POJAVNI OBLICI I PODJELA ENERGIJE

Transcription

1 POJAVNI OBLICI I PODJELA ENERGIJE

2 POJAVNI OBLICI I PODJELA ENERGIJE Energiju prema obliku (formi) dijelimo na: PRIMARNE, TRANSFORMIRANE KORISNE (uporabne). ENERGETSKI SUSTAVI 11

3 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 12

4 POJAVNI OBLICI I PODJELA ENERGIJE Transformirani oblici energije: TOPLINSKA; MEHANIČKA mehanički rad; ELEKTRIČNA ENERGIJA; ENERGETSKI SUSTAVI 13

5 POJAVNI OBLICI I PODJELA ENERGIJE Korisni (uporabni) oblici energije: TOPLINSKA; MEHANIČKI RAD; KEMIJSKA ENERGIJA; RASVJETNA ENERGIJA ENERGETSKI SUSTAVI 14

6 RAD, SNAGA I ENERGIJA Energija ne može nastati iz ničega; Energija je neuništiva; Energija ima sposobnost prelaženja iz jednog oblika u drugi energetske transformacije. Transformacija jednog oblika energije u drugi naziva se rad. 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 jednoj sekundi pri transformaciji jednog oblika energije u drugi. Snaga se mjeri u J/s ili W (kw, MW) ENERGETSKI SUSTAVI 15

7 RAD, SNAGA I ENERGIJA Električna energija se najčešće iskazuje u mjernim jedinicama kwh (MWh, GWh) mjerna jedinica za obavljeni rad. 1 Ws = 1 J 1 kwh = 1000 Wh = 1000 W s 1 kwh = 1000 J/s s = J ENERGETSKI SUSTAVI 16

8 USPOREDBA ENERGETSKIH VRIJEDNOSTI Energetske vrijednosti nekih tvari Litra benzinskog goriva 34 MJ Btu Litra dizelskog goriva 38,7 MJ Btu Kilogram čokolade 23 MJ Btu Barel sirove nafte (158,987 litara) MJ Btu Li-ion baterija (po kg mase) kj Btu kwh električne energije 3,6 MJ 3412 Btu Prirodni plin (m 3 ) (čisti CH 4 ) 38,3 MJ Btu Kilokalorija (kcal, kalorija) 4187 J 3,96 Btu Metrička tona ugljena (prosječno) 29 GJ Btu Tona urana-235 7, J 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 17

9 Mjerna jedinica za energiju kcal Za mjerenje energetske vrijednosti hrane uobičajena je uporaba mjerne jedinice kalorije odnosno kilokalorije (kcal). Količina energije (topline) potrebna da se jedan kilogram vode zagrije za 1 c sa 14,5 C na 15,5 C pri tlaku od 1013 mbar iznosi ~ 4187 J. (razlikuju se kcal 15 = 4185,5 J, kcal IT = 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 sportom potrebno je kcal po kg mase ili ukupno približno 2175 kcal energije dnevno. Kod aktivnih vrhunskih sportaša, u pojedinim sportovima, ti zahtjevi mogu biti i dvostruko veći. ENERGETSKI SUSTAVI 18

10 Mjerna jedinica za snagu KS (HP) Iako je i ova mjerna jedinica izvan međunarodnog sustava mjernih jedinica, još uvijek se nailazi na njenu neformalnu uporabu u pomorstvu i automobilskoj industriji. Postoji više definicija konjske snage a u praktičnoj uporabi najdulje su 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 je uporaba samo mjerne jedinice W, odnosno kw, MW, GW ENERGETSKI SUSTAVI 19

11 Mjerna jedinica za snagu KS (HP) Definicija mjerne jedinice metrička konjska snaga ENERGETSKI SUSTAVI 20

12 Mjerna jedinica za energiju TOE TOE (tonne of oil equivalent) predstavlja količinu energije koji se oslobađa pri izgaranju metričke tone odnosno 1000 kg ( funti ili 7,4 barela) loživog ulja. Koja je ekvivalentna energiji dobivenoj izgaranjem 1270 m 3 prirodnog plina ili 1,4 metričke tone ugljena. 1 TOE ~ 41,87 GJ 1 TOE ~ 39, Btu 1 TOE ~ 11,63 MWh ENERGETSKI SUSTAVI 21

13 SUNCE Sunce predstavlja izvor energije i omogućuje opstanak živih bića na Zemlji. Osnovni energetski proces koji se odvija na Suncu je nuklearna fuzija. U suštini proces nuklearne fuzije predstavlja spajanje dva laka atoma u jedan teži, uz oslobađanje energije proporcionalne razlici masa prije i nakon reakcije, a prema Einstein-ovom izrazu: E = m. c 2 Prema procjenama na suncu se u sekundi približno tona vodika transformira u tona helija. Razlika od tona transformira se u rad odnosno snagu prema prethodnom izrazu. Iz navedenog slijedi da je snaga sunca MW. ENERGETSKI SUSTAVI 22

14 SUNCE Nuklearna fuzija ioni vodika stapaju se pri temperaturama od do C u jezgri uz oslobađanje topline i svjetlosti. Sa sunčeve površine zrači energija u obliku elektromagnetskog zračenja i neutrina a manjim dijelom kao kinetička i toplinska energija sunčevog magnetskog polja i vjetra. Procjenjuje se da je na Zemlju pristigla energija oko puta veća od ukupnih trenutnih potreba za energijom. ENERGETSKI SUSTAVI 23

15 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 vjetrene turbine) 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 24

16 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 PVćelije) 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 galvanskičlanci, gorivećelije s vodikom) ENERGETSKI SUSTAVI 25

17 ENERGETSKE TRANSFORMACIJE Praktično primjenjivi energetski procesi su NEPOVRATIVI. Razlog tomu je što se pri svim energetskim transformacijama javljaju gubici energije koji su uzrok ne povrativosti. Niti teoretski svu raspoloživu toplinu nije moguće transformirati u drugi oblik energije (mehanički rad). Mehanički rad je moguće u potpunosti transformirati u toplinu. ENERGETSKI SUSTAVI 26

18 ENERGETSKA STRATEGIJA Trenutno se većina energetskih potreba podmiruje korištenjem štetnih fosilnih goriva. Ta goriva potrebno je zamijeniti drugim ekološki prihvatljivijim izvorima energije tzv. OBNOVLJIVIM IZVORIMA ENERGIJE. Zalihe fosilnih goriva (uglja, nafte i plina) nisu neiscrpne. Neke procjene predviđaju dostatnost postojećih (poznatih) zaliha nafte i plina do ~ godine. ENERGETSKI SUSTAVI 27

19 ENERGETSKA STRATEGIJA Do godine u EU potrebno je: zamijeniti 20% energije s obnovljivim izvorima energije, smanjiti 20% emisije stakleničkih plinova (uglavnom ugljikova dioksida - CO 2 ), racionalnije trošiti 20% svih oblika energije. tzv. STRATEGIJA ENERGETSKI SUSTAVI 28

20 CIJENE FOSILNIH GORIVA - UGLJEN ENERGETSKI SUSTAVI 29

21 CIJENE FOSILNIH GORIVA - NAFTA ENERGETSKI SUSTAVI 30

22 CIJENE FOSILNIH GORIVA PRIRODNI PLIN ENERGETSKI SUSTAVI 31

23 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 mm 2 /s) ENERGETSKI SUSTAVI 32

24 CIJENE BRODSKIH GORIVA IFO380 IFO180 MGO Global 20 Ports Average $ $ $ Global 4 Ports Average $ $ $ Global Average Bunker Price $ $ $ 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 33

25 CIJENE BRODSKIH GORIVA ENERGETSKI SUSTAVI 34

26 CIJENE BRODSKIH GORIVA ENERGETSKI SUSTAVI 35

27 ZASTUPLJENOST OBNOVLJIVIH IZVORA ENERGIJE Udjeli u proizvodnji primarne energije (izvor: ENERGIJA U HRVATSKOJ 2015) ENERGETSKI SUSTAVI 36

28 ZASTUPLJENOST OBNOVLJIVIH IZVORA ENERGIJE Udjeli pojedinih oblika energije u općoj potrošnji (kućanstva, uslužne djelatnosti, poljoprivreda i građevinarstvo) (izvor: ENERGIJA U HRVATSKOJ 2015) ENERGETSKI SUSTAVI 37

29 NAMIJENA ENERGETSKIH SUSTAVA Svrha Energetskih sustava je dobivanje/transformacija transport i raspodjela (distribucija) energije u zahtijevani uporabni oblik. Temeljni zahtjevi koji se postavljaju pred energetski sustav su: Učinkovitost (efikasnost) pri transformaciji energije, Ekološka prihvatljivost čim manji utjecaj na okoliš, Pouzdanost i sigurnost u radu, Ekonomska učinkovitost (opravdanost - isplativost) ENERGETSKI SUSTAVI 38

30 VRSTE ENERGETSKIH SUSTAVA ENERGETSKI SUSTAVI MOGU SE PODIJELITI NA: Prirodne energetske sustave: Sunce - izvor energije koji omogućuje život živi organizmi. Energetske sustave koje je načiniočovjek: 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 oblika energije (mehaničku, električnu, ). ENERGETSKI SUSTAVI 39

31 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 centrala brodski motor SUI, parna ili plinska turbina Velike energetske sustave: Primjeri: hidro-elektrane, termo-elektrane, termonuklearne elektrane ENERGETSKI SUSTAVI 40

32 VRSTE ENERGETSKIH SUSTAVA ENERGETSKI SUSTAVI S OBZIROM NA ZNAČAJ MOGU SE PODIJELITI NA: INTERNE LOKALNE (npr. toplo vodna kotlovnica stambene zgrade, brodska elektrana) (npr. toplana za opskrbu naselja) REGIONALNE (npr. hidro i termo elektrane, plinovodi i naftovodi uključujući dobivanje, transport i distribuciju energenta) ENERGETSKI SUSTAVI 41