1

Vsebina:

• Vrste energij in energijske pretvorbe

– viri, značilnosti,

– pretvarjanje,

– tehnološke poti preko toplote do končnih oblik energij

• Energetski viri v svetu, EU in Sloveniji

Predavanje

Viri energij in tehnologije za pretvarjanje energij

2

Vrste energij in energijske pretvorbe

3

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

2

4

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 preživetje

Živa 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 človek

To 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.

5

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

6

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 toplota

kot 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

3

7

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 gorenjapretvarja 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 natov električno energijo.

- sončna elektrarna: energija elektromagnetnega valovanja se (večinoma v koncentriraniobliki) 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).

8

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 %.

9

Izgube pri pretvarjanju sekundarnih energij v končne

Izgube transporta

je 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 procesu

so nekoristno porabljeni del končne energije oz. razlika med končno in koristno energijo.

Odpadna toplota

Kadar 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.

4

10

Viri primarnih energij v svetu

11

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%

12

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 T

OE

svet

Kitajska

Evropa

Indija

Azija, Australija

ZDA, Kanada

5

Trenutno znane zaloge fosilnih goriv v svetu*

*vir: VGB PowerTech

14*vir: VGB PowerTech

Predvideno zmanjšanje emisij CO2 iz termoelektrarn na premog *

15

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

TW

h

svet

Evropa in Evrazija

Azija, Australija

ZDA, Kanada,Mehika

6

16

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

17

Karakteristike obnovljivih virov energije

18

Viri primarne energije pri proizvodnji električne energije v Evropi*

*vir: VGB PowerTech

7

19

Planirano povečanje uporabe obnovljivih virov primarne energije

pri proizvodnji električne energije v Evropi*

*vir: VGB PowerTech

20

Dinamika obratovanja vetrnih elektrarn*

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

21

Dinamika proizvodnje električne energije z sončno elektrarno

8

22

Dnevna proizvodnja električne energije v septembru 2010*

Dinamika proizvodnje električne energije z sončno elektrarno

* Podatki so za sončno elektrarno moči 8 kW

23

• primarna regulacija frekvence,• sekundarna regulacija moči in frekvence

Potrebna oddaja moči v elektroenergetski sistem v naši državi za

zagotovitev stabilnosti dobave električne energije

24

Toplota kot vir moči za gospodarstvo

9

25

Zgodovinski pregled pojmovanja toplote

Da je toplota energija, ki prehaja iz toplejšega telesa na hladnejše telo, je šele leta 1840 pokazal J.R.Mayer. Prej je dolgo časa prevladovala teorija, da pod pritiskomtemperaturne diference prehaja neuničljiv fluid, ki ga je Lavoisier imenoval kalorik.Količina tega fluida se je merila v kalorijah.Spoznanje, da je toplota ena od oblik energije je leta 1847 dokončno potrdil J.P.Joulez eksperimentom s katerim je dokazal, da se del mehanskega dela spremeni v toploto.

Za pojav toplote je potrebna temperaturna razlika. Toplo telo vsebuje notranjo energijo,ki se veča, kadar iz toplejšega telesa dovajamo toploto in manjša, ko toploto odvajamov hladnejše telo.

Ta spoznanja utemeljuje prvi glavni zakon termodinamike, ki pravi, da je toplota posebnavrsta energije za katero velja zakon o ohranitvi energije.

26

Eksergija in anergija toplote

delovna

snov

SS

T

T

T

T

Q

a)

S

T

T

T

T

S

E

b)

S

T

S

A

Tc)

krožni

proces

nosilec (vir)

toplote

Okolica

d)

Q = E + A

E = W

Q = A

vir

toplote

Eksergija in anergija toplote ter prirast entropije pri prehodu toplote iz vira toplote na delovno snov (v kotlu oz. krožnega procesa).