Rodzaje elektrowni — podział i porównanie
Elektrownie dzielą się na cieplne (węglowe, gazowe, jądrowe) oraz wykorzystujące źródła odnawialne: wodne, wiatrowe, słoneczne i geotermalne. W Polsce dominują elektrownie węglowe.
Wszystkie elektrownie poza słonecznymi działają na tej samej zasadzie — obracają turbinę połączoną z generatorem. Różnica polega wyłącznie na tym, co wprawia turbinę w ruch.
Elektrownie cieplne
- Węglowe — spalanie węgla podgrzewa wodę, para napędza turbinę
- Gazowe — podobnie, ale z użyciem gazu ziemnego; mniej emisji i szybszy rozruch
- Jądrowe — ciepło pochodzi z rozszczepienia jąder uranu, nie ze spalania
Warto podkreślić: elektrownia jądrowa też jest elektrownią cieplną. Reaktor pełni funkcję kotła, a dalsza część układu jest niemal identyczna jak w elektrowni węglowej.
Elektrownie odnawialne
- Wodne — spadająca woda obraca turbinę; wymagają odpowiedniego ukształtowania terenu
- Wiatrowe — wiatr obraca łopaty; wydajność rośnie z sześcianem prędkości wiatru
- Słoneczne (fotowoltaiczne) — jedyne bez turbiny; prąd powstaje bezpośrednio w ogniwie
- Geotermalne — ciepło z wnętrza Ziemi; opłacalne tam, gdzie zalega płytko
- Biomasowe — spalanie materii organicznej
Porównanie
- Węglowe — stabilne i sterowalne, ale wysokoemisyjne
- Jądrowe — bardzo wydajne i bezemisyjne w pracy, ale kosztowne w budowie i pozostawiające odpady
- Wiatrowe i słoneczne — bezemisyjne, ale zależne od pogody
- Wodne — stabilne i sterowalne, ale ograniczone warunkami terenu i ingerujące w ekosystem rzeki
Problem magazynowania
To główne wyzwanie energetyki odnawialnej. Sieć musi w każdej chwili dostarczać dokładnie tyle energii, ile odbiorcy zużywają — nadwyżki nie da się po prostu odłożyć.
Wiatr i słońce nie dostosowują się do zapotrzebowania: fotowoltaika produkuje najwięcej w południe, a szczyt zużycia w gospodarstwach domowych przypada na wieczór. Dlatego rozwój tych źródeł wymaga równoległego rozwoju magazynów energii albo elektrowni, które da się szybko uruchomić.
Najstarszym rozwiązaniem są elektrownie szczytowo-pompowe — przy nadwyżce prądu pompują wodę do górnego zbiornika, a przy niedoborze spuszczają ją przez turbiny. To w praktyce gigantyczny akumulator wykorzystujący energię potencjalną wody.
Sprawność — ile energii faktycznie odzyskujemy
Żadna elektrownia nie zamienia całej dostępnej energii w prąd. Elektrownia węglowa osiąga zwykle sprawność rzędu 35–45 procent, co oznacza, że ponad połowa energii zawartej w paliwie ucieka jako ciepło — stąd chłodnie kominowe i unoszące się nad nimi kłęby pary wodnej.
Rozwiązaniem tego marnotrawstwa są elektrociepłownie, które wykorzystują odpadowe ciepło do ogrzewania miast. Ich łączna sprawność sięga wtedy 80 procent, bo energia, która w zwykłej elektrowni jest tracona, trafia do sieci ciepłowniczej. Dlatego duże miasta w Polsce zasilane są właśnie z elektrociepłowni, a nie z samych elektrowni.
Energetyka w Polsce
Struktura opiera się historycznie na węglu kamiennym i brunatnym, choć jego udział systematycznie maleje na rzecz źródeł odnawialnych i gazu. Największe elektrownie węglowe to Bełchatów, Kozienice i Opole.
Elektrownie wodne mają w Polsce ograniczony potencjał, bo rzeki nizinne mają niewielki spadek. Największa, Solina, pełni głównie funkcję szczytowo-pompową i przeciwpowodziową.