Technologie Energetyczne
Oto nowe, II wydanie popularnej akademickiej i profesjonalnej „biblii” tematu dotyczącego przeglądu technologii energetycznych. Książka Technologie energetyczne, wyd. 2 zawiera podstawowe oraz pogłębione informacje o wszystkich stosowanych obecnie technologiach produkcji elektryczności i ciepła.
W publikacji Technologie energetyczne, wyd. 2 zarówno są opisane dobrze sprawdzone, konwencjonalne technologie paliw kopalnych, ale również obecnie bardzo silnie rozwijając się technologie źródeł odnawialnych, ogniwa paliwowe czy energetyka atomowa.
Podano podstawy teoretyczne technologii, metodologię oceny ich potencjału termodynamicznego i ekologicznego oraz aktualny stan i tendencje rozwojowe. Omówiono też wiele konkretnych rozwiązań układów energetycznych.
Fragment PRZEDMOWY książki Technologie energetyczne, wyd. 2:
Wytwarzanie energii elektrycznej i ciepła z wysoką efektywnością (ogólnie rozumianą) było zawsze podstawą rozwoju cywilizacyjnego. Wobec istotnych wyzwań ekologicznych (ochrona klimatu, zmniejszenie zanieczyszczeń atmosfery, ochrona zasobów paliwowych i innych)., które po ostatnim wydaniu tej książki zostały wyraźnie wzmocnione, zagadnienie to nabiera współcześnie jeszcze większego znaczenia. W następstwie cały system energetyczny podlega dynamicznym zmianom technologicznym. Zmienia się struktura wykorzystywanej energii pierwotnej i udział technologii źródeł odnawialnych w produkcji elektryczności i ciepła oraz nowych paliw.
W nowym wydaniu przekazywanej w ręce Czytelnika książki starano się uwzględnić podstawowe tendencje tych zmian. Podobnie jak w poprzednim wydaniu przedstawiono główne rodzaje technologii energetycznych. Kryterium wyboru był stan zaawansowania ich rozwoju, gwarantujący praktyczne zastosowanie danych rozwiązań. Starano się także wskazać na możliwe kierunki dalszego ich doskonalenia.
Publikację Technologie energetyczne, wyd. 2 kierujemy przede wszystko do studentów kierunków: Energetyka oraz Mechanika i Budowa Maszyn. Wiele z działów podręcznika może być także pomocnych również dla studentów interesujących się energetyką, a studiujących inne kierunki, na przykład: Inżynierię środowiska, Elektrotechnikę, Inżynierię bezpieczeństwa oraz Gospodarkę obiegu zamkniętego.
Wiele części podręcznika może być przydatnych także dla studiów podyplomowych i pracowników instytucji przemysłowych oraz projektowych.
Patroni medialni:
Przedmowa 13
Spis podstawowych oznaczeń 17
1. ZASOBY PALIW I ENERGII 21
1.1. Rodzaje i postacie energii 21
1.2. Zasoby paliw 22
1.2.1. Węgiel kamienny i brunatny 23
1.2.2. Gaz ziemny i ropa naftowa 24
1.2.3. Paliwa rozszczepialne 25
1.2.4. Paliwa energii syntezy 26
1.2.5. zasoby energii rzek 26
1.2.6. Inne zasoby wód 27
1.2.7. Energia promieniowania elektromagnetycznego Słońca 28
1.2.8. Ogólna charakterystyka światowych i polskich zasobów biomasy energetycznej 31
1.2.9. Energia geotermalna 36
1.2.10. Energia wiatru 37
Literatura 38
2. OGÓLNA CHARAKTERYSTYKA PALIW 39
2.1. Paliwa stałe 39
2.1.1. Węgiel 39
2.1.2. Biomasa 42
2.2. Paliwa ciekłe i gazowe 48
2.3. Wodór 55
Literatura 62
3. ENERGETYKA A ŚRODOWISKO 63
3.1. System energetyczny 63
3.2. Podsystem energetyczny 64
3.3. Oddziaływanie technologii energetycznych na środowisko. Rodzaje i miary emisji 70
Literatura 77
4. OGÓLNA CHARAKTERYSTYKA PROCESÓW KONWERSJI
ENERGII 78
4.1. Wprowadzenie 78
4.2. Obieg termodynamiczny. pojęcia sprawności 80
4.3. Zespół maszyn (urządzeń) przepływowych pracujących w układzie otwartym 85
4.4. Rodzaje obiegów silników turbinowych 88
Literatura 93
5. BILANSE SUBSTANCJI I ENERGII 94
5.1. Bilans substancji 94
5.2. Równanie zachowania energii 95
Literatura 99
6. SIŁOWNIE KONDENSACYJNE 100
6.1. Analiza parametryczna układów siłowni 100
6.1.1.Prosta siłownia kondensacyjna. definicje sprawności obiegu porównawczego 100
6.1.2. Entalpowa analiza obiegów siłowni parowych 102
6.1.3. Entropowa analiza obiegu siłowni parowej 106
6.1.4. Ewolucja obiegów siłowni parowych 108
6.2. Struktury technologiczne siłowni z paleniskami pyłowymi 134
6.2.1. Układ nawęglania 135
6.2.2. Eementy układu zasilania paliwem i układu odprowadzenia spalin (układ paliwo-powietrze-spaliny) 137
6.2.3. Urządzenia i elementy układu cieplnego 143
6.3. Kotły z paleniskami fluidalnymi 162
6.3.1. Klasyfikacja palenisk fluidalnych 162
6.3.2. Cyrkulacyjne kotły fluidalne 165
6.4. Ograniczenie emisji gazów z technologii energetycznych 168
6.4.1. Generacja tlenków azotu w procesie spalania 168
6.4.2. Ograniczenie emisji tlenków azotu z instalacji spalania 170
6.4.3. Ograniczanie emisji związków siarki 176
6.5. Modelowanie układów siłowni kondensacyjnych 180
6.6. Aktualny stan technologiczny bloków kondensacyjnych 189
6.6.1. Wzrost sprawności 189
6.6.2. Separacja ditlenku węgla 192
Literatura 199
7. STACJONARNE INSTALACJE TURBIN GAZOWYCH 201
7.1. Wprowadzenie 201
7.2. Klasyfikacja instalacji turbin gazowych 202
7.3. Prosta instalacja turbiny gazowej 203
7.3.1. Metoda entalpowa 203
7.3.2. Metoda entropowa 210
7.3.3. Analiza obiegów standardowych turbin gazowych 212
7.4. Złożone układy turbin gazowych 220
7.4.1. Instalacja z chłodzeniem w procesie sprężania i z podwójną komorą spalania 220
7.4.2. Układ turbiny gazowej z regeneracją 223
7.4.3. Instalacje turbin gazowych z wtryskiem wody i pary 225
7.5. Maszyny i urządzenia tworzące układ turbiny gazowej 226
7.5.1. Sprężarki 228
7.5.2. Komory spalania 232
7.5.3. Turbiny 237
7.5.4. Układy pomocnicze. inne moduły składowe 240
7.6. Podstawowe charakterystyki układów turbin gazowych 248
7.7. Klasyfikacja zespołów turbin gazowych. przegląd konstrukcji [10] 249
7.7.1. Turbiny stacjonarne dużej i średniej mocy 249
7.7.2. Turbiny lotniczopochodne 252
7.7.3. Turbiny gazowe małej mocy 254
7.7.4. Turbiny wodorowe [11] 257
Literatura 258
8. HIERARCHICZNE UKŁADY ENERGETYCZNE 260
8.1. Układy gazowo-parowe 260
8.1.1. Podstawowe definicje i klasyfikacja 260
8.1.2. Sprawność energetyczna układu gazowo-parowego 263
8.1.3. Struktury technologiczne podstawowych układów gazowo-parowych 266
8.1.4. Modelowanie układów gazowo-parowych 272
8.1.5. Wybrane zagadnienia eksploatacyjne 278
8.2. Układy gazowo-parowe zintegrowane ze zgazowaniem węgla i innych substancji 285
8.2.1. Technologie zgazowania 285
8.2.2. Ogólna charakterystyka procesów oczyszczania gazu 289
8.2.3. Analiza parametryczna układów gazowo-parowych zintegrowanych ze zgazowaniem węgla 292
8.2.4. Przykłady instalacji 295
8.2.5. Kierunki rozwoju technologii 295
8.3. Inne układy hierarchiczne 298
8.3.1. Układy gazowo-powietrzne [13] 298
8.3.2. Układy wielopaliwowe 301
Literatura 307
9. SKOJARZONA PRODUKCJA CIEPŁA i ELEKTRYCZNOŚCI 309
9.1. Elektrociepłownie parowe 309
9.1.1. Układy technologiczne 309
9.1.2. Bilanse energetyczne i sprawności 311
9.2. Elektrociepłownie z turbiną gazową 316
9.2.1. Układy technologiczne i pojęcia sprawności 316
9.2.2. Wpływ dopalania 320
9.3. Elektrociepłownie gazowo-parowe 322
9.3.1. Bilanse energetyczne i sprawności 322
9.3.2. Stosunek mocy turbin i wskaźnik skojarzenia 326
9.4. Oszczędność energii chemicznej paliwa 329
9.5. Modelowanie elektrociepłowni gazowych i gazowo-parowych 330
Literatura 333
10. ENERGETYKA ATOMOWA 335
10.1. Podstawy fizyki reaktorów jądrowych 335
10.1.1. Atomy i nukleony 336
10.1.2. Defekt masy i energia wiązania 336
10.1.3. Reakcje jądrowe 337
10.1.4. Stopień rozpadu radioaktywnego 339
10.1.5. Reakcje neutronów z jądrami atomowymi 340
10.1.6. Cykl neutronowy. Reaktor krytyczny 345
10.2. Moc termiczna reaktora 349
10.3. Reaktory i siłownie energetyczne 351
10.3.1. Klasyfikacja reaktorów energetycznych 351
10.3.2. Układy jednokonturowe oraz reaktory kanałowe 352
10.3.3. Układy dwukonturowe 355
10.3.4. Układy trójkonturowe 359
10.3.5. Siłownie z reaktorami wysokotemperaturowymi 362
10.3.6. Sprawność energetyczna siłowni jądrowych 363
10.3.7. Parametry początkowe i końcowe w konturze turbinowym 365
10.3.8. Separacja wody i przegrzew międzystopniowy 367
10.4. Stan upowszechnienia poszczególnych rodzajów reaktorów 369
10.5. Odpady z elektrowni jądrowych 371
Literatura 373
11. SIŁOWNIE WIATROWE 374
11.1. Wprowadzenie 374
11.2. Charakterystyki kinematyczne i energetyczne wiatru 375
11.3. Istota działania turbin wiatrowych 380
11.3.1. Maksymalna moc turbiny wiatrowej 380
11.3.2. Związek między mocą turbiny a charakterystykami aerodynamicznymi płatów wirnika 384
11.4. Charakterystyki turbin wiatrowych 390
11.5. Konwersja energii mechanicznej w elektryczną. Układy elektryczne 396
11.6. Charakterystyki ekologiczne i niezawodnościowe 398
11.7. Współczesne turbiny wiatrowe dużej mocy 403
Literatura 405
12. ENERGETYKA SŁONECZNA 406
12.1. Podstawowe informacje z zakresu promieniowania cieplnego 406
12.1.1. Fotony i ich energia 406
12.1.2. Intensywność promieniowania. prawo Stefana-Boltzmanna 407
12.1.3. Równanie stanu 409
12.1.4. Prawo Kirchhoffa 411
12.2. Maksymalny potencjał konwersji promieniowania w elektryczność i ciepło 414
12.3. Składowe natężenia promieniowania słonecznego 418
12.4. Bezpośrednia konwersja promieniowana elektromagnetycznego Słońca w ciepło 419
12.4.1. Rodzaje kolektorów słonecznych 419
12.4.2. Bilans energii i sprawność kolektora 421
12.4.3. Kolektory słoneczne w instalacjach produkcji ciepła 425
12.5. Elektrownie słoneczne 426
12.6. Ogniwa fotowoltaiczne 431
12.6.1. Wprowadzenie 431
12.6.2. Zasada działania ogniwa fotowoltaicznego 433
12.6.3. Ogólny opis konstrukcji ogniw 436
12.6.4. Charakterystyki ogniw fotowoltaicznych 437
12.6.5. Sprawność ogniwa fotowoltaicznego 442
12.6.6. Algorytm identyfikacji 5-parametrowej charakterystyki 442
12.6.7. Systemy (moduły) ogniw słonecznych 445
12.6.8. Zastosowanie ogniw fotowoltaicznych 447
Literatura 449
13. ENERGETYKA WODNA 451
13.1. Rodzaje elektrowni wodnych 451
13.2. Moc i energia generowana w elektrowni wodnej 452
13.3. Turbiny wodne 453
13.4. Funkcje elektrowni wodnych w podsystemie elektroenergetycznym i ich wpływ na środowisko naturalne 456
13.5. energetyka wodna w Polsce 458
Literatura 459
14. OGNIWA PALIWOWE 460
14.1. Ogólna klasyfikacja ogniw paliwowych 460
14.2. Istota działania ogniwa paliwowego 461
14.3. Bilans energii dla ogniwa [12] 463
14.4. Siła elektromotoryczna ogniwa 465
14.5. Zależność potencjału ogniwa od ciśnienia i temperatury 468
14.6. Ogólna charakterystyka strat potencjału w rzeczywistym ogniwie 469
14.7. Sprawność ogniwa paliwowego 471
14.8. Ogólna charakterystyka technologiczna stosowanych ogniw paliwowych 476
14.9. Energetyczne zastosowanie ogniw 485
Literatura 493
15. GEAENERGETYKA 496
15.1. Wykorzystanie energii gruntu do celów ogrzewania i przygotowania wody użytkowej 497
15.2. Układy pozyskiwania ciepła z wód geotermalnych 498
15.3. Układy kombinowane i elektrownie geotermalne 500
15.4. Wykorzystanie źródeł geotermalnych w Polsce 501
Literatura 502
16. TECHNOLOGIE ENERGETYCZNEGO WYKORZYSTANIA BIOMASY 503
16.1. Ogólna klasyfikacja technologii 503
16.2. Układy proste ze spalaniem biomasy 505
16.3. Współspalanie biomasy z innymi paliwami .511
16.4. Jedno- i wielopaliwowe układy ze spalaniem zewnętrznym biomasy 514
16.4.1. Jednopaliwowe układy turbin gazowych ze spalaniem zewnętrznym biomasy 514
16.4.2. Układy wielopaliwowe ze spalaniem zewnętrznym biomasy 516
16.5. Ogólna charakterystyka technologii zgazowania biomasy 516
Literatura 522
