Technologie

Turbiny wiatrowe dużych mocy

Turbiny te są dostępne w zakresie mocy znamionowych od 2 do 6 MW dla pojedynczej jednostki. Wysokość osi wirnika dochodzi do 120 m nad poziomem terenu, a jego średnica osiąga 40 m. Większe moce uzyskuje się zestawiając kilka – kilkanaście turbin w odpowiednich odległościach i przy uwzględnieniu dominujących kierunków wiatru.

Zapotrzebowanie na teren inwestycyjny wykorzystany bezpośrednio do posadowienia tych urządzeń jest niewielkie w stosunku do mocy zainstalowanej, jednakże w wielu lokalizacjach, między innymi w Polsce, wymaga się znacznej odległości takiej inwestycji od zabudowy mieszkaniowej.

Obok konieczności dostosowania do przepisów i norm lokalnych, posadowienie turbiny wiatrowej wymaga także analizy wietrzności dla danej lokalizacji.

Turbiny wiatrowe małych i średnich mocy

Turbiny wiatrowe małych i średnich mocy to kompaktowe i zazwyczaj łatwiejsze w zabudowie (w stosunku do wielkoskalowych TW) urządzenia. Turbiny małe (o mocach do 50 kW) cechują się średnicą wirnika od 2 do 10 m, a wysokość ich masztu nie przekracza 10-30 m. Ze względu na swoje gabaryty, mniejsze turbiny wiatrowe mogą być instalowane nie tylko na gruncie, ale i na dachach lub elewacjach istniejących obiektów. Małe turbiny wiatrowe konstruowane są w oparciu o poziomą (tak jak duże TW) lub pionową oś obrotu wirnika.

Turbiny te bardzo dobrze sprawdzają się jako instalacje przydomowe czy też źródła wytwórcze zlokalizowane przy zakładach produkcyjnych lub kompleksach rolniczych. Ze względu na zależność od warunków pogodowych, tworzą one bardzo dobrą synergię ze źródłami opartymi o wykorzystanie energii słonecznej. Podobnie jak duże turbiny wiatrowe, turbiny te powinny spełniać wymogi lokalnych norm i przepisów, a ich dobór powinien być potwierdzony analizą wietrzności w danej lokalizacji.

Instalacje fotowoltaiczne

Instalacje fotowoltaiczne wykorzystują technologię ogniw fotowoltaicznych do przekształcania energii słonecznej na energię elektryczną. Składają się z paneli fotowoltaicznych, których modułowość pozwala na tworzenie lokalnych instalacji o mocy od kilku kWp, aż do kilkudziesięciu MWp (gdzie p odnosi się do znormalizowanych warunków pomiaru mocy – głównie nasłonecznienia) i więcej. Elastyczność w ich montażu pozwala na budowę zarówno małych instalacji pokrywających dachy obiektów, jak i farm fotowoltaicznych na gruncie o powierzchni kilkuset hektarów. Popularne są zadaszenia parkingów (np. pracowniczych) pokryte panelami fotowoltaicznymi.

Głównym ograniczeniem zainstalowanej mocy jest zwykle powierzchnia dostępna do zabudowy. Instalacje posadawiane na gruncie wykorzystują stalowe lub aluminiowe konstrukcje wsporcze które są wbijane, wkręcane lub dociskane obciążnikami. Na rynku dostępne są także rozwiązania umożliwiające zmianę kąta pochylenia i/lub kąta azymutalnego podczas eksploatacji paneli (tzw. trackery) w celu jak najlepszego wykorzystania energii promieniowania w danym momencie. Podczas doboru parametrów instalacji (np. typ paneli, kąty pochylenia i orientacji azymutalnej) zwraca się uwagę również na lokalne warunki nasłonecznienia, topografię wybranego terenu oraz profil zapotrzebowania na energię elektryczną. Przykładowo, optymalne wartości obu kątów oraz decyzja o stosowaniu trackerów są zazwyczaj znacząco różne dla instalacji eksportującej całość energii do sieci i dla instalacji off-grid wyposażonej w magazyn energii i powiązanej z konkretnym odbiorcą.

Magazyny bateryjne

To baterie elektrochemiczne, akumulatory przechowujące czasowo nadmiar lub zapas energii elektrycznej. Pozwalają one na podtrzymanie zasilania energią elektryczną w przypadku jego braku, a w skali przemysłowej na pokrywanie zapotrzebowania szczytowego oraz przechowanie energii z OZE przy braku możliwości jej eksportu do sieci zewnętrznej. Technologia magazynów bateryjnych podlega ciągłemu dynamicznemu rozwojowi. Układ magazynu bateryjnego zestawiany jest zazwyczaj z prefabrykowanych modułów, co pozwala na osiąganie dużych pojemności oraz mocy ładowania/rozładowania. Magazyny bateryjne stanowią również istotne wsparcie w systemach dążących do samowystarczalności energetycznej (off-grid). Najnowsze rozwiązania zapewniają relatywnie wysoką dynamikę ładowania oraz wysoką gęstość gromadzonej energii (moc w stosunku do wielkości i masy). Dostępne są rozwiązania oparte zarówno na klasycznych akumulatorach kwasowo-ołowiowych, jak również na najpopularniejszych obecnie bateriach Li-Ion i LiFePo4.

Elektrolizery

W wyniku elektrolizy wody otrzymuje się wodór i tlen. Jeżeli zużywana w tym procesie energia elektryczna pochodzi ze źródeł odnawialnych, to wytworzony wodór również może być, w znacznej części, uznany za paliwo odnawialne – tzw. „zielony wodór”. Zielony wodór może być następnie magazynowany i wykorzystywany w procesach przemysłowych i transporcie. Z punktu widzenia gospodarki energetycznej przedsiębiorstwa, zmagazynowany wodór może być też wykorzystywany do produkcji energii elektrycznej w agregacie kogeneracyjnym w tych okresach, kiedy energia elektryczna z paneli fotowoltaicznych i turbin wiatrowych nie jest dostępna. Układ złożony z elektrolizerów, magazynów wodoru i agregatów stanowi zatem magazyn energii elektrycznej odznaczający się wprawdzie niską sprawnością przechowywania energii, ale równocześnie stosunkowo długimi okresami bez ubytku magazynowanego wodoru – nośnika energii.

Komercyjnie dostępne są dwa typy elektrolizerów różniące się między innymi sposobem separacji i transportu jonów. W elektrolizerach alkalicznych wykorzystuje się w tym celu ciekły elektrolit, a w elektrolizerach membranowych półprzepuszczalną membranę.

Kryteria doboru elektrolizera do danego zastosowania uzależnione są głównie od wymagań jakościowych (czystości) wodoru oraz sposobu zasilania energią elektryczną (np. praca w systemie off-grid lub zasilanie sieciowe).

Magazyny sprężonego wodoru

Sprężony wodór można przechowywać w zestawach (bateriach) połączonych ze sobą zbiorników cylindrycznych. Same zbiorniki dostępne są w wykonaniu stalowym (starsze typy) lub kompozytowym, często z dodatkową wewnętrzną warstwą uszczelniającą. Maksymalne ciśnienia przechowywania wodoru dochodzą obecnie do 700 bar. Zbiorniki sprężonego wodoru mogą być wykonane jako stacjonarne lub mobilne – do transportu na naczepach.

Budowa układu magazynowania sprężonego wodoru wymaga, oprócz właściwych zbiorników także instalacji sprężania, specjalistycznej armatury oraz spełnienia szeregu wymogów związanych z bezpieczeństwem eksploatacji.

Kogeneracyjne agregaty silnikowe

Kogeneracyjne agregaty silnikowe konstruowane są w oparciu o tłokowe silniki spalinowe. Wał silnika napędza generator elektryczny, a ciepło dla odbiorców zewnętrznych pozyskiwane jest ze spalin, chłodzenia bloku silnika, oleju i sprężonego powietrza (w przypadku silników turbodoładowanych). Agregaty kogeneracyjne mogą być zasilane gazem ziemnym, biogazem, wodorem lub mieszaniną tych paliw. Układy te są dostępne w mocach elektrycznych do kilkunastu MW (jako pojedyncze urządzenie).

Wyprodukowana energia elektryczna może być zużywana lokalnie (wyspowo, tj. bez przyłączenia instalacji do sieci energetycznej), natomiast w przypadku jej nadmiaru może ona być oddawana do sieci energetycznej. Dzięki możliwości szybkiej zmiany obciążenia takich jednostek, bardzo dobrze sprawdzają się one jako uzupełnienie źródeł odnawialnych zależnych od warunków pogodowych.

Pompy ciepła powietrzne

Pompy ciepła przenoszą ciepło z przestrzeni o niższej temperaturze (np. otoczenie, grunt) do przestrzeni o wyższej temperaturze (np. ogrzewane pomieszczenia lub procesy technologiczne) na skutek działania obiegu termodynamicznego w którym krąży specjalny czynnik obiegowy. Kluczowym elementem tego obiegu jest sprężarka czynnika, która jest napędzana silnikiem elektrycznym odpowiadającym za główne zużycie energii elektrycznej w takim układzie. Dodatkowe zużycie energii elektrycznej może wynikać z obecności grzałek, które instalowane są często jako źródło rezerwowo-szczytowe dla pompy ciepła.

Powietrzne pompy ciepła wykorzystują powietrze z otoczenia jako dolne źródło ciepła (poprzez wymiennik ciepłą), co przesądza o uniwersalności ich zastosowań, ale jest równocześnie wadą skutkująca obniżeniem sprawności całej pompy ciepłą wraz z obniżaniem temperatury otoczenia. W przypadku wymaganych wysokich parametrów czynnika grzewczego stosuje się układy kaskadowe – np. dwóch obiegów termodynamicznych połączonych szeregowo.

Powietrzne pompy ciepła dostępne są w mocach grzewczych do kilku MW (jako pojedyncze urządzenie). Stanowią one zazwyczaj interesującą opcję inwestycyjną w połączeniu z odnawialnymi źródłami energii elektrycznej oraz zasobnikami ciepła. Dobór powietrznych pomp ciepła uwarunkowany jest między innymi wymaganą temperaturą czynnika grzewczego, przewidywanym pasmem pracy pompy w ciągu roku oraz warunkami klimatycznymi.

Pompy ciepła gruntowe

Gruntowe pompy ciepła wykorzystują grunt jako dolne źródło ciepła (poprzez wymiennik ciepłą). Wyróżnia się pompy ciepła z wymiennikiem poziomym (pętle rur posadowione w gruncie na głębokości do 2 m) lub pionowym (rury posadowione w zespole odwiertów o głębokości do kilkudziesięciu metrów). Wymiennik poziomy wymaga stosunkowo dużej powierzchni, ale charakteryzuje się niższym kosztem inwestycyjnym. Z kolei wymiennik pionowy gwarantuje stabilniejszą pracę pompy ciepła, gdyż jest odporniejszy na zmiany warunków atmosferycznych. Jest to jednak rozwiązanie droższe inwestycyjnie z uwagi na konieczność wykonywania specjalistycznych odwiertów i wymagające odpowiedniej jakości gruntu. Czynnik pośredniczący w przekazywaniu ciepła, przepływający rurami, musi być odporny na zamarzanie (np. solanka, glikol).

Gruntowe pompy ciepła dostępne są w mocach grzewczych do kilkudziesięciu MW (jako pojedyncze urządzenie). Stanowią one zazwyczaj interesującą opcję inwestycyjną w połączeniu z odnawialnymi źródłami energii elektrycznej oraz zasobnikami ciepła. Dobór gruntowych pomp ciepła uwarunkowany jest między innymi wymaganą temperaturą czynnika grzewczego, przewidywanym pasmem pracy pompy w ciągu roku oraz dostępnością gruntu i warunkami geologicznymi.