Urządzenia i systemy energetyki odnawialnej. Tom 3. Energia wody i biomasy

Opis

Energia wody i biomasy (Tom 3 serii „Urządzenia i systemy energetyki odnawialnej”) to kompleksowe opracowanie poświęcone dwóm ważnym i uzupełniającym się obszarom odnawialnych źródeł energii – energetyce wodnej oraz energetyce opartej na biomasie.

W pierwszej części książki autor szczegółowo omawia technologię elektrowni wodnych: od parametrów technicznych, rozwiązań konstrukcyjnych (elektrownie zbiornikowe, przepływowe i szczytowo-pompowe), przez budowę i zasadę działania turbin (Francisa, Kaplana, Peltona), prądnic, układów automatyki i zabezpieczeń, aż po aspekty prawne, środowiskowe oraz perspektywy rozwoju małej energetyki wodnej (MEW) w Polsce. Przedstawiono również konkretne przykłady realizacji, m.in. elektrownie Solina i Małomice.

Druga część publikacji skupia się na energii z biomasy – od drewna, słomy, peletu, osadów ściekowych, po biogaz (rolniczy, wysypiskowy i z oczyszczalni ścieków). Omówiono nowoczesne kotły i piece V generacji, biogazownie, kogenerację, biopaliwa płynne (I, II i III generacji) oraz współspalanie biomasy z paliwami kopalnymi.

Książka łączy wiedzę teoretyczną z praktycznymi rozwiązaniami, zawiera liczne schematy, przykłady oraz wnioski dotyczące opłacalności i perspektyw rozwoju tych technologii w Polsce.

Od Autora

Brak na rynku wydawniczym publikacji popularnonaukowych, dotyczących praktycznego wykorzystania odnawialnych źródeł energii, stał się bardzo widoczny w obliczu rosnącego zainteresowania tą tematyką. W związku z tym podjąłem się opracowania publikacji skierowanych do szerokiego grona odbiorców, zainteresowanych tą dziedziną techniki, zarówno w teorii, jak i w praktyce. Jest to kolejne wydanie serii książek, które opublikowałem z dziedziny praktycznego wykorzystania OZE. W książkach z serii: „Urządzenia i systemy energetyki odnawialnej”:
Tom 1. „Energia słoneczna – fotowoltaika, kolektory słoneczne”, wydanie, I rok 2026,
Tom 2. „Energia ziemi i powietrza – geotermia, pompy ciepła, elektrownie wiatrowe”, wydanie I, rok 2026,
Tom 3. „Energia wody i biomasy”, wydanie I, rok 2026,
Tom 4. „Magazyny energii elektrycznej i cieplnej z OZE”, wydanie I, rok 2026,
Tom 5. „Zbiór zadań z odnawialnych źródeł energii”, wydanie I, rok 2026
– przedstawiłem zagadnienia dotyczące budowy i zasady działania urządzeń zasilanych z OZE oraz magazynów energii. Treść książek dostosowałem do wymogów podstaw programowych dla zawodu technik urządzeń i systemów energetyki odnawialnej.

Spis treści

Od autora / 7
Wykaz wybranych oznaczeń, wielkości i ich jednostek / 15

I. ENERGIA WODY

1. Wstęp / 19

2. Parametry elektrowni wodnych / 20

3. Rozwiązania konstrukcyjne elektrowni wodnych / 21
3.1. Budowle hydrotechniczne, elementy elektrowni wodnych, urządzenia mechaniczne / 21
3.2. Elektrownie zbiornikowe i przepływowe / 23
3.2.1. Elektrownie zbiornikowe – szczytowo-pompowe / 24
3.2.2. Elektrownie wodne przepływowe / 27
3.3. Wybrane przykłady / 27
3.3.1. Elektrownia Małomice / 27
3.3.2. Elektrownia Solina / 28

4. Mała energetyka wodna / 28

5. Zasada działania i budowa turbin wodnych / 30
5.1. Rozwiązania współczesne z turbinami Francisa / 31
5.2. Współczesne rozwiązania z turbinami Kaplana / 32
5.3. Rozwiązania z turbinami Peltona / 33

6. Mikro elektrownie wodne / 34

7. Prądnice elektryczne / 37
7.1. Budowa i zasada działania prądnic asynchronicznych (indukcyjnych) / 38
7.2. Prądnice synchroniczne (hydrogeneratory), budowa i zasada działania / 42

8. Regulatory turbin wodnych / 46
8.1. Elektrohydrauliczny regulator prędkości obrotowej turbiny lub jej mocy / 46
8.2. Rodzaje automatyzacji procesów ruchowych w MEW / 47

9. Procesy ruchowe w MEW / 48
9.1. Zakres i stopień automatyzacji procesów rozruchowych / 49

10. Sposoby automatyzacji procesów ruchowych MEW / 50
10.1. Układ sterowania łopatek turbiny (USW) / 50
10.2. Automatyczny regulator prędkości kątowej turbiny (ART) / 50
10.3. Układ sterowania aparatu kierowniczego turbiny (USK) / 50
10.4. Układ automatycznej regulacji napięcia prądnicy synchronicznej (ARN) / 51
10.5. Automatyczny synchronizator prądnicy synchronicznej (ASG) / 51
10.6. Układ automatycznego sterowania procesami rozruchowymi turbozespołu (USR) / 51
10.7. Układ automatycznego sterowania procesami odstawiania turbozespołu (USO) / 51
10.8. Układ automatycznej regulacji poziomu wody (ARP) / 51
10.9. Auto operator (AOP) / 52
10.10. Układ sterowania zamknięć wlotowych wody do turbiny (USZ) / 52
10.11. Układ programujący pracę szczytową MEW (UPP) / 53
10.12. Sterowanie prądnicami asynchronicznymi / 53

11. Sposoby przekazywania napędu z turbiny na prądnice / 53
11.1. Bezpośrednie sprzęgnięcie wału z prądnicą / 53
11.2. Przekazywanie napędu przez przekładnie / 53
11.3. Przekładnie pasowe / 53
11.4. Przekładnie zębate / 54

12. Pomocnicze wyposażenie mechaniczne / 55
12.1. Kraty na ujęciach wody i ich czyszczenie / 55
12.2. Zamknięcie dopływu wody do turbin / 56
12.3. Wyposażanie budynków elektrowni w dźwignice / 57

13. Systemy pracy, zabezpieczeń, pomiary w MEW / 57
13.1. Zabezpieczenia bloków z prądnicami synchronicznymi i transformatorowymi o mocy do 5000 kVA / 58
13.2. Zabezpieczenia prądnic asynchronicznych o mocy do 250 kVA i napięciu do 1000 V, zasilających bezpośrednio szyny zbiorcze / 59
13.3. Zabezpieczenia bloków, prądnica asynchroniczna – transformator o mocy do 250 kVA / 60
13.4. Zabezpieczenia turbozespołów / 60
13.5. Ochrona przeciwporażeniowa / 61
13.6. Ochrona od przepięć oraz instalacje piorunochronne / 63
13.7. Ochrona przeciwpożarowa / 63
13.8. Bezpieczeństwo wykonywania prac przy urządzeniach elektrycznych / 63
13.9. Udzielanie pierwszej pomocy osobom porażonym prądem elektrycznym / 64
13.10. Sygnalizacja zakłóceń pracy / 64
13.11. Pomiary / 64
13.12. Potrzeby własne elektrowni / 66
13.13. Uziomy / 66

14. Wybrane elementy dokumentacji małej elektrowni wodnej Zakopane – Olcza / 67
14.1. Opis techniczny, charakterystyka elektrowni / 67

15. Podsumowanie / 70

16. Małe elektrownie wodne – szanse i zagrożenia dla mieszkańców i środowiska / 71
16.1. Wybrane akty prawne dotyczące energetyki wodnej / 71
16.2. Wybrane opinie dotyczące małych elektrowni wodnych / 75
16.3. Badania naukowe nad strategiami łagodzenia negatywnych skutków wytwarzania energii wodnej / 77
16.4. Pozytywne oddziaływanie energetyki wodnej na środowisko / 79
16.5. Głos młodzieży w sprawie funkcjonowania małych elektrowni wodnych / 79
16.6. Perspektywa rozwoju małej energetyki wodnej w Polsce / 80

II. ENERGIA BIOMASY

1. Pojęcie biomasy / 83

2. Krajowego Plan na rzecz Energii i Klimatu / 86

3. Drewno jako biopaliwo / 88
3.1. Wierzba energetyczna / 89
3.2. Gazyfikacja biomasy / 90
3.3. Kotły do spalania drewna / 94
3.4. Przykładowe rozwiązania konstrukcyjne kotłów V generacji do spalania drewna / 97
3.5. Kotły małej mocy / 99
3.6. Piec MS / 99
3.7. Kotły dużej mocy / 100
3.8. Budowa małych kotłów V generacji zgazowujących drewno / 101
3.9. Kotły do spalania peletu / 102

4. Piece kominkowe V generacji / 103
4.1. Kominek z płaszczem wodnym / 103
4.2. Kominek pracujący w systemie zintegrowanym / 105
4.3. Ciepła woda z kominka / 107

5. Słoma jako biopaliwo / 108
5.1. Kotły do spalania słomy / 109
5.2. Kotły małej mocy na słomę / 111
5.3. Kotłownie średniej mocy / 113
5.4. Kotłownie dużej mocy / 113
5.5. Peletowanie słomy / 113
5.6. Maszyny do produkcji brykietów ze słomy / 114
5.7. Wnioski / 116

6. Osady ściekowe (analog torfu) i kotły na osady ściekowe / 117

7. Biogaz / 117
7.1. Biogazownie rolnicze / 121
7.2. Biogazownie rolnicze oparte na procesie fermentacji metanowej / 122
7.3. Wybrane zagadnienia z analizy porównawczej opłacalności ekonomicznej, biogazowni rolniczej / 127
7.4. Charakterystyka pierwszej biogazowni rolniczej działającej w Polsce / 130
7.5. Mikroinstalacje kontenerowe / 132
7.6. Małe biogazownie rolnicze / 133
7.7. Wnioski dotyczące perspektyw rozwoju biogazowni rolniczych / 136

8. Biogaz z oczyszczalni ścieków / 139
8.1. Gospodarka energią elektryczną i ciepłem na przykładzie oczyszczalni „Kujawy” w Krakowie / 139
8.2. Opis działania oczyszczalni / 139
8.3. Wytwarzanie biogazu / 140
8.4. Generatory zasilane biogazem / 140

9. Biogaz wysypiskowy z odpadów / 142
9.1. Elektrociepłownia biogazowa – wysypisko Barycz / 144
9.2. Elektrociepłownia biogazowa w Łużycach / 147

10. Skojarzone wytwarzanie energii elektrycznej, ciepła i chłodu w oparciu o paliwa biogazowe – agregaty kogeneracyjne / 147
10.1. Geneza / 147
10.2. Zasada działania / 147
10.3. Dobór agregatu / 148
10.4. Wytwarzanie i sprzedaż chłodu w oparciu o ciepło z kogeneracji / 149

11. Wzbogacanie i oczyszczanie biogazu / 150

12. Główne zalety wykorzystania biogazu / 153

13. Problemy wynikające z produkcji biogazu / 153

14. Planowane działania / 154

15. Biopaliwa płynne I generacji / 155
15.1. Bioetanol / 155
15.2. Biodiesel / 157

16. Biopaliwa II generacji / 162

17. Biopaliwa III generacji / 165

18. Współspalanie biomasy i paliw kopalnych / 167

19. Elektrociepłownie wykorzystujące do spalania biomasę / 170

20. Wnioski / 174

Literatura – woda / 177
Biomasa – literatura / 179

Informacje o bezpieczeństwie produktu Informacje o producencie