Predavanje O3

Vsebina

Kaj so OVE

Vloga in pomen OVE skozi zgodovino

Potencial, tehnologije, vplivi na okolje

sončna energije,biomasa,energija vetravodna energijageotermalna energija

Obnovljivi viri energije

Energija in okolje

Sončno sevanje, ki ga oddaja Sonce in ga lahko spremenimo v toploto ali elektriko, v naravi pa povzroča nastanek vetra, valov, vodne energije in biomase.

Planetarna (gravitacijska) energija Lune in Sonca, ki skupaj s kinetično energijo Zemlje povzroča periodično nastajanje plime in oseke.

Toploto, ki iz notranjosti Zemlje prehaja proti površju

in jo imenujemogeotermalna energija.


Prof.dr. Sašo Medved, UL FS

Sončno obsevanje se v naravi pretvarja v različne oblike energij. Večina od njih je v obliki prehodnih energij. Le v obliki biomase, ki nastaja s procesom fotosinteze in kot toplota, ki je uskladiščena v oceanih je sončna energija v naravi shranjena poljubno dolgo.

Sončno obsevanje je najpomembnejši vir energije za naš planet in ljudi.


100%

70%

47%

23%0.2%

0.1%

0.004%

sončno sevanje na robu atmosfere

sončno sevanje na površini Zemlje

energija za kroženjevode v atmosferi

se pretvori v toploto

energija vetra in gibanja oceanov

porabijo rasline

dodatno porabijo ljudjeProf.dr. Sašo Medved, UL FS

V Sončnem jedru so temperature med 8 in 40 milijoni K, poteka zlitje jeder -> 4 1H v 4He. Masa atomov H je večja od mase nastalih atomov He-> E = Dm . c2

Večina sevanja, ki doseže površje Zemlje prihaja iz fotosfere, dela Sonca, ki ga vidimo na nebu.

Energija se prenaša v obliki elektromagnetnega valovanja, katerega valovne dolžine so definirane s temperaturo fotosfere.

Sončna energija


Valovne dolžine elektromagnetnega valovanja (v mm oziroma 1000 nm)

Sončna energija

Plankov sevalni zakon: telesa z višjo temperaturo T oddajajo večji sevalni tok in s krajšimi valovnimi dolžinami.

Stefan-Boltzmanov zakon: Skupni sevalni tok (ploskev pod krivuljami spektralnega sevalnega toka El) je integral po vseh valovnih dolžinah in je proporcionalen s T4


srednja razdalja med Soncem in Zemljo R = 149.6 109 m in premer Sonca r je enak 1.392 109 m.

Abbot in Johnson (1954) prvi 1322 W/m2, drugi 1395 W/m2. NASA (1971) 1353 W/m2 ± 1.5% World Radiation Center (WRC) 1367 W/m2 ± 1%

Gex (ex==extrateristično) imenujemo “solarna konstanta”.

Qs = As . s . Ts = 4 . p . r . s . Ts4 42

toplotni tok (W), ki ga na svoji površini As v trorazsežno vesolje oddaja optično črno Sonce s temperaturo fotosfere Ts določimo s Stefan-Boltzmanovim zakonom:

Gex = Qs/4 . p . R2

gostota toplotnega toka (W/m2), ki ga na zunanji površini atmosfere sprejme Zemlja je enaka:

Sončna energija

optično črno toplotno sevalo oddaja največji toplotni tok, optično siva telesa so realna toplotna sevala

toploto, ki je uskladiščena v Zemljini notranjosti imenujemo geotermalna energija;

nastala je iz gravitacijske energije, katere del se je v času oblikovanja planetov v našem osončju pred okoli 4.5 milijardami let spremenil v začetno toplotno energijo;

vir geotermalne energije je radiogena toplota, ki nastaja ob razpadu naravnih radioaktivnih izotopov z dolgo razpolovno dobo predvsem urana U235 in U238, torija Th232 in kalija K40;

ocenjujemo, da se je do sedaj na tak način sprostilo približno 1/3 toplote, 2/3 pa jo bo z radioaktivnim

razpadom še nastalo;

Geotermalna energija


Toplota prehaja iz Zemljinega jedra (v Vesolje) s prevodom in konvekcijo:

v neprepustnih kameninah prevladuje prevod toplote, zaradi majhnih toplotnih prevodnosti kamenin povprečna gostota toplotnega toka le okoli 60 mW/m2 v granitnih kameninah in do 100 mW/m2 v bazaltnih kameninah;

s konvekcijo tekočin, kot so magma in geotermalne vode.

Geotermalne vode so pravzaprav meteorne padavine, ki prodirajo v porozne kamenine in se segrete zadržujejo v vodonosnikih -poroznih plasteh, ki se nahajajo med neporoznimi sloji kamenin.


5

1

3

2

2 4

6

5


Fourierov zakon:

Prenos toplote s konvekcijo geotermalnih vod

je bistveno intenzivnejši.


l l D D 22 W /mKQ A T q T 50 10C

d d 10000mW /m

m

Hipertermalna območja > 80 °C/km

Semitermalna območja 40 do 80 °C/km

Običajna geotermalna območja < 40 °C/km


1970Pred 1850 1990 2000 in potem

Primarni in edini

vir energije

Vloga OVE skozi zgodovino


1. in2. naftna

kriza

150

225

300

2000195019001800 185017001700

75

delež fosilnih goriv

Obdobje fosilnih goriv; naravna vendar neobnovljiva

Pri

mar

na

ener

gija

(10

00

PJ)

1970Pred 1850 1990 2000 in naprej

Osnovni vir

energije



Problem poznan kot Hubbert’s peak

Matematična rešitev napovedi porabe naravnih neobnovljivih virov. Leta 1956 je napovedal, da bo vrh črpanja nafte v ZDA dosežen med leti 1965 in 1970.



1. in2. naftna

Varovanje okolja

150

225

300

2000195019001800 185017001700

75

300

320

350

2000195019001800 185017001700

280C

O2 (p

pm

)Pri

marn

a e

nerg

ija

(1000 P

J)


1970Pred 1850 1990 2000 in potem

Primarni in edini

vir energije


Sonaravni razvoj

environment

economy

society

1970Pred 1850 1990 2000 in potem

1. in2. naftna

kriza

Varovanje okolja

Primarni in edini

vir energije



Kako veliko površino v okolju potrebujemo za ohranjanje standarda bivanja ? (grajeno okolje - stavbe, ceste, oskrba z dobrinami – energija, snovi, hrana; asimilacija odpadkov) ?


1970Pred 1850 1990 2000 in potem


Oskrba z energijo in asimilacija CO2

Grajeno okolje

Snovi, ravnanje z odpadki

Proizvodnja hrane

1Ek

olo

šk

e s

led

i p

reb

iva

lca

(ga

h/p

reb

.)

AU

T B

2

3

4

5

6

7

8

CZ

DK

ES

T

FIN F

GR

IRL I

LV LT H D

NL

NO

R

PL

SL

KP

SL

O E S

CH

GBEkolo

ške s

ledi(g

ha/in

habit

. a)



Za zmanjšanje posledic globalnega segrevanja ozračja zaradi izpustov toplogrednih plinov na še sprejemljivo raven (2K), bi

morale vsebnosti CO2 v ozračju ostati pod vrednostjo 450 ppm.

IPCC - Intergovernmental Panel on Climate Change

Potrebna primarna energija po scenariju 2K (MWh × 109)

0

50

100

150

200

250

2003 2010 2020 2030 2040 2050

URE

Energija morja

Geotermalna energije

Sončna energija

Biomasa

Energija vetra

Hidroenergija

Zemeljski plin

Nafta

Premog

Jedrska energija

Elsevier, Energy Policy, 2007

Cilji energetsko-podnebnih politik

Cena proizvedene toplote

(€/kWh)

0,000

0,050

0,100

0,150

0,200

0,250

0,300

2000 2010 2020 2030 2040 2050

SSE Geotermalna energija Biomasa (ind.) DOLB

Cena energentov proizvedenih iz OVE bo, ob upoštevanju okoljskih dajatev, med leti 2020 in 2030 postala tržno konkurenčna

Bundesministerium fur Umvelt, Naturschutz und Reactorsiherheit, 2007

Cena proizvodene električne energije

(€/kWh)

0,000

0,050

0,100

0,150

0,200

0,250

2000 2010 2020 2030 2040 2050

HidroenergijaVetrna energijaPVGeotermalna energijaTrdna biomasaBioplinNove TE


The State of Renewable energies in Europe, 10th EurObserv’ER Report, 2010

Št. zaposlenih po sektorjih OVE ( na milion prebivalcev v 2009)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Trd

na

bio

mas

a

Vet

rna

ener

gija

PV

Bio

gori

va

Geo

term

aln

a

ener

gija

SSE

Bio

plin

Od

pad

ki*

MH

E

SKU

PA

J

Slovenija

Nemčija


Velik potencial, ki daleč presega potrebe človeštva; brez geo-političnih ovir; enakomerno porazdeljeni;

Če izvzamemo biomaso in toploto shranjeno v oceanih, velja, da OVE niso stalni. To zahteva uporabo hranilnikov energije.

Toda: so okolju prijazni, zadostni za oskrbo človeštva in na voljo vsem od nas! Že danes poznamo tehnologije, nekatere so že danes ekonomične brez dodatnih subvencij. Njihova uporabo povezujemo z ustvarjanjem novih delovnih mest.

Časovno odvisni, nekateri težko napovedljivi (veter,..) in hitro spreminjajoči

Nizka gostota moči > velike in še vedno drage naprave

Enaka mehanska moč kot motor v F1

PRO in CONTRA OVE

Pri

marn

i en

erg

ija

Ko

nč

na

en

erg

ija

Ko

ris

tna

en

erg

ija

Sončno obsevanje, vodna energija, vetrna energija, biomasa, geotermalna energija, plimovanje in valovanje oceanov in morij;

Fosilna goriva in jedrsko gorivo

Lahko uporabimo za delovanje naprav in sistemov.

V obliki toplote, električne energije in goriv.

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

Berlin

Bolog

na

Bruss

els

Copen

hage

n

Hanov

er

Helsink

i

Lond

on

En

d-u

se

of

en

erg

y (

%)

Domestic Commercial

Industry Transport

Robni pogoji ….:

Raba energije v stavbah predstavlja 40% vse porabljene primarne energije v EU! Prevozna sredstva narekujejo obliko končne energije!

Pretvarjanje OVE

Svetloba, mehansko delo, kinetična energija,…..

Pretvarjanje OVE

OVE z različnimi tehnologijami pretvarjamo v vse oblike končne energije, ki jo potrebujejo sodobne družbe:

toploto

električno energijo

goriva (trdna, tekoča, plinasta)80% na temperaturnem

nivoju do 250°C


Delež v celotni končni energiji > 25%

Delež končne energije za ogrevanje,

hlajenje in TSV

sončna energija > 25%

biomasa > 50%

geotermalna energija > 70%

toplota okolja > 50%

energijsko učinkovito

daljinsko ogrevanje > 50%

Tudi če je Q’NH za 30% nižja

od dovoljene vrednosti

OVE v stavbah

Sončna energija, pretvarjanje v toploto in električno energijo

Potencial sončne energije v Sloveniji

Sončno obsevanje med 1100 in 1380 kWh/m2 v letu ali 93.000 PJ na površini SLO. Sedanja poraba primarne energije je okoli 310

PJ. Tehnični potencial je ocenjen na 10.000 in 19.000 PJ na leto.

Kastelec D.; Rakovec J., Zakšek K.; Sončna energija v Sloveniji, SAZU 2007

Opomba:

Sončno sevanje – gostota toplotnega toka [W/m2]

Sončno obsevanje – gostota energije v nekem časovnem obdobju (ura, dan, mesec, leto) [Wh/m2leto, J/m2leto],


“pasivni sistemi”;

integrirani v stavbe

25°C 90°C 250°C

“aktivni sistemi”;ogrevalni

sistemi

“visoko temperaturni sistemi”;

s koncentratorji

Sončna energija, pretvarjanje v toploto


Naravno ogrevanje stavb(nizkotemperaturni solarni ogrevalni sistemi) Integrirani v ovoj stavb (okna, stekleniki, prezračevane fasade,..)

Aktivni solarni sistemi (srednje temperaturni solarni ogrevalni sistemi)Pretvarjajo sončno obsevanje v toploto s pomočjo sprejemnikov sončne energije in s prenosno tekočino prenašajo toploto v hranilnike toplote. Hranilniki so povezani s sistemi za segrevanje sanitarne vode ali ogrevalnimi sistemi.

Fotonapetostni sistemi (PV sistemi)Sončno obsevanje s pomočjo sončnih celic, ki jih povezujemo v module pretvarjajo v električno energijo.

Solar energy use in buildingsSončna energija

Steklen pokrov

Absorber

Toplotna izolacija

Toplotnaizolacija

Cevi s prenosno tekočino

Ravni sprejemniki sončne energije se uporabljajo najpogosteje.

Nameščeni na ogrodje ali integrirani v strehe ali fasade stavb.

Sončna energija


Z zmanjšanjem tlaka v tesnem ohišju sprejemnika sončne energije zmanjšamo število molekul plinov in s tem možnost medsebojnih trkov. Če odstranimo vse molekule se toplota med absorberjem in steklenim pokrovom s konvekcijo ne prenaša. To močno izboljša učinkovitost pretvarjanja sončne energije. Toda absolutni podtlak mora bit manjši od 0,1 Pa. Zato vakuumske sprejemnike sončne energije gradimo iz steklenih cevi, ki so zadosti mehansko trdne.

Sončna energija


Sončna energija

Toploto lahko iz absorberja SSE na prenosno kapljevino prenašamo tudi s pomočjo toplotne cevi


Količina toplote opredeljena glede na tehnologijo sprejemnikov sončne energije – moč za selektivne in vakuumske SSE 0,7 kW/m2

Nezastekleni 250 kWh/m2a Neselektivni 350 kWh/m2a

Selektivni 500 kWh/m2a Vakuumski 600 kWh/m2a

Sončna energija

Solarne ogrevalne sisteme uporabljamo predvsem za:

Segrevanje sanitarne tople vode (najpogosteje v enodružinskih stavbah, lahko tudi v večstanovanjskih in javnih, hotelih, kampih)

Ogrevanje stavb v kombinaciji z nizko-temperaturnimi sistemi (glej #11 Varčna raba energije v stavbah)

Za ogrevanje naselij s sistemom daljinskega ogrevanja na biomaso, kjer solarni ogrevalni sistemi proizvedejo dovolj toplote v poletnih

mesecih in kurjenje biomase ni potrebno.

Sončna energija

Šolski center v Karlsruhe (Ap 4150 m2), 1600 m2 SSE, HT 4500 m3,

40% delež ogrevanja s soncem, manjše emisije CO2 590 t/a -> 200 t/a

UN

I LJ, F

s, O

bnovljiv

i vir

i energ

ije;

pro

f. S

ašo M

edved

Sončna energija

Solarne ogrevalne sisteme lahko uporabimo tudi za solarno hlajenje ! Uporabljamo dva osnovna principa:

Binarne zmesi LiBr/voda, voda/amonjak) (absorbcijsko hlajenje), večje naprave se že uporabljajo tudi pri nas (Trgovski center TUŠ, Tehnološki center Brdo). S sprejemniki

sončne energije proizvajamo toploto na temperaturnem nivoju 110 do 130°C, ki jo potrebujemo za ločevanje snovi v procesu absorbcije.

Kot del klimatskih naprav v kombinaciji s hlapilnim navlaževanjem svežega zraka, ki ga dovajamo v stavbo. Pred navlaževanjem mora biti zrak primerno suh, zato ga sušimo s sušilnim kolesom. To je vrteče satovje, ki je prevlečeno z adsorbcijsko

(trdno) snovjo, ki vsrka vodno paro, ki jo ponovno razvlažimo s sončno energijo.

Sončna energija

Sušilno kolo, ki razvlažuje svež zrak, sušimo ga s pomočjo sprejemnikov sončne energije

Kompaktni absorbcijski hladilni sistem, hladilna moč 5kW, temperatura hladilne vode 5-7°C

Nemčija

Avstrija

Španija

Francija

18 m2 na 1000 prebivalcev

41 m2 na 1000 prebivalcev4,3 m2 na 1000 prebivalcev



Solarni ogrevalni sistemi v Slovenji

Proizvodnja električne energije s sončno energijo

- visokotemperaturni solarni sistemi

Gostoto sončnega sevanja in s tem temperaturo absorberja lahko povečamo s zgoščevalniki (koncentratorji).

Z njimi uparjamo vodo in s paro proizvajamo električno energijo. To so toplotne solarne elektrarne.

Ker lahko zgostimo le direktno sončno sevanje, te elektrarne gradimo v okoljih z veliko “sončnimi urami” in nizko vlažnostjo ozračja.

Za zgoščevanje uporabljamo “zrcalna korita” ali heliostate (ravna zrcala), ki preusmerjajo sočno sevanje v stolp s prenosnikom toplote.

Tako dosežemo zgoščevanje ali koncentracijo sončnega sevanja 2000 do 4000 (sonc).

Koncentratorje sončnega sevanja uporabljamo tudi za razgradnjo okolju nevarnih snovi v nenevarne.

Shema elementov solarne toplotne elektrarne (STE) je podobna termoelektrarnam na fosilna ali jedrsko gorivo; namesto kotla ali reaktorja uporabljamo zgoščevalnike sončnega sevanja –elektrarna s paraboličnimi koriti)

Izgled zgrajene STE v Kramer Junction, ZDA, moči 354 MWe.



Elektrarna s heliostati ima zbiralni stolp v gorišču zrcal. Vsako zrcalo je računalniško vodeno in sledi soncu. EU načrtuje gradnjo takih elektrarn v puščavskem delu Španije.



Izgled zgrajene STE v Solar Two, ZDA, moči 354 MWe.

Za shranjevaje toplote na temepraturnem nivoju 290°C uporabljajo hranilnike s stopljeno soljo.


Energy perspectivesProizvodnja električne energije s sončno energijo


Fotonapetostni sistemi

S fotonapetostnimi sistemi pretvarjamo sončno energijo v električno brez toplotnih strojev.

V večini primerov so izdelane iz silicija, ki mu dodamo 5 valentni fosfor (ustvari prosti elektronov, n-tip Si) in 3 valentni bor (ustvari vrzel, p-tip Si).

Ko tanka sloja n- in p- silicija združimo nastane na spoju napetostna bariera (ta je “odgovorna za potrebno napetost U, saj je eletrična moč enaka P= U.I)

Za tok poskrbijo fotoni, ki svojo energijo prenesejo na elektrone v atomu silicija, jih ločijo od jedra, ti pa za seboj pustijo (električno) vrzel. Napetostna ovira elektrone usmeri v zunanji električni vodnik, preko katerega se kasneje združijo z nastalimi vrzelmi. Večje ko je sončno sevanje, več prostih elektronov nastane in večji je električni tok oziroma moč sončne celice.

Največ sončnih celic je izdelanih iz silicija, ki je drug najbolj

pogost kemijski element v zemeljski skorji.

Ker znamo izkoristiti le del razpoložljivih fotonov, imajo sončne

celice še vedno relatino nizko učinkovitost. (najboljše med 10 do

15%).

Sončne celice so povezane v module, moduli pa v fotonapetosne

sisteme.

tesnilo

zgornje steklo

enkapsulacijskosredstvo

sončne celice

zadnja plošča

nosilni okvir


Učinkovitost sončnih celic (modulov) je razmeroma neodvisna od jakosti sončnega sevanja (pri G >100 W/m2), vendar se znižuje s temperaturo celice.

Sončno sevanje (W/m2) Temperatura celice (°C)

Uči

nko

vito

st s

on

čen

cel

ice

(%

)

PV

cel

l eff

icie

ncy

(%

)


Neposredni PV sistemi - sončne celice priključene neposredno na trošila. Primerni so v primeru, ko lahko trošila obratujejo praktično le pri jasnem vremenu (na primer prezračevanje, ki se prilagaja ali črpanje vode v obstoječi rezervoar,..)

PV sistemi z baterijami - električna energija se shranjuje v bateriji. PV sistemom dodamo polnilnik (preprečuje preveliko polnjenje (izguba elektrolita in korozija + poškodbe elektrod) in pregloboko praznjenje baterije (zmanjšanje št. ciklov polnjenja).


Sisteme z razsmernikom (angl. invertor) gradimo zaradi možne uporabe standardnih naprav AC, ~220V) in manjših vodnikov. Razsmernik je lahko samostojna enota, ki je povezana z moduli sončnih celic, baterijami in trošili, lahko pa je dodan posameznemu modulu.

PV sisteme z razsmernikom lahko povežemo na javno električno omrežje; tedaj jih imenujemo PV elektrarne.

Nazivna moč m2 velikega PV modula (navaja se kot

vršna ali peak moč Wp - določena je pri sončnem

sevanju 1000 W/m2 in temperaturi okolice 25°C) je ~

150 Wp. Letno proizvedena količina električne

energije pa 120 to 140 kWh per m2 PV modula.

Z zgoščevanjem sončnega sevanja (zgornji sliki levo)

ali napravami za sledenje soncu (spodnja slika PV

sistema na letališču Lesce) je mogoče povečati

proizvodnjo električne energije do 60%.

V vseh državah EU je odkup električne energije

proizvedene s PV sistemi (in drugimi OVE)

subvencioniran. V Sloveniji smo sprejemi metodo

odkupne cene “feed-in tarife” , ki trenutno znaša ~

0,4 €/kWh (cena za gospodinjstva je 0,08 €/kWh).


Biomasa je naravna organska snov, ki nastaja s procesom

fotosinteze. Pri tem organska snov nastaja s pomočjo

sončne energije, CO2, ki ga rastline črpajo iz zraka in

hranilnih snovi, ki jih rastline črpajo iz tal.

Sežiganje biomase, ki je najbolj razširjena energetska

tehnologija ko uporabljamo biomaso, je CO2 nevtralno

(vsaj tak je dogovor), saj so enako količino CO2 rastline

porabile pri fotosintezi.

Izkoristek fotosinteze je nizek (0,2% to 5% alge), zato bi

potrebovali (pre)velike površine za popolno zamenjavo

fosilnih goriv:

Biomasa

za razgradnjo 1 mola (v njem je Avogadrovo število

=6,022 . 1023 molekul) CO2 potrebujemo 470 kJ

za razgradnjo ene molekule CO2 rastline “porabijo” energijo

9 fotonov rdeče svetlobe (l ~ 700 nm), torej za 1 mol

1533 kJ;

le 43% energijski del sončnega obsevanja ima primerne

valovne dolžine, da lahko sodeluje pri fotosintezi in le okoli

80% tega sevanja rastline absorbirajo,

V nočnem času rastline za lastno oskrbo z energijo

porabijo 30% proizvedene organske snovi.

Biomasa

h~30%

h~30%.43%.80%~ 10%

h~7%

V naravi med 0,2% do 1-2% (sladkorna pesa, evkaliptus) od 3-4% C4

rastline (energetske rastline).


Sežiganje ali oksidacija je postopek, ko gorljive snovi v biomasi oksidirajo vCO2 in vodno paro …… Reakcija je eksotermna, torej se sprošča toplota. To jedanes najpomembnejši in najučinkovitejšo način uporabe biomase venergetske namene. Primerno le v sodobnih kurilnih napravah !

Sveže posekan les ima 50 - 60% vlažnost (listavci, iglavci) in kurilnost 7 do 8MJ/kg, suh les (0% vlage) pa kurilnost 19 MJ/kg (kurilno olje 42 kJ/kg). Les, kiga kurimo naj bi imel vlažnost pod 30% vlage - sušimo naravno 1 leto alisežigamo v kurilnih napravah, kjer se najprej osuši in nato zgori (toda zasušenje porabimo del sproščene toplote).

Pri večjih napravah dimne pline čistimo s cikloni in elektro filtri.

Biomasa – pretvarjanje v toploto


Biomasa – trdna goriva

Mehanski postopki – s sortiranjem, razrezom in stiskanjem izdelamo trdnagoriva, ki povzročajo pri kurjenju nižje emisije in omogočajo lažji transport douporabnikov)

Lesne sekancepripravljamo iz suhe ali vlažne lesne biomase in njenih ostankov v sistemih daljinskega ogrevanja na biomaso; uporabljamo tudi balirane ostanke kmetijskih rastlin (ne v SLO).

Pelete izdelujemo iz suhe lesne biomase. Skladiščimo jih v zalogovnikih, da se ne navlažijo. Razvili so logistiko oskrbe, ki je podobna kot pri kurilnem olju. Kurilne naprave delujejo samodejno –zagon, doziranje goriva, odstranjevanje pepela,..


Dve gorivi iz biomase sta še posebej zanimivi – bioetanol (nadomestilo za

fosilni bencin) in biodizel.

5.75 % (V, 5% E) delež biogoriv do 2010.(Directive 2003/30/EC o biogorivih v cestnih vozilih),

10% do 2020.

V manjših deležih jih lahko dodajamo fosilnim

gorivom brez sprememb (npr. E5 – s 5% deležem bio-

etanola; najbolj razširjen E85, ki vsebuje le 15% fosilnega

bencina).

Bioetanol izdelujemo iz rastlin, ki vsebujejo sladkor s pomočjo bioloških -

fermentacija (kvasovke sladkor v rastlinah spreminjajo v alkohol) in toplotnih

procesov (z destilacijo ločimo alkohol in vodo). (I. generacija, hrana)

II. generacija iz odpadne lesne biomase s predhodnjo razgradnjo

Biomasa – tekoča goriva

Načrtovana proizvodnja bioetanola


Biodizelsko gorivo izdelujemo s stiskanjem semen

ogrščice, sončnic, kokosa,… ali iz odpadnega

kuhinjskega olja (bolje, toda manjše količine)

Rastlinsko olje uporabljamo ob

manjši prilagoditvi (je bolj viskozno (v napeljavi

potrebujemo grelnik) in bolj agresivno (zamenjava

gumijastih tesnil).

Z metanolom in KOH ga predelamo v

dizel, ki ima enake lastnosti zgorevanja kot fosilni dizel.

Je pa biološko razgradljivo in zato manj nevaren ob

iztekanju.

Biomasa – tekoča goriva

Pri nas nekaj manjših proizvajalcev ~ 100 t/a


CH4

7 0 %

CO2

2 4 %

H2

2 %

CO

1 %H2S

1 %

N2

2 %

Plinasta goriva iz biomase pridobivamo z biološkim procesom v okolju brez prisotnosti kisika (anaerobni proces). Kot surovino

uporabljamo živalske ali komunalne (mestne odpadke) odpadke v napravah, ki so del čistilnih naprav odpadnih vod ali na

odlagališčih komunalnih odpadkov.

V obeh primerih mikroorganizmi “pojejo” ostanke hrane in pri tem izločajo pline, ki jih imenujemo bioplin ali deponijski

plin. Sestavljata ga pretežno CO2 in metan CH4.

Biomasa – plinasta goriva

Digestor na kmetiji Nemščak (levo sredaj) kjer pri tem ~ 30 do 35°C poteka biološka razgradnja na kmetiji ; plinohran (desno spredaj, kjer se bioplin skladišči).

Pripravljeno polje odlagališča za komunalne odpadke s cevni za odplinjanje; na odlagališču Barje v Lj. Z deponijskim plinom poganjajo motorje batne motorje in proizvajajo električno energijo.

57%+ površja Slovenije pokrito z gozdovi

Trenutno najpomembnejši OVE, prispeva 4% v oskrbi s primarno energijo. 50 to 70% letnega prirastka že

izkoriščamo.

Kljub temu omejen potencial (~ 60 PJ leto), torej le eden od OVE.

Več kot 20 sistemov daljinskega ogrevanja s toplotno močjo 500 kW in 6 MW. Vsaj 8 študij izvedljivosti.

V industriji in javnem sektorju deluje 40 kogeneracijskih sistemov, “feed-in tarifa” je med 6,45 to 6,7 €c/kWhe

Proizvodnja tekočih goriv sproža etične pomisleke in pritiske na ceno hrane, saj je njihova proizvodnja bolj subvencionirana kot

proizvodnja hrane.

Delež gozdov v različnih regijah

Biomasa – potencial v SLO

Eden od prvih sistemov daljinskega ogrevanja

na biomaso je bil izdelan v Preddvoru. V kombinaciji s solarnim

ogrevalnim sistemom v DSO porabljajo le “zeleno” toploto.

Hipertermalna območja > 80 °C/km

Semitermalna območja 40 do 80 °C/km

Običajna območja < 40 °C/km


Za Slovenijo je značilen semitermalni geotermalni potencial (slika levo –

temprature na globini 1000m)

SV Slovenija, Krško-Brežiško polje, Celjska kotlina, Ljubljanska kotlina, Slovenska Istra So področja z večjim geotermalnim potencialom.

Za oskrbo s toploto uporabljamo (ogrevanje dela M.Sobote, zdravilišča) vodonosnik TERMAL I, 1 km

pod površjem, geotermalna voda s temperaturo 50°C

Za proizvodnjo električne energije vodonosnik TERMAL II, 3 to 4 km pod površjem,

geotermalna voda s temperaturo 170°C

Z naravnimi in umetnimi vrelci (izdelamo vrtine in geotermalno vodo črpamo na površje zagotovimo v

SLO 0,62 PJ letno.

Uporabo GE s toplotnimi črpalkami bomo obravnavali v poglavju o varčni rabi energije v stavbah!

80oC

70oC

60oC

50oC

40oC

30oC

20oC


Geotermalno energijo na dva načina – s hlajenjem geotermalnih

vod ali hlajenjem vročih kamenin.

Geotermalne vode so del naravnega vodnega kroga in na površje

prihajajo v obliki vode, zmesi vode in pare ali kot para. Vrelci so bodisi

naravni ali pa vodo črpamo. Po ohladitvi jo z “reinjektiranjem”

vračamo v vodonosnik.

Hlajenje vročih kamenin ni sicer ni tako razvito, vendar zaradi večjih

globin na kateri izdelamo “umetni” vodonosnik v neporozni kamenini

imajo večji potencial.Uporabljamo jih za proizvodnjo

električne energije.


Del Pariza (na zgornji sliki), pa tudi M. Sobote ogrevajo z GE. V M. Soboti vodo ne reinjektirajo.

Ponekod, predvsem na ob stikih tektonskih plošč, so temperature v vodonosniku tako visoke, da na površje prihaja vodna para. Take geotermalne vrelce imenujemo gejziri.

Na teh področjih gradimo geotermalne elektrarne (GE).Geotermalni vodi, ki jo črpamo na površje znižamo tlak, da se upari, paro pa vodimo v parne turbine. NZ. J, ZDA, FIL in Islandija so države z GE.

Nam najbližja GE je Larderelu (IT). Pri nas naj bi dve GE (2 . 5 MW) zgradili v Ljutomerju.


flasher - uparjalnik

hladilni stolpturbini 2 . 30MW

Stodverhus Ge, S Islandija

Veter je posledica segrevanja ozračja in vrtenja Zemlje. Izkoriščanje energije vetra za

proizvodnjo električne energije je postalo v zadnjih dveh desetletjih ena od

najuspešnejših tehnologij izkoriščanja OVE.

Vetrnice z vodoravno in navpično osjo

vrtenja rotorja.

Za proizvodnjo električne energije

uporabljamo dvo- in tri krake vetrnice

z vodoravno osno vrtenja rotorja. Pri

tem izkoriščamo dejstvo, da hitrost

vetra narašča v oddaljenostjo od

površja.

Izkoriščanje energije vetra


.

Največja učinkovitost vetrnic in

izkoristek pretvarjanja energije

vetra je omejena z Betzovim

koeficientom (0,597). Diagram

prikazuje izkoristek različnih

vetrnic (rotorjev) glede na

hitrostno število l. To je

razmerje med obodno hitrostjo

na vrhu lista in hitrostjo vetra.

Za sodobne hitrotekoče

vertnice je značilno hitrostno

število 4 od 6.

eff

icie

ncy

Izkoriščanje energije vetra


Vir: ARSO

Potencial v Sloveniji

Za napoved delovanja potrebujemo urne

podatke o hitrosti vetra. V kolikor ti za

želeno lokacijo niso na voljo, lahko časovno

porazdelitev hitrosti vetra izračunamo s

pomočjo Rayleighjeve porazdelitvene funkcije

p(v) na osnovi poznane povprečne letne

hitrosti vetra v.

Vodilo:

Povprečna letna hitrost vetra v 7 do 8 m/s

zagotavlja zelo ekonomično proizvodnjo

električne energije.V

erj

etn

ost

p(v

)

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0,45

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

v (m/s)

v=

p(v)

v=

v=

v=

v=2m/s

v=4m/s

v=6m/s

v=8m/s

Napoved delovanja vetrnic

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

v (m/s)

p(v)

izmerjeno

Rayleighjeva funkcija v=2.8m/s

Primerjava letnih izmerjenih hitrosti in funkcija p(v) izračunana na podlagi povprečne letne

hitrosti vetra v za letališče v Mariboru. Prof.dr. Sašo Medved, UL FS

Vse vetrrnice, ki jih uporabljamo za

proizvodnjo električne energije

imajo podobno obratovalno

karakteristiko. Na njej je označena:

vklopna hitrost,

področje hitrosti kjer vetrnica deluje

z nazivno močjo in

izklopna hitrost; če je hitrost vetra

večja od izklopne hitrosti, se

vetrnica ustavi.

Ekonomičnost delavanja je odvisna

od števila ur, ko vetrnica deluje z

nazivno močjo (> 1200 ur na leto).

Na odprtem morju so hitrosti vetra

večje kot na kopnem.

Mo

è v

etr

nic

e v

od

vis

no

sti

od

hit

rost

i vetr

a v

(kW

)

Hitrost vetra (m/s)

0

0 208 284 241612 32

50

100

150

200

250

300

imenska

moè vetrnice

izklopna

hitrost

vetra

vklopna

hitrost

vetra


Cena kWh električne energije v odvisnosti od letnega števila ur ko vetrnica deluje z nazivno močjo in cene za instaliran

kW električne moči vetrnice. Prof.dr. Sašo Medved, UL FS

Enercon's E126 http://www.windpowermonthly.com


http://www.windpowermonthly.com/enercon

Okoljski vidiki

Vetrnica v bližino Postojne -> Slovenija znižuje CO2 -> primeri dobrih praks

Vir: Wikipedia 4/2013

Okoljski vidiki

(Izkoriščanje vetra) v Sloveniji

Potencial ni poznan podrobno. Na nekaterih lokacijah je eno od

distribucijskih podjetij več let opravljalo meritve.

Izbrana “Volovja reber” povprečna letna hitrost 7,5 m/s 15 m nad tlemi.

(delovanje vetrnic 1600-1900 h na leto z nazivno močjo).

Lokacija naknadno izvzeta iz področja Natura 2000, nasprotovanja ornitologov

in okoljevarstvenikov.

Potencial vetra v Sloveniji


Dolga tradicija uporabe vodne energije (žage, mlini, transport). V eni od diplom je vaš kolega našel 400 takih lokacij na povodju Sore.

Prva HE zgrajena 1914, sedaj deluje preko 4000 malih HE (< 10 MW) s skupno nazivno močjo 76 MWe. Delež MHE okoli 10%.

Več o HE pri drugih predmetih (npr. Turbinski stroji)

Polovica izkoristljivega potenciala že izkoriščena

Vodna energija


Vrsta drugih tehnologij, kot na primer izkoriščanje valov, vodikove tehnologije, ki

pa so manj pomemben za Slovenijo ali tehnološko nedozorele. Bodo pa

predstavljene pri predmetih v smeri Energetika in procesno strojništvo.

Namesto zaključka ….

Pomen OVE

SLO

Pomen OVE

Pomen OVE

Kaj so obnovljivi viri energije ?

Katere značilnosti OVE poznate ?

Kratko opišite tehnologije za proizvodnjo toplote iz OVE ?

S katerimi tehnologijami pretvarjamo sončno energijo v električno ?

Opišite potencial geotermalne energije v SLO in kako GE izkoriščamo ?

Naštejte biogoriva in kratko opišite kako jih proizvajamo !

Možna izpitna vprašanja


Documents

Predavanje O3