Elektrownie – Recenzja

Elektrownie to jedyna na polskim rynku publikacja starająca się podejść całościowo do tak ogromnego tematu jakim jest energetyka. Czy coś z tego wyszło? Zapraszam na recenzję!

Kto ją napisał i w jakim celu?

Autorami książki są prof. dr hab. inż. Maciej Pawlik oraz prof. dr hab. inż Franciszek Strzelczyk. Historia niniejszej publikacji sięga 1990 roku, kiedy to wydano jej pierwszą wersję. Najnowsza edycja, okraszona numerem VII, pochodzi z roku 2016. To co nie zmieniło się na przestrzeni tych lat to główny cel autorów książki. Chcieli oni, by po zakończonej lekturze czytelnik zyskał podstawową wiedzę na temat tego jak, gdzie i z czego wytwarza się energię elektryczną. Czy im się to udało? Zaraz to sprawdzimy.

O czym jest ta książka?

Przeszło 700 stron i 1,1 kg żywej wagi. Jeśli będziecie w przyszłości trzymać tę książkę na regale, to zalecam wykorzystanie do tego jednej z niższych półek (tak żeby przypadkiem nie spadła wam kiedyś na głowę). Z powodu gabarytu niezbyt wygodnie czyta się ją w pozycji leżącej, ale skoro okładka informuje nas, że to podręcznik akademicki, to możemy jej to chyba wybaczyć.

Do rzeczy. O czym jest książka? O elektrowniach. Wszystkich. A dokładniej o zasadzie ich działania, budowie, zjawiskach fizycznych jakie wykorzystują, a nawet o ich obsłudze i aspektach ekonomiczno-politycznych. Rozdziałów, podrozdziałów i podrozdzialików jest tutaj cała masa, więc poniżej przedstawię główne segmenty:

1. Wstęp – na pierwszych stronach znajdziemy spis najważniejszych wielkości fizycznych, symboli i oznaczeń, dzięki czemu zawsze wiemy gdzie możemy wrócić w razie problemów. Następnie poznajemy krótką historię polskich i zagranicznych elektrowni, a także przewidywane trendy na nadchodzące lata. To tutaj dowiadujemy się również o podstawowych rodzajach elektrowni, ich dominacji w różnych częściach świata, a także o tym, które z nich są tymi „złymi i brudnymi”, a które wolnymi od emisji CO₂ i tym podobnych. Kawał historii i cała masa wiedzy podanej w naprawdę przystępny sposób.
2. Obiegi cieplne elektrowni parowych kondensacyjnych i elektrociepłowni – początek serii rozdziałów na temat najpopularniejszych elektrowni w Polsce – tych, w których spala się węgiel, wytwarza parę, a ta na koniec napędza generator. Na początek otrzymujemy dość szczegółowy schemat pracy takiej elektrowni, okraszony równie wyczerpującym opisem. Na szczęście nie da się tutaj zgubić, bo poszczególne elementy schematu mają swoje numerki i autorzy skrupulatnie się do nich odnoszą. Następnie przechodzimy do zagadnień sprawności oraz wskaźników zużycia pary, ciepła oraz paliwa. Przy okazji wprowadzonych jest wykresów i wzorów, ale na szczęście na końcu zawsze są tabelki, w których wszystkie obliczenia zrobiono za nas.
3. Kotły parowe – kolejny rozdział to nieco dokładniejsze spojrzenie na pierwszy element elektrowni parowych, czyli kotły, w których spalane jest paliwo. Klasycznie jest sporo wykresów, tabel i wzorów, ale też wiele ciekawych informacji na temat chociażby czystości węgla, jego kaloryczności, czy strat ciepła w kotle. Poznajemy tutaj również rodzaje palenisk, dokładny opis procesu przygotowania i spalania paliw w różnych postaciach, a także przepływu powietrza i spalin w kotle. Na koniec sporo akapitów poświecono grzaniu i przegrzewaniu pary, a także oczyszczaniu spalin z całego tego syfu, który przedostaje się do atmosfery.
4. Turbiny parowe – czyli miejsce w którym ciepło pary przekształcane jest w energię mechaniczną. Dowiadujemy się tutaj, że turbiny dzielą się przede wszystkim na akcyjne i reakcyjne, a ich działanie można opisać ogromną liczbą wzorów i wykresów. Następnie mamy krótki przystanek opisujący wybrane modele turbin produkowanych w Polsce, po czym przechodzimy do zagadnienia strat w turbinach, instalacji olejowej, układów regulacji i zabezpieczeń, a także skraplaczy. Na koniec krótko o tym jak takie wielkie turbiny się w ogóle uruchamia i zatrzymuje – brzmi to jak coś co warto wiedzieć.
5. Układy cieplne elektrowni i elektrociepłowni parowych – rozdział o tym jak ciepło wędruje przez poszczególne elementy elektrowni i elektrociepłowni i czym to się w obu przypadkach różni. Dowiadujemy się tutaj jak działają wymienniki ciepła, rozprężacze i pompy wody zasilającej, a także dlaczego nie można od tak rozpalić paleniska na maksa, albo bardzo szybko go zgasić.
6. Gospodarka paliwowa – świetny fragment o tym jak w ogóle paliwo dostaje się do elektrowni. Zaczynamy od nawęglania, czyli dostawy, rozładunku, składowania i transportu węgla. Po krótkim wtrąceniu na temat zarządzania paliwami ciekłymi otrzymujemy jeszcze sporo informacji na temat sposobów odpopielania węgla. Mało wzorów, sporo rysunków i naprawdę kawał ciekawego tekstu.
7. Gospodarka wodna – czyli dlaczego elektrownia, żeby działać, musi dużo pić. Znajdujące się tutaj podrozdziały uczą nas kolejno o tym do czego wykorzystuje się wodę w elektrowni (spoiler: do chłodzenia i wytwarzania pary), skąd się ją bierze i jak ona krąży. Jeśli kojarzycie takie niskie, szerokie kominy znajdujące się w elektrowniach, to właśnie im poświęcona jest duża część tego segmentu (czyli tzw. chłodniom kominowym).

8. Turbogeneratory i układy elektryczne w elektrowniach parowych – wreszcie docieramy do tematu, o którym teoretycznie powinienem wiedzieć najwięcej, ale i tutaj zostałem zaskoczony. Bo widzicie, turbogeneratory to nie takie małe zabawki jakimi my automatycy zazwyczaj się bawimy. To potężne urządzenia, których parametry (takie jak napięcie, prąd, moc, czy sprawność) poznajemy od razu na samym początku. A kiedy już wiemy z czym mamy do czynienia, przechodzimy do drugiej najważniejszej rzeczy: chłodzenia całego tego żelastwa. Zwykle robi się to powietrzem, wodą lub wodorem, ale autorzy pochylili się również nad raczkującym rozwiązaniami (wykorzystanie helu, nadprzewodnictwa i tym podobnych rzeczy). Kolejne podrozdziały dotyczą metod wzbudzania generatorów, układów regulacji, a także całej elektrycznej strony elektrowni. Poza samym tekstem, znajdziemy tutaj masę rzeczywistych schematów elektrycznych i rysunków ukazujących chociażby sposób wyprowadzenia przewodów z elektrowni, czy połączenia wszystkich podzespołów w rozdzielnicach.
9. Potrzeby własne elektrowni parowych – aby kocioł i turbozespół wytwarzały energię elektryczną, coś musi dostarczyć do nich chociażby paliwo oraz wodę. I o tych właśnie urządzeniach pomocniczych jest ten rozdział. Znajdziemy tutaj sporo rysunków, schematów i twardych liczb na temat urządzeń podtrzymujących pracę elektrowni oraz układów awaryjnego zasilania (i jego załączania w razie draki). Rozdział nie jest może długi, ale istota wszystkich tych układów jest tutaj doskonale uchwycona.
10. Automatyzacja w elektrowniach parowych – dość teoretyczny fragment na temat tego co widzą panowie siedzący w pomieszczeniach sterujących i co mogą, a czego nie mogą robić jeśli chodzi o parametry pracy elektrowni. Twardej automatyki nie ma tutaj może zbyt wiele, ale to dobrze – autorzy ponownie postawili zrozumienie ponad suchą teorię, więc sporo jest tutaj typowo opisowego tekstu.
11. Elektrownie jądrowe – jest to rozdział, na który czekałem zdecydowanie najbardziej. Nie dlatego, że Polska przedstawiła niedawno plan budowy elektrowni atomowej (który to już raz?), ale dlatego, że temat ten jest po prostu piekielnie ciekawy. I przyznam, że nie zawiodłem się. Na początek autorzy dokładnie wyjaśnili skąd bierze się energia w reakcjach rozszczepienia i syntezy jąder atomowych (i dlaczego ta druga jest trochę fajniejsza). Następnie przeszli do zasady działania i budowy reaktorów termicznych i prędkich (bo na takie się dzielą) oraz do przedstawienia obiegu wody, czyli najważniejszego czynnika w tego typu elektrowniach. Znajdziemy tu również schemat elektryczny takiej elektrowni i, co najważniejsze, rozdział poświęcony rzeczywistemu bezpieczeństwu pracy reaktorów jądrowych. Poznajemy też ogólny stan energetyki jądrowej na świecie w, mniej więcej, 2010 roku oraz perspektywy jej rozwoju. Na koniec autorzy przybliżają nam sposób działania i budowę rzeczywistych reaktorów jądrowych pracujących aktualnie w różnych krajach, a także koncepcje ich usprawnienia w przyszłości.

12. Elektrownie wodne – zaraz po elektrowniach opalanych węglem są to najważniejsze elektrownie pracujące w naszym kraju. To właśnie one w czasie szczytowego zużycia zapewniają wydolność naszej sieci. Bez nich cały system posypałby się jak domek z kart. Rozdział ten dokładnie objaśnia jak czerpie się energię z wody, jak wyglądają typowe turbiny i całe elektrownie. Ale nie jakieś tam zmyślone, tylko faktycznie pracujące w naszym kraju. Mamy tutaj na przykład przekrój poprzeczny elektrowni we Włocławku wraz z opisem jej działania, jest też elektrownia w Solinie na Sanie, czy w Żarnowcu. Są też oczywiście schematy elektryczne, a także cały podrozdział prezentujący dane liczbowe dotyczące naszych dużych i małych elektrowni wodnych.
13. Elektrownie z turbinami gazowymi – elektrownie gazowe nie są może bardzo popularne w Polsce, ale wiąże się z nimi duże nadzieje na przyszłość. W rozdziale tym dowiemy się o ich działaniu i sprawności, a także o dość egzotycznie brzmiącym paliwie, jakim jest zgazowany węgiel.
14. Elektrownie z silnikami spalinowymi tłokowymi – tego typu elektrownie (co zaznaczają autorzy) pracują przede wszystkich w krajach Trzeciego Świata (zasobnych w ropę i gaz, ale ubogich w wodę). Mimo to fajnie jest przypomnieć sobie zasadzę działania silników niskoprężnych oraz Diesla i zobaczyć z jakimi mocami tych jednostek mamy do czynienia w elektrowniach z prawdziwego zdarzenia.
15. Nowe źródła i technologie wytwarzania energii elektrycznej – czyli nic innego jak słynne OZE (Odnawialne Źródła Energii). Na wstępie dowiadujemy się czym dokładnie są te źródła, jak wiele wykorzystujemy ich w Polsce oraz jak wygląda opłacalność ich stosowania. Następnie przechodzimy do szczegółów, czyli podrozdziałów o biomasie, energetyce wiatrowej, energii słonecznej i geotermalnej, pompach ciepła, ogniwach paliwowych i elektrowniach magnetohydrodynamicznych. Każdemu z tych tematów poświęcono odpowiednią ilość miejsca, zresztą… Czego tutaj nie ma: obieg CO₂ w przyrodzie, porównanie gęstości energii chyba wszystkich paliw naturalnych jakie istnieją, wykresy i mapy dobowej zmienności prędkości wiatru, wpływ nachylenia łopatek wiatraka na sprawność turbiny, przewodnictwo elektronowe i dziurowe w panelach fotowoltaicznych… A to tylko wierzchołek góry lodowej. Autorzy nie pominęli również zagadnienia negatywnego wpływu farm wiatrowych i solarnych na nasz system energetyczny, za co ogromny plus.
16. Koszty wytwarzania energii elektrycznej – które elektrownie są najtańsze w budowie, a które w eksploatacji? Jakie paliwo jest najtańsze, a jakie najmniej wrażliwe na widzimisię szejków arabskich? W tym rozdziale znajdziemy nie tylko suche wzory, ale i tabele oraz wykresy pokazujące jak to z tymi kosztami jest i dlaczego energetyka to przede wszystkim biznes. Bardzo ciekawy wątek.
17. Praca elektrowni w systemie elektroenergetycznym – rozdział ten rozpoczyna się od objaśnienia przez jak wiele rąk musi przejść energia elektryczna, nim dotrze do odbiorcy. Kilka stron tekstu okraszonych jest ogromnym schematem całej struktury organizacyjnej energetyki, który naprawdę robi wrażenie. Po tym przechodzimy do nieco dokładniejszego spojrzenia na dobową zmienność obciążenia sieci oraz sposobów na nadążanie za nią (załączanie i odstawianie odpowiednich elektrowni w odpowiednim czasie). Jest też niezwykle ciekawy wątek utrzymywania odpowiedniej częstotliwości i mocy czynnej w sieci, o czym trudno znaleźć w sieci jakiekolwiek materiały.
18. Modernizacje i nowe rozwiązania krajowych elektrowni – książka rozpoczęła się od historii elektrowni i podobnie się też kończy. Znajdziemy tu bowiem dokładny opis niedawnych modernizacji największych elektrowni w Polsce oraz planowanych rozbudowach. Tekst jest przyjemnie napisany, nie przerywany zbędnymi wzorami, a do tego jest to jedyny rozdział, w którym znajdziemy kolorowe grafiki – miłe zaskoczenie.

I to tyle jeśli chodzi o zawartość tego opasłego tomiszcza. A co ze strawnością przedstawionych tematów?

Czy da się z tego coś zrozumieć?

Po przeczytaniu tej książki czuję, jakbym przeczytał jakąś epopeję lub przynajmniej przeżył wyjątkową przygodę. I choć autorzy przyznają, że te 700 stron to ledwie prześlizgnięcie się po temacie, to i tak mam wrażenie, jakby przede mną otworzył się zupełnie nowy świat.

Energetyka jest ogromna, skomplikowana i fascynująca. Nie ukrywam, przynajmniej połowy równań i zależności nie byłem (i pewnie nigdy nie będę) w stanie zrozumieć. Osoby, które nie miały dotąd styczności z żadnym technicznym zawodem, zrozumieją zapewne jeszcze mniej. Ale nawet jeśli, kolokwialnie mówiąc, olejemy te wszystkie symbole i matematyczne krzaczki, to w książce tej znajdziemy tyle ciekawie przedstawionej wiedzy, że po jej zakończeniu z pewnością poczujemy się w pewien sposób bogatsi.

Jeśli chcecie dowiedzieć się jak działa typowa elektrownia węglowa, jak to jest z tym CO₂, dlaczego OZE to u nas taki problematyczny temat i czy elektrownie jądrowe są na pewno bezpieczne, to dobrze trafiliście. Obecnie nie ma na rynku książki, która odpowiada na tak wiele nurtujących was pytań. W dodatku nie bazuje ona osobistych przekonaniach autorów, a na zwykłych faktach i danych.

Pamiętajcie jednak, że mimo moich pięknych słów, publikacja ta wciąż jest rasową książką techniczną, przeznaczoną głównie dla studentów energetyki. Jakiekolwiek podstawy fizyczne są tutaj mile widziane, podobnie jak styczność z szeroko pojętą techniką. Ilość specjalistycznego słownictwa na centymetr kwadratowy może przerazić, ale jeśli się nie boicie, to wysiłek włożony w przebrnięcie przez kolejne strony z pewnością się opłaci.

Co mi się w tej książce najbardziej podoba?

Czy czytaliście kiedyś książkę, po której wasz pogląd na pewne sprawy uległ całkowitej zmianie? Elektrownie taki właśnie efekt wywołały w mojej głowie. Wiecie jak to jest, przeciętna osoba niezwiązana z energetyką wie, że w elektrowni węglowej spala się węgiel, w atomowej rozpada się uran, a wiatrakami kręci wiatr i nie ma w tym żadnej filozofii. Sęk w tym, że tej filozofii jest tam więcej, niż możemy sobie wyobrazić. Powiem tak: gdyby powstała podobna książka na temat wirusów, szczepionek i krągłości naszej planety, to dookoła nas toczyłoby się znacznie mniej jałowych dyskusji. Obecnie wielu z nas czuje się chemikami, lekarzami i astronomami, nie zdając sobie nawet sprawy jak głęboko sięgają dziedziny, na temat których się wypowiadamy.

Książka ta świetnie pokazuje jak wygląda prawdziwa wiedza. I nic w tym dziwnego, bo jest ona przecież owocem 25 lat pracy wybitnych uczonych, którzy zawarli w niej przeszło sto lat rozwoju techniki przetwarzania energii. Muszę przyznać, że z podziwem studiowałem kolejne schematy skomplikowanych kotłów, turbin czy wymienników ciepła. Z radością chłonąłem też historię rozwiązań technologicznych, których źródła sięgały niekiedy XIX wieku i które przez dziesiątki lat były udoskonalane. A wszystko po to, by osiągnąć jak najwyższą wydajność, sprawność i bezpieczeństwo w produkcji tej jakże wdzięcznej formy energii, jaką jest elektryczność. Niebywałe jaki to skomplikowany i ciekawy świat.

Jeśli zapytacie mnie o mankamenty Elektrowni, to znalazłem tylko jeden. Obecnie mamy 2021 rok, najnowsze wydanie to rok 2016, zaś mniej więcej 90% książki zatrzymało się na latach 2010-2012. Kiedy przeczytałem w przedmowie o tym, że autorzy nie mieli wystarczająco czasu na uaktualnienie ostatniego wydania, to trochę się tego faktu obawiałem. Wszak dziesięć lat technologii wytwarzania energii to dużo, nawet bardzo dużo. Przez to też nie znajdziemy tutaj aktualnych informacji na temat polskiej czy światowej energetyki. Plus tego jest taki, że możemy sobie chociaż porównać przeróżne plany i przewidywania autorów z aktualnym stanem naszej wiedzy. Świetnym przykładem są tutaj domysły na temat ilości wytwarzanej energii z poszczególnych źródeł odnawialnych w 2020 roku. Autorzy założyli, że kolejność będzie taka: biomasa, wiatr, woda, źródła geotermalne i dopiero na szarym końcu fotowoltaika. Mylili się. Obecnie czerpanie energii ze słońca zostawiło wiatr i wodę daleko w tyle, co tylko dobitnie pokazuje jak wielki wpływ na energetykę mają decyzje rządzących, niemające wiele wspólnego z radami prawdziwych ekspertów.

Kto powinien po tę książkę sięgnąć?

Z żalem muszę przyznać, że grono odbiorców Elektrowni nie jest szerokie. Bo choć osobiście jestem nią zachwycony, to jednak nie chcę nikogo czarować. Nie jest to książka popularnonaukowa, która przymyka oko na pewne sprawy, by przedstawić skomplikowane zagadnienia w sposób przystępny. Elektrownie są brutalne i nie biorą jeńców. A nawet jeśli gdzieś tam przebija się w nich przyjazny język, to jest on wciąż okraszony technicznymi terminami, tabelami i trudnymi w odczytaniu wykresami. Stąd też książkę tę mogę polecić jedynie:

• studentom związanym z energetyką i elektrotechniką – to taka trochę retoryczna polecajka, bo skoro i tak uczęszczacie na te niezwykle wymagające kierunki, to pewnie już się w tę pozycję zaopatrzyliście.
• osobom wkręconym w fizykę i elektrotechnikę – jeśli jesteście głodni wiedzy, nie boicie się trudnych wzorów (albo wiecie jak je skutecznie omijać) i szukacie wiedzy w 100% sprawdzonej i rzetelnej, to nie macie innego wyjścia. Możecie śmiało zamknąć Wikipedię, bo nie znajdziecie w niej nawet promila tego, co znajduje się w tej książce.

Na koniec chciałbym serdecznie podziękować wszystkim, którzy dotarli do tego momentu. Jeśli jesteście zainteresowani kupnem Elektrowni, to polecam użyć do tego przycisku poniżej. Dzięki temu na moje konto wpadnie kilka groszy, dzięki którym będę w stanie dalej prowadzić swoją działalność. Do usłyszenia w kolejnych artykułach!

---

Dzięki za poświęcony czas!

---