562
3.5. Awaryjne zasilanie pompy / 564
3.6. Wytyczne przed montażem turbokominka / 565
3.6.1. Wytyczne hydrauliczne / 565
3.6.2. Podczas instalowania urządzenia należy zwrócić uwagę na: / 565
3.6.3. Wytyczne przeciwpożarowe / 566
3.6.4. Wskazówki eksploatacyjne / 566
3.6.5. Dobór turbokominka / 566
3.6.6. Paliwo / 566
3.6.7. Zadania centralki sterującej / 567
3.6.8. Montaż przełącznika źródeł zasilania / 567
3.6.9. Montaż zabezpieczenia termicznego / 567

4. Słoma jako biopaliwo / 567
4.1. Kotły do spalania słomy / 568
4.2. Kotły małej mocy na słomę / 570
4.3. Kotłownie średniej mocy / 572
4.4. Kotłownie dużej mocy / 572
4.5. Peletowanie słomy / 572
4.6. Maszyny do produkcji brykietów ze słomy / 573
4.7. Wnioski / 575

5. Osady ściekowe (analog torfu) i kotły na osady ściekowe / 577

6. Biogaz / 578
6.1. Biogazownie rolnicze / 580
6.2. Biogazownie rolnicze oparte na procesie fermentacji metanowej / 581
6.3. Wybrane zagadnienia z analizy porównawczej opłacalności ekonomicznej, biogazowni rolniczej / 586
6.4. Charakterystyka pierwszej biogazowni rolniczej działającej w Polsce / 590
6.5. Mała biogazownia rolnicza / 592
6.5.1. Struktura produkcji / 592
6.5.2. Budowa biogazowni / 593
6.5.3. Przewidywane ilości wykorzystywanych surowców, materiałów, paliw, wody oraz energii / 593
6.5.4. Sposób gromadzenia, transportowania i magazynowania odpadów przeznaczonych do produkcji biogazu / 593
6.5.5. Rozwiązania chroniące środowisko / 594
6.5.6. Charakterystyka procesu technologicznego i instalacja / 594
6.6. Wnioski dotyczące perspektyw rozwoju biogazowni rolniczych / 598

7. Biogaz z oczyszczalni ścieków / 600
7.1. Gospodarka energią elektryczną i ciepłem na przykładzie oczyszczalni ścieków „Kujawy" w Krakowie / 600
7.2. Opis działania oczyszczalni / 601
7.3. Wytwarzanie biogazu / 601
7.4. Generatory zasilane biogazem / 601

8. Biogaz wysypiskowy z odpadów / 603
8.1. Elektrociepłownia biogazowa - wysypisko Barycz / 606

9. Skojarzone wytwarzanie energii elektrycznej, ciepła i chłodu w oparciu o paliwa biogazowe - agregaty kogeneracyjne / 609
9.1. Geneza / 609
9.2. Zasada działania / 609
9.3. Dobór agregatu / 609
9.4. Wytwarzanie i sprzedaż chłodu w oparciu o ciepło z kogeneracji / 610
9.5. Wynik ekonomiczny / 611
9.6. Świadectwa pochodzenia dla CHP / 612
9.7. Finansowanie / 613
9.8. Turbiny gazowe Capstone / 613

10. Wzbogacanie i oczyszczanie biogazu / 616
10.1. Odsiarczanie biogazu - technologia / 616

11. Główne zalety wykorzystania biogazu / 617

12. Problemy wynikające z produkcji biogazu / 617

13. Biopaliwa płynne / 617
13.1. Bioetanol / 619
13.2. Biodiesel / 620
13.3. Biopłyny do wytwarzania energii elektrycznej i ciepła / 627
14. Współspalanie biomasy i paliw kopalnych / 629

15. Elektrociepłownie wykorzystujące do spalania biomasę / 632

16. Efekty ekonomiczne stosowania biomasy w energetyce / 634

17. Możliwości produkcji energii z biomasy / 634
18. Podsumowanie / 636

19. Wymienniki do odzysku ciepła ze spalin (rekuperatory) / 637
19.1. Przykłady zastosowań / 638
19.2. Zasada działania rekuperatora z rurką cieplną / 639
20. Pytania oraz zadania kontrolne dotyczące wykorzystania energii biomasy / 641

21. Test wielokrotnego wyboru z jedną poprawną odpowiedzią / 641

Rozdział VI ENERGIA WODORU
1. Wykorzystywanie energii elektrycznej z fotoogniw, do elektrolizy wody / 645
2. Ogniwa paliwowe (fuel cells) / 645
3. Wyniki pomiarów uzyskane w laboratorium OZE w ZSE nr 1 / 647
4. Otrzymywanie wodoru / 648
5. Pytania oraz zadania kontrolne dotyczące wykorzystania energii z wodoru / 649
6. Test wielokrotnego wyboru z jedną poprawną odpowiedzią / 649

Rozdział VII ODPOWIEDZI DO TESTÓW
Rozdział I. Energia słoneczna / 653
Rozdział II. Energia cieplna ziemi i powietrza / 653
Rozdział III. Energia wiatru / 654
Rozdział IV. Energia wody / 654
Rozdział V. Energia biomasy / 655
Rozdział VI. Energia wodoru / 655
Nauczyciele Izabela Góralczyk i Ryszard Tytko w czasie zajęć laboratoryjnych z uczniami ZSE nr 1 i studentami Uniwersytetu Pedagogicznego w Krakowie / 657
Zdjęcia przedstawiające wyposażenie laboratorium w ZSE nr 1 / 661
Literatura / 667