predavanje 1 vsebina -...

Energetska proizvodnja1

Vsebina:• Vrste energij in energijske pretvorbe

– viri, značilnosti,– pretvarjanje, – tehnološke poti do končnih, uporabnih oblik energij

• Energetski viri v svetu, EU in Sloveniji

Predavanje 1


Vrste energij in energijske pretvorbe


Sistemi preskrbe z energijo

Energijo, ki jo rabimo v industriji, komunali in gospodarstvu jemljemo iz naravnih virov. Sisteme za preskrbo z energijami sestavljajo trije segmenti:

- priprava energije – energetska proizvodnja,- transport energije,- raba energije.

PRIPRAVA ENERGIJE

TRANSPORT ENERGIJE

RABA ENERGIJE

NA

RA

VN

I VIR

I E

NE

RG

IJE


Viri in vrste primarne 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 zemlje • geotermalna voda• vroče zemeljske plasti

• gravitacijska energija• energija bibavice

Obnovljive vrste primarne energije• jedrska energija

– jedrska fizija (cepitev težkih atomskih jeder – U235, izotop urana)

– jedrska fuzija (spajanje lahkih atomskih jeder – H2 devterij, H3, tritij)

• notranja, kemično vezana energija fosilnih goriv

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

– plinasta goriva• zemeljski plin

– kapljevita goriva• nafta

• (pogojno) notranja energija odpadkov• nenevarni komunalni odpadki

Neobnovljive primarne energije


NARAVNI VIRI PRIMARNIH ENERGIJ

Pretvarjanje energij od primarnih do končnih oblik

Energetska proizvodnja

Primarna energija je energija nosilcev primarne energije, ki še ni bila podvrženanobeni tehnični pretvorbi.Sekundarna energija je energija po tehnični pretvorbi iz primarne energijeKončna energija je energija, ki je na voljo uporabniku na mestu uporabeKoristna energija je tisti del končne energije, ki se v procesu koristno

Vrste energij pri pretvorbah

Pojem ‘’primarne energije’’ se razlikuje glede na to ali mislimo na energije, ki jih rabijo živa bitja zapreživetje ali na energije, ki jih izkorišča človek. Primarne energije za preživetjeŽiva bitja in širše ekosistemi uporabljajo (poleg drugih pogojev) za razvoj in delovanje tiste temeljneoblike primarnih energij, ki so bile na razpolago že pred nastankom življenja. Sem spadajo predvsemenergija sončnega sevanja in geotermalna energijo. Te vrste energije še danes omogočajo nastajanježivih bitij, njihovo življenje in obstoj ekosistemov. Primarne energije, ki jih izkorišča človekTo so energije, ki so danes na razpolago v naravi v svoji prvotni obliki in jih človek uporablja za svojepotrebe. Večina teh energij po svoji pojavnosti niso primarne v smislu naravnega reda, (npr. fosilnagoriva, veter, vodna energija, biomasa, itd. ) temveč so že posledica delovanja drugih temeljnih oblikprimarne energije predvsem sončne energije, gravitacijske in geotermalne energije.

V energetiki je primarna energija vedno mišljena kot energija, ki jo izkorišča človek za svoje dejavnosti.


Uporabne oblike energije

Primarne energije v naravi so običajno v oblikah, ki niso primerne za neposredno uporabo, zato jih moramo pretvarjati v uporabne oblike, ki jih rabimo za:

– zagotavljanje komunalnih in gospodarskih dejavnosti:• gibanje, transport• tehnološki postopki (mletje, obdelava, gretje, izdelava orodij, gradnja, itd.)• procesna tehnika (priprava hrane, toplotna in kemična obdelava surovin, itd)• komuniciranje

– zagotavljanje bivalnih pogojev:• ogrevanje• prezračevanje• osvetljevanje

Uporabne oblike energij:mehansko delo

električna energija

toplota

svetloba

zvok, itd


Procesi pretvarjanja primarne energije

Pretvarjanja primarne energije v sekundarno, bolj uporabno obliko energije delimo na hladne procese in tople procese. Pri toplih procesih se med pretvarjanjem pojavi toplotakot vmesna oblika energije, pri hladnih procesih pa nimamo opravka s toploto.

Postrojenja za hladno pretvarjanje primarne energije v sekundarno:- hidroelektrarna- vetrna elektrarna- fotovoltaična elektrarna

Postrojenja za toplo pretvarjanje primarne energije v sekundarno:- kotlarne- termoelektrarne- toplarne- gorivne celice- toplotni pogonski stroji


Postrojenja za hladno pretvarjanje primarne energije

Procesi za hladno pretvarjanje primarne energije večinoma pretvarjajo potencialno in kinetično energijo vode in zraka.

Hidroelektrarna– Potencialno energijo vodnih mas pretvorimo v kinetično energijo, ki jo najprej

pretvorimo v mehansko delo in nato po potrebi v električno energijo.

Vetrna elektrarna– Kinetična energija zračnih mas, vetra se pretvarja v mehansko delo in nato po potrebi

v električno energijo.

Sončna, fotovoltaična elektrarna– Energija elektromagnetnega valovanja vpadnega sončnega sevanja se absorbira in

neposredno pretvarja v električno energijo.


Postrojenja za toplo pretvarjanje primarnih energij

Osnovna oblika primarne energije, ki se pretvarja v toplih procesih je notranja energija goriv.Pri gorivih, ki jih kurimo je to kemična notranja energija, pri jedrskih gorivih pa jedrska.

Kotlarne – kemična notranja energija goriv se pretvarja v toploto.

Termoelektrarne- termoelektrarna na fosilna goriva: kemična notranja energija goriv se v procesu gorenja

pretvarja v toploto, ta pa v mehansko delo in naprej v električno energijo. - jedrske elektrarna: jedrska notranja energija se preko fizije (ali fuzije) pretvarja v toploto,

ta pa v mehansko delo in naprej v električno energijo. - geotermalna elektrarna: toplota iz notranjosti zemlje se pretvarja v mehansko delo in nato

v električno energijo.- sončna elektrarna: energija elektromagnetnega valovanja se (večinoma v koncentrirani

obliki) pretvarja v toploto, ta pa v mehansko delo in električno energijo.

Toplarne - postrojenja za kogeneracijo toplote in električne energije. Razdelitev je podobna kakor pri termoelektrarnah.

Gorivne celice – kemično notranjo energijo goriv pretvarjamo v toploto in električno energijo.

Toplotni pogonski stroji – kemična notranja energija goriv se pretvarja v delo, (mehansko delo, električna energija, toplota).


Izkoristki in izgube pri pretvarjanju primarnih energij

Izgube primarnega pretvarjanja so tisti del energije, ki se izgubi med pretvarjanjem iz primarne v sekundarno obliko energije.

Pretvarjanje v hladnih procesih

Pri teh procesih se v tehnično delo pretvarja kinetična ali potencialna energija snovi brezvmesnega pretvarjanja v toploto. Zato so izgube primarnega pretvarjanja sorazmerno majhne in izkoristki visoki.

Hidroelektrarne: Izgube so od ~ 10 do 20 %. Izkoristek je močno odvisen od tipa in obremenitve turbine.

Vetrne elektrarne: Teoretično je mogoče v mehansko delo spremeniti le 59 % kinetične energije vetra. Dejanski izkoristki vetrnic so močno odvisni od razmerja obodne hitrosti vetrnice in hitrosti vetra, ter se gibljejo pod 50 %.

Sončne celice: Pretvarjajo energijo sončnega sevanja v električno energijo. Dejanski izkoristki so nižji od 25 %.


Izkoristki in izgube pri pretvarjanju primarnih energij

Pretvarjanje v toplih procesih

Pri pretvarjanju primarne energije v sekundarno v toplotnih procesih pretvarjamo toploto v tehnično delo. Ta pretvorba je obremenjena s Carnotovim izkoristkom, ki določa, koliko toplote je mogoče pretvoriti v delo.

- Kotlarne: dejanske izgube ~ 5 -10 %, izkoristek torej od 90 % do 95 %.

- Termoelektrarne: teoretične zgube ~ 55 - 65 %, (gorivo - tehnično delo), teoretični izkoristek 35 - 45 %.

- Dejanski izkoristki naših termoelektrarn, ( gorivo - električna energija), 33 - 35 %.

- Toplarne - kogeneracija, izkoristki od 70% do 90%.- Gorivne celice - izkoristek med 50 % - 80 %- Pogonski stroji - izkoristki med 35 % do 40 %.


Carnotov izkoristek


Izgube pri pretvarjanju sekundarnih energij v končne

Izgube transportaje del energije, ki se izgubi ali porablja pri transportu sekundarne energije do

porabnika.

Transport električne energije: skupne izgube v prenosnem in razdelilnem omrežju so od 4 % do 12 %. V slovenskem omrežju 5,4 % od tega 2,4 % izgub v prenosnem delu in 3 % v razdelilnem delu omrežja.Transport toplote: Toplota se prenaša s paro mali vročo vodo po izoliranih cevovodih. Izgube transporta obsegajo energijo za pogon črpalk in toplotne izgube skozi stene cevovodov, ki so od 0,1do 0,5 K/km cevovoda. Izgube so odvisne od kvalitete izolacije ter temperature in hitrosti nosilnega medija.

Izgube v tehnološkem procesuso nekoristno porabljeni del končne energije oz. razlika med končno in koristno energijo.

Odpadna toplotaKadar v tehnološki proces vstopa toplota kot končna energija, se del toplote porabi kot koristna energija, ostanek pa iz procesa izstopa kot odpadna toplota. V tem primeru je odpadna toplota torej razlika med končno in koristno energijo.


Viri primarnih energij v svetu


Raba primarne energije v svetu v obdobju 1980-2000

Nafta; 31,8%

Premog; 26,1%

"Novi" obnovljivi viri; 2,3%Tradicionalni

obnovljivi viri;10,2%

Večji hidro; 5,7%

Jedrska; 4,5%

Zemljski plin; 19,3%


Poraba in razpoložljivost zalog fosilnih goriv

1toe = 42 GJ →tona naftnega ekvavilenta

Ocena komulativne proizvodnje do 2000

[Gtoe]

Ocena dokazanih rezerv v letu 2000

[Gtoe]

Ocena rezerv glede na letno porabo

[leta]

Premog(brez lignita)

ni podatkov 496 200

Lignit ni podatkov 110 300

Nafta 86 137 40

Zemeljski plin 40 108 60

Podatki Svetovnega energetskega kongresa


Zaloge premoga

Južna Amerika drugi

Zahodna Evropa

Avstralija

Južna Afrika

Indija

Rusija

ZDA

Kitajska

Nahajališča premoga


Izkop premoga do leta 2006

Izkop premoga v letih 1965-2006

0,0

500,0

1000,0

1500,0

2000,0

2500,0

3000,0

3500,0

1965

1968

1971

1974

1977

1980

1983

1986

1989

1992

1995

1998

2001

2004

leta

mili

jono

v TO

E

svetKitajskaEvropaIndijaAzija, AustralijaZDA, Kanada

Trenutno znane zaloge fosilnih goriv v svetu*

*vir: VGB PowerTech

21*vir: VGB PowerTech

Predvideno zmanjšanje emisij CO2 iz termoelektrarn na premog *


Zaloge zemeljskega plina

Bližnji vzhod

Srednja in vzhodna Evropa

Zahodna EvropaAzija-Pacifik

Afrika

Zahodna polobla

Nahajališča zemeljskega plina


Zaloge nafte

Drugi

Rusija in Vzodna Evropa

Severna Amerika

Savdska Arabija

Irak

KuvajtIran

LatinskaAmerika

Nahajališča nafte


Proizvodnja električne energije v jedrskih elektrarnah

Proizvodnja jedrskih elektrarn v letih 1965-2006

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

1965 1971 1977 1983 1989 1995 2001

leta

TWh

svet

Evropa in Evrazija

Azija, Australija

ZDA, Kanada,Mehika


Jedrske elektrarne v Evropi

Danes je v Evropi okoli 210 jedrskih elektrarn.

Države v Evropi z največjim številon JE:- Francija 59,- Rusija 31,- V. Britanija 23,- Nemčija 17

Izven Evrope: - ZDA 104,- Japonska 58,- Indija 15


Proizvodnja električne energije v HE v letih 1965-2006

0,0500,0

1000,01500,02000,02500,03000,03500,0

1965

1970

1975

1980

1985

1990

1995

2000

2005

leta

TWh

svetEvropaZDA in KanadaAzija, AustralijaAfrika

Proizvodnja električne energije v HE


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

28

Planirano povečanje uporabe obnovljivih virov primarne energije pri proizvodnji električne energije v Evropi*

*vir: VGB PowerTech

Dinamika obratovanja vetrnih elektrarn*

*vir: Življenje in tehnika, št.:9, 2010


Energetika v Sloveniji

Viri primarne energije in oskrba z energijo v naši državi



Fosilna goriva:- zemeljski plin - nimamo nahajališč.- nafta - količinsko nepomembno.- premog: Rudnik rjavega premoga Trbovlje, Rudnik lignita Velenje.

Vodna energija: četrtino vse električne energije pridobimo iz HE. Imamo še nekaj rezerve,predvsem na spodnjem toku Save in pogojno na reki Muri.

Biomasa: - lesna biomasa: okoli 60 % površin pokrivajo gozdovi. Premalo izkoriščen vir energije.- biogoriva: cilj 0,35 % delež uporabe biogoriv za transport v letu 2010 in 5 % v letu 2020.

Sončna energija: ocenjeno je, da bi lahko izkoristili do 960 GWh sončnega potenciala. Danes je izkoriščeno cca. 3-5 % tega potenciala za pridobivanje toplote in elektrike.

Energija vetra: manj pomembna in tudi še neizkoriščena.

Geotermalna energija: Skupna toplotna moč je okoli 130 MW, izkorišča se približno 100 MW.

Viri primarne energije v Sloveniji



Biogoriva v SlovenijiBiodizel pripada skupini ogljikovodikovih derivatov srednje dolgih verig (C16 – C18) maščobnih kislin, ki so strukturno podobne molekulam dizelskega goriva iz nafte.Vsebuje do 14 različnih maščobnih kislin, od katerih so odvisne fizikalno - kemijske lastnosti goriva.V Sloveniji imamo trenutno tovarno biodizla v Gančanih v prihodnje bodo biogorivo proizvajali še v Lendavi, Hočah in Ormožu.

V skladu z Direktivo 2003/30/ES je za Republiko Slovenijo predvideno 5 % biogorivprimešanih v gorivih za transport v letu 2012, pri čemer je povprečni letni deležbiogoriv v gorivih za transport v letu 2007 okoli 0,7 % in v obdobju do 2012 v povprečju najmanj 3 % oziroma:

– v letu 2008 najmanj 2,0 %,– v letu 2009 najmanj 3,0 %,– v letu 2010 najmanj 3,5 %,– v letu 2011 najmanj 4 %

in v nadaljnjih letih najmanj 5 % v celotni letni količini goriva na trgu za pogon motornih vozil.



Elektrarne v Sloveniji


Dilema o gradnji bloka TE Šoštanj 6


Emisije CO2 z zgraditvijo bloka 6 v TEŠ

Blok 6 v TE Šoštanj bo ščasoma nadomestil vse bloke, ki sedaj obratujejo.


TEŠ danes

TEŠ leta 2014


blok 5

blok 4

blok 3

blok 6



Moč bloka 6 bo za 25,5% večja od skupne moči vseh sedanjih blokov v TEŠ.


Predvideni izkoristek bloka 6 je 40 %Predvideni izkoristek bloka 6 je 43 %


Znižanje emisij CO2 pri nespremenjeni proizvodnji relektrične energije

Ko bo blok 6 obratoval z močjo, ki je enaka skupni moči vseh današnjih blokov, bodo emisije CO2 nižje za približno 20 %.


Predvideni izkoristek bloka 6 je 43 % Predvideni izkoristek bloka 6 je 40 %


Povišanje emisij CO2 pri 25 % povečani proizvodnji relektrične energije

Ko bo blok 6 obratoval s četrtino večjo močjo od današnje skupne moči vseh blokov,bodo emisije CO2 od današnjih višje le nekaj procentov.

predavanje 1 vsebina -...

Documents