Vsebina: Sonce življenje Človek – energetski sistemlab.fs.uni-lj.si/kes/napredne_tehnologije_v_energetiki/... · 2018. 6. 4. · 6. 11. 2014; Nastopno predavanje; prof.dr. Mihael

Vsebina:

• Sonce – življenje

• Človek – energetski sistem

• Oskrba z energijo včeraj, danes, jutri

• Aktivnosti LTE

Nastopno predavanje

prof.dr. Mihael Sekavčnik

6. 11. 2014; Nastopno predavanje; prof.dr. Mihael Sekavčnik 2

Življenje lahko razumemo samo za nazaj,

živeti pa ga je treba naprej.

Sören Kirkegaard (1813-1855)

Sonce – življenje


SonceDevterij gorivo za fuzijo

Masna – energijska bilanca

Princip fuzije

energija + + + + + β ν H He H H 2 1

2 2

1 1

1 1

razpolovna doba: a 10 14 2 ln

9 2 1 . = =

λ τ

energija He H H 3 2

1 1

2 1 + + + γ

energija H 2 He He He 1 1

4 2

3 2

3 2 + . + +

0,7 % mase se pri tem spremeni v energijo

: He jedro 1 nastane in

H jedra 4 porabi se reakciji V

4 2

1 1

( ) He H 4 2

1 1 007 , 0 1 4 m m = - . .

2 . = c m W

kg 10 99 , 1 30 danes . = m

. =

kg/a 10 54 , 1

kg/s 10 5

17

9 He H

. =

m .

kg/a 10 08 , 1

kg/s 10 35

15

6

. =

. = m W m .

W 10 9 , 3 d

d 26 S . = =

t

W W .



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

0,60,81,01,21,41,6

1,82,0

starost Sonca / 10 let9

dan

es

svetilnost - energijski tok

radij

temperatura

Sonce

Okoljska bilanca

Stopnja povečanja energijskega toka Sonca

Atmosfera se počasi segreva

Zemlja ne bo več življenju prijazen planet

a 10

% 10

d

d 9

= t

W

Človek 70·103 a

Premog 350·106 a

Biološki organizmi 3,5·109 a

.



W 10 9 , 3 d

d 26 S . = =

t

W W

23,7°

W 10 174 15 Z

. = W

149,5·106 km

23.480·rZ

. .


Čas / h

Rotacija Zemlje okrog svoje osi

Z W

W &

&

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0 50 100 150 200 250


primarni producenti

sončnaenergija

1,2 %98,8 %

rastlinojedci

mesojedci

višji mesojedci

razgrajevalci

energija v organskihodpadkih in ostankih

izgube energije s toploto metabolizmain prehodom prekomeja ekosistema

63,4 %

16,2 %

3,5 % 10,9 %

1,8 %

0,4 % 1,3 %

0,1 %

0,02 % 0,08 %

24,3 % 75,7 %

100 %

meja

eko

sis

tem

a

ko

pič

en

je b

iom

ase

FOTOSINTEZA

AEROBNODIHANJE

sončna svetloba

sladkornemolekule kisik

voda+

ogljikovdioksid

energija:delo

+toplota



Človek – energetski sistem

Odkar se je človek

postavil na dve nogi,

ima težave z

ravnotežjem

6. 11. 2014; Nastopno predavanje; prof.dr. Mihael Sekavčnik


8

HRANA - GORIVO HRANA

kompleksniogljikovi hidrati

glikogenmaščobe proteini

aminokiskline

ogljikoveverige

sladkorjimaščobne

kisline

glikoliza

glicerol

piruvat

acetil CoA

Krebsovcikel

NH3

urin

e-

e-H+

+ kisik

voda

oksidacijskafosforilacija

- 2 ATP

...

ATP

ATP

}ENERGIJA

CO2

CO2

+ 4 ATP

+ 2 ATP

+ 2 ATP


ZALOGA ENERGIJE - REZERVOAR

proteini

ogljikovi

hidrati

maščobe

delo

toplota

HRANA - GORIVO

neposredna

energija

h ~ 0,7

skladiščena

energija

sinteza

kemičnih

spojin

neporabljena energija




10

Človek – stroj Toplotni stroj Gorivna celica

HRANA

kompleksniogljikovi hidrati

glikogenmaščobe proteini

aminokiskline

ogljikoveverige

sladkorjimaščobne

kisline

glikoliza

glicerol

piruvat

acetil CoA

Krebsovcikel

NH3

urin

e-

e-H+

+ kisik

voda

oksidacijskafosforilacija

- 2 ATP

...

ATP

ATP

}ENERGIJA

CO2

CO2

+ 4 ATP

+ 2 ATP

+ 2 ATP

GORIVOC HX Y

termičnaoksidacija

zgorevanje:

ogljikov dioksid+

voda+

presežni kisik+...

TOPLOTA

krožniproces

DELO

ODVODTOPLOTE

okolica

kisik(zrak)

kisik(zrak)

+voda

GORIVOC HX Y

reformiranjegoriva

vodik

ogljikovdioksid

DELO

TOPLOTA

kisik(zrak)

elektrokemičnaoksidacija


z dovoljenjem Mebius, d.o.o.


Prikaz gorivne celice



moč / W čas / h delo / kW h Faktor

človek 60 8 0,5

konj 600 10 6,0 12,5

motor z notranjim zgorevanjem 80.000 24 1.920 4.000

NEK 670.000.000 24 16.080.000 33.500.000

TEŠ 6 550.000.000 24 13.200.000 27.500.000

Povprečna družina (5-članska) v povprečju porabi 12 kW h električne energije na dan!

Primerjava zmogljivosti človeka z drugimi tehnologijami


V elektrarnah se je urejen košček premoga spremenil v širjenje nekoristnih toplih

plinov; visok in miren zbiralnik vode je postal entropična dirka, tavajoča proti delti.

Taka žrtvovanja reda so ustvarjala uporabno ločevanje nabojev…

Jonathan Earl Franzen, Popravki

Oskrba z energijo včeraj, danes, jutri


Socio-političnisistem

Izobraževalnisistem

Mednarodno-političnisistem

Zdravstvenisistem

Ekonomskisistem

Prebivalstvo

Kmetijstvo Energetika

TehnologijaNaravni viri

inkvaliteta okolja

Konflikti/SodelovanjeStabilnost/NestabilnostVladni

izdatki

Rodnost

Prehrana

Umrljivost

Prihodki

Delovna sila

PovpraševanjeOskrbaCene,Investicije

UčinkovitostIzraba virovEmisije ogljika

Uporaba talVoda


premog

nafta

zemeljski plin

jedrsko gorivo

lesna biomasa

vodna energija

energija vetra

nova biomasa

sončna energija

geotermalna energija

odprto

10

tce

9

1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060

0

10

20

30

40tce ... tona premogovega ekvivalenta

1 tce = 29,3 GJ



Obstoječi elektroenergetski

sistem Evrope




Proizvidnja HE 2005

0

100

200

300

400

500

600

700

800

1 365

Čas / dan

El. m

oč /

MW

0

1

2

3

4

5

6

7

8

31.avg 5.sep 10.sep 15.sep 20.sep 25.sep 30.sep

elek

trič

na m

oč P

/

kW

Energija iz hidroelektrarn v RS

Energija iz sončnih elektrarn v RS

porabniki el. energije = obnovljivi viri električne energije

• tehnologije shranjevanja električne energije

• aktivna omrežja

• racionalna raba energije


Tehnični problem


Elektrika-v-plin (Power-to-gas) kot sezonsko shranjevanje OVE je tehnično izvedljivo...

Spremenljivi

OVE Elektroliza

hBW 72%

Proizvodnja

metana

hBW 77%

Kombinirana

PPE

hHW 60%

Obstoječi

plinovodi

el. H2 CH4 CH4

G

CO2

+ -

Elektroliza in proizvodnja CH4

izkoristek 55% - CH4 strošek 50 ct / kWh

Elektroliza, CH4 in PPE

izkoristek 32 % - lastna cena el. energije 1€ / kWh

Stroški sintetičnega CH4 10 – 20 × večji kot današnja cena zemeljskega plina > Opomba: ni zanesljive ocene presežne energije iz OVE; predpostavka: 10 ct/kWh

... toda:

a) s precejšnjimi izgubami in

b) z velikimi investicijami


Ekonomski problem



Etični problemi:

Proizvodnja tehničnih goriv iz hrane Uporaba obdelovalnih površin za

proizvodnjo električne energije


Odsotnost celovitih rešitev: primer Danske in njenega nevtraliziranja CO2 odtisa



Tragikomika slovenske sedanjosti


?!


Nebo ima svoje zakonitosti gibanja,

Zemlja svoje vire,

človek svoje nazore

in slednji tvori s prej imenovanima

neločljivo trojnost.

Toda človek stori napako,

kakor hitro zlorabi temelje te trojnosti

in poseže po prvih dveh.

Xuan Quang Xunxi (3. stol.pr.n.š.)



hidroel.

sončne el.

vetrne el.

termoel.

gospodinj.

storitve

industrija

mo

č

čas

čas

mo

č

regu

laci

ja

gori

vna

celic

a

elek

tro

lizer

hra

niln

ik

vod

ika

elek

tro

nsk

o

bre

me

zajem podatkov

matematični modeli

numerične simulacije

matematični modeli

numerične simulacije

eksperimentalni testi

analiza rezultatov

regu

laci

ja

proizvodnja

poraba

visokotlačni kompresorji

visokotlačni hranilniki H2

H2 polnilna postaja

RRP 8: Postavitev vodikovih polnilnih postaj

raziskovalna oprema

elektrolizer

gorivna

celica

hranilnik vodika

Teme raziskav:

Aktivna omrežja

Optimizacijski algoritmi

LCA analize…

Raziskovalna dejavnost LTE


LTE sodeluje z…

24

ETN (European Turbine Network)

Združenje za povezovanje verige

vrednosti na področju tehnologij

za stacionarne plinske turbine

Delovna skupina:

Izkoristki procesov

Vključevanje v konzorcije za

prijave raziskovalnih projektov


LTE sodeluje z…

25

FluMaBack: Fluid Management

component improvement for Back up

fuel cell systems

7. okvirni raziskovalni program

• Večja učinkovitost in zanesljivost BoP

komponent;

• Podaljšanje življenjske dobe

• Zmanjšanje stroškov izdelave

• Poenostavitev izdelave UPS sistema

Funkcija Lte:

• Numerično modeliranje – CFD

• LCA analiza izdelave, obratovanja in

razgradnje celotnega sistema

• Diseminacija rezultatov


LTE sodeluje z…

26

LIFE SUSTAINHUTS: Sustainable

mountain huts in Europe

LIFE Climate Change

Adaptation project application

Razviti gorsko kočo s trajnostno

oskrbo energije in blizu ničnih emisij.

• Implementacija OVE;

• Vključitev vodikovih tehnologij;

• Novi izolacijski materiali;

• 9 demo hiš (Pireneji, Alpe, Karpati);

• LCA analiza (zgolj naloga Lte)

• Razvoj končnih priporočil in navodil

za izdelavo trajnostnih gorskih koč


LTE sodeluje s…

TEŠ

25

30

35

40

19

80

19

81

19

82

19

83

19

84

19

85

19

86

19

87

19

88

19

89

19

90

19

91

19

92

19

93

19

94

19

95

19

96

19

97

19

98

19

99

20

00

20

01

20

02

20

03

20

04

20

05

Leto

Izko

riste

k T

E Š

ošta

nj, %

Marec 1995 vklop NRDP4

Januar 2001 vklop NRDP5

Januar 1995 prvi preizusi blokov v TEŠ

pred zagonom NRDP4.

Od takrat dalje izmenično vsako leto

eden od blokov 4 ali 5


LTE sodeluje z…

Energetiko Ljubljana (TE-TOL, TOŠ)

62%

64%

66%

68%

70%

72%

74%

76%

1991 1993 1995 1997 1999 2001 2003 2005 2007 2009 2011 2013

T/E= 2,58

1998 začetek sodelovanja s FS

Absolutno izboljšanjeizkoristka glede naleto 1998 znaša 4,9 %

Relativno izboljšanjeizkoristka glede na leto 1998 znaša 7,2 %

V primerjavi z letom 1998 znaša prihranek v letu

2012 2,8 MIO EUR.

KOTEL 3: ODSTOPANJE VSEBNOSTI

KISIKA V DIMNIH PLINIH IN ODSTOPANJE

SPECIFIČNE PORABE ZARADI TEGA

ODSTOPANJA


LTE sodeluje z…

• NEK pri rednih remontih kot pooblaščeni izvedenec za jedrsko in sevalno

varnost s strani ARSJV

• neodvisnih meritvah obratovalnih parametrov sekundarnega in terciarnega

dela postrojenja

• pri izdelavi neodvisnih strokovnih ocen, ekspertiz in preračunov


LTE sodeluje s…

30

VGB PowerTech – največje evropsko

združenje za proizvajalcev električne

energije in tehnološko opreme za

elektrarniško tehniko

Znanstveni

sosvet

Delovna skupina za

prevzemne in

kontrolne meritve


LTE – alumni

31

Tine Gantar Energijske karakteristike radialnih turbinskih

strojev z nekonvencionalno smerjo pretoka 2008 Envita, d.o.o.

Tine Ogorevc Vpliv termohidrodinamskih parametrov izpušnega

sistema na delovanje motorja z notranjim

zgorevanjem

2009 Danfoss

Mitja Mori Hlajenje lopatic v turbinskih strojih 2009 UL-FS

Lovrenc Novak Konvektivni prenos toplote v aksialni stopnji

plinske turbine 2010 CEE, d.o.o.; UL-FS

Andrej Pirc Aktivna energetska omrežja s sistemi sočasne

proizvodnje toplote in električne energije in

vodikovimi tehnologijami

2014 Savaprojekt, d.o.o.;

ENOVIP, d.o.o.

Zaključeni doktorati znanosti

Rok Lacko Uporaba vodikovih tehnologij za izrabo razpršenih

obnovljivih virov energije Naloga oddana v

oceno Envita, d.o.o.

Andrej Lotrič Sistem sočasne proizvodnje toplote in elektrike

(SPTE) z visokotemperaturnimi gorivnimi celicami

s protonsko prevodnimi membranami

3. letnik Mebius, d.o.o.

Doktorske naloge v izdelavi


LTE – alumni

32

Zaključeni magisteriji znanosti

Zaključene diplomske naloge (II. stopnja, UNI, VSŠ): 48

Tadej Auer Gorivne celice v sistemu sočasne proizvodnje

električne energije in toplote 2009 RCVT

Lenart Marđetko Termoenergetski preizkusi termoelektrarn 2012 HSE, d.d.

Franci Vehar Centripetalna črpalna stopnja v večstopenjski

centrifugalni črpalki 2013 Turboinštitut, d.o.o.


LTE – študijske ekskurzije

NEK, 2014



SIEMENS, MÜLHAUSEN, 2014



RWE, NEURATH, 2014

(2 X 1100 MW)



STUTTGART, 2014


LTE – kadrovska zasedba

37


LTE – finančno poslovanje

38


HVALA ZA POZORNOST

Na koncu bo vse dobro; če še ni dobro, še ni konec.

Oscar Wilde

Documents

Vsebina: Sonce življenje Človek – energetski sistemlab.fs.uni-lj.si/kes/napredne_tehnologije_v_energetiki/... · 2018. 6. 4. · 6. 11. 2014; Nastopno predavanje; prof.dr. Mihael