Termoenergetska postrojenja dr.sc. Frano Barbir, red. prof. Soba: C ...
Transcript of Termoenergetska postrojenja dr.sc. Frano Barbir, red. prof. Soba: C ...
Termoenergetska postrojenja
dr.sc. Frano Barbir, red. prof.
Soba: C-513
Laboratorij za nove (termo)energetske
tehnologije: Soba C-516
Termoenergetska postrojenja
Uvod u energetiku
Osnovni pojmovi
Energetske statistike
Definicije energije
Jedinice za energiju
Ogrijevna moć
Zakoni termodinamike
Efikasnost energetskih pretvorbi
Energetske statistike
Proizvodnja
Potrošnja
Po izvorima
Po sektorima
Godišnje
Izvori:
Energija u Hrvatskoj, Godisnji energetski pregled (MINGORP)
Annual Energy Review (DOE EIA)
Annual Energy Outlook (DOE EIA)
World Energy Outlook (International Energy Agency IEA)
UN Energy
BP Statistical Review of World Energy
Oblici energije
Toplina
Mehanička energija
Električna energija
Kemijska energija
Solarna energija
Nuklearna energija
...
Energetske pretvorbe
kemijska → toplinskaProces: izgaranje
Ureñaj: cilindar motora, kotao
toplinska → mehaničkaProces: ekspanzija, pomicanje klipa
Ureñaj: klip, turbina,
mehanička → električna
kemijska → električna
Ureñaj: el. generator
Ureñaj: gorivni članci, baterije
nuklearna → toplinskaProces: nuklearna reakcija
Ureñaj: nuklearni reaktor
električna → kemijskaUreñaj: elektrolizator
toplinska → električnaProces: termoelektrični efekt
Ureñaj: termoelektrični generator
solarna → električna
Proces: fotonaponski efekt
Ureñaj: fotonaponski panel
solarna → toplinska
Ureñaj: solarni panel
električna → toplinska
Proces: električni otpor
Ureñaj: električna grijalica, el. bojler
električna → mehanička
Ureñaj: električni motor
Energetske pretvorbe
kemijska → toplinska → mehanicka → elektricna
kotao parna turbina generator
termoenergana, elektrana
kemijska → toplinska → mehanička
motor s unutrasnjim sagorijevanjem
nuklearna → toplinska → mehanička → električna
nuklearni reaktor kotao parna turbina generator
nuklearna energana
Energetske pretvorbe
kemijska → toplinska → mehanička → električna
plinska turbina generator
plinska elektrana
EnergetskiEnergetski zakonizakoni iliili zakonizakoni termodinamiketermodinamike
1. zakon: u sustavu, energija s ne moze stvoriti niti unistitivec samo promijeniti oblik
Neformalne definicije:
2. zakon: raspoloziva energija degradira u svakoj pretvorbi energije; entropija uvijek raste
3. zakon: postoji apsolutna nula temperature
PrincipPrincip maksimiziranjamaksimiziranja snagesnage
U prirodi pobjeñuju oni sustavi koji
maksimiziraju tok korisne energije.Lotka, 1922
Četvrti glavni zakon termodinamike?
H.T. Odum:
U samo-organiziranim sustavima snaga je maksimizirana
tako da proizvodi koji zahtijevaju više rada za njihovu
proizvodnju ili proporcionalno više doprinose sustavu
ili sustav obustavlja njihovu proizvodnju
Mjere za energiju
Mjere energije:
1 Joule
MJ = 106 J = 1.000.000 J
GJ = 109 J = 1.000.000.000 J
TJ = 1012 J = 1.000.000.000.000 J
PJ = 1015 J = 1.000.000.000.000.000 J
EJ = 1018 J = 1000.000.000.000.000.000 J
1 toe = 41.686 GJ1 kWh = 3.6 MJ 1 lit benzina = 33 MJ
Druge mjere/jedinice energije: kWh (električna), toe (ton of oil equivalent)
Energija u odredjenom vremenu
na pr. EJ/godinu ili GJ/dan
Jedinica snage: W
1 W = 1 J/s
1 kW = 1000 W
1kW = 1 kWh/h
1 mol of H2 + ½ mol of O22 g of H2 + 16 g of O2T = 25 C (298.15 K)Volumen = ?
PV = GRT or PV = NRT
1 mol of H2O (l)18 g of H2O (l)T = 25 C (298.15 K)Volumen = 18 cm3
Heat = 286 kJ
Entalpija izgaranja – ogrijevna vrijednost
1 mol H2 + x mol O22 g of H2 + 32x g of O2T = 25 C (298.15 K)Volumen = ?
PV = GRT or PV = NRT
1 mol of H2O (g) + (x- ½) mol O218 g of H2O (g)T = 25 C (298.15 K)Volumen = ?
Heat = 241 kJ
Entalpija izgaranja – ogrijevna vrijednost
Proizvedena tekuća voda: 286 kJ/mol
Proizvedena vodena para: 241 kJ/mol
Gornja ogrijevna vrijednost
Donja ogrijevna vrijednost
Razlika je: 45 kJ/mol Toplina isparavanja
45 kJ/mol18 g/mol
= 2.5 kJ/g = 2500 kJ/kg
Gornja i donja ogrijevna vrijednost
Osnovne jednadžbe
Izgaranje: H2 + ½O2 →→→→ H2O (g) + 241 kJ
CH4 + 2O2 →→→→ CO2 + 2H2O(g) + 802.5 kJ
C8H18 + 12.5O2 →→→→ 8CO2 + 9H2O(g) + 5,063.8 kJ
CH3OH + 1.5O2 →→→→ CO2 + 2H2O(g) + 638.5 kJ
C + O2 →→→→ CO2 + 407 kJ
Kod kuće
-Za komfort (toplinu, hladnoću)
-Za kuhanje
-Za pokretanje različitih aparata
-Svjetlo
Transport
-Kretanje, putovanje
U industriji
-U industrijskim procesima
-Grijanje
-Pokretanje strojeva
Zašto trebamo energiju?
Koliko energije trebamo?
Svijet: 1.6 toe/godinu po osobi = 5.5 lit benzina/dan = 2.1 kW
Hrvatska: 1.8 toe/godinu po osobi = 6.2 lit benzina/dan = 2.4 kW
U.S.A.: 8 toe/godinu po osobi = 28 lit benzina/dan = 10.5 kW
Koliko energije trebamo dnevno?
Automobil: 50-100 kW
6 l/100 km = 200 MJ/100 km =
@ 100 km/h = 200 MJ/h = 55 kW
Električna zarulja: 40-100 W
El. bojler: 1-2 kW
Pegla: 1,6 kW
TV: 100 W (LCD) – 300 W (plasma)
Usisivac prasine: 1-1,5 kW
Fen za kosu: 1,2 kW
Kuhanje:
Ugrijati 1 litru vode od 20°C do 100°C: 335 kJ
Uzavrijeti 1 litru vode (pri tlaku od 1 b): 2250 kJ
1 kWh = 3.6 MJ
electricity
natural gas
petroleum products
coal
natural gas
Energetski dijagram za Hrvatsku
coal
natural
gas
oil
usefu
l en
erg
y
energy losses
transport
resid
ential
industr
ial
heat
electricity
transport
po
wer
pla
nts
non energy use
renewables
& nuclear
Energetski dijagram za Svijet
Energetskestatistike za RH
Proizvodnja primarne energije u RH
Proizvodnja primarne energije po stanovniku
Ukupna potrošnja energije u RH
Ukupna potrošnja energije po stanovniku
Uvoz energije u RH
Uvoz energije u RH
Proizvodnja transformiranih oblika energije u RH
Proizvodnja transformiranih oblika energije u RH
Udjeli u proizvodnji transformiranih oblika energije u RH
Potrošnja električne energije po sektorima u RH
Bruto potrošnja električne energije po stanovniku
Kapaciteti za proizvodnju električne energije u RH
Faktor iskorištenja
kapaciteta
0,29
0,125
0,90
0,355
0,98
0,41
Faktor iskorištenja kapaciteta = Raspoloziva snaga (MW) X 8760 (h/god)
Proizvedena električna energija (MWh/god)
Kapaciteti za proizvodnju električne energije u RHudio u raspoloživoj snazi
Struktura termoelektrana prema vrsti goriva
Raspoloživa električna energija u RH
Struktura potrošnje električne energije u RH
0
100
200
300
400
500
600
1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020
Wo
rld
En
erg
y P
rod
uct
ion
(E
J/yr
)
coal
oil
n. gas
hydro
traditional
nuclearother
Potrošnja energije u Svijetu
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020
Sh
are
in W
orl
d E
ner
gy
Pro
du
ctio
n
coaloil
n. gas
hydro
traditional
nuclear
other