POJAVNI OBLICI I PODJELA ENERGIJE - pfri.uniri.hr · Energija vjetra u elektri čnu energiju...

POJAVNI OBLICI I PODJELA ENERGIJE

ENERGETSKI SUSTAVI 11

POJAVNI OBLICI I PODJELA ENERGIJE

Energiju prema obliku (formi) dijelimo na:

PRIMARNE,

TRANSFORMIRANE

KORISNE (uporabne).

ENERGETSKI SUSTAVI 12

POJAVNI OBLICI I PODJELA ENERGIJE

Primarni oblici energije:

KEMIJSKA ENERGIJA (drvo,ugljen,nafta,plin);

KINETIČKA ENERGIJA (vjetar);

GRAVITACIJSKA (potencijalna) energija (vodni tokovi i akumulacije, plima i oseka, valovi);

TOPLINSKA ENERGIJA (geotermalna energija);

ENERGIJA ZRAČENJA (Sunčevo zračenje – svjetlost, toplina)

NUKLEARNA ENERGIJA (nuklearna fisija, nuklearna fuzija)

ENERGETSKI SUSTAVI 13

POJAVNI OBLICI I PODJELA ENERGIJE

Transformirani oblici energije:

TOPLINSKA;

MEHANIČKA – mehanički rad;

ELEKTRIČNA ENERGIJA;

ENERGETSKI SUSTAVI 14

POJAVNI OBLICI I PODJELA ENERGIJE

Korisni (uporabni) oblici energije:

TOPLINSKA;

MEHANIČKI RAD;

KEMIJSKA ENERGIJA;

RASVJETNA ENERGIJA

ENERGETSKI SUSTAVI 15

RAD, SNAGA I ENERGIJA

Energija ne može nastati iz ničega;

Energija je neuništiva;

Energija ima sposobnost prelaženja iz jednog oblika udrugi – energetske transformacije.

Transformacija jednog oblika energije u drugi naziva serad. Obavljeni rad mjeri se u Nm ili J (kJ, MJ).

Rad obavljen u jedinici vremena predstavlja snagu.Odnosno snaga od jednog vata je rad obavljen u jednojsekundi pri transformaciji jednog oblika energije u drugi.

Snaga se mjeri u J/s ili W (kW, MW)

ENERGETSKI SUSTAVI 16

RAD, SNAGA I ENERGIJA

Električna energija se najčešće iskazuje u mjernimjedinicama kWh (MWh, GWh) – mjerna jedinica zaobavljeni rad.

1 Ws = 1 J

1 kWh = 1000 Wh = 1000 W . 3600 s

1 kWh = 1000 J/s . 3600 s = 3600 . 103 J

ENERGETSKI SUSTAVI 17

USPOREDBA ENERGETSKIH VRIJEDNOSTI

Energetske vrijednosti nekih tvari

Litra benzinskog goriva 34 MJ 32200 Btu

Litra dizelskog goriva 38,7 MJ 36720 Btu

Kilogram čokolade 23 MJ 21780 Btu

Barel sirove nafte (158,987 litara) 6.123 MJ 5.800000 Btu

Li-ion baterija (po kg mase) 540-720 kJ 511-682 Btu

kWh električne energije 3,6 MJ 3412 Btu

Prirodni plin (m3) (čisti CH4) 38,3 MJ 36241 Btu

Kilokalorija (kcal, kalorija) 4187 J 3,96 Btu

Metrička tona ugljena (prosječno) 29 GJ 27467300 Btu

Tona urana-235 7,4 .1016 J 70.1012 Btu (Specifična masa benzina je ~ 0,73 kg/litri, te je potrebno ~ 2 kg

čokolade da bi se dobila ista količina energije kao iz 1kg benzina.)

ENERGETSKI SUSTAVI 18

Mjerna jedinica za energiju kcal

Za mjerenje energetske vrijednosti hrane uobičajena je uporabamjerne jedinice kalorije odnosno kilokalorije (kcal).

Količina energije (topline) potrebna da se jedan kilogram vodezagrije za 1°c sa 14,5 °C na 15,5 °C pri tlaku od 1013 mbar iznosi ~4187 J. – (razlikuju se kcal15 = 4185,5 J, kcalIT = 4186,8 J).Ova mjerna jedinica je izvan međunarodnog sustava mjernih jedinica.

ŽIVI ORGANIZMI – ENERGETSKI SUSTAVI

Primjera radi osobi mase 75 kg koja se umjereno bavi sportompotrebno je 28-30 kcal po kg mase ili ukupno približno 2175 kcalenergije dnevno.

Kod aktivnih vrhunskih sportaša, u pojedinim sportovima, ti zahtjevimogu biti i dvostruko veći.

ENERGETSKI SUSTAVI 19

Mjerna jedinica za snagu KS (HP)

Iako je i ova mjerna jedinica izvan međunarodnog sustava mjernihjedinica, još uvijek se nailazi na njenu neformalnu uporabu upomorstvu i automobilskoj industriji.

Postoji više definicija konjske snage a u praktičnoj uporabi najduljesu se zadržale dvije:

mehanička konjska snaga ~ 745,7 W,

metrička konjska snaga ~ 735,5 W.

1 kW = 1,35962 KS 1 KS = 0,73549 kW

Prema ISO sustavu mjernih jedinica i našim propisima dopuštena jeuporaba samo mjerne jedinice W, odnosno kW, MW, GW…

ENERGETSKI SUSTAVI 20

Mjerna jedinica za snagu KS (HP)

Definicija mjerne jedinice metrička konjska snaga

ENERGETSKI SUSTAVI 21

Mjerna jedinica za energiju TOE

TOE – (tonne of oil equivalent) predstavlja količinu energijekoji se oslobađa pri izgaranju metričke tone odnosno 1000 kg(2204.68 funti ili 7,4 barela) loživog ulja. Koja je ekvivalentnaenergiji dobivenoj izgaranjem 1270 m3 prirodnog plina ili 1,4metričke tone ugljena.

1 TOE ~ 41,87 GJ 1 TOE ~ 39,68 106 Btu 1 TOE ~ 11,63 MWh

ENERGETSKI SUSTAVI 22

SUNCE

Sunce predstavlja izvor energije i omogućuje opstanak živihbića na Zemlji.

Osnovni energetski proces koji se odvija na Suncu jenuklearna fuzija. U suštini proces nuklearne fuzije predstavljaspajanje dva laka atoma u jedan teži, uz oslobađanje energijeproporcionalne razlici masa prije i nakon reakcije, a premaEinstein-ovom izrazu:

E = m.c2

Prema procjenama na suncu se u sekundi približno 700.106

tona vodika transformira u 695.106 tona helija. Razlika od 5.

106 tona transformira se u rad odnosno snagu premaprethodnom izrazu.

Iz navedenog slijedi da je snaga sunca 386.1018 MW.

ENERGETSKI SUSTAVI 23

SUNCE

Nuklearna fuzija – ioni vodika stapaju se pri temperaturama od10.106 do 15.106 °C u jezgri uz oslobađanje topline i svjetlosti.

Sa sunčeve površine zrači energija u obliku elektromagnetskogzračenja i neutrina a manjim dijelom kao kinetička i toplinskaenergija sunčevog magnetskog polja i vjetra.

Procjenjuje se da je na Zemlju pristigla energija oko 10000puta veća od ukupnih trenutnih potreba za energijom.

ENERGETSKI SUSTAVI 24

ENERGETSKE TRANSFORMACIJE

Neke od mogućih energetskih transformacija:

Toplinska energija u mehanički rad (dizelski i benzinski motori,parne turbine, plinske turbine)

Kinetička energija u mehanički rad (vodne, parne, plinske i vjetreneturbine)

Mehanički rad u kinetičku energiju (ventilatori)

Mehanički rad u potencijalnu energiju (kompresori i pumpe)

Mehanički rad u električnu energiju (generatori električne energije)

Električna energija u mehanički rad (elektromotori)

Električna energija u toplinu (grijalice, električne peći,…)

Električna energija u kemijsku energiju (sekundarni galvanski članci– akumulatori)

Električna energija u elektromagnetsku (radio valovi, svjetlost,…)

ENERGETSKI SUSTAVI 25

ENERGETSKE TRANSFORMACIJE

Neke od mogućih energetskih transformacija:

Sunčeva energija u toplinsku energiju (sunčani kolektori za

toplu vodu)

Sunčeva energija u električnu energiju (sunčano - električne

ćelije ili PV ćelije)

Energija vjetra u električnu energiju (vjetro elektrane)

Energija valova u električnu energiju (valo elektrane)

Energija plime i oseke u električnu energiju (plimo elektrane)

Kemijska energija u električnu energiju (primarni i sekundarni

galvanski članci, gorive ćelije s vodikom)

…

ENERGETSKI SUSTAVI 26

ENERGETSKE TRANSFORMACIJE

Praktično primjenjivi energetski procesi suNEPOVRATIVI.

Razlog tomu je što se pri svim energetskimtransformacijama javljaju gubici energije koji su uzrokne povrativosti.

Niti teoretski svu raspoloživu toplinu nije mogućetransformirati u drugi oblik energije (mehanički rad).

Mehanički rad je moguće u potpunosti transformiratiu toplinu.

ENERGETSKI SUSTAVI 27

ENERGETSKA STRATEGIJA

Trenutno se većina energetskih potreba podmirujekorištenjem štetnih fosilnih goriva.

Ta goriva potrebno je zamijeniti drugim ekološkiprihvatljivijim izvorima energije – tzv. OBNOVLJIVIMIZVORIMA ENERGIJE.

Zalihe fosilnih goriva (uglja, nafte i plina) nisuneiscrpne. Neke procjene predviđaju dostatnostpostojećih (poznatih) zaliha nafte i plina do ~ 2050.godine.

ENERGETSKI SUSTAVI 28

ENERGETSKA STRATEGIJA

Do 2020. godine u EU potrebno je:

zamijeniti 20% energije s obnovljivim izvorimaenergije,

smanjiti 20% emisije stakleničkih plinova(uglavnom ugljikova dioksida - CO2),

racionalnije trošiti 20% svih oblika energije.

tzv. STRATEGIJA 20-20-20

ENERGETSKI SUSTAVI 29

CIJENE FOSILNIH GORIVA - UGLJEN

ENERGETSKI SUSTAVI 30

CIJENE FOSILNIH GORIVA - NAFTA

ENERGETSKI SUSTAVI 31

CIJENE FOSILNIH GORIVA – PRIRODNI PLIN

ENERGETSKI SUSTAVI 32

VRSTE BRODSKIH GORIVA

MGO (Marine Gas Oil): a distillate fuel oil (Bunker A)

MDO (Marine Diesel Oil): a blend of MGO and HFO

IFO (Intermediate Fuel Oil): a blend of MGO and HFO, with less gasoil than MDO

MFO (Medium Fuel Oil): a blend of MGO and HFO, with less gasoil than IFO

HFO (Heavy Fuel Oil): a residual fuel oil, (Bunker C)

IFO380, IFO180, MGO, LSMGO, ULSFO(Broj nakon IFO predstavlja kinematski viskozitet pri 50°C u mm2/s)

ENERGETSKI SUSTAVI 33

CIJENE BRODSKIH GORIVA

IFO380 IFO180 MGO

Global 20 Ports Average 375.50 $ 404.00 $ 623.00 $ 05.03.2018.

Global 4 Ports Average 360.00 $ 399.50 $ 594.50 $ 05.03.2018.

Global Average Bunker Price 399.00 $ 424.50 $ 675.00 $ 05.03.2018.

IFO380 & IFO180 (sadržaj sumpora do 3,5%)

LS380 & LS180 (sadržaj sumpora do 1,0%)

ULSFO (sadržaj sumpora do 0,1%) – sukladno 2015 ECA Regulations

MGO (sadržaj sumpora do 1,5%)

LSMGO (sadržaj sumpora do 0,1%) – sukladno 2015 ECA Regulations

MDO (sadržaj sumpora do 1,5%)

ENERGETSKI SUSTAVI 34

CIJENE BRODSKIH GORIVA

ENERGETSKI SUSTAVI 35

CIJENE BRODSKIH GORIVA

ENERGETSKI SUSTAVI 36

ZASTUPLJENOST OBNOVLJIVIH IZVORA ENERGIJE

Udjeli u proizvodnji primarne energije(izvor: ENERGIJA U HRVATSKOJ 2015)

ENERGETSKI SUSTAVI 37

ZASTUPLJENOST OBNOVLJIVIH IZVORA ENERGIJE

Udjeli pojedinih oblika energije u općoj potrošnji (kućanstva, uslužne djelatnosti, poljoprivreda i građevinarstvo)(izvor: ENERGIJA U HRVATSKOJ 2015)

ENERGETSKI SUSTAVI 38

NAMIJENA ENERGETSKIH SUSTAVA

Svrha Energetskih sustava je dobivanje/transformacijatransport i raspodjela (distribucija) energije u zahtijevaniuporabni oblik.

Temeljni zahtjevi koji se postavljaju pred energetskisustav su:

Učinkovitost (efikasnost) pri transformaciji energije,

Ekološka prihvatljivost – čim manji utjecaj na okoliš,

Pouzdanost i sigurnost u radu,

Ekonomska učinkovitost (opravdanost - isplativost)

ENERGETSKI SUSTAVI 39

VRSTE ENERGETSKIH SUSTAVA

ENERGETSKI SUSTAVI MOGU SE PODIJELITI NA:

„Prirodne” energetske sustave:

Sunce - izvor energije koji omogućuje život živi organizmi.

Energetske sustave koje je načinio čovjek:

elektrane, toplane, energane, strojevi (motori, turbine,…)

Energetski sustavi mogu sadržavati i druge strojeve kao što su kompresori,generatori, pumpe,… Koji u pravilu koriste neki od transformiranih oblikaenergije (mehaničku, električnu, …).

ENERGETSKI SUSTAVI 40

VRSTE ENERGETSKIH SUSTAVA

PREMA VELIČINI ENERGETSKI SUSTAVI MOGU SE PODIJELITI NA:

Male energetske sustave:

Primjeri: dizel-generator (za potrebe jednog kućanstva)

toplo vodni kotao (za obiteljsku kuću)

motor SUI za pogon vozila

Energetske sustave srednje veličine:

Primjeri: brodska električna centralabrodski motor SUI, parna ili plinska turbina

Velike energetske sustave:

Primjeri: hidro-elektrane, termo-elektrane, termo-nuklearne elektrane…

ENERGETSKI SUSTAVI 41

VRSTE ENERGETSKIH SUSTAVA

ENERGETSKI SUSTAVI S OBZIROM NA ZNAČAJ MOGU SE PODIJELITI NA:

INTERNE (npr. toplo vodna kotlovnica stambene zgrade, brodska

elektrana)

LOKALNE (npr. toplana za opskrbu naselja)

REGIONALNE (npr. hidro i termo elektrane, plinovodi i naftovodi

uključujući dobivanje, transport i distribuciju energenta)