Sissejuhatus energiatehnika loeng 2.ppt...Saudi Araabia 8,2 102,8 80 Araabia Ühendemiraadid 6,1...

Sissejuhatus energiatehnikasse 17.09.2014

Aimeli Laasik 23.10.2008 1

Sissejuhatus energiatehnikasse

AAV0120

Loeng 2

Aimeli Laasik 23.oktoober 2008

SISSEJUHATUS ENERGIATEHNIKASSE

II Esmased energiavarud

ÜldülevaadePrimaarsed energiavarud� Maa loodusjõudude energia (sh päikesekiirgus)

� Maal tekkiv biomass

� maapõues salvestunud põlevmineraal

� Maa koores sisalduvad keemilised elemendid, millest saab vabastada tuumaenergiat

17.09.2014 Aimeli Laasik 2



Mittetaastuvad energiavarudMaa koosseisu kuuluvad või salvestunudkütused, mis võivad tulevikus ammenduda:

� kivisüsi� pruunsüsi� nafta� maagaas� turvas (va Rootsis)� põlevkivi� tuumkütused





Varusid liigitatakse

� kindlakstehtud (geoloogiliste uuringute alusel)

� kättesaadavad / kaevandamiskõlblikud (osa kindlakstehtuist, mille kaevandamine on ratsionaalne)

� oletatavad (lisaks kindlakstehtuile geoloogiliste andmete alusel teadaolevad)



Varude tingkütusekoguste taandamistegurid

� kivisüsi – 1,0 tce/t� pruunsüsi – 0,60 tce/t� nafta - 1,43 tce/t� põlevkivi, õliliiv (õlisisalduse järgi) – 1,43 tce/t� maagaas – 1,14 tce 1000 m3 kohta� turvas – 0,50 tce/t� uraan (lähtutakse tegelikust kasutusastmest tuumareaktorites) - ca 22 tce energiat 1 kg uraani kohta



Mittetaastuvad energiavarud 2010

Nimetus Kindlakstehtud

varu,

(Gtce)

Kättesaadav

varu,

(Gtce)

Oletatav

lisavaru,

(Gtce)

Aasta-

toodang,

(Gtce)

Kivisüsi 934 406 1624 5,48Pruunsüsi 407 274 1007 0,87

Nafta 233 1700 5,16Maagaas 212 400 3,71

Põlevkivi 986 0,005Õliliiv 69 0,10

Turvas 57 16 265 0,009

Uraan 63 51 1,12Toorium 15 5000 0

Deuteerium +

liitium 6

>100 000 0





Maa mittetaastuvad energiavarud(2010) Oletatav lisavaru

Kivisüsi

0

500

1000Gtce Aastatoodang 2010

Kindlakstehtud varu

Pruunsüsi Nafta Maagaas TurvasPõlevkivi UraanÕliliiv



Taastuvad energiavarud

� hüdro- ja tuuleenergia

� kütusena kasutatav biomass

� geotermaalenergia

� päikeseenergia



Maa taastuvad energiavarud 2010

Nimetus Potentsiaalne varu,Gtce/a

Kättesaadav varu,Gtce/a

Aastatoodang,Gtce/a

Päikesekiirgus ∼∼∼∼100 ×××× 103 ∼∼∼∼20 0,03

Biomass 40 8 0,50

Tuul 34 4,8 0,04

Jõgede hüdroenergia 5,0 1,6 0,40

Geotermaalenergia 2,1 0,7 0,02

Merelained 20 0,5 ~0

Ookeanisoojus 1,1 0,5 ~0

Looded 0,04 0,01 0,0001





Maa taastuvad energiavarud 2010

P o te n t s ia a lne li s a v a r u

6

A a s ta to o d a n g 2 0 1 0

K ä tt e s a a d a v v a ru

G e o -t e rm a a l -e n e r g ia

T u u lJ õ g e d e h ü d r o -e n e r g ia

B io m a ss

5

4

3

2

1

0O o k e a n i-s o o ju s

L o o d ed M e re -l a in e d

G tc e /a

7


Päikeseenergia

� Päikese kiiritustihedus maapinnal on 1 kW/m2

� läbimõõt on 1,4⋅⋅⋅⋅106 km � mass 1,99⋅⋅⋅⋅1030 kg� koosneb 71 % vesinikust� 27 % heeliumist � 2 % muudest keemilistest elementidest� sisemuse temperatuur on 15,7 MK� pinnatemperatuur on 5785 K� Maale satub 0,45 miljardikku Päikese kogukiirgusest



� 4,5 miljardi aasta jooksul on kasutatud ca pool vesikukogusest

� 1,6 mrd aasta pärast läheb 15% võrra heledamaks ja Maa keskmine temp. saab olema ca 60 - 70 C°

� 7,5 mrd aasta pärast suureneb läbimõõt 250. kordseks ja Maa on Päikese poole ainult ühe poolega (temp. valgustatud poolel 400 C° ja pimedal poolel -170 C°)

� Päikese edasise paisumise tagajärjel neeldub Maa tervikuna





Päikesekiirguse spektraaljaotus Maal

1 - ultraviolettkiirgus2 - nähtav kiirgus3 - infrapunakiirgus λλλλ - lainepikkus


0 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2,4 2,8 µm 0

1 2

λλλλ

1

3


Saussure´i katse (1767)

1 - puitkast2 - klaas 3 - päikesekiirguse neeldumise toimel kuumenev põhi


1

2

3


Päikesekiirguse muundamine elektrienergiaks

� auruturbiin-soojuselektrijaamades, milles kontsentreeritud päikesekiirgust rakendatakse veeauru saamiseks või kõrgetemperatuurilise soojuskandja kuumutamiseks

� fotoelemendipatareides





Rõhtpinna kümnepäevane keskmine kiiritustihedus Tallinnas ühel aastal

G0 - atmosfääri ülapiirilGG - maapinnal


2

4

6

8

10

12

0

kWh m 2d

G

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

GG

G 0


Aastase kiirgusenergia jooned kWh/(m2a)


8 0 0

1 1 0 0

1 2 0 0 1 3 0 0

1 4 0 0

1 5 0 0

1 6 0 0 1 7 0 0 1 8 0 0

1 9 0 0

2 0 0 0


Päikesekiirguse nüüdisaegne kasutamine1954 - Rakendusliku Päikeseenergia Assotsiatsioon (USA)1955 – 1. ülemaailmne päikeseenergeetikasümpoosion1989 – päikeseelektrijaam Californias (150 MW)2009 - algasid Põhja-Aafrikasse rajatavate päikese-elektrijaamade ettevalmistused, et kanda elektrienergia kõrgepingeliste alalisvooluliinide abil Euroopasse

2011 - elektrivõrkudega ühendatud päikeseelektrijaamade võimsus ca 70 GW, lisaks elektrivõrkudega ühendamata võimsus ca 6 GW

2011 - fotoelektriline hoone-päikeseelektrijaam (25 kW) paikneb ABB AS Jüri tehase katusel

2012 – fotoelement päikeseelektrijaam Võrumaal Keema külas (11 liikuvat paneeli, a`9 kW)





Vahemeremaade päikesekonverents, 2010

� 2020 – maailma energiatarbimisest kaetakse päikeseenergiaga 2,3%

� 2030 – kaetakse päikeseenergiaga 8,8%

� 2050 – kaetakse päikeseenergiaga 25% elektrienergia tarbest, kusjuures 11% fotoelement-elektrijaamadega



Kaevandatavad kütused� kivisüsi

(kütteväärtus 30 MJ/kg kuni 36 MJ/kg)� pruunsüsi

(kütteväärtus 17 MJ/kg kuni 24 MJ/kg)� nafta (sh õliliivadest saadav nafta)

(kütteväärtus 43,5 MJ/kg kuni 46,0 MJ/kg)� maagaas

(kütteväärtus 34 MJ/m3 ehk 47 MJ/kg)� turvas

(kütteväärtus 22 MJ/kg kuni 23 MJ/kg)� põlevkivi

(kütteväärtus 5 MJ/kg kuni 20 MJ/kg, Eestis 8,87 MJ/kg)



Kivisüsi

� taimse päritoluga, salvestunud ca 300 milj. a. tagasi� kütteväärtus 30 MJ/kg kuni 36 MJ/kg� 852 – kivisöe lahtine kaevandamine Inglismaal� 1113 – Saksamaal rajati munkade poolt esimene maa-alune kivisöekaevandus

� eralduva metaani ja kivisöetolmu tõttu on kivisöekaevandused plahvatusohtlikud (1942 hukkus Hiinas üle 1500 töötaja)

� 2004 – suleti Prantsusmaa viimane kaevandus� 2011 - Euroopa turul maksis elektrijaamadele müüdav kivisüsi 105 €/tce kuni 106 €/tce





Kivisöevarud ja –toodang aastal 2010


Kaevandamis-

kõlblik varu Gt

Toodang Mt/a

Tinglik ammendumisaeg

a USA 109 458 238

Hiina 62 3 235 19

India 56 533 105

Venemaa 49 246 199

Austraalia 37 314 118 Lõuna-Aafrika Vabariik 30 255 118

Kasahstan 22 104 212

Ukraina 15 55 273

8 suurimate varudega riiki

380 5 200 73

Muud maad 26 679 38

Maailm 406 5 879 69


Kaevandamiskõlblikud kivisöevarud

2010. aastal


USA 109 Gt

Eesti 0

Muud maad 26 Gt 6,4 %

26,8 %

Maailm 406 Gt

Venemaa 49 Gt

7,4 %

Hiina 62 Gt

12,1 %

Ukraina 15 Gt

13,8 %India 56 Gt

15,3 %

Lõuna-Aafrika Vabariik 30 Gt

5,4 %

Austraalia 37 Gt 9,1 %

Kasahstan 22 Gt 3,7 %


Pruunsüsi

� kütteväärtus 17 MJ/kg kuni 24 MJ/kg

� pruunsöevarud ca sama suured ja paiknevad peaaegu samades maades kui kivisöevarud

� 2011 - Euroopa turul maksis elektrijaamadele müüdav pruunsüsi keskmiselt 40 €/tce

� odava hinna tõttu küllaltki levinud kütuseliik





Pruunsöevarud ja –toodang aastal 2010Kättesaadav

varuGt

Aasta-

toodangMt/a

Tinglik

ammendumis-

aeg, a

USA 129 538 240

Venemaa 108 76 1420

Hiina 52 (115) (450)

Saksamaa 41 169 243

Austraalia 39 110 355

Ukraina 19 (0,2) (ca 100 000)

Serbia 14 38 470

Kasahstan 12 7,2 1700

8 suurimate varudega riiki 414 (1 022) (405)

Muud maad 43 (410) (105)

Maailm 457 1 450 315



Kaevandamiskõlblikud pruunsöevarud

2010. aastal


U SA 129 G t

E e sti 0

M uud m aad 43 G t 9 , 4 %

2 8,2 %

M aai lm 457 G t

V en em aa 108 G t 23 ,6 %

H iin a 52 G t 11 ,4 %

U kra ina 19 G t A ustra ali a 39 G t 8 , 5 %

4,2 %Serb ia 1 4 G t 3 ,1 %

Sak sam aa 41 Gt 9,0 %

Ka sa hsta n 1 2 G t 2 ,6 %


Nafta� kütteväärtus 43,5 MJ/kg kuni 46,0 MJ/kg� 1854 – esimene naftakaevandus (Poola), kus naftat võeti ämbritega käsitsi kaevatud kaevudest

� 1859 – esimene tööstuslik naftapuurauk (USA)� 1901 – naftatööstuse algus, USA geoloog Lucas sattus naftakihile, mil tekkis 46 m purse

� 20.04.2010 – Mehhiko lahes plahvatas naftapuurplatvorm, 3,5 kuud kestsid taastustööd

� 1859 - 2013 on avastatud 340 Gt naftat ja ammendatud ca 45%

� 2020 - saabub naftatoodangu tipp, millele järgneb toodangu langus ja hinnatõus





Õliliiv

� sisaldab 12% bituumenit� 1967 – algas õliliivast nafta katseline tootmine � 1980 – õliliivast toodetud nafta omahind (36 – 40 $/brl) võrdsustus toornafta hinnaga

� Kanada - suurim leiukoht (pindala üle 140 000 km² )� teised õliliiva leiukohad – Venezuela, Kasahstan, Venemaa

� kasvuhoonegaaside heitkogused tõrvaliivast kütuse tootmiseks on 3 kuni 5 korda kõrgemad, kui tavalisest naftast tootmise puhul



Naftavarud ja toodang aastal 2012 Kättesaadav

varuGt

Toodang

Mt/a


aVenezuela 46,5 140 332Saudi Araabia 36,5 547 67Kanada 28,0 183 153Iraan 21,6 175 123Iraak 20,2 152 133Kuveit 14,0 152 92Araabia Ühendemiraadid 13,0 154 84Venemaa 11,9 526 23Liibüa 6,3 71 89Nigeeria 5,0 116 4310 suurimate varudega riiki 203,0 2 216 92Muud maad 32,8 1 903 17Maailm 235,8 4 119 57



Kaevandamiskõlblikud naftavarud 2012


Kanada 28,0 Gt

Eesti 0 Muud maad 32,8 Gt 13,9 %

11,9 %

Maailm 235,8 Gt

Venemaa 11,9 Gt 5,0 %

Liibüa 6,3 Gt 2,7 %

Nigeeria 5,0 Gt 2,1 %

Venezuela 46,5 Gt 19,7 %

Araabia Ühendemiraadid 13,0 Gt 5,5 %

Kuveit 14,0 Gt 5,9 %Iraak 20,2 Gt 8,6 %

Iraan 21,6 Gt 9,2 %

Saudi Araabia 36,5 Gt 15,5 %




Maagaas� kütteväärtus 34 MJ/m3 ehk 47 MJ/kg� koosneb 98% metaanist (CH₄)� 1825 – rajati esimene maagaasipuurauk (USA)� 1858 – esimene maagaasiettevõte, gaasi tööstusliku kasutamise algus

� avastatud gaasivarudest (280 x1012m3) on kasutatud ca 35%

� üle 5% maailma gaasitarbimisest põletatakse igal aastal naftaleiukohtades (maksumus ca 40 mrd $)

� ookeanides seni arvestamata gaasivarud metaanhüdraadina (CH4⋅⋅⋅⋅H2O) on ca 2 x suuremad kui maagaasi, nafta ja kivisöe varud kokku



Maagaasivarud ja toodang aastal 2012

Kättesaadav varu1012m3

Toodang

109m3/a


a

Iraan 33,6 160,5 209Venemaa 32,9 592,3 56Katar 25,1 157,0 160Türkmenistan 17,5 64,4 271USA 8,5 681,4 10Saudi Araabia 8,2 102,8 80Araabia Ühendemiraadid 6,1 51,7 118Venezuela 5,6 32,8 171Nigeeria 5,2 43,2 120Alžeeria 4,5 81,5 55Austraalia 3,8 49,0 7811 suurimate varudega riiki 151,0 2 016,6 75Muud maad 36,3 1 347,5 27Maailm 187,3 3 363,9 56



Tootmiskõlblikud maagaasivarud 2012


USA 8,5 ×××× 1012 m3

Ees ti 0 Muud maad 36,3 ×××× 1012 m3 19,4 %

4,5 %

Maailm 187,3 ×××× 1012 m3

Venemaa 32 ,9 ×××× 1012 m 3 1 7,6 %

Nigeeria 5,2 ×××× 1012 m3 2,8 %

Alžeeria 4,5 ×××× 1012 m 3 2,4 %

Venezuela 5,6 ×××× 1012 m 3 3,0 %

Araab ia Ühendem iraadid 6 ,1 ×××× 1012 m 3 3,3 %

Kata r 25,1 ×××× 1012 m3 13,4 %

Iraan 33,6 ×××× 1012 m3 17,9 %

Türkmenistan 17 ,5 ×××× 1012 m3 9,3 %

Saudi Araabia 8,2 ×××× 10 12 m 3 4,4 %

Austraalia 3,8 ×××× 1012 m 3 2,0 %




Turvas

� kütteväärtus 22 MJ/m3 ehk 23 MJ/kg� tekib sootaimede aeglasel lagunemisel� suurim süsinikuneel, 2 x enam kui Maa kõik metsad� turba paksus Kreekas 200 m, Eestis 2 – 17 m� kasv 0,2 – 2,5 mm aastas� maailma kindlakstehtud turbavarud 115 Gt, kättesaadav varu 30 Gt

� 1923 – Ellermaa (9,4 MW) ja Ulila (10,5 MW) elektrijaamad

� 1925 – suurim elektrijaam, mille võimsus 1972 .a. oli 630 MW, rajati Moskva lähedale Šaturasse



Turbavarud ja toodang aastal 2010


Tootmis-

kõlblikud varud Gt

Toodang

Mt/a


a USA 13,0 ∼∼∼∼0 ?

Venemaa 11,6 1,07 üle 10 000

Eesti 2,0 0,36 üle 5 000

Ukraina 0,7 0,43 üle 1 500

4 suurimate varudega riiki

27,3 2,48 üle 10 000

Muud maad 3,0 11,08 270

Maailm 30,3 17,49 üle 1 700


Tootmiskõlblikud turbavarud 2009


USA 1 3 ,0 G t

M uud m aa d 3 , 0 G t 9 , 9 %

42, 9 %

M aai lm 3 0 ,3 G t

V en em aa 1 1 ,6 G t 38 , 3 %

U kra in a 0 ,7 G t 2 , 3 %

Ees ti 2 ,0 G t 6 , 6 %




Põlevkivi� kütteväärtus 5 MJ/kg kuni 20 MJ/kg (Eestis 8,87 MJ/kg)

� pruuni või musta värvi settekivim, 450 milj. a. vana� 1 tonnis põlevkivist saab toota 120 kg õli� 1694 – algas põlevkivi tööstuslik kasutamine (Šotimaa)

� 1832 – töötati Prantsusmaal välja tehnoloogia lampides kasutatava põlevkiviõli saamiseks

� 1980 – käivitati Enefit tehnoloogial õlitehas Narvas� 2010 – ca 55% põlevkivitoodangust andis Eesti, 40 % Hiina ja 5% Brasiilia

� 2012 – Enefit 280 õlitehase käivitamine Narvas



Põlevkivi kasutamine Eestis

� 1771 – alustati põlevkivi uuringutega � 1918 – algas põlevkivi tööstuslik tootmine � 1921 – alustas tööd põlevkiviõlivabrik� 1924 – köeti põlevkiviga Tallinna SEJ� 1930 - kaeti 80 % kogu riigi bensiinivajadusest� 1952 - gaasi-toruliinid Kohtla-Järve–Leningrad ja Kohtla-Järve–Tallinn

� 2011 - põletati 14 Mt elektrijaamades, 5 Mt kasutati põlevkivikeemiatööstuses, kus toodeti 0,56 Mt põlevkiviõli (50 % maailma põlevkiviõlitoodangust)

� 1918 – 2012 on kaevandatud põlevkivi ca 1 Gt � 2012 – alustati põlevkivist ka diislikütuse tootmist



Põlevkivivarud aastal 2010

Kättesaadav varu

Gtce

USA 768

Hiina 68

Venemaa 51

Kongo Demokraatlik Vabariik 20

4 suurimate varudega riiki 907

Muud maad 79

Maailm 986





Kättesaadavad põlevkivivarud 2010


USA 768 Gtce

Muud maad 79 Gtce 8,0 %

77,9 %

Maailm 986 Gtce

Venemaa 51 Gtce 5,2 %

Hiina 68 Gtce 6,9 %

2,0 %Kongo Dem. Vabariik 20 Gtce

Eesti 3,6 Gtce 0,4 %


Põlevkivi kaevandamine Eestis



Põlevkivi kasutusala





Taastuvad bioloogilised kütused

� puit (7,1 - 13 MJ/kg, Eestis 7,51 GJ)� taimsed süsivesinikud pärast nende ümbertöötamist alkoholiks (etanooliks (26,8 MJ/kg) või metanooliks)

� taimeõli (biodiislikütuse kütteväärtus 37 MJ/kg)� biogaas saadakse taimse massi, teravilja jms gaasistamisel või gaasi eraldumisel sõnnikust, jm loomakasvatusheitmetest, prügilatest vms



Puit

� kütteväärtus 7,1 - 13 MJ/kg, Eestis 7,51 GJ� maailma metsade loomulik juurdekasv on väiksem kui nende maharaiumine, tulekahjud

� energiavõsana kasvatatakse küttepuidu eesmärgil paju, haaba, paplit

� 2011 – Eesti Statistikavalitsuse andmete alusel oli küttepuidu tootmine 4,38 ×××× 106 m3 ja osatähtsus teiste kütuste hulgas 15,1 %



Küttepuidu tootmine aastal 2010


Eesti 2,63 ×××× 106 m3

Muud maad 1106 ×××× 106 m3 40,9 %

Maailm 2705 ×××× 106 m3

2,1 %

Hiina 189 ×××× 106 m3

15,5 %India 419 ×××× 106 m3

7,0 %

Lõuna-Aafrika Vabariik 58 ×××× 106 m3

0,097 %

Indoneesia 198 ×××× 106 m3 7,3 %

Brasiilia 116 ×××× 106 m3 4,3 %Etioopia 101 ×××× 106 m3 3,7 %

Vietnam 67 ×××× 106 m3 2,5 %

Nigeeria 210 ×××× 106 m3 7,8 %

Tansaania 68 ×××× 106 m3 2,5 %

Kongo DV 100 ×××× 106 m3 3,7 %Tai 73 ×××× 106 m3 2,7 %




Etanool ehk piiritus � kütteväärtus 26,8 MJ/kg� süsivesinike kääritamisel saadav vedelik� etanooli toodetakse suhkruroost, maisist, nisust, prügist ja kasutatakse bensiini aseainena

� suur energiakulu on tootmisel, mis võib olla isegi suurem kui etanoolis sisalduv energia

� CO, CO₂ ja osooni väiksem heitkogus� 2005 - Brasiilias on ühepalju etanooli- ja bensiiniautosid, mõlemat kütust saab igast tanklast

� 2010 – USA`s alustati biobensiini tootmist, kütteväärtus sama kui bensiinil (42,7 MJ/kg)



Mootorikütus-etanooli tootjad (2010)


E es t i 3,4 ×××× 1 0 6 l

M uud m aad 6 ,9 ×××× 1 0 9 l 8 ,0 %

M aa ilm 8 6 ×××× 1 0 9 l

H i in a 2,1 ×××× 10 9 l 2,4 %

B ras i il ia 2 8 ×××× 1 0 9 l 3 2,6 %

U SA 4 9 ×××× 1 0 9 l 5 7,0 %

0 ,005 %


Biodiislikütus� kütteväärtus 37 MJ/kg� saadakse taimeõlist (rapsist) metanooliga töötlemisel � 1893 – kasutati pähki õlil põhinevat diislikütust� 1991 – esimene biodiislikütuse tehas Austrias� 1998 – toodeti biodiislikütust 21 riigis (sh Eesti)� Ukrainas valmistatakse biodiislikütust ka searasvast� 2010 – USAs aretati kolibakterite liik, mis on suuteline muundama taimse biomassi biodiislikütuseks

� 2012 – USAs biodiislikütuse tootmine vetikatest� uuritakse võimalusi toota biodiislikütust seentest� 10 % võrra madalam hind kui tavalisel diislikütusel� CO, CO2 ja diislinõe väiksem kogus mootorite heitgaasis, laguneb pinnasesse sattumisel kiiresti ning ilma kahjulike laguainete tekkimiseta





Biodiislikütuse tootjad aastal 2010


E e s t i ~ 0

M u u d m a a d 4 , 0 ×××× 1 0 9 l 2 1 ,0 %

M a a ilm 1 9 , 0 ×××× 1 0 9 l

P r a n t s u s m a a 2 , 0 ×××× 1 0 9 l 1 0 ,5 %

S a k s a m a a 2 , 9 ×××× 1 0 9 l 1 5 ,3 %

U S A 1 , 2 ×××× 1 0 9 l 6 ,3 %

It a a l ia 0 , 8 ×××× 1 0 9 l 4 ,2 %

B r a s i i l ia 2 , 3 ×××× 1 0 9 l 1 2 ,1 %

H is p a a n i a 1 , 1 ×××× 1 0 9 l 5 ,8 %

A r g e n t in a 2 , 1 ×××× 1 0 9 l 1 1 ,1 %

T a i 0 , 6 ×××× 1 0 9 l 3 ,2 %

Ü h e n d k u n i n g r i ik 0 , 4 ×××× 1 0 9 l 2 ,1 %

I n d o n e e s ia 0 , 7 ×××× 1 0 9 l 3 ,7 %

P o o l a 0 , 5 ×××× 1 0 9 l 2 ,6 %

B e l g ia 0 , 4 ×××× 1 0 9 l 2 ,1 %


Biogaas� koosneb metaanist CH4 (45 % - 70 %), CO2 (25 % - 55 %), veeaurust (kuni 10 %) jm gaasidest (kuni 3 %)

� tekib RVP`s, prügilas, sõnnikus, biomassi töötlemisel� kasutatakse katlamajade ja väikeste koostootmisjaamade kütusena ning metaani saab anda gaasivarustusvõrku või kasutada mootorikütusena

� kui CH4 ei koguta, eraldub atmosfääri ja suurendab kasvuhoonenähtust

� metaani põletamise teel saab kasvuhoonenähtuse arengut aeglustada:

� 2006 – suurim biogaasi-elektrijaam (50 MW) Koreas� 2001 ja 2004 avati Tallinna Pääsküla prügilas biogaasil töötavad koostootmisjaamad

� 2011 – Eesti biogaasi osakaal Euroopas 0,07%


C H 4 + 2 O 2 →→→→ C O 2 + 2H 2O


Biogaasi tootjad Euroopas, 2009


Ees ti 4 k tc e

M uud m aad 1 4 09 k tc e 1 1,8 %

E uro o p a L ii t 1 1 9 2 3 k tc e

P ran ts usm aa 7 52 k tc e 6,3 %

S aksam aa 6 0 1 9 k tc e 5 0,5 %

H isp a an ia 2 62 k tc e 2,2 %

Ita al ia 6 35 k tce 5 ,3 %H o l lan d 3 83 k tc e 3,2 %

0 ,0 3 4 %

Ü hend kun in g r iik 2 4 6 3 k tc e 2 0,7 %




Prügi� kütteväärtus (9 MJ/kg kuni 11 MJ/kg)� saab kasutada ka kütusena katlamajades või elektrijaamades

� prügi põletamisel tekkiv suitsugaas sisaldab suurel määral mürkaineid - tuleb prügipõletamiskatlad varustada keerukamate suitsugaasifiltritega kui mineraalkütuste katlad

� 1874 - esimene prügipõletamiskatel (Suurbritannia)� 2011 - üle 700 prügipõletamise elektrijaama ja suurkatlamaja

� 2013 - rajati prügipõletav energiaplokk Iru elektrijaama juurde



Tuumaenergiavarud

� uraani saadakse uraanimaagist oksiidina U3O8

� loodusliku uraani isotoopkoostis:

� saadav energia on 830 GJ/g ehk 23 MWh/g


238U 99,3 % 234U 0,006 %

235U 0,7 %

.


Uraan� 79 – 1. teade U3O8 kasutamisest (kollane pigment)� 1896 – avastati uraani radioaktiivsus (Prantsusmaa)� 1938 – avastati U tuuma lõhestumine (Saksamaa)� 1939 – tõestati tuumalõhestumisel eralduv tuumaenergia� 1942 – valmis esimene tuumareaktor � 1945-1952 toodeti U`i Sillamäel diktüoneema-argiliidist� 1954 – esimene tuumalelektrijaam Obninskis� leidub maakoores 2 – 4 g/t (40 x enam kui Ag)� sisaldavad kivimid (graniidis 4 - 5 g/t) ja merevesi (3,3 miljardikku veemassist)

� Põhja-Eestis on iga ruutmeetri all ca 1 kg uraani� kaevandamiskõlblik, kui U maksab 130 $/kg





Uraanivarud ja toodang (2010)


Kaevandam is-

kõlblik varu kt

Toodang

kt/a

Tinglik ammendum isaeg

a Austraa lia 1179 5,92 199 USA 472 1,63 290

Kasahs tan 414 17,80 20 Kanada 387 9,78 40 Nige r 245 4,20 58

Lõuna-Aafrika Vabariik 195 0,58 336 Venemaa 181 3,56 51 Brasiilia 158 0,17 929 Namibia 157 4,50 35 Ukraina 142 0,84 169 Hiina 116 1,35 86

11 suu rimate kaevandam is-kõlblikeks loetavate va rudega riik i

3646 50,33 72

Muud maad 417 3,69 113

Maailm 4063 54,02 75


Uraanivarude jaotus aastal 2010


U S A 4 7 2 k t

E e s t i 0 M u u d m aa d 4 1 7 k t 1 0 , 3 %

11 , 6 %

M aa i lm 4 0 6 3 k t

V e n em aa 1 8 1 k t 4 , 5 %

K a n ad a 3 8 7 k t

4 , 8 %

K as ah s tan 4 1 4 k t 1 0 , 2 %

L õ u n a -A a fr i ka V ab a ri ik 1 9 5 k t

6 , 0 %

A u s t r a a l i a 1 1 7 9 k t 2 9 , 0 %

N ig er 2 4 5 k t 9 , 5 %

B ra s iili a 1 5 8 k t 3 , 9 %

U k ra in a 1 4 2 k t 3 , 5 %N am ib ia 1 5 7 k t 3 ,9 %

H i in a 1 1 6 k t 2 ,9 %


Tuumalõhkepeade arv


1940 ’50 ’60 ’70 ’80 ’90 2000 ’10 ’20

50 000

USA

40 000

30 000

20 000

10 000

0

NSV Liit

Venemaa

2018: 1550




Hüdroenergiavarud

� jõgede veevooluenergia (99%)

� mereloodete (tõusu ja mõõna) energia

� merelainete energia



Hüdroenergiavaru arvestamine� teoreetilist potentsiaali - kogu pinna-veevool aastas

� tehnilist potentsiaali - rajatiste ehitamise tehnilised võimalused (1/2 teoreetilisest hüdroenergiapotentsiaalist)

� majanduslikku potentsiaali - rajatiste ehitamise majanduslik otstarbekus ja tasuvus (1/3 teoreetilisest hüdroenergiapotentsiaalist)

� 2009 - maailma jõgede teoreetiline potensiaal 40 PWh/a, majanduslik potensiaal on siis 14 PWh/a, mis on ca 80 % maailma elektivajadusest



Maailmajagude hüdroenergiapotentsiaal ja elektrienergia toodang 2010

Maailmajagu

Teoreetiline potentsiaal TWh/a

Hüdro-elektrienergia toodangTWh/a

Teoreetilise potentsiaali kasutusaste

%

Aasia 17 308 1 210 7,0Lõuna-Ameerika 7 538 671 8,9Põhja-Ameerika 5 511 698 12,7Euroopa 4 905 790 16,1Aafrika 3 909 108 2,8Okeaania 651 39 6,0Maailm 39 822 3 516 8,8





Maailmajagude hüdroenergiapotentsiaal ja elektrienergia toodang 2010


Aasia

17 308

1 210

7 538

671

5 511

698 4 905

7903 909

108

651

39

Teoreetiline potentsiaal TWh/a

Hüdroelektrienergia

toodang TWh/a

AafrikaEuroopaLõuna-

Ameerika

OkeaaniaPõhja-

Ameerika


Riikide hüdroenergiapotentsiaali ja elektrienergia toodang 2010

RiikTeoreetiline potentsiaalTWh/a

Hüdro-elektrienergia toodangTWh/a

Teoreetilise potentsiaali kasutusaste

%Hiina 6 083 722 11,9Brasiilia 3 040 403 13,3India 2 638 114 4,3Venemaa 2 295 168 7,3Indoneesia 2 147 17,7 0,8Kanada 2 067 352 17,0USA 2 040 286 14,0Peruu 1 577 20,0 1,3Kongo Demokraatlik Vabariik 1 397 7,8 0,6

Kolumbia 1 000 41,0 4,110 suurima potentsiaaliga riiki 24 284 2 132 8,8

Muud maad 15 538 1 384 8,9Maailm 39 822 3 516 8,8



Riikide hüdroenergiapotentsiaali jagunemine aastal 2010


Brasiilia 3 040 TWh/a

Eesti 2 TWh /a

Muud maad 15 538 TWh/a 39,0 %

7,6 %

Maailm 39 822 TWh /a

Venemaa 2 295 TWh /a 5,8 %

Hiina 6 083 TWh /a 15,3 %

Indoneesia 2 147 TWh/a

4,0 %

India 2 638 TWh/a 6,6 %

Peruu 1 577 TWh/a

5,2 %

Kongo DV 1 397 TWh/a 3,5 %

Kanada 2 067 TWh /a

5,4 %

Kolumbia 1 000 TWh/a 2,5 %

USA 2 040 TWh /a 5,1 %

0,005 %.




Hüdroelektrijaamade ehitamise piirangud

� asukoha suur kaugus elektrienergia tarbimiskeskustest ja suured kulutused edastusliinidele

� paisjärve suur pindala ning selle alla jäävate põllumaade, metsade, kultuurimälestiste kadumaminek

� paisjärve alla jäävate asulate elanike ümberasustamine koos uute asulate rajamisega

� kohalike kliimaolude ebasoodne muutumine� põhjavee taseme ebasoodne muutumine paisjärve ümbruses

� kalade rändevõimaluste halvenemine ja jõefauna soovimatu muutumine



Mereloodete energia� 787 – mereloodeid kasutati vesiveski käitamiseks (Põhja- Iirimaa)

� teoreetiline potensiaal on ca 27 PWh/a� võimalik rannikutel, kus tõusu mõõna vahe on vähemalt 5 m (Pr, USA, India, Austraalia)

� kõige suure vahe Kanadas – 18 meetrit� tehniliselt võimalik rajada loodete-elektrijaamu koguvõimsusega 100 – 200 GW

� tõusu-mõõna tsükkel: 12,25 h, mis nihkub igal ööpäeval 50 minuti võrra



Loodete-elektrijaamu on rajatud� kitsa merelahe tõkestamise teel tammiga, mille taga tekib bassein; mere ja basseini veetaseme vahe (tõusu ja mõõna ajal) tagab tammis paiknevate hüdroturbiingeneraatorite talitluse

� 2008 - propellertüüpi (tuuleturbiinidega sarnanevate) hüdroagregaatide paigutamise teel vee alla kohtades, kus tõusu ja mõõna ajal tekib piisavalt tugev veevool





Merelainete energia

� aasta keskmine lainete võimsus rannajoone pikkusühiku kohta on 10 kW/m kuni 90 kW/m

� laineelektrijaamade rajamiseks sobivate rannajoonte üldpikkuseks on ca 5000 km

� probleem on jaama mehaanilise tugevuse tagamises tormi ajal, hiidlainete tekkel jms

� seni rajatud üksnes katselisi laineelektrijaamu � aastaks 2017 prognoositakse laineelektrijaamade võimsuseks 3 GW



Tuuleenergia

Euroopa Tuuleenergialiidu (EWEA)hinnangud tuule kiirusele:

� hea, kui see on 6,9 m/s või suurem� keskpärane, kui see on 6,3 m/s� aeglane, kui see on 5,4 m/s või alla selle

� tuuleelektrijaamade rajamine on otstarbekas, kui aastane tuule kiirus on vähemalt ca 4,5 m/s



Tuule aastakeskmise kiiruse jaotus


4 m /s

4 m /s

6 m /s

5 m /s

5 m /s

6 m /s

5 m /s

3 m /s

5 m /s




Tuulekiirus Eesti rannikutel


6 m/s

5 m/s


Tuuleelektrijaamad

� tehniliselt loetakse maailmas võimalikuks püstitada tuuleelektrijaamu kogutoodanguga ca 53 PWh aastas, mis on üle kolme korra suurem kui maailma praegune elektritarbimine

� puuduseks loetakse tuule ajalist ebaühtlust –täielikust tuulevaikusest kuni tormini

� tuuleelektrijaamade koguvõimsus energiasüsteemis kuni 20 % (kriitiline piir)

� võimsuskõikumiste tasandamiseks ette näha energiasalvestid

� ei paiska õhku süsinikdioksiidi ega muid keskkonnakahjulikke aineid



Tuuleelektrijaamade võimsuse kasv


10 000

GW

1000

100

10

1

0,1

2

46

8

PWind Force 12 siht:

katta aastal 2020 12 % maailma

elektrivajadusest

tuuleelektrijaamade

elektritoodanguga

EWEA algprognoos

1980 1990 2000 2010 2020 2030

GWEC prognoos: katta aastal

2030 19% maailma el. vajadusest




Geotermaalenergia

� vabaneb Maa sisemuses uraani, tooriumi ja kaaliumi radioaktiivsel lagunemisel (Maa pinnal soojuse intensiivsus ca 50,5 mW/m²)

� soojus võib olla salvestunud maa-alustes kuumaveekogudes või kuuma auruna

� soojusvõtu vastuvõetavaks sügavuseks loetakse kuni 3 km (4,5 km)



Geotermaaljaamad võivad põhineda� maasisese kuuma ülekuumenenud auru kasutamisel

� maasisese kuuma vee aurustamisel tekkiva küllastatud auru kasutamisel

� maasisese kuuma vee kasutamisel ilma aurustamiseta

� vee pumpamisel kuuma kivimi õõnsustesse või pragudesse ja seal tekkiva auru kasutamisel

� ookeanivee pinnakihi soojusel (alates aastast 1930 on ehitatud ainult katselistena, võimsusega kuni 1 MW)



Geotermaalenergia

� ca 10 000.a. tagasi kasutati termaalvett vannides � 215 – ehitati termaalveel põhinevad termid (1000 in)� 1892 – geotermaalenergiat kasutati esimest korda hoonete kaugkütteks, USA (1998 köeti 18 elamurajooni)

� 1904 – esimene geotermaalelektrijaam (Itaalia)� 2010 aastal oli geotermaalelektrijaamade võimsus 10 GW ning geotermaalsoojussüsteemide koguvõimsus 28 GW

� teadaolevatesse geotermaalregioonidesse saaks rajada elektrijaamu võimsusega kuni 140 GW, elektrit saaks aastas kuni 1100 TWh

� tehniliselt kättesaadavaks võimsuseks loetakse 280 GW� Leedu kaks geotermaalelektrijaama andsid elektrienergiat 11 GWh (2010)





Tänan tähelepanu eest!

Küsimused?

Töö nr 2


Sissejuhatus energiatehnika loeng 2.ppt...Saudi Araabia 8,2 102,8 80 Araabia Ühendemiraadid 6,1...

Documents

Transcript of Sissejuhatus energiatehnika loeng 2.ppt...Saudi Araabia 8,2 102,8 80 Araabia Ühendemiraadid 6,1...