Osnovne energijske pretvorbe - Laboratorij · PDF filejedrska energija premog zemeljski plin nafta EU Svet. 7 Energija in okolje 13 Svetovna proizvodnja elektri

1

Vsebina:• Osnovne energijske pretvorbe• Viri primarne energije

– značilnosti – možne tehnološke poti do končnih oblik energije

• Energija na Zemlji, EU in Sloveniji

Predavanje # 2

Energijski viri in tehnologije energetskih pretvorb

2Energija in okolje

Osnovne energijske pretvorbe

PRIMARNAENERGIJA

SEKUNDARNAENERGIJA

KONČNAENERGIJA

KORISTNAENERGIJA

TRANSPORT

PREDELAVANOSILCEVPRIMARNEENERGIJE

- ELEKTRARNE- TOPLARNE- KOTLARNE

TEHNOLOŠKI PROCESI

NARAVNI VIRI ENERGIJE

IZGUBEPRIMARNE

PRETVORBE

IZGUBETRANSPORTA

IZGUBE VTEHNOLOŠKEM

PROCESU

Shema pretvarjanja primarnih oblik energije do porabnika

2

3Energija in okolje

Vrste primarnih oblik energije

• sončna energija– direktna vpadla sončna energija:

• sprejemniki toplote• sončne celice

– indirektna vpadla sončna energija• biomasa• geodetska potencialna energija vodnih

mas• energija vetra• energija morja

– energija morskih tokov– energija valov– notranja energija morja

• kalorična notranja energija zemeljske skorje

• geotermalna voda

• gravitacijska energija• energija bibavice

Obnovljive oblike primarne energije• jedrska energija

– jedrska fizija (cepitev težkih atomskih jedr – U235, Pt239)

– jedrska fuzija (spajanje lahkih atomskih jedr – H)

• notranja, kemično vezana energija fosilnih goriv

– trda goriva:• črni premog• rjavi premog• lignit• šota

– plinasta goriva• zemeljski plin

– kapljevita goriva• nafta

• kemično vezana energija odpadkov• nenevarni komunalni odpadki

Neobnovljive oblike primarne energije

4Energija in okolje

Osnovna delitev oblik energije• Primarna energija

– energija nosilcev primarne energije, ki ni bila podvržena nobeni tehnični pretvorbi– vedno nakopičena energija– primeri:

• premog v premogovniku• lesna biomasa v gozdovih• potencialna energija vode• kinetična energija vetra ...

• Sekundarna energija– energija po pretvorbi iz primarne energije– primeri:

• trgovski premog• nasekana drva• zemeljski plin• energija električnega toka na pragu elektrarne...

• Končna energija– energija, ki je na voljo uporabniku na mestu uporabe pred zadnjo tehnično pretvorbo– navadno je sekundarna po transportu na mesto uporabe:

• energija električnega toka• stisnjen zrak• daljinska toplota ...

– lahko je tudi primarna energija po transportu:• energija električnega toka• stisnjen zrak...

• Koristna energija– del končne energije, ki koristi porabniku in je cilj njegove uporabe:

• mehansko delo• toplota• svetloba• zvok

3

5Energija in okolje

Vrste končnih oblik energije

MEJA TEHNOLOŠKIH PROCESOV

KEMIČNOVEZANANOTRANJA ENERGIJA

NOSILCI:

- GORIVA

- KEMIČNE SPOJINE

ENERGIJAEL. TOKA

TOPLOTAPOTENCIALNAENERGIJA

- IZ JAVNEGA OMREŽJA

- LASTNA PROIZVODNJA

NOSILCI:

- VODA- PARA- ZRAK- OSTALO

KONČNAENERGIJA

6Energija in okolje

Primarni virienergije

FOSILNAGORIVA ODPADKI JEDRSKA

ENERGIJANOTRANJAENERGIJA

ZEMLJE

INDIREKTNASONČNA

ENERGIJA

DIREKTNASONČNA

ENERGIJA

zemeljski plin, nafta, premog uran geotermalna voda biomasazbiralnikienergijepot.en.vode,

veter, valovi,tokovi, valovi

GRAVITACIJA

bibavicafotovoltaika

VODIK, H2

elektrolizareformer gorivna celica

delna oksidacijaavtotermično ločevanjeločevanje s paro

hidroliza, fermentacijauplinjanje

bioplin

TOPLOTA

parnaturbina

plinska turbina(nizkotemperaturni

krožni proces)

Stirlingmotor

MHD termoionskigenerator

MEHANSKO DELO

vodneturbine,vetrnice

Diesel in Ottomotor

plinska turbina(visokotemperaturni

krožni proces)

termočlen

ELEKTRIČNA ENERGIJA

generatormotor

Pregled energijskih pretvorb primane energije

4

7Energija in okolje

goriva (obnovljiva, trajnostna, neobnovljiva)pridobivanje,

obdelava,čiščenjetransport

tehnično gorivo

gorilnik

kalorična notranja energija produktov

kotelprenos toplote

na paro

potencialna energija pare (entalpija)

motor z notranjim

zgorevanjem

mehansko delo

delo električnega toka

parna turbina

transformacijanapetosti,transport(prenosnoomrežje)



gorilnik

potencialna energija(entalpija) plinov

plinskaturbina

el. generator

jedrsko gorivopridobivanje,čiščenje,

bogatenje,transport

gorivni elementireaktor

kalorična notranja energija produktov

uparjalnikprenos toplote

na paro

potencialna energija vode

vodnaturbina

transformacijanapetosti,transport(prenosnoomrežje)

JEDRSKA ELEKTRARNA TERMOELEKTRARNA PLINSKA ELEKTRARNA EL. AGREGAT HIDROELEKTRARNA

Primeri tehnoloških poti pridobivanja el. energije

8Energija in okolje

Primeri tehnoloških poti pridobivanja toplote

• Kotlarne– pretvorba kemično vezane energije goriv (primarna energija) v kalorično notranjo energijo produktov zgorevanja (dimnih

plonov)• gorilnik, zgorevalna cona, plamenica

– prenos (črpanje) toplote iz kalorične notranje energije dimnih plinov v kalorično notranjo energijo ogrevalnega medija (ogrevna voda, para, zrak, termično olje itd.)

• prenosne površine znotraj kotla– transport ogrevalnega medija do mesta končne pretvorbe v koristno toploto

• razvodni sistemi do mesta končne porabe (toplovodni sistemi, toplozračni sistemi, parovodi itd.)

• Toplarna (sočasna proizvodnja električne energije in toplote)– sočasna proizvodnja električne energije in toplote (kogeneracija)– veriga energijskih pretvorb je odvisna od tehnologije pretvorb (primarnega vira energije)

5

9Energija in okolje

Primeri tehnoloških poti pridobivanja mehanskega dela

10Energija in okolje

premog

naftazemeljski plin

jedrsko gorivolesna biomasa

vodna energija

energija vetra

nova biomasasončna energija

geotermalna energija

odprto

10 tc

e9

1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 20600

10

20

30

40tce ... tona premogovega ekvivalenta

1 tce = 29,3 GJ

Raba primarnih virov energije

ENERGETSKA OSKRBA VČERAJ, DANES IN JUTRI

6


ENERGETSKA OSKRBA VČERAJ, DANES IN JUTRI

0102030405060708090

468

1012

21002000190018001700

2

obnovljivi viri(voda, veter, les, odpadki)

premog

nafta

plin

fizija

fuzija

leto

pora

zdel

itev

pora

be p

rimer

neen

ergi

je v

%pr

ebiv

alci

na

Zem

lji v

mili

jard

ah

RAST PREBIVALSTVANA ZEMLJI

Raba primarnih virov energije


Proizvodnja električne energije

Pričakovan porast proizvodnje električne energije v TW h

Wel / TW h Wel / TW h

voda, veterbiomasa, sonce

jedrska energija

premog

zemeljski plin

nafta

voda, veterbiomasa, sonce

jedrska energija

premog

zemeljski plin

nafta

EU Svet

7


Svetovna proizvodnja električne energije

Deleži primarnih virov energije v svetovni proizvodnji električne energije (2006)

JEDRSKA ENERGIJA16,9 %

NOVI OBNOVLJIVI VIRI(sonce, veter)

1,6 %

VODNA ENERGIJA17,1 %

FOSILNA GORIVA64,4 %


Električna energija v EU

Inštalirane moči proizvodnje električne energije po posameznih državah članicah EU

Šved

ska

Latv

ija

Fins

ka

Avs

trija

Port

ugal

ska

Dan

ska

Esto

nija

Slov

enija

Rom

unija

Fran

cija

Litv

a

Špan

ija

Nem

čija

Grč

ija

Italij

a

Bol

garja

Irska

Poljs

ka

Velik

a B

ritan

ija

Niz

ozem

ska

Slov

aška

Bel

gija

Češ

ka

Cip

er

Mad

žars

ka

Luks

embu

rg

Mal

ta

Skupna inštalirana moč EU-27752.060 MW

8


Električna energijaDeleži posameznih nosilce v primarne energije pri oskrbi z električne energijo v EU

10 % VODA 6 % OVE 30 % JEDRSKO GORIVO

31 % PREMOG 20 % ZEMELJSKI PLIN


Statistične zaloge goriv

RJAVI PREMOG

LET

ČRNI PREMOG

URAN

ZEMELJSKI PLIN

konvencionalni

konv. + nekonv.

NAFTA

konvencionalni

konv. + nekonv.vse potrjene

zaloge

komercialnezaloge

Statistične zaloge goriv:– za koliko let zadoščajo poznane zaloge goriv ob upoštevanju vsakokratne letne porabe

posameznega nosilca energije

9


Končnost zalog fosilnih goriv


Hubertov vrh

Logistična funkcija izkoriščanja končnih zalog

10


Izkoriščanje nafta


Izkoriščanje zemeljskega plina

Proi

zvod

nja

zem

eljs

kega

plin

a / c

ubic

feet

per

day

Leto

11


Fosilna goriva

Uvozna odvisnost EU od fosilnih goriv in rast cen energentov

PREMOG NAFTA ZEMELJSKI PLIN SKUPAJ

rast cen za obdobje od 1990 do 2007


Kazalci energetske učinkovitosti EUPrihranki primarne energije z učinkovito proizvodnjo inracionalno rabo električne energije

bruto domači produkt

poraba električne energije

poraba primarnih virov energije

12


Jedrska energija

Notranja energija atomskih jeder

0

2

4

6

8

10

0 40 80 100 120 200 240masno število

sred

nja

veza

lna

ener

gija

/

MeV

U235

H2

Ni62

Fuzi

ja: z

livan

je m

anj s

tabi

lnih

jede

r pro

ti bo

j sta

biln

im

Fizija: cepitev manj stabilnih jeder proti boj stabilnim


Jedrska energija

Zaloge uranove rude

13


Jedrska energija

Proizvodnja uranove rude in potrebe uporabo v jedrski tehniki


Jedrska energijaŠtevilo držav: 31Število jedrskih elektrarn: 443Skupna moč (2008): 391 GW

14


Jedrska energija

Povečevanje proizvedene električne energije iz jedrskih elektrarn

Ostalo

Japonska

ZDA

EU-27

Raz

polo

žljiv

ost

/ %

Proi

zvod

nja

elek

trič

ne e

nerg

ije /

TW h


Jedrska energija

Ponudba komercialnih jedrskih elektrarn in imenske moči posameznih enot

15


Obnovljivi viri energije

DIREKTNA PRETVORBA VTOPLOTO V ZRAKU, ZEMLJIIN OCEANIH:81.000 TW (47 %)

NA ZEMLJO VPADLA MOČSONČNEGA SEVANJA

173.000 TW (100 %)DIREKTNI ODBOJ52.000 TW (30 %)

kratko

valovn

o seva

nje

HIDROLOŠKI KROG(izhlapevanje in padavine):

40.000 TW (23 %)

FOTOSINTEZA40 TW (< 1 %)

VETER, TOKOVI IN VALOVI

370 TW (< 1 %)

KONVEKCIJA,


Kazalci energetske učinkovitosti EU

Obnovljivi viri energije pri proizvodnji električne energije v EUdelež: 15,5 %

biomasa

geotermalna energija

velike HE

male HE

vetrne HE

Delež OVE Cilj

Skupaj: 521 TW h

16


Kazalci energetske učinkovitosti EU

ŠvedskaLatvijaFinska

AvstrijaPortugalska

DanskaEstonija

SlovenijaRomunija

FrancijaLitva

ŠpanijaNemčija

GrčijaItalija

BolgarjaIrska

PoljskaVelika Britanija

NizozemskaSlovaška

BelgijaČeškaCiper

MadžarskaLuksemburg

Malta

Delež OVE pri porabi primarnih virov energije

povečanje deleža do leta 2020

Cilji EU o povečanju deleža OVE do leta 2020

20 %


Energija vetra

NemčijaZDAŠpanija

Svet skupajEU

Inšt

alira

na s

kupn

a m

oč/ M

W

Povečevanje števila vetrnih elektrarn

17


Energija vetra

Povečevanje proizvedene električne energije iz vetrnih elektrarn

NemčijaFinska

Velika Britanija

EU-27

Švedska

Proi

zvod

nja

elek

trič

ne e

nerg

ije /

TW h


LJUBLJANA

Kranj Celje

Velenje

Novo mesto

Nova Gorica

Koper

Maribor M. Sobota

JeseniceDrava: Pel = 577 MW

Sava: Pel = 130 MW

So : Pel = 172 MWčaLjubljana 120 Pel = MW

Trbovlje 125 Pel = MW

Krško 00 Pel = 7 MWBrestanica 297 P = MWelBrestanica 297 P = MWelBrestanica 297 Pel = MW

+ 450 small Hydropower Plants

Primarni viri energije v RS:

Vodna energija (obstoječe HE)

Premog in lignit (obstoječe TE)

Jedrska energija (obstoječa NEK)

Dobro razvito in razvejano plinovodno omrežje

Lesna biomasa (pokritost z gozdovi > 60 %)

Primarna energija v Sloveniji

18


Prenosno in distribucijsko omrežje


Hidroelektrarne v Sloveniji

19


Električna energija iz hidroelektrarn v Sloveniji



20




Termoelektrarne v Sloveniji

21


Obnovljivi viri energije


Električna energija iz termoelektrarn v Sloveniji

22


Energije in njene pojavne oblike

1. Razložite verige energijskih pretvorb od primarne do končne oblike energije za:• oskrbo z električno energijo iz jedrske eletrarne• oskrbo z električno energijo iz termoelektraren• oskrbo z električno energijo iz hidroelektrarne• oskrbo z električno energijo iz el. generatorja na motor z notranjim zgorevanjem• oskrbo toplote iz toplarne• oskrbo toplote iz kotlarne

2. Kakšna je razlika med elektrarno, toplarno in kotlarno?3. Kako so definirane statistična zaloga neobnovljivih virov energije?4. Zaloge katerih neobnovljivih virov energije bodo pošle:

• v najkrajšem času• najkasneje

5. Razložite pomen Hubertovega vrha?6. Naštejte glavne vire primarne energije v Sloveniji!7. Naštejte najpomembnejše proizvajalce električne energije v Sloveniji

Documents

Osnovne energijske pretvorbe - Laboratorij · PDF filejedrska energija premog zemeljski plin nafta EU Svet. 7 Energija in okolje 13 Svetovna proizvodnja elektri