POJAM ENERGIJE I ENERGETIKE

Dr.sc. Sandira Eljšan,docOsnove energetike

• Energija je osnovni preduslov tokova proizvodnje i progresa uopšte.

• Imajući u vidu činjenicu da sve što je materijalno posjeduje u sebi i odgovarajući energetski potencijal, da se zaključiti na prvi pogled da je ima dovoljno (ako ne i previše), ali je osnovni problem u njenom adekvatnom korištenju, transformacijama iz jednog oblika u drugi i naročito racionalnoj, što racionalnijoj njenoj potrošnji.

• Energija se ne troši nego transformiše, ne proizvodi se, jer već postoji samim postojanjem materije.

• Pojam Energije je predstavljen fizikalnom veličinom kojom se opisuje međudjelovanje i stanje čestica nekog tijela, te njegovo međudjelovanje s drugim česticama ili tijelima, odnosno sposobnost obavljanja rada.

• Energija ne može ni nastati ni nestati već samo prelaziti iz jednoga u drugi oblik pa stoga izrazi kao što su "proizvodnja", "dobivanje", "gubici", "potrošnja", "pohrana" ili "štednja" energije u fizikalnom smislu nisu skroz tačni, iako su u svakodnevnom govoru nezaobilazni.

• Uz pojam energije se često koristi i pojam snage. • To je veličina koja pokazuje koliko je energije

pretvoreno u druge oblike (izmijenjeno), odnosno koliko je rada obavljeno u određenom vremenu.

• Energetski resursi su svi na Zemlji dostupni izvori energije koji mogu biti:

• - neobnovljivi ili iscrpivi • - obnovljivi ili neiscrpivi.

• Energetske rezerve su samo oni izvori energije koji se geološki i geografski mogu tačno odrediti i koji se uz postojeće uslove i stanje tehnike mogu učinkovito iskoristiti.

• Energetske rezerve obuhvataju postojeće, do sada otkrivene i većim dijelom već iskorištavane izvore (obnovljive i neobnovljive), dok resursi obuhvataju sveukupne, na Zemlji raspoložive izvore.

• Izvori energije ili energenti su sredstva koje služe za pretvorbu energije, odnosno koja su sama neki oblik energije (npr. ugalj, prirodni plin, uran, električna energija, Sunce, vjetar itd).

• Goriva su izvori energije u fizičkom, stvarnom smislu (npr. ugljen, nafta, prirodni plin, vodik, drvo i sl), a s obzirom na njihovu pojavnost u prirodi (agregatno stanje), mogu biti:

• - kruta (npr. mrki ugljen) - tečna (npr. loživo ulje) i plinovita.

VRSTE ENERGIJE

• Vrste energije su predstavljene pojmom oblika u kome se energija pojavljuje, odnosno samog načine na koji se uočava djelovanje energije, što je jednim dijelom povezano s njenim izvorima. (npr. potencijalna, kinetička, kemijska, električna ili energija vode, vjetra, goriva itd).

• Oblici energije obuhvataju izvore i vrste energije, ovisno o njihovom mjestu u procesima pretvaranja:

• Samo neki prirodni materijali ili pojave mogu da se koriste za proizvodnju energije i to su primarni, koji se dalje mogu transformisati u sekundarne (vještačke) izvore (oblike) energije, dok je potrošačima potrebna korisna energija

• Energija se pojavljuje u različitim oblicima, ali se u osnovi može svrstati u akumulisane (nagomilane) i prelazne oblike.

• Akumulisani oblici energije (potencijalna, kinetička i unutrašnja) se u svom obliku mogu održati po želji dugo, dok je za prelazne oblike karakteristična kratkotrajnost pojave.

• Prelazna energija (mehanička, električna i toplotna) se pojavljuje kada akumulisana energija mijenja svoj oblik i kada prelazi sa jednog tijela na druga.

Zato energiju svrstavamo u sljedeće oblike:• - primarna energija • - sekundarna energija • - konačna energija • - korisna energija .• Primarna energija je energija koji se dobija

direktno iz prirode i koja još nije prošla nijedan proces pretvorbe ili transformacije.

• Sekundarna energija je ona energija koja je tehničkim postupcima pretvorbe dobivenih iz primarnih izvora (npr. koks, briketi, nuklearno gorivo, benzin, lož ulje, električna struja, toplina itd).

• Tim se procesima pretvorbe mijenjaju hemijske ili fizikalne osobine primarnih izvora, što je nužno jer se većina izvora, u obliku u kojem je dobivena iz prirode, ne može direktno iskorištavati.

• Primarna i sekundarna energija se nazivaju zajedničkim imenom energija goriva.

• Konačna energija su izvori ili vrste energije koji krajnjem korisniku stoje na raspolaganju (npr. toplota, električna struja, razna goriva i sl.), a o načinu njihove primjene odlučuje korisnik te ih odgovarajućim procesima pretvara u korisnu energiju.

• Konačnu energiju stoga čine i primarni (npr. ugljen) i sekundarni izvori (npr. benzin).

• Pri procesima transformacije, prenosa i pohrane energije dolazi do gubitaka, odnosno jedan dio primarne i sekundarne energije ne može iskoristiti.

• Korisna energija je onaj dio energije koji se dobija nakon oduzimanja svih gubitaka koji nastaju pri procesima dobijanja, prerade (proizvodnje), pohrane i prijenosa primarnih i sekundarnih izvora te pretvaranja konačne energije.

• Korisna je energija krajnjem korisniku na raspolaganju u njemu najprikladnijem obliku.

• Transformacije energije teku do onih energetskih oblika koje korisnici trebaju, a to su: toplinska energija, mehanička energija, kemijska energija i energija svjetla. Od naročitog značaja su transformacije kojima se proizvodi električna energija.

• U nekonvencionalne primarne oblike energije spadaju: kinetička energija vjetra, potencijalna energija plime i oseke, toplotna energija zemljine unutrašnjosti, sunčeva energija (neposredno korištenje), toplotna energija mora (korištenje razlike temperature mora na površini i većim dubinama), te energija fuzije lakih atoma.

• Zbog svojih dobrih osobina da se lako transformira u druge oblike energije (naročito je važna transformacija u mehanički rad i obrnuto, mehanički se rad s malim gubicima transformira u električnu energiju) i da se lako transportira na veće udaljenosti, električna energija je izuzetno značajna za privredni razvoj zemlje.

• Energetska intenzivnost je tehničko-ekonomski pojam koji pokazuje koliko se primarne i sekundarne energije troši po jedinici nacionalnog (društvenog) proizvoda po stanovniku neke države ili područja.

• Manja energetska intenzivnost pri tome znači bolje iskorištavanje energije.

„ENERGETIKA“

• Pod pojmom „Energetika“ podrazumijevamo naučnu disciplinu koja se bavi proučavanjem energije , kao i tehničkom korištenju raspoloživih izvora energije.

• Energetika je grana privrede koja omogućava snabdijevanje potrošača neophodnom energijom.

• Osim toga, može se reći:• Energetika je skup privrednih aktivnosti pomoću kojih

se istražuju i proizvode primarni izvori energije, zatim transformišu, prenose i distribuiraju do potrošača i kao primarna ili sekundarna energija racionalno koriste.

Klasifikacija primarnih oblika energije

• Primarni oblici energije se dijele na:• konvencionalne i• nekonvencionalne

• U konvencionalne primarne oblike spadaju: drvo, ugalj, sirova nafta i zemni gas (fosilna goriva), te vodne snage (potencijalna energija vodotoka), nuklearna goriva (uran i torij) i vrući - topli izvori.

• U nekonvencionalne primarne oblike energije spadaju: kinetička energija vjetra, potencijalna energija plime i oseke, toplotna energija zemljine unutrašnjosti, sunčeva energija (neposredno korištenje), toplotna energija mora (korištenje razlike temperature mora na površini i većim dubinama), te energija fuzije lakih atoma.

Konvencionalni primarni oblici energije, transformacije i postrojenja za transformaciju, te korisni oblici enegije

• Osim podjele po učestalosti primjene, kada govorimo o konvencionalnim i ne-konvencionalnim oblicima energije, primarni se oblici energije mogu podijeliti na:

• -obnovljive• - neobnovljive oblike energije.• Obnovljivi su oblici oni koji se prirodno

obnavljaju u intervalima koji su sumjerljivi ljudskom poimanju vremena.(Sunčeva energija, energija vodnih snaga, energija vjetra, energija plime i oseke, toplina mora.)

• Obnovljive primarne oblike energije karakterizira promjenljivost energetskog toka. Budući da uglavnom nije riješeno skladištenje energije barem ne sa stanovišta energetike (izuzetak je npr. akumulacija vode-potencijalne energije u akumulacijskom jezeru hidroelektrane), može se dogoditi da energije ne bude baš onda kada je najpotrebnija.

• Obnovljive primarne oblike energije nije moguće transportirati u onom obliku u kojemu se pojavljuje u prirodi, za razliku od fosilnih i nuklearnih goriva.

• Pojam obnovljivi izvori energije odnosi se na izvore energije koji su sačuvani u prirodi i obnavljaju se u cijelosti ili djelomično. To su energija vodotoka, vjetra, neakumulirana Sunčeva energija, biogorivo, biomasa, bioplin, geotermalna energija, energija valova, plime i oseke, biomase, plina iz deponija, plina iz postrojenja za preradu otpadnih voda.

• Nebnovljivi oblici energije čije se rezerve uslijed korištenja svakim danom smanjuju (energija fosilnih i nuklearnih goriva te geotermička energija Zemljine unutrašnjosti)

Fizički posmatrano, primarne oblike energije dijelimo na:

• - nosioce hemijske energije - kao osnovne energije, (drvo,ugalj, sirova nafta i gas),

• - nosioce nuklearne energije (nuklearna goriva, laki atomi korišteni za fuziju),

• - nosioce potencijalne energije (vodne snage, energija plime i oseke),

• - nosioce kinetičke energije (vjetar),• - nosioce hemijske energije (vrući izvori, toplotna

energija mora) i• - nosioce energije zračenja (sunčevo isijavanje).

TRANSFORMACIJA OBLIKA ENERGIJE

• Hemijska energija drveta i fosilnih goriva najčešće se transformiše u unutrašnju energiju, a moguće je neposredno pretvaranje u električnu energiju, a nekada se koristi i direktno kao hemijska energija (u obliku metalurškog koksa).

• Proces transformacije hemijske u unutrašnju energiju nazivamo sagorijevanjem.

• Takva unutrašnja energija može se neposredno upotrijebiti za grijanje prostorija, pripremu tople vode i sl., za tehnološke procese pri visokim temperaturama (keramička i cementna industrija i sl.).

• Nosioci energije su tada gasovi kao produkti sagorijevanja, a postrojenja i uređaje za neposrednu upotrebu unutrašnje energije nazivamo ložištima.

• Nosilac te energije predaje je, kao toplotu, okolnom vazduhu ili vodi, a kod tehnoloških procesa grijanim sirovinama.

• Unutrašnja energija sagorjelih gasova može se dalje, u parnim kotlovima prenosom toplote, predati vodi, odnosno vodenoj pari, povećavajući joj tako unutrašnju energiju.

• Takva se para koristi za grijanje prostorija, za tehnološke procese pri relativno nižim temperaturama, ali i za pogon parnih turbina (obično nakon pregrijavanja), u kojima se unutrašnja energija pare konačno transformiše putem kinetičke u mehaničku energiju.

• Naravno, unutrašnja energija sagorjelih gasova može se i neposredno pretvoriti u mehaničku putem gasnih turbina i motora SUS.

Udio energenata u svjetskoj proizvodnji električne energije za 2005. godinu

Nafta

Nuklearna elektrana Krško

• Potrošnja ‘nuklearne’ električne energije ima višegodišnji umjereni rast i 2005. godine iznosila je 627 mil. t EN, tj. za 15% više nego 1996. godine. U SAD-u se proizvodi i troši oko 30% svjetskih količina, a u europskim i euroazijskim državama 46%, od čega glavnina u Francuskoj (16% svjetske proizvodnje), Njemačkoj, Rusiji, Velikoj Britaniji, Španjolskoj i Švedskoj

Nuklarna energija u svijetu

• Na osnovi podataka dobivenih iz informacijskog sistema Međunarodne agencije za atomsku energiju (PRIS), tokom 2005. godine u pogonu ili izgradnji bilo je 467 nuklearnih reaktora u cijelome svijetu.

• Četiri nulearna reaktora kapaciteta 3821 MW prošle su godine priključena na električnu mrežu u Južnoj Koreji, Japanu (dva) i Indiji, čime je ukupni broj nuklearnih reaktora u pogonu iznosio 443 u 31 zemlji svijeta. Uz to, u 2005. godini ukupno su 24 nuklearna reaktora bila u izgradnji u 11 zemalja svijeta

• Udio električne energije proizvedene u nuklearnim elektranama, u ukupnoj proizvodnji električne energije posebice je visok u deset zemalja: Francuskoj (79%), Litvi (70%), Slovačkoj (56%), Belgiji (56%), Ukrajini (49%), Švedskoj (47%), Južnoj Koreji (45%), Bugarskoj (44%), Armeniji (43%) i Sloveniji (42%). Sve u svemu, u 16 zemalja svijeta više od četvrtine ukupnih potreba za električnom energijom zadovoljeno je proizvodnjom u nuklearnim elektranama.

• Udio nuklearne energije u ukupnoj svjetskoj proizvodnji električne energije iznosio je u 2005. godini 16%.

zemlja

broj reaktora

nuklearni udio, %u pogonu u izgradnji

Argentina 2 1 6,9

Armenija 1 0 42,7

Belgija 7 0 55,6

Brazil 2 0 2,5

Bugarska 4 0 44,1

Češka 6 0 30,5

Finska 4 1 32,9

Francuska 59 0 78,5

Indija 15 8 2,8

Iran 0 1 0

Japan 56 1 29,3

JAR 2 0 5,5

Kanada 18 0 14,6

Kina 9 2 2,0

Koreja 20 0 44,7

Litva 1 0 69,6

Mađarska 4 0 37,2

Meksiko 2 0 5,0

Nizozemska 1 0 3,9

Njemačka 17 0 31,0

Pakistan 2 1 2,8

Rumunjska 1 1 8,6

Rusija 31 4 15,8

SAD 104 0 19,3

Slovačka 6 0 56,1

Slovenija 1 0 42,4

Španjolska 9 0 19,6

Švedska 10 0 46,7

Švicarska 5 0 32,1

Tajvan 6 2 21,5

Ukrajina 15 2 48,5

Velika Britanija 23 0 19,9

UKUPNO: 443 24 -

Nuklearni reaktori u pogonu i izgradnji te nuklearni udio u ukupnoj proizvodnji električne energije u pojedinoj zemlji

• Kada se kao krajnji oblik energije sagledava električna energija treba, ukazati da se hemijska i unutrašnja energija mogu direktno transformisati u električnu energiju. Kod posredne transformacije, putem mehaničke energije, koriste se: parne, vodne i gasne turbine, motori SUS, vjetrenjače i sl., a kod neposredne transformacije unutrašnje u električnu energiju primjeri su termoelektrični elementi, termojonski elementi i magnetsko-hidrodinamički generatori.

• Poseban slučaj neposredne transformacije energije zračenja u električnu predstavlja primjenu solarnih elemenata.

• Energija zračenja može se transformisati u unutrašnju (koncentracija sunčevog zračenja za specijalne metalurške procese, za grijanje vode i sl.) ili, pak, direktno u električnu energiju pomoću solarnih poluprovodničkih elemenata.

ENERGIJA VODE PLIME I OSEKE

• Za korištenje potencijalne energije vode, te plime i oseke, riječ je prije svega o njihovom pretvaranju u mehaničku energiju pomoću vodnih turbina, a zatim putem električnih generatora u električnu energiju.

• Potrošnja električne energije iz vodnih snaga je nešto veća i iznosi oko 669 mil. t EN. Najveći proizvođači i potrošači električne energije iz tog izvora

• su Kanada (12%), SAD (9%), Kina (13,6%). Na Europu s Euroazijom otpada 28% svjetske potrošnje i to najviše na Rusiju, Norvešku i Švedsku.

ENERGIJA VJETRA

• Vjetar je horizontalno kretanje atmosferskog zraka u odnosu na Zemljinu površinu koje nastaje uslijed razlika u gustoći zraka, pri čemu se strujanje prirodno odvija s mjesta veće gustoće na mjesto manje gustoće i traje dok se gustoće ne izjednače.

• Brzina i smjer vjetra ovise o rezultanti svih sila koje djeluju na zrak.

• Glavni uzrok razlika u gustoći zraka je nejednoliko Sunčevo zagrijavanje Zemlje. Ukoliko se, primjerice, za vrućeg ljetnog dana zrak iznad nekog otoka zagrije jače nego zrak iznad okolnog mora, početi će se uzdizati prema gore u odnosu na hladniji zrak koji ga okružuje. Istovremeno, da bi se nadomjestio uzdižući zrak, na drugom mjestu će se pod djelovanjem gravitacije zrak početi spuštati. Uzdizanje rjeđeg zraka stvara područje nižeg tlaka, a spuštanje atmosferskog zraka područje višeg pritiska.

Osim gradijenta pritiska, na vjetar djeluju, mijenjajući mu brzinu i smjer, i efekti koji su rezultat interakcije atmosfere sa Zemljom koja rotira oko vlastite osi, trenja s površinom tla, oblika zemljine površine te izmjene topline između Zemlje i zraka