Bezpieczeństwo
Problemy techniczne użytkowania elektrowni
25.02.2015

Elektrownie cieplne – węglowe i biomasy

W tym przypadku największym problemem jest złożoność procesu produkcyjnego. Aby móc uzyskać nawet minimalną ilość energii potrzebna jest cała sieć idealnie współpracujących ze sobą maszyn. Przerwanie układu w dowolnym miejscu paraliżuje całą linie produkcyjną. Producent musi dbać, aby maszyneria była cały czas w dobrej kondycji. W przypadku elektrowni węglowej remonty konieczne są co około 10 lat, a całkowita wymiana urządzeń co mniej więcej 50 lat. W przypadku spalania biomasy, z powodu substancji wydzielanych w trakcie tego procesu, mających niszczący wpływ na żelazo, czas pomiędzy wymaganymi renowacjami jest o wiele krótszy, zachodzi średnio co 3 lata. Skraca się też odpowiednio żywotność maszyn. Nie trzeba chyba wspominać jak kosztownym i długim przedsięwzięciem jest taki remont, co więcej, jest przyczyną kolejnego problemu. Tak wielkie obiekty muszą być uruchamiane stopniowo, pod stałym nadzorem i wprowadzaniem ciągłych regulacji. Może to trwać od paru tygodni nawet do kilku miesięcy, piętrząc stracony czas produkcyjny.

Innymi ważnym czynnikiem produkcji energii jest jej przetwórczy charakter. Potrzebny do niej surowiec po zakupie musi być transportowany i składowany, a następnie przygotowany do spalenia. Niestety, prąd nie jest jedyną pochodną tego procesu. Producent musi zadbać, aby niebezpieczne związki azotu, siarki, oraz pył nie dostały się do atmosfery. Konieczne jest też chłodzenie maszyn i pary, co zmusza do budowy chłodni kominowych lub używania wielkich wentylatorów.

Skoro proces jest tak skomplikowany to czemu ten rodzaj elektrowni wciąż stanowi największy odsetek produkcji na świecie? Wszystkie te skomplikowane procesy mają niesamowitą wydajność, krótko mówiąc, są opłacalne (elektrownie węglowe, gdyż te wykorzystujące biomasę w dalszym ciągu generują jedynie straty). Rozwijana przez lata technologia, połączona z rozsądnym zarządzaniem, niweluje większość wad. Podział elektrowni na wiele równoległych układów sprawia, że w czasie remontu jednych pozostałe mogą pracować, a po renowacji koszta szybko się zwracają. Budowa chłodni kominowej to duża inwestycja, jednak są one praktycznie bezawaryjne i nie generują kosztów, zapewniając ze swojej strony najefektywniejsze chłodzenie. Stacje odsiarczania, odazotowania i odpylanie spalin sprawiają, że do atmosfery dostają się tylko pomijalne ilości szkodliwych substancji.

Elektrownie atomowe

Reaktory atomowe to bardzo drogie inwestycje. Koszt wybudowania jednego jest porównywalny z kosztem budowy dwóch najnowocześniejszych elektrowni węglowych, każda o porównywalnej mocy i czasie działania (który wynosi około 60 lat). Do tego trzeba doliczyć jeszcze konieczność chłodzenia, które musi być kilkukrotnie bardziej intensywne i skomplikowane, zważywszy na promieniotwórczy charakter przedmiotu chłodzonego. Do obsługi wymagana jest liczna, bardzo dobrze wykwalifikowana kadra pracownicza. Poważne awarie nie zdarzają się często, jednak są fatalne w skutkach, zarówno dla okolicy, jak i bardziej oddalonych terenów. Katastrofa elektrowni atomowej w Fukushimiew 2011 roku pokazała, że nie istnieje obecnie technologia, która zapewniłaby niemożliwość wystąpienia tego typu wypadków. Powoduje to dużą niechęć do tego rodzaju rozwiązań, częste protesty i strajki przeciwko budowie jednostki na pobliskich terenach. Dochodzi do tego jeszcze konieczność składowania radioaktywnych odpadów.

Z drugiej strony faktem pozostaje, że atom jest obecnie najbardziej efektywną i opłacalną metodą pozyskiwania energii. Jeden gram uranu odpowiada mniej więcej 1,5 tony węgla, jeśli chodzi o uzyskaną wartość energetyczną. Inwestycja po wybudowaniu nie generuje wielu dodatkowych kosztów, podobnie system chłodzenia. Agencji Energii Jądrowej i Międzynarodowa Agencja Energi Atomowej są zgodne, że obecne złoża Uranu złoża wystarczą na ponad 100 lat, a minimum drugie tyle przewiduje się jako złoża jeszcze nie odnalezione. Koszt jednego kg waha się od 500-1500zł, co jest niezwykle tanio w porównaniu do zysków, jakie można wygenerować.

Elektrownie Słoneczne

Mimo, że elektrownie słoneczne mogą być budowane w każdym miejscu na ziemi, to względnie opłacalne są jedynie w bardzo dobrze nasłonecznionych terenach. Składa się na to wiele czynników. Cena ogniw fotowoltaicznych jest bardzo wysoka i każde z nich musi być wystawione na słońce, a więc potrzebny jest zakup olbrzymich połaci gruntu, na których mogłyby te ogniwa stanąć. Przykładowo, koszt budowy elektrowni w Sarni, o mocy odrobinę mniejszej niż najmniejsza z elektrowni cieplnych w Polsce, wyniósł 400milionów dolarów, co w przeliczeniu na moc daje koszta prawie dwukrotnie większe niż wybudowanie reaktora jądrowego. Największa obecnie farma słoneczna Topaz Solar Farm w Kalifornii zajmuję powierzchnie 2500hektarów, jednak jeżeli chciałaby się równać pomniejszą elektrownią atomową musiałaby zajmować 10 000 ha, a więc około 1/5 powierzchni Warszawy. Co więcej, takie ogniwa są w stanie działać jedynie 20, maksymalnie 30 lat i przez cały ten czas wymagają armii ludzi, którzy muszę je czyścić, aby nie traciły na efektywności.

Elektrownie słoneczne mają też swoje plusy. Energię wytwarza się wykorzystując promieniowanie, a więc nie wykorzystuje się żadnych surowców, dzięki czemu nie ma problemów z ich składowaniem i transportem. Słońce emituje energię już od 5 miliardów lat i według specjalistów będzie to robić co najmniej drugie tyle, więc spokojnie można je uznać jako odnawialne jej źródło.

Elektrownie Wiatrowe

W przypadku elektrowni wiatrowych największym problemem jest ich odpowiednie usytuowanie. Musi to być w miejscu, gdzie wiatr jest odpowiednio silny, aby był w stanie poruszać wiatrakiem. Przewiew powinien być jak najbardziej jednostajny, gdyż prądnica musi obracać się ze stałą prędkością dostosowaną do prądu zmiennego sieci. Jeżeli siła wiatru jest zbyt wielka, lub zbyt mała wtedy pobierana jest energia z sieci, która wspomaga/spowalnia ruch, do czasu dopóki wyprodukowane napięcie przekracza pobierane, następnie obrót jest blokowany. Sprawia to, że praktycznie niemożliwe jest osiągnięcie maksymalnej skuteczności, przez około 2/3 roku wiatrak nie pracuje, a większość pozostałego czasu nie pracuje na pełnej skuteczności. Jeden wiatrak jest w stanie wyprodukować maksymalnie 1MW energii, więc potrzeba 100 takich wiatraków aby osiągnąć wydajność niewielkiej elektrowni cieplej , a przeciętnej 1000. Przy założeniu, że wiatrak jest w stanie pracować jedynie 1/3 roku potrzeba ich 3000. Kolejnymi problemami jest duży hałas, negatywny wpływ na ptactwo, oraz duże połacie zajętego przez wiatraki terenu.

Są też pozytywne aspekty stosowania elektrowni wietrznych. Wiatraki to nieskomplikowane urządzenia, które łatwo wyprodukować i zamontować, dzięki czemu ich cena jest niska. Z obecnych badań wynika, że wymagają naprawy średnio jedynie co 25 lat. Jeśli farmy wiatrowe umieszczone są na morzu, które charakteryzuje się dużo bardziej stałymi wiatrami, wtedy czas pracy wiatraków w ciągu roku jest znacznie większy, znacząco zwiększając tym samym efektywność, oraz opłacalność.

Elektrownie Wodne

Elektrownie wodne są w większości uzależnione od rzek. Jeżeli ich nurt niesie dużą ilość wody i mają odpowiednio strome nachylenie można wybudować tamę z turbinami napędzającymi prądnicę. Elektrownie te zazwyczaj mają bardzo niewielką moc, jednak przy największych inwestycjach są w stanie dość tanim kosztem (podobnym jak przy inwestycjach w elektrownie cieplne) osiągać moc równą nawet dziesięciu pojedynczym reaktorom atomowym. Jednakże ich budowa wiąże się z dewastacją dużych połaci terenu. Budowa Zapory Trzech Potoków w Chinach wymusiła zalanie ponad 1000 kilometrów kwadratowych, w tym kilku miast, i przesiedlenie ponad miliona ludzi. Jej budowa była możliwa dzięki wystąpieniu idealnych warunków terenowych i powtórzenie jej w jakimkolwiek innym miejscu na świecie byłoby praktycznie niemożliwe.

Marcin Cybulak