obnovljivi izvori energije dragan maksimovic
Post on 26-Oct-2014
199 Views
Preview:
TRANSCRIPT
PANEVROPSKI UNIVERZITET APEIRON
FAKULTET POSLOVNE EKONOMIJE
Redovne studije
Smijer „Preduzetnički menadžment”
Predmet:
Obnovljivi izvori energije
Seminarski rad( TEMA: Vjetar, Hidroenergija, Energija biomase )
Predmetni nastavnik:Profesor Dr Esad Jakupovic
Student:
Dragan Maksimović
Index br. 47-09/RPM
Banja Luka, mart 2012 god.
1
Vjetar uvodna razmatranja
Jednostavno rečeno, vjetar je zrak koji se pokreće. Ta pojava je izazvana
neujednačenim zagrijavanjem zemljine površine od strane Sunca. S obzirom da je
zemljina površina načinjena od različitih tipova zemljišta i vode, na taj način se
različito apsorbuje i sunčeva toplota. Za vrijeme dana, zrak iznad zemlje se daleko
brže zagrijava nego iznad površine vode. Topao zrak iznad zemlje se širi i
povećava a teži, hladniji zrak se podiže da bi zauzeo svoje mjesto u kreiranju
vjetra. U toku noći, vjetrovi imaju obrnut smijer zbog toga što se zrak daleko brže
hladi iznad površine zemlje nego iznad vode. Na isti način, veliki atmosferski
vjetrovi koji kruže oko Zemlje se stvaraju zbog toga što se zemlja blizu ekvatora
daleko brže zagrijava sunčevom toplotom nego zemlja blizu sjevernog pola.
Iskorištavanje energije vjetra je najisplativije na dijelovima Zemlje na kojima duvaju
takozvani stalni (planetarni) vjetrovi. Smatra se da su vjetrovi slabiji na polovima i
u međutropskim zonama, a jaki u područjima geografske širine veće od 55°.
Danas se energija vjetra uglavnom koristi za stvaranje električne energije. Iz tog
razloga se vjetar svrstava u obnovljiv izvor energije jer će vjetar da duva dokle god
sunce sija.
Vrste vjetrova
Razlikujemo sljedeće vrste vjetrova:
• Stalni vjetrovi - Stalni vjetrovi učestvuju u opštoj cirkulaciji atmosfere. Nazivaju se
planetarni vjetrovi jer neprekidno duvaju preko Zemljine površine. U njih spadaju:
• Pasati
• Antipasati
• Zapadni vjetrovi
• Istočni ili polarni vjetrovi
2
Vjetrovi iscrtani širom Zemljine površine
• Periodični vjetrovi - Sezonske promjene atmosferskog pritiska u jednom istom
mjestu prouzrokuju strujanje vazduha u toku izvjesnog vremenskog perioda
u jednom pravcu, a u toku sljedećeg perioda u drugom pravcu.To su
periodični vjetrovi - monsuni.
• Lokalni vjetrovi - Lokalni vjetrovi su karakteristični za određene oblasti na
zemlji. Nastaju pod uticajem lokalnih prirodnih uslova i imaju uvijek isti
pravac i podržavaju iste vremenske prilike. Najpoznatiji vjetrovi ove vrste su:
• Košava
• Bura i Jugo
• Fen
• Tornado
3
Snaga koja se dobije iz vjetra
Kao i primitivne vjetrenjače, današnje vjetrenjače koriste lopatice na propeleru da
bi prikupili kinetičku energiju vjetra. Vjetrenjače rade na principu usporavanja
brzine vjetra. Vjetar duva preko krila propelera izazivajući dizanje, kao i efekat na
krilima aviona, izazivajući njihovo pokretanje. Propeleri su povezani osovinom koja
pokreće električni generator da bi proizvela električnu energiju.
Kinetička energija strujanja vjetra sa masom m i kretanjem brzinom V je data u
formuli:
E = 12
mV 2
Primjer kretanja rotora, na vjetrenjači usljed vjetra, kroz zonu A je prikazan na
gornoj slici Kinetička energija strujanja zraka kroz turbine može se prikazati kao
2 1 2 a E vV ρ =
gdje je ρa gustina zraka a v je masa zraka koji dostiže do obrtnog tijela. Snaga
koja se prenosi na rotor vjetrenjače je proporcionalna površini koju pokriva rotor,
gustini vazduha i brzini vjetra na kub tj.
P = 12
αρπ r2 v3
gdje je:
P-snaga u W
α- faktor iskorištenosti
r-radijus turbine u m
v- brzina vazduha u m/s
ρ-gustina vazduha u kg/m3
Iz ovoga vidimo da su faktori koji utiču na snagu dobijenu iz strujanja vjetra -
gustina vjetra, zona gdje se nalazi rotor za vjetar i njegova površina kao i brzina
4
vjetra. Zato je važno da se vjetrogeneratori postavljaju tamo gdje su prosječne
brzine vjetra dovoljno velike da bi se investicija isplatila.
Brzina vjetra
Lokalni vjetrovi predstavljaju kretanje vazdušnih masa u prizemnom sloju
atmosfere. Nastaju zbog lokalnih razlika u atmosferskim pritiscima. Lokalni vjetrovi
mogu biti različitih osobina što u velikoj mjeri zavisi od površine tla (ravnica,
planine, doline, naselja, šume itd.), njenih osobina (kamenita, pješčana, vodena,
snježna teritorija) i osobina vazdušnih masa koje su uključene u strujanje. S tim u
vezi, javlja se efekat lokalnog povećanja brzine vjetra. Na primjer, vjetar je
intezivniji na vrhu brda nego u podnožju. Tunel efekat je ubrzavanje vjetra između
dva brda koja na vjetar djeluju kao prirodni lijevak. Ovaj i slični efekti mogu
povećati brzinu vjetra i do 30%, što višestruko povećava njegovu snagu. Osim
svojih pozitivnih efekata, u graničnom površinskom sloju postoje različite prirodne i
vještačke prepreke koje uzrokuju i negativne efekte smanjenja brzine vjetra i
pojavu turbulencija, što znatno utiče na kvalitet vjetra kao primarnog energenta.
Vjetrovi ne moraju biti posljedica globalnog kretanja vazdušnih masa već mogu
nastati i kao posljedica djelovanja geografskih faktora na lokalnom području.
5
Vjetrenjača
Kao što je poznato vjetar je određen brzinom, smjerom i jačinom. Brzina vjetra
mjeri se pomoću anemometra a izražava se uobičajenom jedinicom za brzinu -
metrima u sekundi, kilometrima na sat, čvorovima ili specijalizovanom jedinicom -
beaufort (čitaj “bofor”). Jačina vjetra predstavlja pritisak koji on vrši na vertikalnu
površinu. Određuje se po Boforovoj skali koja ima 12 stepeni, utvrđenih prema
dejstvu vjetra na razne predmete.
Boforova skala je skala za određivanje jačine vjetra koju je napravio engleski
kontraadmiral Fransis Bofort (engl. Francis Beaufort) 1805. godine. Skala je
podijeljena na 12 stepeni. Međunarodno je prihvaćena 1874. godine.
Uvod u hidroenergiju
Hidroenergija odnosno energija vode je jedan od najznačajnijih obnovljivih izvora
energije prevenstveno zbog svoje konkurentnosti sa fosilnim gorivima i nuklearnoj
energiji. Sunčeva energija dopire do Zemljine površine izazivajući isparavanje
vode, zemljišta i biljaka, čime se uzrokuje podizanje vode: posljedica je energija
položaja vode (potencijalna) i energija kretanja vode (kinetička). Energija položaja
vode je početni oblik energije vode u prirodi koji se može iskoristiti u tehničkim
sistemima za pretvaranje.
Termin hidroenergija je najčešće ograničen stvaranjem snage dobijene na osovini,
usljed pada vode. Tada se ta snaga koristi direktno za mehaničke svrhe ili veoma
često za proizvodnju električne energije. Drugi izvori vodene snage su talasi i
plima i oseka.89
6
Osnovni način upotrebe je: pretvaranje energije položaja vode (potencijalna u
akumulacijama) i kinetičke energije vode (protočne) u mehaničku energiju
proticanjem kroz vodene turbine, a zatim najčešće u električnu u generatorima.
Proizvedena mehanička energija pokreće generator koji je povezan sa osovinom
turbine. Snaga dobijena na ovaj način je data:
Snaga = W.Q.H.η wati
gdje je:
W= specifična težina vode, N/m3
Q= stopa protoka vode, m3/sek
H= visina pada, mtr
Η = efikasnost pretvaranja potencijalne energije u mehaničku
7.1.1.Hidrenergija kroz istoriju
Voda je najrasprostranjenija tvar u prirodi, najvitalniji izvor za čovječanstvo i
osnovni uslov za opstanak svih živih bića na planeti. Ljudsko tijelo može da izdrži
nekoliko sedmica bez hrane ali bez vode može samo nekoliko dana. Poznato je da
je oko tri četvrtine površine na Zemlji prekriveno vodom i procjenjuje se da je
ukupna količina vode na zemaljskoj kugli oko 1,4 milijarde km3 (1,4 x 1021 litara).
I pored ove količine vode koja se nalazi na zemaljskoj kugli, voda koja je dostupna
za ljudsku upotrebu je veoma ograničena, odnostno svježa voda predstavlja manje
od 2,5% od ukupne količine vode na zemaljskoj kugli, dok se skoro 80% nalazi
zaleđeno na polovima. Prema ovome samo 0,5% svježe vode na planeti se može
koristiti za ljudsku upotrebu.
7
Otkako je čovjek počeo da bilježi svoju istoriju, voda koristi kao izvor energije. U
poređenju sa fosilnim gorivima čije su rezerve ograničene, rezerve vode za
proizvodnju električne energije se ne iscrpljuju. Svaki vodeni tok je nosilac
određene količine energije. Prvi put se iskorištavanje energije vode spominje čak
prije 2000 godina u staroj Grčkoj i Egiptu, gdje su vodeni točkovi bili povezani sa
mlinskim kamenom da bi samljeli žito. Kasnije ti isti vodeni točkovi su bili povezani
sa osnovnom opremom kao što su strug, testere i razboj da bi se proizvodio
namještaj i tkanine. Za vrijeme industrijske revolucije krajem 1800 godine, Majkl
Faradej je izumio Faradejev dinamo, preteču modernog generatora.
Konstruisanjem Faradejevog dinama u praktičan uređaj 1870. godine i prva
komercijalna proizvodnja električne sijalice 1880. godine, uticali su na stvaranje
ideje o korištenju vodene snage za proizvodnju električne energije i započinje
postavljanje mnogo malih generatora duž vodeničnih jazova. Na taj način
proizvedena energija se koristila u za obezbjeđenje električne energije u
mlinovima i za proizvodnju tekstila u lokalnim zajednicama.
Vodena snaga je otvorila novu eru 1876. godine, kada je u Bavarskoj izgrađena
prva hidroelektrana na svijetu a služila je za snabdijevanje električnom energijom
dvorac velikaša, koji se nalazio u blizini.90 U SAD prva komercijalna
hidroelektrana je počela sa radom 1882 godine na rijeci Fox River. Izlazna snaga
te hidroelektrane je iznosila 12 kW, što je bilo dovoljno da se obezbijedi svjetlo za
250 sijalica. Prvu pravu hidroelektranu je izgradio Amerikanac Forbes na
Nijagarinim vodopadima, i ona je puštena u pogon 1895. godine ali je grad Buffalo
električnu energiju iz te elektrane dobio početkom 1896 godine kada je izgrađen
dalekovod. Korištenje hidroenergetskog potencijala u BiH počinje 1899. godine
kada je izgrađena prva hidroelektrana (HE) “Elektrobosna” na rijeci Plivi snage 7
MW, tada najveća u Evropi.
Korištenje hidroenergije ima svoja ograničenja tj. hidroenergija se ne može koristiti
jednakim intenzitetom cijele godine. Kako bi se regulisali vodostaji rijeka i
osigurala dovoljna količina vode tokom cijele godine, grade se velike brane i
akumulaciona jezera.
8
Procesi u prirodi
Padavine
Padavine mogu da se definišu kao ukupna kondenzacija vlage koja dopire do
zemljine površine u bilo kojem obliku. Tu se podrazumijevaju svi oblici kiše, leda,
snijega, grada ili susnježice. Da bi došlo do formiranja padavine, moraju se ispuniti
sljedeći uslovi:
1. Mora postojati dovoljan izvor vlage
2. Vazduh sa vodenom parom se mora kondenzovati u kapljice vode
3. Kapljice vode moraju dovoljno narasti da bi mogle padati na zemlju.
Padavine se mjere u centimetrima vode za određenu zonu i tokom određenog
perioda (najčešće jedna godina).
Razlikujemo
• Konvektivne - su uslovljene naglim zagrijavanjem zraka u kontaktu sa
zemljištem (smanjene gustoće), vodena para se uzdiže i dinamički hladi tj.
kondenzuje se (formiranje oborina),
• Orografske - su mehanička dizanja vlažnih horizontalnih zračnih struja
(isparavanje planinskih lanaca), usljed hlađenja se formiraju padavine.
• ciklonske padavine - su rezultat kretanja zračnih masa iz područja visokog
pritiska (Anticiklona) u područje niskog pritiska zraka (Ciklona), usljed hlađenja se
formiraju padavine.
Isparavanje
9
Pod isparavanjem podrazumijevamo pretvaranje vode iz tečnog ili čvrstog stanja u
gasovito i njegovu difuziju u atmosferu. Inače se isparavanje smatra jednim od
ključnih procesa u hidrološkom ciklusu. Da bi došlo do isparavanja potrebno je da
se ispune određeni uslovi:
• Da ima dovoljno vlage
• Da postoji izvor toplotne energije
• Da je ostvarena razlika u vlažnosti između površine sa koje voda isparava i
atmosphere
Razlikujemo isparavanje sa tla i sa vodene površine. Isparavanje sa tla je direktno
isparavanje sa kopna i vegetacije dok je za isparavanje sa vodene površine
potrebno postojanje dovoljne količine toplotne energije da bi uticalo na pretvaranje
vode iz tečnog u gasovito stanje.
Podzemne vode
Podzemne vode su sve vode koje se nalaze ispod površine terena u ma kom vidu
i ma kom agregatnom stanju. Ova voda može biti slobodna ili gravitaciona tj.
vezana za čestice stijena kao kapilarna, opnena, higroskopna. Podzemna voda
može biti kao tečna, čvrsta u vidu leda i gasovita u vidu vodene pare. U Zemljinoj
kori podzemna voda može se naći u tečnom stanju i do 14 km dubine. Podzemna
voda je značajna za vodosnabdevanje stanovništva. Poslednjih godina podzemne
vode se sve više zagađuju. Takođe podzemne vode rastvaraju materije (minerale)
od kojih se sastoji zemljina kora. Takve vode često kroz duboke pukotine izbijaju
na površinu zemlje u vidu izvora mineralne vode. Sporo kretanje podzemnih voda
kroz heterogeno tlo kao mješavine pješčanih i konsolidovanih slojeva obezbjeđuje
stalni dotok većini rijeka. Mjerenje podzemnih rijeka nije moguće osim ako se ne
pojave na površini kao izvor.
Površinski procesi
Ova vrsta procesa podrazumijeva sve padavine koje dospijevaju na površinu
zemlje, preraspodjeljuju se i kreću se prema okeanima. Dio ovih padavina koje
10
otiču po površini ili podzemnim putem do vodotoka naziva se oticanje ili oticaj.
Oticaj stiže do površinskih voda, bilo da se radi o jezeru ili rijeci, površinsikm ili
podzemnim putem. Mjerenje površinskih voda se obavlja na način da se mjere
dubina ili nivo vode (vodostaj) a zatim se na osnovu njih određuje proticaj. Ovo je
moguće izvesti samo na većim potocima i rijekama. Mjerenje brzine toka vode se
naziva hidrometrijsko mjerenje.
Ciklus kruženja vode u prirodi
ENERGIJA BIOMASE
Definicija, osobine i sastav biomase
Riječ „biomasa“ (od grčke riječi „bios“ – život, i latinske riječi – massa) označava
ukupnu masu živih organizama u jednoj životnoj zajednici u određenom trenutku,
izražena ili težinom organizma po jedinici površine ili zapreminom organizama po
jedinici zapremine staništa. Prema direktivi EU i Vijeća Evrope broj 2003/30/ EC
od 08.05.2003. godine, prema članu 2:„ Biomasa je definisana kao biorazgradivi
11
dijelovi proizvoda, otpada ili ostataka iz poljoprivrede, šumski otpad i otpad srodnih
industrija, kao i biorazgradivi dijelovi industrijskog i gradskog otpada.“ Biomasa je
najstariji izvor energije koji je čovjek koristio i predstavlja jedan od obnovljivih
izvora energije od kojeg se najviše očekuje u bliskoj budućnosti, upravo zbog
svoje sličnosti sa fosilnim gorivima. U vidu drveta, biomasa je energetski resurs
koji je dominirao sve do početka masovnog korištenja uglja i možemo je sa
sigurnošću nazvati energija zemlje. Energija dobijena iz biomase je jedan od
važnijih izvora energije za većinu svjetske populacije. Sa povećanjem populacije,
očekuje se i povećanje korištenja energije biomase u skorijoj budućnosti.
Proizvodnja energije iz biomase u svojoj osnovi predstavlja korištenje fotosinteze
za sakupljanje solarne energije, organska karbonska jedinjenja da bi uskladištila
energiju, hemijske i biološke procese za izvlačenje i pretvaranje uskladištene
energije iz biomase u ekvivalentna fosilna goriva, koja se nazivaju biogoriva i
konačno sagorijevanje biogoriva. Priroda je razvila sistem za iskorištavanje
energije u solarnim fotonima stotinama miliona godina unazad, što mi danas
nazivamo fotosintezom. Ime procesa potiče od grčkih riječi φότος (svjetlost), συν-
(zajedno) i τιθεναι (staviti). Ovaj pojam se prvi put spominje 1772. godine kada je
engleski naučnik Joseph Priestley otkrio da zelene biljke ispuštaju, za održavanje
života veoma važnu supstancu oksigen, dok živ miš ili upaljena svijeća uklanja istu
supstancu iz atmosphere. Nakon toga, mnogi naučnici širom svijeta su pokušavali
objasniti ovu pojavu, sve do 1804 godine, kada je francuski naučnik Nicolas
Theodore de Sausseure, objasnio da je količina CO2 koji se apsorbuje putem
zelenih biljaka, molekularno ekvivalentna količini oksigena koji dospije u
atmosferu. Fotosinteza je osnovni proces u prirodi zato što obezbjeđuje organske
materije za sve žive organizme. Sve ostale sinteze u živim bićima nastavljaju se
na fotosintezu.
12
Proces fotosinteze
ENERGIJA BIOMASE
Dok biljke rastu one apsorbuju CO2 (ugljen dioksid) iz atmosfere, zatim tokom
procesa fotosinteze biljke lageruju karbon u svojoj masi a ispuštaju kisik u vazduh.
Dok biomasa sagorijeva u postrojenju za proizvodnju električne energije, ugljenik
uskladišten u biljnoj masi se oslobađa. Jedinjenjem sa kisikom dobija se ugljen
dioksid koji se vraća u atmosferu kroz izduvne gasove. Biljke se u istom trenutku
koriste za dobijanje toplote i električne energije.
Zatvoreni ciklus fotosinteze
13
Hemijski sastav biomase
Hemijski sastav biomase varira zavisno od različitih vrsta ali generalno biomasa se
sastoji od:
• 25% lignina (lignin se sastoji od molekula, različitih od molekula šećera,
povezanih u tanke pločaste structure tj. njegova uloga je da djeluje kao
“ljepilo” koje veže celulozna vlakna)
• 75% ugljenih hidrata ili šećera (Ugljeni hidrati se formiraju od molekula šećera
povezanih u dugačke lance ili polimere, kao što su celuloza ili polu-
celuloza.)
Računa se da se oko 15% svjetske proizvodnje energije dobije iz biomase a 38%
se koristi u zemljama u razvoju.116 Inače, većina biomase koja se koristi je
nedjelotvorna i to uglavnom za kuhanje i zagrijavanje u ruralnim područjima u
zemljama u razvoju i uglavnom se koristi na isti način hiljadama godina. Trenutno
ima više nego 14 GW postavljenih kapaciteta kojima je izvor snage biomasa a
pola od toga se nalazi u SAD. Oko dvije trećine postrojenja za proizvodnju
energije iz biomase u SAD kombinovano proizvodi električnu energiju i upotrebljivu
toplotu. Praktično, sva postrojenja za proizvodnju energije iz biomase rade na
principu procesa parnog postrojenja – Rankinov proces.
14
Sadržaj
Vjetar uvodna razmatranja..............................................................1
Vrste vjetrova.................................................................................1
Snaga koja se dobije iz vjetra...........................................................3
Brzina vjetra...................................................................................4
Uvod u hidroenergiju.......................................................................5
Hidrenergija kroz istoriju.................................................................6
Procesi u prirodi..............................................................................8
Padavine.........................................................................................8
Isparavanje.....................................................................................8
Podzemne vode...............................................................................9
Površinski procesi...........................................................................9
Energija biomase...........................................................................10
Definicija, osobine i sastav biomase...............................................10
Hemijski sastav biomase................................................................13
Sadržaj…
15
top related