Upload
others
View
4
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Energiatarbimise juhtimine
Argo Rosin
Kui palju maksab veekeetmine?
Primaarenergia kasutamine regiooniti 2007
Energiakandjate osakaal Saksamaal primaarenergia kasutamises 2008
Sektorite osakaal 2006 aasta Saksamaa energiatarbimises
Taastuvenergia kasutamise trend Saksamaaal
Kasvuhooneefekti peamised põhjustajad
1000 kg CO2 elaniku kohta
Aatomienergia
� Et täna asendada maailmas kõik fossiilsed energiaallikad aatomienergiaga, tuleb ehitada ca 10 000 uut AEJ.
� Kuna AEJ eluiga on ca 30 aastat, siis tuleb selle aja jooksul kõik jaamad uuendada, Seega tuleb selle aja jooksul iga päev üks reaktor võrku ühendada.
Aatomienergia tootmine 2006
Taastuvenergeetika
Jaguneb kolme suurde rühma (energeetiline potensiaal)
� Päikeseenergia3 900 000 000 PJ/a
� Planeetide ehk gravitatsioonienergia94 000 PJ/a
� Geotermaalenergia996 000 PJ/a
Taastuvenergiaallikad ja nende kasutmine
Päikeseenergia
� Päikeselt jõuab aastas maapinnale 3,9·1024 J = 1,08 ·1018 kWh
� See ületab täna 10 000 korda tänase maailma primaarenergiavajaduse
� Sealhulgas ületab tänased teadaolevad fossiilse- ja aatomienergia ressursid
Geotermaalenergia
� 99% maakerast on kuumem kui 1000°C� Maasisemuse ja maakoore vahelise suure
temperatuuri erinevuse tõttu toimub pidev soojusvoog maa seest väljapoole.
� Kirjeldatud soojuvoog on võrdne primaarenergiavajadusega
Biomass
� Täidab olulist rolli maailma primaarenergiavajaduse rahuldamisel
� Aastane biomassi juurdekasv maal on 1,55 ·1011 t/a = 3 ·1021 J = 8,34 ·1014 kWh
� Ca 1% sellest kasutatakse maailmas termiliselt ja katab ligikaudu 11% primaarenergiavajadusest
Energiapall. Aastane päikesekiirgus ületab energiatarbe ja –reservid ühekordselt
Päikesekiirgus
� Sahhara kõrbes on keskmine aastane kiirgus 2350 kWh/m2, so üle 2 korra rohkem kui Saksamaal.
� Summaarne kiirgus 8,7 milj. km2 Sahhara kõrbe kohta ületab 200 korda maakera primaarenergiavajaduse.
� Seega 48 500 km2 saab päikeselt sama suure energiakoguse kui täna maailmas inimkond energiat tarbib.
Euroopa pikajaline keskmine horisontaalne kiirgus
Päikese järgimisest ja paneelide kaldest saadav võit� Suvel kuni 50%� Talvel kuni 300%� Absoluutsuurustes on suvel võit suurem� Kesk-Euroopa laiuskraadidel on PV-paneelidel
kaheteljelise järgivajamiga saadav võit kuni 30% ning üheteljelise järgivajamiga 20%
� Kesk-Euroopa laiuskraadidel on terve aasta kasutatavatel statsionaarsete PV-paneelide kalle 30°suunaga lõunasse. Suvel 10°...20°, talvel 60°...70° . Üldiselt soovituslik kalle on 45°.
� Suurema kiirgusega regioonides on paneelide kallutamise mõju oluliselt väiksem kui väiksema kiirgusega regioonides
Kiirgustugevuse erinevus horisontaalsete ja järgivajamiga paneelide puhul 50 laiuskraadil pilvitu ilma korral
Kollektorite kasutegur
Termosifoonseadme tööprintsiip
Tsirkulatsioonpumbaga süsteem
Kahe salvestiga päikesepaneelidega joogivee soojendus
Joogivee soojendamise ja kütet toetav päikesekütte süsteem
Päikesekollektoritega keskküttesüsteem
Päikesekollektoritega jahutussüsteemi töö
PV-paneelide kasutegur
5,4Orgaaniline
11,1Värv
25,9GaAs
0,7727,036,541,1Kontsentraator (triple)
0,7311,011,620,0CIS / CIGS
0,6911,112,016,5CdS / CdTe
0,576,66,812,1a-Si
0,668,59,011,0µc-Si / a-Si
0,7517,219,322,3HIT
0,7212,814,418,2EFG-Si
0,7313,015,017,8SR-Si
0,7515,217,420,3Poly-Si
0,8019,322,024,7Mono-Si
Moodul, sariFF (bulk factor,
füllfaktor)
Moodul, sariηmax , %
Element, sariηmax , %
Element, laborηmax , %
Elemendi / Moodulitüüp
Tuuleenergia
Tuulekiiruste esinemissagedus
Tuule sõltuvus kõrgusest
Tuuleenergiad - tiiviku diameeter, mv – tuulekiirus, m/sη – kasutegurS – pindala, m2
1,1121,1491,1881,2301,2751,3241,377̺, kg/m3403020100-10-20 T, °C
4
))(( 222
121 vvvvSPN−+⋅⋅
=ρ
v1 – tuule kiirus enne tuulikut v2 – tuule kiirus peale tuulikutIdeaalis v2/v1 = 1/3
28
332
0
vSvdPP
⋅⋅⋅=
⋅⋅⋅⋅==
ρηρηπ
5,00
≈=P
Pc Np
Tuuleenergia
2
3vScP WW
⋅⋅⋅⋅=
ρη
Tuuleenergia salvestamine
Hüdroenergia
Hüdroenergia� Maakeral on 1,4 miljardit km3 vett, millest 97,4%
on soolane ja 2,6% magevesi� ¾ mageveest on polaarjää, merejää, liustikud,
põhjavesi ja niiskus
� 0,02% veest on jõgedes ja järvedes� Päike aurustab aastas keskmiselt 980 l/m2,
kokku ca 500 000 km3. 22% maale langevast päikesekiirgusest kulub sellele ringlusele. See on võrreldav täna 3000 kordse primaarenergiavajadusega.
Hüdroenergia
� Ca 225 000 km3 vett on salvestatud jõgedesse ja järvedesse, mis vastab energiahulgale 160 EJ =160·1018J
� Ca ¼ jõgede ja järvede veest on tehniliselt kasutatav, millega saab katta 10% tänasest primaarenergiavajadusest
� Tänased Euroopa ressursid on peamiselt kasutusel
Hüdroelektrijaam
Hüdroenergia võimsuse arvutusHQgP WW ⋅⋅⋅= ρ
ρW – vee tihedus (≈ 1000 kg/m3)g – raskuskiirendus (9,81 m/s2)Q – vooluhulk [m3/s]H – veesamba kõrgus [m]
HQgfP WTGZel ⋅⋅⋅⋅⋅⋅−= ρηη)1(
fZ – kaofaktor (3...10%)ηG – generaatori kasutegurηT – turbiini kasutegur
Kasutatakse suurte kõrguste puhul90...95 %Pelton
Kasutatakse salvestavates HEJ ja suurte kõrguste puhul
> 90 %Francis
Kõrgustel kuni 100 m80 %Ossberger
Kõrgustel kuni 100 m80...95 %Kaplan
MärkusKasutegur, ηTTurbiini tüüp
Salvestav HEJ
Salvestava HEJs salvestatava energia ja võimsuse arvutus
RTGPhgVE ηρ ⋅⋅⋅⋅=
RTGPhgQP ηρ ⋅⋅⋅⋅=
V – ülemise basseini maht, m3
hP – potentsiaalse energia kõrgus ehk keskmine langus, m
g – raskuskiirendus (9,81 m/s2)
ρ – vee tihedus (≈ 1000 kg/m3)
Q – vooluhulk, m3/s
ηRTG – generaatorite, turbiinide ja torustiku kasutegur tagasivoolul
Kaasaegsete salvestavate HEJ-de kasutegur salvestamise ja energiatootmisega on 80%
Salvestava HEJ energiabilanss
Turbiinide tüübid ja kasutus
Turbiinide kasutegurid
Geotermaalenergia
� Keskmine geotermiline sügavusgradient on 1°C/33m. Seega 3,3 km sügavusel on keskmine temperatuur 100°C.
� Saksamaa geotermaalenergia potensiaal on 300 000 TWh, mis vastab 600 kordsele aastasele energiavajadusele.
Geotermaalenergia
� Theoretical potential of renewable ocean energy� The theoretical global ocean energy resource is
estimated to be on the order of:� 20 GW (2000 TWh/year) for osmotic energy� 1 TW (10000 TWh/year) for ocean thermal energy
(OTEC) � 90 GW (800 TWh/year) for tidal current energy� 1-9 TW (8000 – 80000 TWh/year) for wave energy [2]
Laineenergia� Maailmamere pindala 360,8 milj. km2
� Sellest poole pinna kõikumine 0,5m vastab energiahulgale 0,6 EJ = 0,6·1018J
Where,l = wavelength (m)g = gravity = 9.81
The period (T) for one wave to pass this point can be expressed by
Where, a = Wave amplitude (m)