POGONSKI I RADNI STROJEVI

1

POGONSKI I RADNI STROJEVI

Sveučilišni diplomski studij elektrotehnike

Uvodno predavanje

2011.

2

Sva energija koju danas koristimo izvorno potječe od energije dozračene sa Sunca i pohranjene na Zemlji

3

Nafta: 52555 TWhUgljen: 39111 TWhPlin: 33000 TWhHidroelektrane: 9167 TWhNuklearne elektrane: 8556 TWhObnovljivi izvori: 1833 TWh

Ukupno: 144222 TWh


Ukupno: 21695 TWh

Potrošnja energije po izvorima a) u svijetu i b) u SAD tijekom 2006. godine

Svijet SAD

36.4 %

27.1 %

22.9 % 6.4 %

5.9 %

1.3 %

4.1 %

11.6 %

5.5 %

18.6 %33.5 %

26.8 %

4


Ukupno: 144222 TWh


Ukupno: 21695 TWh

Udio fosilnih goriva kao izvora energije tijekom 2006. godine

Svijet SAD

86.4 %

78.9 %

5

Najveći dio proizvodnje energije koju danas koristi čovječanstvo potječe od izgaranja fosilnih goriva čime dobivamo toplinu koju primjenom termodinamičkih procesa

pretvaramo u druge korisne oblike energije, najčešće u električnu energiju.

6

Proizvodnja i industrijska djelatnost predstavlja jedan od značajnijih potrošača energije koja se ugrađuje u novostvorene proizvode. Primjer željezara u Kini.

7Sljedeći veliki potrošač energije su prijevoz roba i ljudi

8

UGLJEN

Azija i Pacifik

Europa i Azija

Sjeverna Amerika

Afrika Latinska Amerika

Srednji Istok

0

200.000

400.000

600.000

800.000

1.000.000

1.200.000

1.400.000

1.600.000

1.800.000

TWh

Svjetske poznate rezerve ugljena, stanje 2009. godine

9

NAFTA

Azija i Pacifik

Europa i Azija

Sjeverna Amerika


Srednji Istok

0

300.000

600.000

900.000

1.200.000

1.500.000

TWh

Svjetske poznate rezerve sirove nafte, stanje 2009. godine

10

PRIRODNI PLIN

Azija i Pacifik

Europa i Azija

Sjeverna Amerika


Srednji Istok

0

100.000

TWh

200.000

300.000

400.000

500.000

600.000

700.000

800.000

900.000

Svjetske poznate rezerve prirodnog plina, stanje 2009. godine

11

Kina

SAD

Rusija

Indija

Japan

Njemačka

Kanada

V. Britanija

Iran

Južna Koreja

Italija

Meksiko

Australija

Saudijska Arabija

Indonezija

Francuska

Brazil

Po glavi stanovn

Emisija stakleničkog plina CO2 tijekom 2008. godine

Izvor IEA

Ukupne emisije u 106 t/god, emisija po stanovniku u t/god

12

Udio antropogenih emisija CO2 u ukupnoj godišnjoj emisiji sa Zemljine površine u atmosferu je manji od 4%. Najveći dio emisija potječe iz oceana, požara i vulkanske djelatnosti. Koncentracija CO2 se dokazano mijenja periodički u Zemljinoj atmosferi s

periodima između 100.000 i 150.000 godina.

13

Prema analizama meteorologa i geologa, antropogeni utjecaj na Zemljinu klimu je premalen da bi se samo tome smio pripisivati utjecaj na okoliš i klimatske promjene na Zemlji. Mnogo je veći utjecaj drugih procesa, kao što su promjene Sunčeve aktivnosti i Zemljine aktivnosti.

Ljudi kao svjesna bića moraju svejedno nastojati da svoj utjecaj na prirodu smanje, kako bi se za buduće generacije sačuvao zdravi okoliš. Stoga nastojimo da i u tehnici razvijamo energijske procese koji će biti prihvatljivi u smislu održivog razvoja. U svemu tome veliku

ulogu ima i termodinamika.

14

IZVORI I POTROŠNJA ENERGIJE U SVIJETU

15

Primarna energija

16

Svjetska potrošnja primarnih energija po vrstama

Ekvivalent energije u milijunima tona nafte (106 T.e.n.)

Prirodni plinNafta Nuklearna energ. Hidroenergija Ugljen

Globalna potrošnja primarne energije zabilježila je najveći rast od 4.3% godišnje posljednjih 10 godina za sva područja i za sve vrste goriva.

Tona ekvivalenta nafte: 1 T.e.n. = 42.5 GJ = 11.8 MWh

17

Struktura potrošnje primarnih energija po regijama

Postotak

Sjeverna Amerika

J. i C. Amerika Europa i EurAzija

Srednji Istok Afrika Azija i Pacifik

Nafta ostaje najveći pojedinačni izvor energije u nejvećem broju dijelova svijeta. Izuzetak od toga su zemlje bivšega Sovjetsog Saveza, gdje dominira prirodni plin, te Azija i Pacifik gdje je dominantni izvor energije ugljen

18

Specifična potrošnja primarnih energija po regijama

Tona ekvivalentne nafte (T.e.n.)

T.e.n. po glavi stanovnika

19

Potrošnja primarnih energija u svijetu

1 exa J = 1018 J = 1012 MJ = 277.8·106 MWh

Godine

Pot

rošn

ja e

ner

gije

u e

xa J

Obnovljiva

Nuklearna

Ugljen

Plin

Nafta

5%

12%

19%

23%

41%

20

Ukupna potrošnja finalnih oblika energije, zemlje IEA

Nafta

Plin

El. energija

Ugljen

Biomasa

Centralno grijanje

Nafta 58%

Biomasa 3%

El. energija 12%

Ugljen 8%

Plin 19% Plin 20%

Nafta 53%

El. energija 20%

Centralno gr. 1%

Ugljen 3%Biomasa 3%

Uku

pna

final

na e

nerg

ija,

exa

J

21

Promjena cijene fosilnih goriva US$/t

Cijena fosilnih goriva u US$(2000)/t.e.n.

Plin - Pacifik

Nafta

Plin - Europa

Plin - Sj. Amerika

Para na ugljen

22

Potrošnja goriva u usporedbi s GDP-om

Potrošnja goriva u MJ/US$(GDP)

23

Potrošnja energije za grijanje u domaćinstvu

Potrošnja energije, exa J / god.

Biomasa

Centr. grijanje

El. energija

Plin

Ugljen

Nafta

24

Ostvarena ušteda energije po područjima potrošnje

Prijevoz tereta Prijevoz putnika

Domaćinstva Uslužne djelatnosti Proizvodnja

Udio u ukupnoj uštedi

Ostala proizvodnja 14%

Primarna metalna ind. 13%

Industrija nemetala 4%

Kemijska industrija 9%

Papir i celuloza 2%

Uslužne djelatnosti 18%

Grijanje 19%

Primjene 3%

Domaćinstva 1%

Osobna vozila 8%

Zračni prijevoz 6%

Teretna vozila 1%Ostali prijevoz tereta 2%

25

Potrošnja energije po načinima prijevoza putnika

Vodom

Zrakom

Željeznicom

Autobusi

Osobna vozila


26

Specifična potrošnja energije po načinima prijevoza putnika

Potrošnja energije, MJ/(putnik-km)

Zrakoplovi

Osobna vozila

Autobusi

Željeznica

27

Godišnji prijeđeni put u 1000 km po putniku

28

Promjena udjela različitih načina prijevoza putnika

Vodom

Zrakom

Željeznicom

Autobusi

Osobna vozila

29

Prosječna potrošnja goriva l/100 km po osobnom vozilu

30

Prosječna potrošnja goriva l/100 km po novom osobnom vozilu

31

Prodajna cijena benzina u US$/l po pojedinim zemljama

32

Potrošnja energije po različitim načinima prijevoza tereta


Brodovi

Željeznica

Kamioni

33

Specifična potrošnja energije po načinima prijevoza tereta

Potrošnja energije, MJ/tona-km

Kamioni Željeznica Brodovi

34

Ugljen

35

Dokazane rezerve ugljena u Gt (109 t)

(Udio antracita i bituminoznog ugljena prikazan je u zagradi)

Srednji istok

J. i C. Amerika

Afrika

Sjeverna Amerika

Europa i EurAzija

Azija i Pacifik

36

Sirova nafta

37

Dokazane svjetske rezerve sirove nafte u mega barrelima

Milijarde bačvi (barrela), 1 barrel = 159 litara

Sjeverna AmerikaAzija i

Pacifik

J. i C. Amerika Afrika

Europa i EurAzija

Srednji istok

38

Promjena dokazanih svjetskih rezervi sirove nafte

Postotni udjeli

1984 ukupno 761.6 milijardi barrela



Srednji istok Europa i EurAzija Afrika

J. i C. Amerika Sjeverna Amerika Azija i Pacifik

39

Dnevna proizvodnja sirove nafte

Milijuna barrela na dan

Proizvodnja nafte raste više od 3 milijuna b/d u 2004, što je najveće povećanje od 1976. Proizvodnja u OPEC-u raste više od 2 milijuna b/d, raste i proizvodnja u Rusiji.

Sjeverna Amerika J. i C. Amerika Europa i EurAzijaSrednji istok Afrika Azija i Pacifik

40

Dnevna potrošnja sirove nafte

Milijuna barrela na dan

Sjeverna Amerika J. i C. Amerika Europa i EurAzija

Srednji istok Afrika Azija i Pacifik

41

Prosječna godišnja potrošnja sirove nafte u svijetu po stanovniku

Tona po stanovniku

42

Promjena cijene sirove nafte

US$ te godine US$ 2004. godine

Cije

na s

irove

naf

te U

S$/

barr

el

Svjetski događaji

43

Godišnji prijevoz sirove nafte (2000)

Godišnji prijevoz, 106 t

SADKanadaMeksikoJ. i C. AmerikaEuropa i EurAzijaSrednji istokAfrikaAzija i Pacifik

44

Zemni plin

45

Dokazane svjetske rezerve zemnog plina

U 1012 m3 plina

Sjeverna Amerika

Azija i Pacifik

J. i C. Amerika Afrika

Europa i EurAzija

Srednji istok

46

Udjeli i iznosi dokazanih rezervi zemnog plina

Postotni udjeli

1984 ukupno 96.39 1012 m3

Srednji istok Europa i EurAzija

Afrika J. i C. AmerikaSjeverna Amerika

Azija i Pacifik

1994 ukupno 142.89 1012 m3 2004 ukupno 179.53 1012 m3

47

Dnevna proizvodnja zemnog plina po područjima

Proizvodnja, 106 m3

Sjeverna Amerika Europa i EurAzija Azija i Pacifik Ostatak svijeta

48

Dnevna potrošnja zemnog plina po područjima

Proizvodnja, 106 m3


49

Specifična godišnja potrošnja zemnog plina po područjima

T.e.n. po stanovniku

50

Godišnji transport zemnog plina po područjima

Transport, 109 m3 / god.

PlinovodiPrijevoz LNG brodovima

SADKanadaMeksikoJ. i C. EuropaEuropa i EurAzijaSrednji istokAfrikaAzija i Pacifik

51

Nuklearna energija

52

Godišnja proizvodnja nuklearne energije po područjima

Proizvodnja, 106 T.e.n.


53

Hidroenergija

54

Godišnja proizvodnja hidroenergije u Mt ekvivalenta sirove nafte

106 T.e.n.

Sjeverna Amerika J. i C. Amerika Europa i EurAzija

Srednji istok i Afrika Azija i Pacifik

55

Prognoze buduće svjetske potrošnje energije

56

57

PRIMJENA OBNOVLJIVIH IZVORA ENERGIJE

58

Dozračivanje Sunčeve energije na površinu Zemlje

Ukupna godišnja potrošnja energije koju koriste ljudi na Zemlji tijekom godine jednaka je ukupno dozračenoj energiji na Zemljin disk tijekom 1 sata. Ukupno godišnje dozračena

energija na Zemljin disk iznosi 1.263.400.000 TWh

59

Korištenje fotonaponskih panela

Prosječna dnevna insolacija na Zemljinu površinu je oko 250 W/m2. Pri specifičnoj potrošnji energije po stanovniku razvijenih zemalja od 500 W, bilo bi potrebno 20 m2 fotonaponskih panela (uz spremnike energije) po jednom

stanovniku. Stupanj djelovanja fotonaponskih panela je manji od 10%, a cijena instalacije je visoka i iznosi oko 5 US$/W, zbog čega je njihova primjena za sada ograničena ili traži visoku državnu novčanu potporu. Po 1 m2 panela

godišnje možemo dobiti do 200 kWh energije.

60

Sunčeva termoelektrana vršne snage 17 MW s 265.000 m2 ogledala na površini od 1.5 km2

Reflektirano Sunčevo zračenje usmjerava se na vrh tornja u kojemu se vrši zagrijavanje tekuće metalne soli pri 600 oC. Ta se tekućina koristi za proizvodnju pregrijane pare ili se može spremiti u posebne

spremnike za proizvodnju struje tijekom noći. Regulacija opterećenja postiže se skretanjem reflektiranog zračenja prema vrhu tornja ili van njega. Stupanj djelovanja ovoga postrojenja je između

30% i 40%. Godišnja proizvodnja energije je 104.000 MWh, tako da je prosječna snaga 11.9 MW. Prosječna godišnje proizvedena energija po 1 m2 ogledala je 560 kWh.

61

Solarna elektrana s paraboloidnim ogledalima snage 50 MW s površinom ogledala od 510.000 m2 ogledala na površini od 2 km2

Elektrana radi isto tako da Sunčeva energija grije tekuću metalnu sol s kojom se proizvodi pregrijana vodena para za pogon parno turbinskog postrojenja. Godišnja proizvodnja energije je 188.000 MWh, što

daje prosječnu snagu tijekom godine od 21.5 MW. Prosječna godišnje proizvedena energija po 1 m2 ogledala je 860 kWh.

62

Vjetroelektrana

Vršna snaga pojedinih rotora doseže do 5 MW s rotorima promjera 180 m. Zbog nestalnog vjetra računa se da je prosječna proizvodnja energije od 1/5 do 1/7 vršne snage za nizinska područja s konstantnim vjetrovima. Ako imamo vjetroelektranu s 30 rotora promjera 100 m s ukupnom vršnom snagom od 50

MW, možemo očekivati godišnju proizvodnju energije od 62.500 do 87.600 MWh, tj. prosječnu snagu od 7.1 do 10 MW. Godišnja proizvodnja energije po 1 m2 površine diska rotora je od 265 do 370 kWh.

63

Goriva proizvedena iz biomase

64

Svjetska i regionalna godišnja proizvodnja etanola (goriva)

Izvor: F.O. Lichts (2003). Ne uključuje proizvodnju etanola za pića

Mil

iju

ni

lita

ra

Svijet

65

Svjetska i regionalna godišnja proizvodnja biodizela (goriva)M

ilij

un

i li

tara

Istočna Europa Svijet

66

Zahvaljujemo na Vašoj pozornosti

Documents

POGONSKI I RADNI STROJEVI