Geotermalna energija

Geotermalna energija

U najširem smislu geotermalna energija predstavlja prirodnu toplotu Zemlje, a podrazumeva toplotu akumuliranu u fluidima i stenskim masama u Zemljinoj kori

Potencijali geotermanle energije su ogromni tako da se ona tretira kao obnovljivi izvor energije iako je u suštini neobnovljiv

Ukoliko bi se toplota dobijena smanjenjem temperature Zemljinog omotača smanjila za 0,1°C, iskoristila za proizvodnju električne energije dodilo bi se električne energije za narednih 15000 godina sa sadašnjim nivoom potrošnje

Geotermalna energija-najperspektivnija područja

Geotermalna energija-korišćenje

Iako se svrstava među nove obnovljive izvore geotermalna energija je izvor koji se koristi od davnina.

Proizvodnja električne energije putem geotermalne energije započela je 1913. godine.

Značajan rast korišćenja geotermalne energije zabeležen je u toku poslednje tri decenije.

Geotermalni izvori su otkriveni u preko 90 država, a zabeleženo je korišćenje u preko 70 država od čega se električna energija proizvodi u 25 država

Ukupno korišćeneje geotermalne energije 2004 bilo je oko 55 TWh električne energije i oko 76 TWh direktno

Prednosti i nedostaci:

Prednosti i mane:Geotermalna energija je nezavisna od godišnjeg doba i doba dana, pa je ovaj izvor energije u tom smislu pogodniji za korišćenje od ostalih obnovljivih izvora energije

Geotermalna energija je za sada lokalna energija tj koristi se na mestu manifestacije termalnih fluida

Korišćenje

Korišćenje geotermalne energije:ZA TOPLOTNE POTREBE

Otvoreni sistemZatvoreni sistemToplotna pumpa

ZA PROIZVODNJU ELEKTRIČNE ENERGIJEKlasičan ciklus sa suvom paromFlash-steam elektraneElektrane sa binarnim ciklusom

Instalisani kapaciteti i proizvodnja

Instalisani kapaciteti Proizvodnja

Geotermalna energija-korišćenje

Korišćenje geotermalne energije za potrebe grejanja

Otvoreni sistem-direktno

Geotermalana voda se koristi direktno za grejanje Moguć sistem samo gde je voda zadaovoljavajućeg kvaliteta Mogućnost vraćanja vode u bušotinu

Zatvoreni sistem-indirektno

Dva strujna krugaToplota se predaje u razmenjivaču toploteFleksibilniji sistem-omogućava supstituciju geotermalne energije drugim izvorom energije

Korišćenje geotermalne energije za potrebe grejanja

Princip rada toplotne pumpe

Korišćenje geotermanlne energije za grejanje- Toplotne pumpe

Zatvoren sistem-horizontalni

Zatvoren sistem-vertikalni

Najisplativiji sistem za kuće kada postoji dovoljno prostora za postavljanje cevi

Koristi se za komercijalne zgrade gde bi zahtevana površina u slučaju horizontalnog postavljanja bila velika

Korišćenje geotermanlne energije za grejanje- Toplotne pumpe

Otvoreni sistem

Geotermalni fluid cirkuliše kroz sistem

Zahtev je dovoljna čistoća fluida

Sruktura direktnog korišćenja geotermalne energije

Proizvodnja eklektrične energije –klasičan ciklus (suva para)

Uobičajena temperatura pare na izlazu iz bušotine kod ovakvih ciklusa je oko 150°CInstalisane snage su uobičajeno od 20-50MW

Proizvodnja električne energije

Najveća Geotermalna elektrana sa suvom parom na svetu

Kolorado

Maksimalna proizvodnja 1987. godina

Proizvodnja eklektrične energije –flash steam

Mogu se koristiti fluidi temperature od oko 180°C

Fluid se raspršuje u rezervoar u kome je mnogo niži pritisak od pritiska fluida

Fluid naglo isparava

Ciklus se dalje odvija na klasičan način

Proizvodnja električne energije –binarni ciklus

Proizvodnja elekrtične energije-binarni ciklus

Postrojenja sa binarnim ciklusom mogu da koriste i izvore nižih temperaturaPostoje dva nezavisna strujna krugaU drugom strujnom krugu je fluid niže tačke ključanja u odnosu na voduObično se gradi nekoliko manjih jedinica snage od nekoliko MWPrva elektrana sa binarnim ciklusom izgrađena je na Kamčatki 1967. godine:

radni fluid koristi F-112Primarni fluid voda temperature 81°CSnaga 340kW

Postrojenja za proizvodnju električne energije

Proizvodnja električne energije

Suve stenske mase-Hot dry rocks

Suve stenske mase -Hot dry rocks

Snaga 6MW

Energija vetra

Energija vetra

Vetar nastaje zahvaljujući kompleksnim mehanizmima koji uključuju rotaciju Zemlje oko Sunca, toplotnu energiju od Sunca, efekat hlađenja izazvan velikim vodenim površinama (okeanima) i polarnim ledenim kapama, temperaturnim gradijentima između vode i kopna itd

Koristi se od davnina za dobijanje energije, značajnije korišćenje počinje posle prve energetske krizeProblemi za veće korišćenje energije vetra:

Brza promena snage,Nepredvidivost promena brzine,Nemogućnost pogona za vreme malih brzina,Veliki raspon brzina u toku dana, godine

Energija vetra

Najpogodnija područja za korišćenje energije vetra su obale Amerike, Evrope, Azije i Australije

Region Lokacije

Evropa Severna i zapadna obala i neki regioni na Mediteranu

Azija Istočna obala i neke oblasti na kopnu

Afrika Severna i jugoistočna obala

Australija Zapadna i južna obala

Severna Amerika Obale i neki delovi u planinskim predelima

Južna Amerika Južni deo

Energija vetra

Najvažniji faktor za određivanje snage je brzina vetra koja se menja u vremenu i prostoru po zakonistima turbulentnog strujanjaEnergija vetra raste sa trećim stepenom brzinePotrebna prosečna brzina vetra je 5-6m/s

Instalisani kapaciteti

Instalisani kapaciteti (MW) 2005 2006 Najnovije

Germany 18,415 20,622 21,283 2

Spain 10,028 11,615 12,801 3

United States 9,149 11,603 13,885 4

India 4,430 6,270 7,231 5

Denmark (& Færoe Islands) 3,136 3,140 6

China 1,260 2,604 2,956 7

Italy 1,718 2,123 8

United Kingdom 1,332 1,963 2,293 9

Portugal 1,022 1,716 1,874 10

Canada 683 1,459 1,670 11

France 757 1,567 2,100 12

Netherlands 1,219 1,560

Japan 1,061 1,394

Austria 819 965

Australia 708 817

Greece 573 746

U svetu ukupno instalisano 73904MW

Proizvodnja električne energije vetrogeneratorima

20% Danska

9% Španija

7% Nemačka

od ukupne proizvodnje električne energije

Energija vetra –instalisani kapaciteti

Energija vetra-prosečne snage instalisanih vetrogeneratora

Proizvodnja električne energije vertogeneratorima se učetvorostručila uperiodu 2000-2006. godine

Prednosti i mane

ManeUticaj na životnu sredinu

BukaOmetanje radio i TV signalaPticeVizuelni efektiProblem velikih i malih brzina vetra

Prednosti:Pogodni su za dobijanje energije na izolovanim područjimaCena dobijene energije je komparativna sa cenom dobijenom iz konvencionalnih izvora

Biomasa

Biomasa

Biomasa predstavlja akumulisani vid Sunčeve energijePod biomasom podrazumevaju se šume, šumsko rastinje, poljoprivredni i životinjski otpaci (u nekim klasifikacijama i gradski otpad)Drvo učestvuje sa 6-7% u ukupnoj energetskoj potrošnji

U Evropi i Severnoj Americi 3%U Africi 33%

Korišćenje

• Za dobijanje toplotne enrgije

• Za proizvodnju električne energije

• Za dobijanje goriva za transportna sredstva

Podela biomase:Šumska biomasaBiomasa iz drvne industrijePoljoprivredna biomasa Energetski zasadiBiomasa sa farmi životinjaGradski otpad

Karakteristike biomase

ObnovljivostToplotna moć

Drvo 8,2-18,7 MJ/kgBiljni otpaci 5,8-16,7MJ/kg

CO2 neutralnost

Korišćenje biomase

Pod korišćenjem drvne biomase podrazumeva se korišćenje drveta, drvenog uglja i crnog luga (black liquor-nusproizvod pri proizvodnji celuloze)

Drveni ugalj Crni lug

Korišćenje drvne biomase

Potrošnja drvne biomase, 2005.

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

Afrika SevernaAmerika

LatinskaAmerika

Azija Evropa Okeanija

PJ

Crni lugDrveni ugaljDrvo

Načini prerade biomase

Osnovni problem kod biomase je mala energetska vrednost po jedinici mase, pa se biomasa prerađuje kako bi se dobio pogodniji oblik za transpotrt i skaldištenjeNAČINI PRERADE BIOMASE:

BriketiranjeBiohemijske transformacije

Anaerobno truljenje-produkt je biogasFermentacija-produkt je bioetanolEsterifikacija-produkt je biodizel

Termohemijske transformacije:SagorevanjePirolizaGasifikacija

Načini transformacije biomase

Proizvodnja električne energije

Proizvodnja električne energije iz biomase

Proizvodnja električne energije iz biomase, TWh

Najčešće se izvode kao kogeneracijske elektrane (kombinovana proizvodnja električne i toplotne energije)

Problem može biti obezbeđivanje dovoljne količine energenta

Proizvodnja biogasa

Proizvodnja biogasa zasniva se na anaerobnoj digestiji biorazgradljivog materijala uključujući i gradski otpad

Tipičan sastav biogasa

%

Methane, CH4 50-75

Carbon dioxide, CO2 25-50

Nitrogen, N2 0-10

Hydrogen, H2 0-1

Hydrogen sulphide, H2S 0-3

Oxygen, O2 0-2

Proizvodnja bioetanola

Bioetanol se proizvodi fermentacijom iz žitarica (pšenica, kukuruz), šećerne repe, šećerne trske itd

Proizvodnja bioetanola

Proizvodnja biodizela

Biodizel se proizvodi esterifikacijom biljnih ulja i životinjskih masti

Sirovine:biljna ulja, šivotinjske masti, otpadna jestiva ulja itd

Biodizel

Biljka Litara/ha

Kukuruz 172

Ovas 217

Pamuk 325

Susam 696

Pirinač 828

Suncokret 779

Kakao 1026

Kikiriki 1059

Kikiriki 1059

Masline 1212

Masline 1212

Avokado 2638

Kokosov orah 2689

Uljana palma 5950

Prinosi ulja nekih biljaka

Šema proizvodnje biodizela

Energija talasa, plime i oseke, termalni gradijent mora

Energija talasa

Pelamis wave energy converter (Pelamis-jegulja) Prva omercijalno korišćenje energije talasa počelo je 2007 godine u Portugaliji gde je instalirano postrojenje snage 2,25MW, sa ciljem da proizvodi energiju za oko 1600 domaćinstavaKapaciteti su instalirani u Škotskoj 28.9.2007. snage 3MWPrincip rada je na bazi hidrauličnog motora

Princip rada generatora

Termalni gradijent mora –Pogodne lokacije

Termalni gradijent mora

Energija plime i oseke

Postrojenje La Rance-u (Francuska)snage je 240 MW,uz mogućnostpovećanja na350MW.

1. Koncept-iskorišćenje potencijalne energije

Energija plime i oseke

1. Koncept-iskorišćenje kinetičke energije

Podvodne "vetrenjače"