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