osnove energetike (1. dio)
TRANSCRIPT
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
1/114
1
89
2. NEOBNOVLJIVI OBLICI ENERGIJE2. NEOBNOVLJIVI OBLICI ENERGIJE2.1. Energetske pretvorbe goriva
2.1.1. Definicija rezervi
2.1.2. Izgaranje (pretvorba kemijske energije u toplinsku)
2.1.3. Pretvorba toplinske energije u mehaniku
2.2. Fosilna goriva2.2.1. Ugljen i treset
2.2.2. Nafta i zemni plin
2.2.3. Fosilna goriva (dodatno)
2.3. Nuklearna goriva2.3.1. Fisija
2.3.2. Fuzija (dodatno)
2.4. Geotermalna energija
90
Prirodni (primarni) oblici energije
NEOBNOVLJIVI
Fosilna goriva
(ugljen, nafta, zemni plin, uljnikriljevci)
Nuklearna goriva
Unutarnja toplina Zemlje(geotermalna energija)
OBNOVLJIVI
Drvo i otpaci
Biomase i bioplinVodne snage
Energija Suneva zraenjaEnergija vjetra
Energija morskih struja i valovaEnergija plime i oseke
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
2/114
2
91
2.1. Energetske pretvorbe goriva
2.1.1. Definicija rezervi
92
Definicija rezervi
Pod rezervama neke iskoristive materije podrazumijeva se dovoljnakoncentracijanastala djelovanjem geolokih i fizikalno-kemijskih faktora
Svi kemijski elementi rasprostranjeni su u i na Zemlji ali se samo njihovakoncentracija moe oznaiti kao rezerve
Veinu oblika energije koji se ne obnavljaju mogue je nagomilati (uskladititi)u prirodnom obliku(fosilna i nuklearna goriva). Izuzetak je geotermalnaenergija (vruih izvora i unutarnje topline zemlje)
Posljedica: mogu se koristiti prema potrebama potroaa i lako setransportiraju!
Najvei dio rezervi neobnovljivih izvora energije nalazi se ispod Zemljinepovrine, a manji na povrini, pa utvrivanje rezervi nije niti jednoznano, nitijednostrano.
Postupak utvrivanja rezervi vezan je za buenja u zemljinoj kori, pa surezerve ograniene, ma koliko velike bile!
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
3/114
3
93
Ukupne ili geoloke rezerve sastoje se od:
1. Utvrenih (dokazane, eng. proven)2. Potencijalnih rezervi
Utvrene ili otkrivene geoloke rezerve dijele se na:
1. Bilanne ili iskoristive(eng, recoverable):
rezerve utvrene u leitu, a koje se mogu dobiti uz postojeu tehniku itehnologiju uz isplativu uporabu
2. Izvanbilanne ili neiskoristive (eng. non-recoverable):
mase u leitu koje se ne mogu isplativo iskoristiti s postojeom tehnikom itehnologijom, npr. mala koliina, debljina sloja, velika dubina i sl.
Potencijalne rezerveutvruju se na osnovi geolokih i geofizikih podataka idjelomino provedenih istranih radova, a slue iskljuivo za planiranjeosnovnih geolokih istraivanja. One se ne razvrstavaju u klase.
94
Rezerve - uobiajene jedinice
Tona ekvivalentnog ugljena (Tonne of Coal Equivalent, [tce])
Energija nastala izgaranjem 1 metrike tone (1000 kilograma) ugljena,ekvivalentna energiji nastaloj izgaranjem 5.2 barela (700 kilograma) nafte ili 890m3prirodnog plina
1 [tce] = 29,39 [GJ] = 8,14 [MWh]
Tona ekvivalentne nafte (Tonne of Oil Equivalent, [toe])Energija nastala izgaranjem 1 metrike tone (1000 kilograma) nafte, tj. 7.4barela, ekvivalentna energiji nastaloj izgaranjem 1400 kilograma ugljena ili1270 m3prirodnog plina
1 [toe] = 41,87 [GJ] = 11,63 [MWh]
Posebne jedinice za naftu:
1 [bbl] barel nafte = 158.987295 [l]1 US gallon = 3.78541178 [l]1 Imperial (UK) gallon = 4.54609 [l]
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
4/114
4
95
Pretvorbe kemijske energija goriva
Najee se transformira u unutarnju (toplinsku) energiju.
Mogua je i neposredna transformacija u elektrinu energiju (goriveelije). Ponekad se iskoritava i kao kemijska energija (metalurkikoks).
Izgaranje:proces transformacije kemijske energije u unutarnju energiju(neposredna upotreba: za grijanje prostorija, kuhanje, pripremu toplevode, za tehnoloke procese kad su potrebne visoke temperature(keramika, metalurka, cementna industrija i sl.) - nosioci energijeplinovi izgaranja.
Loita:postrojenja i ureaji za neposredno iskoritavanje unutarnjeenergije: unutarnju energiju nosilac predaje okolnom zraku, vodi,sirovinama ili poluproizvodima u tehnolokim procesima.
96
2.1. Uvod2.1.2. Izgaranje
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
5/114
5
97
Izgaranje
Pretvorba kemijske energije (goriva) u unutarnju toplinskuenergiju (nosioca)
Ako se nekom tijelu ili sustavu dovede energija, ona se nagomilava, atako nagomilana energija naziva se unutarnjom toplinskomenergijom. Unutarnja toplinska energija sastoji se od kinetikeenergije molekula koje se gibaju i potencijalne energije molekula kojaje posljedica privlanih i odbojnih sila.
Proces transformacije kemijske energije u unutarnju energiju nazivase izgaranjem. Odvija se u loitu.
Uporaba unutarnje termike energije:
1. Izravna (neposredna):
Za grijanje prostorija, kuhanje, pripremu tople vode, za tehnolokeprocese kad su potrebne visoke temperature (obrada stakla,keramike, cementa, metala, plastike i sl.). Nosioci topline plinoviizgaranja.
98
2. Neizravna (posredna):
Energija plinova izgaranja moe se potom pretvoriti u mehanikuenergijuu plinskim turbinama i motorima s unutar. izgaranjem.
Nadalje, prijelazom topline u parnim kotlovima predati vodi, odnosnovodenoj pari(novi nosioc energije). Zagrijana vodena para slui zapogon parnih turbinau kojima se unutarnja energija paretransformira u mehaniku energiju (preko kinetike energije).
Izgaranje je kemijska reakcija oksidacije gorivih sastojaka skisikom iz zraka uz istovremenu pojavu topline i svjetlosti.
Radi se o izmjeni tvari pri emu,u broj atoma ostaje nepromijenjen(zakon o odranju mase).
Energetska jednadba izgaranja temelji se na prvom stavkutermodinamike: E=const. (zakon o. energije).
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
6/114
6
99
Proces izgaranja:
1. Zagrijavanje i suenje,2. Destilacija (isparavanje) hlapljivih sastojaka piroliza,3. Izgaranje hlapljivih sastojaka,4. Izgaranje vrstog ugljika
Uvjeti izgaranja:
1. U loitu treba biti dovoljno visoka temperatura za paljenje goriva2. Povoljan omjer mjeanja goriva i zraka3. Odgovarajue pripremljeno gorivo4. Dovoljno vremena za izgaranje
Volumni udio kisika u zraku je 21%, to je plin koji ne gori, ali podravagorenje.
Mnoina tvari n definira se u (mol), molarna masa M u (kg/mol)Znajui masene udjele pojedinih sastavnih tvari u gorivu, svakisastojak odreuje se koliinom u (kmol/kg), te se mogu se odreditiminimalne potrebne koliine kisika/zraka za potpuno izgaranje.
100
Koliine sastojaka (elemenata) oznaavaju se malim slovima, tako davrijedi c+h+s+o+n+w+a = 1.
Minimalna koliina kisika omin i zraka zminpotrebna za potpunoizgaranje iznosi:
Jednadba za izraunavanje minimalne koliine kisika za izgaranjekrutih i tekuih goriva je
kgkmoloshc
o /3232412
min +++=
kgkmolo
z /2.0
min
min =
kgmoshco /7,07,06,5867,1 3
min ++=
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
7/114
7
101
Stehiometrijski odnosi izgaranja
Avogadrov zakon:svi plinovi pri istom tlaku, temperaturi i volumenuimaju jednak broj molekula N = 6.02251023 1/mol.
Pri izgaranju se oslobaa odreena koliina topline.
Stehiometrijski odnosi izgaranja (vezani uz ugljen, naftu i prirodni plin):
a) vodika: 1kmol H2 + 0.5 kmol O2 = 1kmol H2O + 240 MJ/kmol
b) ugljika: 1kmol C + 0.5 kmol O2 = 1kmol CO + 123.8 MJ/kmol
1 kmol C + 1kmol O2= 1kmol CO2+ 407 MJ/kmol
1kmol CO + 0.5 kmol O2= 1kmol CO2+ 283.2 MJ/kmol
c) sumpora:1kmol S + 1kmol O2= 1kmol SO2+ 297 MJ/kmol
1kmol SO2+ 0.5 kmol O2= 1kmol SO3+398 MJ/kmol
102
d) ugljikovodika:
1kmol CmHn+ (m+0.25n) kmol O2= m kmol CO2+ 0.5 n kmol H2O + Q
Koliina osloboene topline Q pri izgaranju ugljikovodika ovisi onjegovom kemijskom spoju, npr.:
Metan CH 4 Q = 804.2 MJ/kmolEtan C 2H6 Q = 1444.8 MJ/kmolPropan C 3H8 Q = 2083.2 MJ/kmolButan C 4H10 Q = 2773.1 MJ/kmol
Loita i temperature izgaranja
Ovisno o konstrukciji loita razlikuje se teorijska i stvarnatemperatura izgaranja
1. Teorijska: izgaranje u toplinski izoliranom sustavu, plinoviizgaranja dostiu vrlo visoku temperaturu od cjelokupne toplineosloboene izgaranjem2. Stvarna: nia jer se dio topline goriva predaje okolini(okolnommediju) radi postojanja temperaturne razlike
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
8/114
8
103
Unutarnja energija plinova izgaranja moe se, dalje, prijelazom
topline u parnim kotlovima predati vodi, odnosno vodenoj pari:1. Grijanjeprostorija ili u tehnolokim procesina kad su potrebnerelativno niske temperature (do nekoliko stotinaC),
2. Za pogon parnih turbinau kojima se unutarnja energija parekonano transformira u mehaniku (preko kinetike).
Parne termoelektrane i Nuklearne termoelektrane
Unutarnja energija plinova izgaranja moe se i neposrednopretvoriti u mehaniku energiju u plinskim turbinamai
motorimas unutarnjim izgaranjem.Plinske termoelektrane
104
2.1. Uvod2.1.3. Pretvorba toplinske energije u mehaniku
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
9/114
9
105
Pretvorba unutarnje toplinske energije (nosioca) u mehaniku
Plinovi i pare su mediji (nosioci) energijekoji slue za prijenosunutarnje toplinske energije u mehaniku energiju.Svi su procesi ukojima se odvijaju energetske pretvorbe, povezani s promjenamastanja radnog medija (nosioca energije).
Termika jednadba stanja
- slui za opisivanje jednostavnih termodinamikih procesa
-povezuje tri unutarnje veliine stanja za definiranje homogenogprocesa:
tlak p, volumen V (relat. volumen po jedinici mase, v) itemperaturu T.
U implicitnom obliku za homogeni proces:
( ) 0,, =TvpF
106
Samo za idealne plinove i realne plinove pri veoma niskimtlakovima termika jednadba stanja poprima jednostavni oblik:
R univerzalna plinska konstanta = 8.314 J/kmol,K
n mnoina tvari (kmol), ovisno o vrsti plinaTRnvp =
.konstT =
.konstp =
.konstV =
p
v
T
( ) 0,, =TVpF
Povrina stanjaidealnog plina up-V-T prostoru
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
10/114
10
107
Entropija i specifina toplina
Pojam entropije usko je povezan s drugim glavnim stavkomtermodinamike. Diferencijal entropije (dS) i diferencijal specifineentropije (ds) u odnosu na jedinicu mase definiraju se kao:
dQ12 promjena topline pri prijelazu iz stanja 1 u 2, dWR rad siletrenja
U idealnim uvjetima (bez trenja) govorimo o pojmu specifina toplina(toplinski kapacitet) c: koliina topline potrebna da bi se temperatura 1kg tvari poveala za 1 K:
Razlikuje se specifina toplina cvpri konstantnom volumenu i prikonstatnom tlaku cp
]/[12 KJT
dWdQdS R
+= ],/[ KkgJ
T
dwdq
m
dSds R
+==
],/[ KkgJdT
dq
dTm
dQ
c =
=
108
Promjene stanja idealnih i realnih plinova
Obzirom na mogue promjene stanja medija dovoenjem topline (q > 0) spromjenom p, V i T razlikujemo slijedee promjene stanja idealnog plina
Naziv Dov. toplina (q) ili izv. meh. rad (w):
a) izohora (V = const., p i T raste) q 12 = cv(T1 T2) > 0
b) izobara (p = const., V i T raste) q 12 = cp(T1 T2) > 0
c) izoterma (T = const., V raste, p pada) q12= w12 = p1 v1ln(p1/p2) > 0Obratne promjene veliina stanja vrijede kad se toplina odovodi (q < 0)
Adijabata:promjena stanja idealnog plina (p, V i T) u sluaju kad nema izmjenetopline (q = 0) s promjenom
d) adijabata (s, Q = const.), dva sluaja
adijabatska ekspanzija: p pada, V raste, T pada) q12 = 0, w12 > 0
adijabatska kompresija: p raste, V pada, T raste) q12 = 0, w12 < 0
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
11/114
11
109
Realni plinoviprikazuju se opim hiperbolama (politropama)
e) politropa: q12 = cv(T1 T2) (n )/(n - 1) , gdje je = cp/ cv
Pri tome se dobija za: n = 0 izobara
n = 1 izoterma
n = adijabata
n = izohora
110
Kruni termodinamiki proces
Zatvoreni proces kod kojeg su poetna i zavrna toka jednake (isteveliine stanja p, V i T)
U krunom procesu toplinskog stroja pogonski medij ekspandira svieg (toka 1) na nii tlak (toka 2) uz poveanje volumena,proizvodei mehaniku energiju, to se vidi na p-V dijagramu
Kada bi kompresija (2-1) tekla po istojkrivulji po kojoj je obavljenaekspanzija, ne bi se mogao izvriti rad(razlika dovedene i odvedene topline)
Stoga je uvjet za dobivanje energijeiz sustava da je utroeni rad zakompresiju manji nego dobivenaenergija ekspanzijom medija.
Utjecaj okoline (temperatura i tlak)
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
12/114
12
111
Kruni proces u T-s dijagramu povrina odgovara toplini
112
U toki 1 unutarnja energija medija na poetku i na kraju procesa jejednaka, pa se rad ne obavlja promjenom unutarnje energije nego naraun promjene topline.
Ako se mediju mijenja stanje bez promjene topline, entropija ostajenepromijenjena (primjer: adijabatska ekspanzija)
Specifina entalpija (h): sadraj topline pri konstantnom tlaku,jednaka je zbroju specifine unutarnje energije i specifine energijestrujanja medija:
Dovedena toplina mijenja mediju unutarnju energiju i volumen Vuz konstantan tlak p ili mu mijenja unutarnju energiju i tlak p uzkonstantan volumen V
21 QQW =
]/[ kgJvpwh u +=
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
13/114
13
113
Obzirom na nain upotrebe pogonskog medija, toplinski se strojevi
dijele na:1. Turbostrojeve(rad medija se prenosi na lopatice rotora parne iplinske turbine).
2. Stapne strojeve (stap ili klip je dio stroja na koji se prenosi radmedija motori s unutarnjim izgaranjem)
Turbostrojevi
U zatvorenom termodinamikom sustavu ekspanzija medija moe seiskoristiti samo jednom za dobivanje mehanikog rada pa jenezanimljiv za uporabu
Potrebno je nainiti otvoreni termodinamiki proces(dovoenje
medija prije kompresije i odvoenje medija nakon kompresije)-mogunost izmjene mase i energije izmeu granica sustava.
Kruni proces parnih i plinskih turbina opisuje idealno kao Carnotkruni proces (u stvarnosti neostvarivom procesu)
114
Carnot-ov kruni proces
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
14/114
14
115
Carnotov kruni proces:
Tok energije sastoji se od dviju izotermi i dviju adijabata
Toplina se dovodi po izotermi od toke 1 do 2, pa je dovedena toplinaQdprikazana povrinom u T-s dijagramu ispod duine 1-2
Od toke 2 do 3 odvija se adijabatska ekspanzija, a od toke 4-1adijabatska kompresija bez izmjene topline (realno nije ostvarivo).
Toplina se odvodi po donjoj izotermi od toke 3-4, pa je odvedenatoplina Qo prikazana povrinom ispod duine 3-4 (uvijek manja oddovedene!!!)
Termiki stupanj korisnog djelovanja Carnotovog krunog procesa:
d
o
d
od
d
tQ
Q
Q
QQ
Q
W=
== 1
d
o
d
ot
T
T
ssmT
ssmT=
= 1
)(
)(1
12
12
116
Carnotov idealni proces - maksimalni stupanj djelovanjakod pretvorbi unutarnje topline u mehaniki rad
od QQW =
Qo
p
V
IzotermaTdi To
AdijabataW
Qd
Carnot p-v dijagram
Td(K)
1000
(%)
8006004002000
20
40
60
80
100
Izvreni mehaniki rad (J/kg):Izvreni mehaniki rad (J/kg):
d
o
d
odt
T
T
T
TT=
= 1
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
15/114
15
117
2.1. Uvod
2.1.3. Pretvorba toplinske energije u mehaniku
Stapni strojevi (dodatno)
118
Stapni strojevi (dodatno)
Pretvorba energije se odvija u cilindru i dobiveni rad se prenosi daljepreko stapa (klipa) na osovinu stroja, radilicu, crpku i sl.
Energija se dovodi u cilindar izvana iz okoline, putem medija:
1. Vodena para za parni stroj,
2. Plinovito ili tekue gorivo za motore s unutarnjim izgaranjem
Parni stapni strojevi se danas upotrebljavaju relativno malo(lokomotive)
Motori s unutarnjim izgaranjem:
1. Otto ili benzinski - Otto kruni proces
2. dizelski (Diesel) motor Dizelski i Sabathe-ov (kombiniranidizelski) kruni proces
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
16/114
16
119
Gorivo izgara(dovoenje topline)pri stalnomvolumenu V2(od 2do 3), uz porasttemperature,obratno vrijedi zaodvoenje toplineiz procesa od 4 do1
Procesi od 3 do 4i od 1 do 2 sutehnike politrope(ekspan. i kompr.izmeu izotermei adijabate)
Otto procesp-v i T-s dijagrami
120
Otto proces
Otto motori mogu biti dvotaktni i etverotaktni
etverotaktni: 4 hoda stapa (klipa) 2 puna okreta osovine
1. takt: Usisavanje smjese zraka i goriva pri hodu klipa od gornje mrtvetoke do donje mrtve toke. U T - s dijagramu donja isprekidana linija(izobara na 0.1 MPa neto manje od atmosferskog zbog otpora priusisavanju zraka)
2. takt: Kompresija gorive smjese oba ventila zatvorena, klip dolazi ugornju mrtvu toku. U p-v i T-s dijagramu politropa kompresije odtoke 1 do 2. Slijedi izgaranje (2-3).
3. takt: Ekspanzija plinova (od gornje do donje mrtve toke) kadasvjeica baca iskru u gornjoj mrtvoj toki hoda klipa (od toke 3 do 4).
4. takt: Ispuh izgorjelih plinova (od toke 4 do 1) zbog otpora zraka ucilindru tlak neto vei od atmosferskog pri istiskivanju. Proces ispuhazavrava u gornjoj mrtvoj toki klipa.
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
17/114
17
121
Sabatheov proces (kombinirani dizelski proces)
1-2 Kompresija istog
zraka adijabatskakompresija
2-2 Usis goriva sasamozapaljenjemuslijed visokihparametara p i T Prvi dio izgaranja -uz V = const (razlika!)
2-3 Drugi dio izgaranja -izobarna ekspanzija
3-4 Adijabatska
ekspanzija
4-1 Ispuh - izohora
Zajedniko za Otto i Sabathe proces: toplina se odvodi tijekom izohore
122
2.2. Fosilna goriva2.2.1. Ugljen i treset
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
18/114
18
123
Postanak ugljena
Ugljen je sedimentna stijena crne ili crno-smee boje. Njegovo stvaranje (procespougljenjivanja)je zapoelo prije 360 milijuna godina raspadanjem biljnihtvari u movarama u mirnim stajaim vodama tijekom milijuna godina.
Pougljenjivanje: obogaivanje materije ugljikom, a osiromaenje duikom,kisikom i sumporom. Uz to smanjuje se sadraj huminske kiseline, a stvaraugljini-dioksid (CO2) i metan (CH4).
Na poetku se organska tvar taloila u mirnoj stajaoj vodi i dolazilo je dotruljenja zbog djelovanja kisika i aerobnih bakterija, a potom i raspadanja uslijeddjelovanja anaerobnih bakterija. U toj fazi je nastao treset.
Nakon toga je slijedilo pougljenjivanje bez prisustva kisika i mikroorganizama.
Pod utjecajem biolokih, fizikalno-kemijskih i geolokih inilaca, koji su semijenjali kroz vrijeme (temperatura, tlak, kemijske karakteristike i koliina vode).
Posljedica je nastanak 4 vrste ugljena: treset, lignit, mrki i kameni
124
Postanak ugljena
Ugljen je najmlae fosilno gorivo, no starost nije mjerilo dozrijevanja
1. kameni nastao prije ~270 mil. godina(do 80 mil. god. prije na sjeveru i 45 mil. god. poslije na jugu)
2. mrki i lignit nastali prije ~70 milijuna godina
Mrki i kameni ugljen se nazivaju se jo i bituminozni ugljen, a lignit smeim.
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
19/114
19
125
Osnovne karakteristike ugljena
1. Kemijski sastavMaseni udjeli: c + h + o + n + s + p + ca + fe + mg + w + a = 1
c ugljika, h vodika, o kisika, n duika, s sumpora, p fosfata, ca kalcija, fe eljeza, mg magnezija, w vlage, a pepela
Pojavljuju se u elementarnom stanju ili u kemijskim spojevima. Duik, vlaga ipepeo su negorivi dijelovi!
2. Gornja ogrjevna mohg
Koliina topline koja se oslobodi potpunim izgaranjem (oslobaanjem kemijskeenergije) 1 kg ugljena uz uvjet da se produkt izgaranja ohladi do temperature
koju su imali gorivo i zrak prije izgaranja uz pretpostavku da je sva vodena parakondenzirala
126
3. Donja ogrjevna mohd
Razlikuje se od gornje samo za toplinu kondenzacije vode
hd = hg- 2,5 (8,937h + w) [MJ/kg goriva]
gdje je: h maseni (postotni) udio vodika, w udio vlage
8,397 [kg] - vode nastaje izgaranjem 1 kg vodika
2,5 [MJ/kg] toplina isparavanja vode pri 273 K
4. Koliina hlapljivih sastojaka: ovisi o vrsti ugljena, a pojavljuju se u oblikuplinova ili para pri ugrijavanju. to je vei udio hlapnjivih sastojaka, potreban jevei volumen prostora za izgaranje uz bolji dovod zraka.
5. Sadraj pepela: koliina neizgorivih sastojaka po kg ugljena. Bitno utjee navladanje ugljena prilikom izgaranja.
6. Koliina ugljika u % suhe suspstance: glavno obiljeje kvalitete ugljena, asuha supstanca se dobiva se nakon odbijanja hlapljivih dijelova i pepela.
7. Koliina vlage u % suhe supstance
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
20/114
20
127
Podjela ugljena
Podvrste kamenog ugljena (ovisno o sadraju hlapljivih sastojaka):antracit 10%, mravi ugljen 11-14%, kovaki ugljen 15-19%, masniugljen 20 28 %, plinski ugljen 29-35 % i plameni ugljen > 35 %hlapljivih sastojaka.
Vrsta ugljenaOgrjevna
mo[MJ/kg]Sadraj
vlage [%]Hlapljivi
sastojci [%]Sadraj
ugljika [%]
Lignit do 12,6 31 60 51 60 65 70
Mrki ugljen 12,7 23, 9 11 30 46 50 71 80
Kameni ugljen 24 37,7 do 10 4 45 81 98
128
PodjelaPodjela ugljenaugljena bez pepela i sumporabez pepela i sumpora
Ugljen
0
10
20
30
4050
60
70
80
90
100
Gustoa
100kg/m3
Ogrjevna
moMJ/kg
Suhoa % Nehlapljivo %
suhoga
Ugljik %
suhoga
Antracit
Mravi kameni
Plameni kameni
Mrki (tvrdi)
Lignit (meki mrki)
Treset
Gustoa
[100 kg/m3]Ogrijevna
mo
Ogrijevna mo
[MJ/kg]
Suhoa
[%]
Nehlapljivo u
[%] suhe sup.
Ugljika u
[%] suhe sup.
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
21/114
21
129
LignitLignit
130
Bituminozni ugljen (mrki i kameni)Bituminozni ugljen (mrki i kameni)
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
22/114
22
131
AntracitAntracit
132
Treset (engl. Peat)
Najmlae fosilno gorivo i ne moe se smatrati ugljenom. Sastoji se od ostatakabiljaka, a nastao je od tresita(uz potpunu izolaciju od zraka). Slojevi tresitarazlikuju se po starosti i biljnoj vrsti.
Slabi treseti su kompaktne mase sa vie ugljika i manje vlage.
Debljina nalazita se kree izmeu 9 i 12 m obino na malim dubinama od 1 do7 m. Izvaeni treset ima veliki postotak vlage (80%), pa se mora osuiti da 25%
vlage. Prosjena ogrjevna motreseta je 9,5 17,5 MJ/kg Znatnija proizvodnja treseta: bivi SSSR i Turska.
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
23/114
23
133
U stvarnosti nema stroge podjele, posebno za loije vrste ugljena
Prema zrelosti:
1. nezreo: treset i lignit
2. zreo: pod-bituminozni i bituminozni (mrki, kameni)
3. visoko zreo: antracit
4. prezreo ugljen: grafit i metamorfozom dijamant
Prema ogrjevnoj moi
23,87 MJ/kg granica za kameni; 12,56 MJ/kg granica za mrki
Prema vidljivosti strukture drveta
1. lignit: ponekad i s vidljivom strukturom drveta
2. mrki: kada vie nije vidljiva struktura drveta
134
Podjela ugljena po nastankuPodjela ugljena po nastanku
Poveanjem tlaka i topline (krozvrijeme) raste sadraj ugljika, aopada sadraj vlage i hlapljivihsastojaka.
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
24/114
24
135
Uporaba ugljena
Za loenje u parnim kotlovimaveeg uina danas se upotrebljava ugljen uonakvom obliku kakav dolazi iz rudnika (rovni ugljen), jer ga prije upotrebe ionakotreba samljeti u ugljenu prainu.
Ugljen koji e posluiti u druge svrhe (loenje u kotlovima malog uina, loenje upojedinanim loitima u kuanstvima, za koksiranje itd.) treba imati odreenugranulaciju, pa se mora sortirati.
Preostali sitni ugljen upotrebljava se u kotlovima veeg uina. Osim toga ugljense upotrebljava i za proizvodnju plinova razliitim postupcima.
Za metalurku industriju od velike je vanosti proizvodnja metalurkog koksa,to je jedna od moguih transformacija ugljena za koju se moe upotrijebiti samougljen odreenih svojstava. Koksiranjem ugljena proizvodi se i koksni plinkojislui kao gorivo.
136
Proizvodnja plina iz ugljena:
1. isplinjavanje: toplina bez zraka
2. rasplinjavanje: kemijski proces nepotpunog izgaranja ugljena u goriveplinove
Plinovi iz ugljena razlikuju se prema sastavu i ogrjevnoj moi:
1. vodeni i generatorski:4,6 do 12,5 MJ/m3 (ugljen)
2. sintezni i redukcijski:~12,5 MJ/m3 (ugljen, teko lo. ulje, primarni benzini prirodni plin)
3. daljinski i gradski:17 do 20 MJ/m3 (koks, loivo ulje i primarni benzin)
4. obogaeni i sintetiki prirodni plin:25 do 37 MJ/m3(ugljen, primarnibenzin)
Podzemno rasplinjavanje mrkog i lignita (zrani, vodeni i vodeni uz dodatakkisika) vea iskoristvost budunost.
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
25/114
25
137Elektrotehniki fakultet Osijek
Oblici potronjeugljena
138
Rezerve i uporaba ugljena po vrstamaRezerve i uporaba ugljena po vrstama
Izvor: World CoalInstitute, 2005
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
26/114
26
139
Rezerve ugljena
Procjene neujednaene:Kameni ugljen do 1200 m dubine, a lignit i mrki do 500 m dubine. Minimalnadebljina sloja 0,3 m.
Za kameni ugljen: SAD iskoristive rezerve do 300 m dubine i 0,7 m debljine, aukupne do 900 m i 0,35 m ukupno.
Za mrki i lignit: SAD 900 m dubine i 0,75 m debljine sloja, a Rusija 600 mdubine i 1 m debljine sloja.
Dva velika pojasa nalazita kamenog ugljena koji okruuju Zemlju:jedanje na sjevernom polu od srednjeg dijela sjeverne Amerike preko sjeverneEurope, pa sve do Kine, a drugi pojas je od junog Brazila preko june Afrikedo istone Australije. Ta nalazita imaju razliiti stupanj pougljenja.
Najvee rezerve mrkog ugljena i lignita nalaze se izmeu 35. i 70.stupnja geografske irine na sjevernoj i junoj Zemljinoj polutci
Utvrene rezerve ugljena na krajuUtvrene rezerve ugljena na kraju 202011.11.
U milijardama tona (i u %)(i u %)
860.9 milijardi tona
Azija i PacifikAzija i Pacifik265.8 (30.9%)265.8 (30.9%)
Sjeverna AmerikaSjeverna Amerika245.0 (28.5%)245.0 (28.5%)
Sredinja i juna AmerikaSredinja i juna Amerika12.5 (1.5%)12.5 (1.5%)
Euroazija: 304.6 (35.4%)Euroazija: 304.6 (35.4%)
Afrika i Bliski istokAfrika i Bliski istok32.9 (3.8%)32.9 (3.8%)
140
Udio svjetskihutvrenih rezerviugljena podravama:SAD 27.6%,Rusija 18.2%,Kina 13.3%,Australija 8.9%,Indija 7.0%,Njemaka 4.7%,Kazahstan 3.9%,Ukrajina 3.9%,Juna Afrika 3.5%
Izvor: BP statistical review 2012
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
27/114
27
141
2.2. Fosilna goriva
2.2.1. Ugljen i treset (dodatno)
OdnosOdnos rezerverezerve ii proizvodnjeproizvodnje ugljenaugljena (R/P)(R/P) 1991.1991. -- 20201111.. po regijamapo regijama
142
R/P po regijama(EU R/P = 97 godina, mala potronja ali uz samo 6.5% rezervi)
Izvor: BP statistical review 2012
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
28/114
28
143
Utvrene rezerve ugljena 1991., 2001. i 2011. (Utvrene rezerve ugljena 1991., 2001. i 2011. (uu milijunima tonamilijunima tona ii %%))
Izvor: BP statistical review 2012Od 2001. do 2011. smanjenje za 12.5%!
144
Ugljen: Proizvodnja i potronja po regijama 1986.-2011. Izvor: BP Statistical Review 2012.
2011.49.4%
svjetskepotronje
2010./2011.
Porast9.7%
2011.49.5%
svjetskeproizvodnje
2010./2011.
Porast8.8%
Ugljen: Pogonsko gorivo kineskog rasta!
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
29/114
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
30/114
30
147
Cijena ugljena na tritima od 1991. do 2011.
Izvor: BP Statistical Review 2012.
148
Kretanje cijena uvoznog ugljena i koksa u HR od 2004. do 2010.
Izvor: Energija u HR 2010.
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
31/114
31
149
Rezerve i proizvodnje ugljena u HR do 2008.
Izvor: Energija u HR 2008.
150
Bilanca ugljena u RH od 1988. do 2010.
Izvor: Energija u HR 2010.
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
32/114
32
151
Postupci dobivanja i uporabe ugljena
1. Iskop: povrinski i pod zemljom
2. Odvajanje od jalovine
3. Sortiranje (
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
33/114
33
153
154
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
34/114
34
155
Ugljen i okoliUgljen i okoli?!?!
Ugroavanje okolia rudnika
Potronja vode
Zagaivanje zraka: CO2, SO2, NOx Zagaivanje okolia TE: pepeo (kancerogen)
Lokalno: zdravlje ljudi i opstanak biosvijeta
Globalno: efekt staklenika i klimatske
promjene Rjeenje: politiko - isti ugljen???
ekoloko - naputanje ugljena!!!
Vie u 4. poglavlju: Energija i okoli
156
2.2. Fosilna goriva
2.2.2. Nafta i prirodni plin
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
35/114
35
157
Postanak nafte i prirodnog plina
Sirova nafta i prirodni plin smjese su razliitih ugljikovodika, ije se molekulesastoje uglavnom od ugljika (C) i vodika (H), a katkad od spojeva s duikom (N),kisikom (O) i sumporom (S)
Pri odreenim tlakovima i temperaturama pojedini spojevi prelaze iz plinovitog utekue agregatno stanje i obratno. U nalazitima mogu biti u plinovitom,tekuem, pa i vrstom agregatnom stanju.
Nastali su od naslaga organskih tvari: bjelanevina, masti i ugljikohidratakaoostatka niskorazvijenih biljnih i ivotinjskih planktona i bakterijakoje suivjele u vodi ili u moru.
Procesom bitumeniziranjau mirnoj vodi s malim koliinama kisika, uz odreenutemperaturu i tlak (deseci milijuna godina).
Nafte ima od prije 280, 90 i 20 milijuna godina.
Pojavljuje se u strogo odreenim uvjetima izmeu sedimentnih stijena (tzv.naftni prozori)
158
Nalazita nafte i prirodnog plina
Pojavljuju se u sedimentnim naslagama (kolektorskim stijenama) mladihgeolokih razina. Gotovo uvijek se u nalazitima zajedno pojavljuju nafta iplin.
DA bi postojalo loeite kod sedimentnih kolektorskih stijena kojesadre naftu vana je
1. Koli ina nafte i prirodnog lina
2. Sustav povezanih pora
3. Mjesti pogodno za nakupljanje
Nafte nema ukoliko
1. Bilo koji uvjet nije ispunjen
2. Postoje pukotine
3. Bez razloga
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
36/114
36
159
Nalazita nafte i prirodnog plina
Vrlo velik znaaj slabo(ne) propusnih stijena, koje omoguuju nakupljanjeugljikovodika, te nemogunost njihove migracije u neke druge slojeve.
Sedimenti na dnu dubokih oceana su samo 1 km debeli: posljedica je danema nafte na 60% zemljine povrine.
Prostor kolektora u kojem se nafta i prirodni plin nakupljaju naziva se zamkaili lovka. Takve prostore nazivamo leitima, a projekcije vie leita nekogpodruja na povrinu zemlje nazivam naftim poljem.
Naftni prozor :2,5 do 4,5 km (60C do160C)
Dubinsko-temperaturni interval u kojem
matina sedimentna stijena generiranajvei dio naftnih ugljikovodika. Naftni
prozor nastaje u temperaturnom podrujuizmeu 60 i 1600C, tj. katagenezi.
160
Leita nafte i prirodnog plinaLeita nafte i prirodnog plina
Postoji nekoliko vrsta leita: slojna, masivna i leita nepravilnih oblika
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
37/114
37
161
Osnovne karakteristike nafte i prirodnog plina
1. Kemijski sastav
Nafta i plin uglavnom se sastoje od tisua parafinskih (alkalnih), naftenskih(cikloparafinskih) i aromatskih ugljikovodika. Meusobno se razlikuju po brojuugljikovih atoma, nainu vezivanja i zasienosti vodikom.
CnH2n+2 parafinski ugljikovodici (lanane veze atoma ugljika)
CnH2n-2k naftenski ugljikovodici (prstenaste veze)
CnH2n-6k aromatski ugljikovodici (prstenaste veze)
Gdje je: n prirodan broj; k+1 broj prstenova ugljika
162
NaftaNafta:: Crno zlatoCrno zlato
BojaBoja,, gustoagustoa,, mirismirisovise oovise o sastavusastavu((lakihlakih ii teihteih ugljikovodikaugljikovodika)!)!
PrirodniPrirodni plinplin
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
38/114
38
163
2. Gornja ogrjevna mohg (kao kod ugljena)
Koliina topline koja se oslobodi potpunim izgaranjem (oslobaanjem kemijskeenergije) 1 kg nafte uz uvjet da se produkt izgaranja ohladi do temperature kojusu imali gorivo i zrak prije izgaranja uz pretpostavku da je sva vodena parakondenzirala
3. Donja ogrjevna mohd (kao kod ugljena)
4. Vrelite
Temperatura kod koje pojedini ugljikovodik prelazi iz tekueg u plinovito stanje.
5. Specifina gustoa
Omjer mase i volumena koju ta masa zaprema.
164
Traenje nafte i prirodnog plina
Ekonomisti i geolozi se ne slau. Povrinska istraivanja zavrena 1960. priemu je nepotpuno istraeno ispod povrine. Buenjese vri kemijski ielektriki, pri emu se danas mjeri 20-ak veliina. Rezultati istraivanja sujavno dostupni.
Kod traenja se i danas koriste Archievi zakoni otkriveni 1947.
1. Rs/Rv= P-2
2. Rnp/Rs= Pv-2
gdje je Rs- otpore stijene ispunjene slanom vodom [/m]; Rv- otpor vode[/m]; Rnp - otpor stijene dijelom ispunjene naftom ili plinom pored vode[/m]; P poroznost stijene (od 0 do 1), Pv dio pora ispunjen vodom
Pnp=1-(Rs/Rnp)1/2/ PDio pora ispunjennaftom ili plinom
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
39/114
39
165
Znanstvene metode za traenje i odreivanje rezervi nafte:
Geofizika: varijacije gravitacije (0,001)
djelotvorno samo kod solnoklinastih leita
Seizmoloka zvuna istraivanja
koristi se od 1930., do 1955. eksplozivom
princip jasan, ali ne i interpretacija
trenutno se koriste raunala i 3D tehnologija (30x vie sondi)
na moru je buenje 10x jeftinije
FFT, obrada podataka i strukturni geolozi
Vrlo su nepouzdane, pa pri traenju kaojedina sigurna metodaostajubrojne bliske buotine
166
1700m1700m
320m320m
420m420m
550m550m
888m888m
909m909m
310m310m
620m620m
930m930m
1240m1240m
1550m1550m
Evolucija tehnologijeistraivakog buenja
Tehnologije istraivakog buenja odkopna prema dubokoj vodi
Evolucija tehnologijeistraivakog buenja
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
40/114
40
167
Metode buenja
1. Mehaniko buenje(udarno, rotacijsko),
2. Termiko buenje (termoelektrino, plazmeno, elektrino, lasersko,termonuklearno),
3. Akusti ko buenje,
4. Erozijsko buenje,
5. Kombinirano
Udarno buenje
Slobodnim padom dlijeta koje pada s odreene visine(s njihala) ime se postie razruravanje stijene, uz
uklanjanje krhotina.Nedostaci :polagano napredovanje i nemogunostprodiranja duboko u stijenu (najvie do 540 metara).
168
Rotacijsko buenje
Suvremeniji nain buenja odnosno razruavanja stijena.
Postrojenje se sastoji odpogonskih ureaja koji daju energiju za rotiranjeelinihcijevi (svrdla) na dnu kojih se nalazi glava (dlijeto) za rotacijsko buenje.
Sadri :- sustav za podizanje i
sputanje cijevi iglave za rotacijskobuenje,
- sustav za otklanjanjekrhotina, te
- sustav protiverupcije koji u sluajuprevelikog tlakazatvara buotinu.
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
41/114
41
169
Metode buenja vrste dlijeta
Vrste dlijeta (glava) za rotacijsko buenje
Lopatasta rvanjska Bradaviasta Dijamantnarvanjska
Materijali za glave (dlijeta) elini zubi tungsten ugljik
dijamantni kompaktni premaz
Do 80000 (jedna za 2km)
170
Metode buenja - problemi
Buenje najvea prepreka istraivanju
od 300 do 2 m/dan
potrebna snaga za crpljenje 1500 kW/m, a za buenje 20 kW/m
Cijena ugovorno (60 /m)
50% buenje i 50% priprema za crpljenje
Preko 2,5 km posebno veliki tlak (mjesta s preteno prirodnim plinom)
Nesree na buotinama
hidrogensulfid H2S (otrovan kao i hidrogen cijanid)
poari,
neposredni okoli
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
42/114
42
171
Metode buenja napredne metode
Fleksibilno buenje cijev 5-8 cm (u perspektivi ire) buenje po strani (revolucija) turbina na vrhu - izum Rusa
172Model modernog
naftnog polja
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
43/114
43
173
Proizvodnja nafte iz podmorja
Procjenjuje se da je od ukupnih svjetskih rezervi nafte oko jedna etvrtina upodmorju.
Najvie uz obalu Kalifornije, vodama Aljaske, u Sjevernom moru, uz obaluAustralije i Indonezije, uz obalu zapadne Afrike, istonu i sjevernu obaluJune Amerike, u Perzijskom zaljevu.
Prednost zaliha nafte u podmorju je jeftinije crpljenje.
Platforme:- fiksne (do 300 m dubine)s fleksibilnim tornjem-BT towersamopodizne jack ups elinim tapovima
steel template jacket- pomine (lanci za sidrenje)
174
Crpljenje nafte
1. Primarno crpljenje (prirodna erupcija): ucementiranaelina cijev (18 cm), eksplozije otvaraju rupe (6-12 x2,5cm): hidrofrakturiranje, gelovi, pjena i drugo
2. Sekundarno crpljenje(pospjeivanje dotoka):pomou dubinskih crpkivoda (koef. ekstr. do 60%),
prirodni plin iznad nafte (oko 40%), pr. plin u nafti (do20%). Sekundarno crpljene neophodno prije ilikasnije.
3. Tercijarno crpljenje(podizanje plinom): Omjerizmeu pridobivene nafte i ukupnih rezervi naziva sekoeficijent ekstrakcije i na njega se moe utjecatipasivnim metodama (dodatnim buotinama,poveanjem dubine i obnovom buotina) te aktivnimmetodama (mehanika ekstrakcija, utrcavanje vode,plinova, kao i termike metode).
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
44/114
44
175
Za iscrpljivanje do koeficijenta ektrakcije preko 60%nuno:
potapanje parom
potapanje s CO2 ili CO (otopljenim u vodi)
potapanje tekuim butanom ili propanom (100%djelotvorno u posebnim prilikama ali skupo i rizino)
potapanje deterdentom (malo, za tanje slojeve)
vatra (utisk. zraka i paljenje, sumporna kiselina!)
Svaka metoda ima svoju optimalnu primjenu
Utiskivanje CO2predstavlja izbor kada niti jedna drugatercijarna metoda nije dobra.
Sve navedene metode su razvijane dugo i s puno novca. Tehnologijamapoveanja iscrpka nafte se dobije oko2% od ukupnog iscrpka, no unatotomeu leitima ostaje do 40% neiskoristivih zaliha nafte. Neto dramatino novo(efikasno i jeftino) nije za oekivati!
176
Uporaba nafte i prirodnog plina:
Sirova se nafta ne upotrebljava uprirodnom obliku, vese podvrgavapostupku destilacijei naknadnimsekundarnim postupcima (rafinerijesirove nafte) kako bi se odijeliliderivati nafte:
1. Rafinerijski plin,2. Ukapljeni plin,
3. Laki kapljeviti derivati (bezini)
4. Srednji kapljeviti derivati(petrolej, plinska i laka loiva ulja)
5. Teki kapljeviti derivati(teka loiva ulja - mazut,neenergetska potronja).
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
45/114
45
177
Rafinerijski plin (metan, eten, etan i vodik) kao najlaki plinoviti produkt nafte, te
ukapljeni plin (propan, butan) upotrebljavaju se kao goriva u loitima. Laki derivati (benzini) smjesa su lakih ugljikovodika parafinskog, aromatskog,
olefinskog i naftenskog reda, a slue za pogon benzinskih motora s unutarnjimizgaranjem, Otto motori.
Petrolejuglavnom za rasvjetu, te pogon plinskih turbina, osobito turbomlaznihaviona), ogrijevna mo43 MJ/kg.
Srednji derivati slue za pogon dizelskih motora i kao ekstralako loivo ulje ukuanstvima.
Teki derivati rabe se u loitima i parnim kotlovima.
Osim toga u rafinerijama se proizvodi niz drugih energetskih i ne-energetskihproizvoda.
Iz prirodnog plina najee se u degazolinaama odvajaju laki ugljikovodici, akoih sadri prirodni plin, a preostali se "suhi" prirodni plin upotrebljava kao gorivo ikao sirovina u industriji.
178
Gornja ogrjevna monekih fosilnih goriva iderivata
Koliina topline u [MJ]osloboena izgaranjemkg/m3/l goriva ili derivata priatmosferskom tlaku od
1,013 bar i na temp. od0oC, uz potpunukondezaciju vode.
GorivoGornja ogrjevna mo
(Gross Calorific Value - GCV)MJ/kg ili MJ/m3 ili MJ/l
Kruta goriva
Ugljen 15,0- 27,0 MJ/kg Antracit 32,5 34,0 MJ/kg Bituminozi ugljen 17,0- 23,2 MJ/kg Koks 28,0 31,0 MJ/kg Lignit 16,3 MJ/kg Treset 13,8 - 20,5 MJ/kg Suho drvo (usporedba) 14,400 - 17,400 MJ/kg
Tekua goriva
Dizel 44,8 MJ/kg Etanol 29,7 MJ/kg Benzin 47,3 MJ/kg Biljno ulje 39,0 - 48,0 MJ/kg Petrolej 43,0 MJ/kg Plinsko ulje 38,0 MJ/l Teko loivo ulje 41,2 MJ/l Kerozin 35,0 MJ/l
Plinovita goriva
Prirodni plin 43,0 MJ/m 3
Metan CH4 55,5 MJ/kg=39,8 MJ/m3
Propan C3H8 50,3 MJ/kg =101,000 MJ/m3
Butan C4H10 49,5 MJ/kg =133,0MJ/m3
Gradski plin 18,0 MJ/m 3
Vodik 141,8 MJ/kg =13,0 MJ/m 3Izvor:
EngineeringToolBox
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
46/114
46
Utvrene rezerve nafte na krajuUtvrene rezerve nafte na kraju 202011.11.
U milijardama barela (i u %)(i u %)Galon (USA) 1 [gal] = 3,785412 [l] = 0,8327 galona (UK)
Barel nafte [bbl] = 0,1589873 [m3] = 158,9873 [l] = 42 galona (USA) = 35 galona (UK)
1652.6 milijardi barela
441.31.3(2.5%)(2.5%)
217.5217.5(13.2%)(13.2%)
325.4325.4
(19.7%)(19.7%)
132.4132.4(8.0%)(8.0%)
14141.11.1(8.5%)(8.5%)
795795(48.1%)(48.1%)
179
Svjetske utvrene rezerve naftedominantno na Bliskom istokuuz snaan porast u Venezueli.
Izvor: BP statistical review 2012
Utvrene rezerve plina na krajuUtvrene rezerve plina na kraju 202011.11.
U bilijunbilijunimima ma m33 (i u %)(i u %)
Svjetske utvrene rezerve naftedominantno na Bliskom istoku iEuroaziji (najvie Rusija i Turkmenistan). 208.4 bilijuna m3
16.816.8
(8.0%)(8.0%)
10.810.8(5.2%)(5.2%)
7.67.6(3.6%)(3.6%)
14.514.5(7.0%)(7.0%)
78.778.7(37.8%)(37.8%)
180
80.080.0(38.4%)(38.4%)
Izvor: BP statistical review 2012
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
47/114
47
181
2.2. Fosilna goriva
2.2.2. Nafta i prirodni plin (dodatno)
182
Nafta: Proizvodnja i potronja po regijama 1987.-2012.
Izvor: BP Statistical Review 2013
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
48/114
48
183
OdnosOdnos rezerverezerve ii proizvodnjeproizvodnje naftenafte (R/P)(R/P) krajemkrajem 20201212..
Svjetske utvrene rezerve (R) i godinja proizvodnja (P) nafte (umilijardama barela):
Od 2008. (svjetska kriza) poinje istovremeno sporiji porast potronje(svjetska ekonomska kriza) uz znaajniji porast utvrenih rezervi uposljednjem desetljeu (350 milijardi barela), a osobito u Venezueli u 2011.
(Orinoco belt 220 milijardi barela) Na bliskom istoku tijekom posljednjih 30 godina znatno je poveana
proizvodnja (OPEC ini 72.6% svjetske proizvodnje) , to je znatno smanjiloprocjenu trajanja rezervi u toj regiji s oko pola svjetskih rezervi.
Izvor: BP statistical review2008 - 2012 1998. 2008. 2009. 2010. 2011. 2012.
R [x109barela] 1068.5 1258.0 1333.1 1383.2 1654.1 1668.9
P [x109 barela/god] 26.8 29.9 29.2 29.9 30.5 31.5
R/P [god] 39.9 42.1 45.7 46.2 54.2 52.9
Izvor: BP statistical review 2009 - 2013
OdnosOdnos rezerverezerve ii proizvodnjeproizvodnje naftenafte (R/P)(R/P) 1982.1982. -- 20201212.. po regijamapo regijama
184
Napomena: EU ima samo 0.4% rezervi, a R/P = 12.1 godina i to zahvaljujui krizi (smanjenjupotronje), prelasku na druge energente (OIE) i mjerama energetske uinkovitosti
Izvor: BP statistical review 2013
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
49/114
49
185
Utvrene rezerve nafte 1991., 2001. i 2011. (Utvrene rezerve nafte 1991., 2001. i 2011. (uu milijardmilijardamaama barelabarela ii %%))
0.8 % 0.7% 0.4% Izvor: BP statistical review 2012
186
Prirodni plin: Proizvodnja i potronja po regijama 1987.-2012.
Izvor: BP Statistical Review 2013
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
50/114
50
OdnosOdnos rezerverezerve ii proizvodnjeproizvodnje prirprir. plina. plina (R/P)(R/P) 1992.1992. -- 20201212.. po regijamapo regijama
187
Rezerve i R/P u svijetu: Svijet 187.3 = 55.7 god, OECD 10.0% = 15.4 god (EU 0.9% = 11.7 god),Non OECD = 90.0% = 78.4 god (bivi SSSR 29.1% = 71.0 god, bliski istok 43.0% = 146.9 god)
Izvor: BP statistical review 2013
188
Utvrene rezerve prirodnog plina 1991., 2001. i 2011. (Utvrene rezerve prirodnog plina 1991., 2001. i 2011. (uu bilijunbilijunimima ma m33 ii %%))
2.9 % 2.1% 0.9% Izvor: BP statistical review 2012
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
51/114
51
189
Rezerve nafte i prirodnog plina u HrvatskojRezerve nafte i prirodnog plina u Hrvatskoj
Rezerve nafte i kondezata (bilanne) izvor: Energija u Hrvatskoj 2010.
Oekivano iskoritenje bilannih rezervi: 10481,6 x(0,80 do 0.95 tona/m3)/720,4= 12 do 14 godina!
Rezerve plina (bilanne) [106 m3] izvor: Energija u Hrvatskoj 2010.
Oekivano iskoritenje utvrenih rezervi: 31587,1/2727,2 = 12 godina!
190
Energetska bilanca sirove nafte u Hrvatskoj
Izvor: Energija u Hrvatskoj 2010.
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
52/114
52
191
Energetska bilanca prirodnog plina u Hrvatskoj
Izvor: Energija u Hrvatskoj 2010.
192
Plinski transportni sustavu Hrvatskoj
Izvor: Energija u Hrvatskoj 2010.
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
53/114
53
193
HubbertovHubbertov maksimummaksimum naftenafte ((dodatnododatno))
M.K. Hubbert (1903-89) geofiziar
1956. upozorio na maksimum nafte
pogodio za SAD 1970.
isto vrijedi za cijeli svijet
Usporedba: SAD (6,7 Mbl/d 550.000 crpilita), a SaudijskaArabija (10,8 Mbl/d 1500 crpilita)
Ozbiljna predvianja maksimuma
2000 do 3000 milijardi barela nafte godinjeza 5 do 15 godina
194
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
54/114
54
195
196
CijenaCijena sirovesirove nafte 1nafte 1861.861. -- 2011.2011.
Izvor: BP statistical review 2012
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
55/114
55
197
Maloprodajne cijene derivata nafte u HR 1998. 2010.
Izvor: Energija u Hrvatskoj 2010.
198
Nekonvencionalni spas!?
Bitumenozni pijesak(mrtvo naftno polje): smjesa pijeska, mineralnih tvari,vode i bitumena. Sadraj ulja odnosno bitumena iznosi od samo nekolikolitara do 600 litara na tonu tvari.
Uljni kriljevci(neroena nafta): sedimentno stijenje sa veim ili manjimsadrajem organske tvari (ulje ili kerogen) rasprene u obliku mikroskopskihestica
Problem je u kvaliteti i cijeni! Za prirodni plin ima potencijala u dubini, zapadni Sibir 1/3 svjetskog prirodnog
plina.
Hidrati metana(nalaze se u morskom dnu) takoer predstavljaju potencijal
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
56/114
56
199
Bitumenozni pijesakBitumenozni pijesak
Uljni kriljevciUljni kriljevci
200
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
57/114
57
201
Nafta, plin i okoli
Ugroavanje okolia crpilita, transporta i transformacije
Zagaivanje zraka: CO2, SO2, NOx
Lokalni utjecaj: zdravlje ljudi i opstanak biosvijeta Globalni utjecaj: efekt staklenika i klimatske promjene
Vie u 4. poglavlju: Energija i okoli
202
2.3. Nuklearna goriva2.3.1. Fisija
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
58/114
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
59/114
59
205
Energija vezanja; razlika mase; E = m c2
Bnuclear = [ZmHc2+ Nmnc2] [mAc2]
Z broj protona, N broj neutrona
206
Osloboenaenergija
vezivanjajezgre
Atomska masa
Energijaosloboenau fuziji
Energija oslob.u fisiji
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
60/114
60
207
Radioaktivnost
Nestabilnost velikih jezgri:protonska i neutronska linijaobiljeavaju podruje spontaneemisije p ili n.
Radioaktivnim raspadom uzoslobaanje energijejezgre iduka stabilnosti.
Radijacija (zraenje): , , , , , , , ,
jezgra He (2p+2n)2p+2n) listlistpapirapapira
elektron ili pozitron
nekoliko mm metala foton velike energije nekoliko cm olova
zraenje
zraenje
208
Fisija
Fisijska lanana reakcija ostvaruje se slobodnimneutronima koji izazivaju raspad drugih jezgara.
Vrijeme poluraspada(poluivota) T1/2: onaj vremenski interval u kojem seraspadne polovina jezgara radioaktivne tvari
Prirodna nuklearna goriva (radioaktivni nizovi) za fisijusu uran (U) i torij
(Th).Uran (23892U i 23592U) i Torij (23290Th)
Vrijeme poluraspadaT1/2= 4,5109, 0,7109 i 14109god.)
zavravaju olovom (20682Pb, 20782Pb i 20882Pb)
Pri raspadu izotopa urana U-235 oslobaa se prosjeno 2,5 neutrona, te seistovremeno dio nuklearne energije pretvara u toplinu.
Izotop U-235 jedino je nuklearno gorivo koje se pojavljuje u prirodi, no uprirodnom uranu ima ga samo 0,7%.
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
61/114
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
62/114
62
211
Th-232, T1/2=14109god.
t
entn
=
0)(
2ln2/1 =T
Vrijemepoluraspada
Dobivanje nuklearnih goriva
212
Kod fisijske lanane reakcije energija se pojavljuje najvie kao kinetikaenergijanovih izotopa, potom neutrona i energija zraenja
Samo manji dio pretvara se u unutarnju termiku energiju,
Primjer:
U-235 ima 235 atomskih jedinica mase, a u energiju se pretvara samo 0,216jedinica mase ili oko 0,1% mase te pri tome daje energiju od 82109J.
Samostalno odravanje raspada jezgara zasniva se na pojavi da se nakonraspada jedne jezgre pojavi najmanje jedan neutron sposoban izazvati raspadjezgre.
Meutim, u prosjeku raspadom jezgre U-235 nastaje 2,5 neutrona. Broj raspadnutih jezgara rast e po zakonu2n, gdje je n broj sukcesivnih raspada(broj generacija neutrona).
Lanana reakcija (nekontrolirana) je ispunjena u atomskoj bombi, koja je uprvoj izvedbi bila izgraena odistog U-235.
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
63/114
63
213
Fisija urana i lanana reakcija
214
Uporaba nuklearnog goriva
Nuklearna energija, prema dananjem tehnikom razvoju, transformira se uunutarnju energijunositelja energije (fisija), a zatim u mehaniku i elektrinuenergijupomou parnih turbina i elektrinih generatora.
Pritom nuklearni reaktori preuzimaju funkciju parnih kotlova.
Uran kao nuklearno gorivo moe biti u svojem prirodnom obliku ili kaoobogaeni uran.
1. U reaktoru s prirodnim uranom smjesa: 99,282 % U-238, 0,712 % U-235 i0,006 % U-234.
2. U reaktoru s obogaenim uranom smjesa U-238 i U-235, ali s veimpostotkom U-235 nego u prirodnom uranu.
3. U oplodnom reaktoru koristi se i prirodni i obogaeni uran, ali i osiromaeniuran(mogue i iz ostalih reaktora - kojima je to istroeno gorivo) pripremljenkao oplodni materijal uz poveanje iskoritenja goriva za oko 60 puta.
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
64/114
64
215
Ciklus uporabe urana kao nuklearnog goriva
Elektrotehniki fakultet Osijek
reaktori s
obogaenim
uranom
216
Obogaivanje urana
1. Plinska difuzija
iz uranove rude najprije se mehaniki ikemijski dobiva plin U3O8(uranovoksid), koji se potom pretvara se u UF6(uranov heksafluorid) i zatim potiskujekroz porozne barijere, kinetikaenergija molekule plina ovisi otemperaturi, manja masa vea
brzina, kretanje kroz porozne barijerebre, en. intenzivno (10%).2. Centrifuge
radijus kruenja ovisi o masi, veamasa vei radijus, manje energetskiintenzivno, ali sloenije
3. Lasersko
energetski nivo staza elektrona ovisi omasi jezgre, jo u razvoju
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
65/114
65
217
Stavljanje reaktora u pogon, rad i obustavljanje
U nuklearnom reaktoru zahtjeva se kontrolirana lanana reakcija. Potrebne su posebne tehnike mjere da
neutron proizveden raspadom jedne jezgreizazove raspad druge.
Ako sa n2oznaimo broj neutrona u nekojgeneraciji, a sa n1 njihov broj u prethodnojdefinira se faktor multiplikacije k, kao:k = n2 / n1
Kontrolirana fisijska lanana reakcija unuklearnom reaktoru
Pri stavljanju reaktora u pogon mora biti k > 1.
Kad je dostignut broj neutrona u jedinici
vremena nuan za potrebnu snagu (radreaktora) mora se odravati konstantnostbroja neutrona, tj. k = 1.
Pri obustavljanju rada reaktora broj neutronamora se smanjivati, tj. k < 1.
218
Nuklearni reaktori
Klasifikacija prema:
nuklearnom gorivu, moderatoru(sredstvukoje kontrolira lananu reakciju usporavaneutrone) i prema rashladnom sredstvu.
1. Grafitni reaktori
1.1. Reaktor hlaen ugljinim dioksidom(GCR Gas Cooled Reactor)
1.2. Usavreni reaktor hlaen ugljinimdioksidom (AGCR Advanced GCR)
1.3. Visokotemperaturni plinom hlaenreaktor (HTGR High Temp. GCR)
GCR
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
66/114
66
219
2. Lakovodni reaktori
2.1. Lakovodni reaktor s vodom podtlakom (PWR PressurizedWater Reactor)
2.2. Lakovodni reaktor s kipuomvodom (BWR Boiling WaterReactor)
3. Tekovodni reaktori
4. Oplodni reaktori
Poveanje koritenjaurana do 60 puta
PWR
Oplodni reaktors tekuim natrijem
220
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
67/114
67
221
Nuklearno gorivo (gorivne elije)
Ogrjevna mo
35 GWd/t goriva (3,2% obogaenje)
6 GWd/t prirodnog U
1 tU= 0,5 PJ
222
Reprocesiranje istroenog goriva
Kemijsko izdvajanje neiskoritenog urana i plutonija
drobljenje tableta goriva, otapanje u duinoj kiselini, organska otapalaza uran i plutonij, dodaci pomau taloenju plutonija
Poveava opasnost od proliferiranja nuklearnih materijala, istodobnosmanjuje problem odlaganja radioaktivnog otpada
30% poveanje dostupne energije (cijena NE), vano za tehnologiju oplodnih
reaktora
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
68/114
68
223
Dokazane svjetske rezerve urana2009. u [1000 tU] Izvor: IAEA, 2010.
Rezerve fisijskog nuklearnog goriva u Zemlji
Uran u prirodi sadri samo 0,7% 235U Utvrene rezerve urana: 5,3 Mt(ispod 130
$/kg), krajem 2011.
Dodatno po cijeni od 130-260 $/kg): 1.8 Mt
Cijena na tritu u 2011. prije Fukushime 165-169 $/kg, dan poslije 150 $/kg, a krajem godine132-135 $/kg
danas se koristi ruda koncentracije 1kg/t , imaga dovoljno, ali u malim koncentracijama
Potencijalne rezerve: 10.43 Mt
Rezerve Torija 6-7 Mt (zasad samodemonstracijska postrojenja)
Proizvodnja 2010. 54670 tU = 0,055 Mt
Potronja 2010. 63 875 tU = 0,064 Mt
Izvor: IAEA, 2012.
Razdioba dokazanih svjetskih rezervi urana 2009. < 130 $/kgU
224
Izvor: IAEA, 2010.
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
69/114
69
225
Napomene uz rezerve urana
Nuklearna fisijska energija nije jako ovisna o gorivu. Dananja tehnologija poteini treba oko105manje goriva od npr. fosilnih elektrana na ugljen.
Trenutno omjer resursa i koritenja (proizvodnje/potronje) je preko (R/P (130$/kgU,te se ne koriste. Procjena oko 8 Mt iz fosfata i sl. (prvo postrojenje -UraniumEquities Limited iz Australije - iz fosfatne kiseline razmjenom iona poelo raditi usvibnju 2012. komercijalizacija oko 2015.?)
Brzi oplodni reaktori unose faktor iskoritenja urana od preko 50 puta! (uzdokazane rezerve dovoljno za preko 6000 godina, a uz potencijalne za preko18000!)
226
Fizijski nuklearni reaktori krajem 2011.
U pogonu krajem 2011.:435 reaktor (2010: 441) ukupna instaliranasnaga 369 GW (2010: 375 GW ) u 30zemalja
Gaenje 13 reaktora zbog Fukushime2011.: sva 4 reaktora u Fukushimi, ali i 8 uNjemakoj (stav javnosti)
Novi reaktoru u pogonu 2011.: 4 reaktora
u Kini, te po jedan u Indiji, Iranu, Pakistanui Rusiji
U izgradnji krajem 2011.: 65 reaktorareaktora ukupne instalirane snage 62 GWu 15 zemalja
2011. ukupna proizvodnja elektrineenergije 2518 TWh (2010: 2630 TWh) toje 12,3 % elektrine energije i 4,9%primarne energije (BP statistical review),
Stanje reaktora2010.
Zemlja
U pogonu U izgradnji
Broj Snaga
MWBroj
SnagaMW
Argentina 2 935 1 692Armenija 1 375 - -Belgija 7 5,934 - -Brazil 2 1,884 1 1,245Bugarska 2 1,906 2 1,906Kanada 18 12,569 - -
Kina 13 10,048 23 24,010eka 6 3,678 - -Finska 4 2,716 1 1,600Francuska 58 63,130 1 1,600Njemaka 17 20,490 - -Madarska 4 1,889 - -
Indija 19 4,189 4 2,506Iran - - 1 915Japan 54 4 6,823 2 2,650Juna Korea 21 18,665 5 5,560Mexico 2 1,300 - -Nizozemska 1 487 - -Pakistan 2 425 1 300Rumunjska 2 1,300 - -Rusija 32 22,693 11 9,153Slovaka 4 1,762 2 782Slovenija/Hrvatska 1 666 - -
Juna Afrika 2 1,800 - -panjolska 8 7,516 - -vedska 10 9,303 - -vicarska 5 3,238 - -Tajvan 6 4,980 2 2,600Ukrajina 15 13,107 2 1,900Velika Britanija 19 10,097 - -SAD 104 100,683 1 1,165Ukupno 441 374,692 60 58,584
Izvor: IAEA, 2010. do 2012.
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
70/114
70
227
Fisijski nuklearni reaktori, mapa, stanje 2005.
228
Nuklearna energija: Potronja po regijama 1987.-2012.
Izvor: BP Statistical Review 2012/2013
Nuklearna energija 2011. /2012.(nakon Fukushime):
U 2011. svjetska proizvodnja (potronja) nuklearneenergije pala za 4.3%, a u 2012. za dodatnih 6.9%!
Od toga najvei % pad: Japan (2011.:-44.3%;2012. -89% uk.)
Ostali (2011.): Njemaka (-23.1%); Argentina
(-11.9%), panjolska (-7.0%)
Najvei % porast (2011.)Mexico (+71.6%); Hong Kong (+39.6%);Pakistan (+39.6%); Kina (+16.9%)
Najvei potroai u Mtoe (2011.):SAD 188.2; Francuska 100.0;Rusija 39.2; Japan 36.9; Juna Koreja 34.0Njemaka 24.4; Kanada 21.4; Ukrajina 20.4;Kina 19.5; Velika Britanija 15.6;vedska 13.8, panjolska 13.0
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
71/114
71
229
Proizvodnja elektrine energije iz nuklearnih elektrana 2009. (svijet 16%)
Izvor: IAEA, 2010.
Radi usporedbe:
Litva: 76.2%Japan: 28.9%Njemaka: 26.1%Kina: 1.9 %
230
Proizvodnja el. en. iz nuklearnih elektrana 2011. nakon Fukushime (svijet 12,3%)
Izvor: IAEA, 2012.
Litva 0%:gaenje NTE Ignalina 31.12.2009. (EU)Japan 18.1%: gaenje NTE Fukushime 1-4Njemaka 17.8%: gaenje 8 reaktora:Biblis A and B, Brunsbttel, Isar-I, Krmmel,Neckarwestheim-1, Philippsburg-1 i UnterweserKina 1.9%:4 nova reaktora, ali stagnacija zbogugljena!
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
72/114
72
231
Osnovni
imbenici vezani uz daljnjuuporabu nuklearne energije
potreba za energijom, dostupnost i cijena fosilnihgoriva, konkurentnost i dostupnost ne-fosilnihizvora
problemi zagaivanja zraka, globalnogzagrijavanja, odrivog razvoja
briga za sigurnost energetske opskrbe,organizacija proizvodnje (utility)
stav javnosti, razvoj tehnologije
rjeavanje pitanja otpada
sigurnosti reaktora u Istonoj Evropi, borbi protiv proliferacije
odravanju nune tehnike ekspertize
Nuklearna katastrofa u ernobiluNuklearna katastrofa u ernobilu26.04.1986.26.04.1986.
irenje radioaktivnog oblakairenje radioaktivnog oblaka
Do sada kod 27 % od 200.000Do sada kod 27 % od 200.000spasioca nastupio invaliditet.spasioca nastupio invaliditet.
232
Nuklearna nezgoda u Fukushimi
11.03.2011. u 05:46 UTC, potres magnitude 9.0po Richteru i slijedi Tsunami s elom vala od 11do 14 metara
Automatski sustav u NTE Daiichi, Fukushimauspjeno ulae kontrolne ipke u tri reaktora upogonu (kao i priuvne dizelske generatore zapotporu hlaenju
Po udaru tsunamija ostaje raditi samo jedangenerator, ogranieno hlaenje, bez izravnekontrole reaktora, gotovo bez instrumentacije
Raste temperature i dolazi do eksplozije vodikau reaktorima 1, 2 i 4 i mogue proliferacijeradioaktivnog goriva u 1, 2 i 3
Zbog porasta radionuklida u atmosferievakuacija u promjeru od 20 km (i ire, na slici)
16.12.2011. stabilizacija: stanje hladne obustavepogona (temp. u reaktoru ispod 100 oC)
Nuklearna nezgoda uNuklearna nezgoda u FukushimiFukushimi11.03.2011.11.03.2011.
podruje evakuacijepodruje evakuacije
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
73/114
73
233
2.3. Nuklearna goriva
2.3.1. Fisija (dodatno)
234
Fisijski produkti (produkti raspadanja)
Tijekom lanane reakcije raspadale su se jezgre U-235 i U-238, a dio sejezgara U-238 uhvatom neutrona pretvorio u plutonij. Po toni istroenoggoriva potroeno oko 25 kg U-235 i oko 24 kg U-238.
Tokom rada proizvedeno je oko 35 kg produkata raspadanja, oko 9 kgplutonija, dok se ostatak sastoji od izotopa urana (najvie U-238).
Materijali u istroenom gorivu su radioaktivni, te se spontano raspadaju i
nakon to je gorivo izvaeno iz reaktora. Radi se o smjesi razliitihradioaktivnih izotopa od kojih neki imaju vrlo kratka, a neki i vrlo dugavremena poluraspada.
Generirana snaga produkata raspadanja nakon obustave reaktora:
P0 snaga reaktora prije obustave, t0 vrijeme rada reaktora u danima, t vrijeme rada i obustave u danima
])[(0061,0 2,02,0
00
= tttPP
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
74/114
74
Smanjivanje aktivnosti jezgre reaktorasnage 1100 MW nakon obustave pogona
235
Radi oslobaanja topline mora se istroeno gorivo najmanje nekoliko mjeseci
hladiti prije bilo kakvog postupka s takvim gorivom. Hlaenje: u dubokim bazenima u
kojima se gorivo nalazi ispod slojaod nekoliko metara vode (i kaozatita od radioaktivnog zraenjai kao rashladno sredstvo).
Gorivo koje je odlealo vie godina ubazenima moe se spremiti i usuha spremita jer vie nije potrebnotako efikasno hlaenje budui darazvijena toplina s vremenom postajesve manja.
Konano ipak treba istroeno gorivoodloiti u spremita u kojima estalno ostati i tokom sljedeih stoljea.
236
Odlaganje nuklearnog otpada
nisko radioaktivni otpad kole, bolnice,industrija, nuklearna elektrana
visoko radioaktivni otpadradijacija: fisijski produkti, aktinidi otrovnost,problem ovisan o nainu odlaganja
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
75/114
75
237
Visoko radioaktivni otpadVisoko radioaktivni otpad
fisijski produkti Aktinidi
Nuklidi Poluraspad (god.) Nuklidi Poluraspad (god.)
Sr-90 28,8 Np-237 2,110 6
Tc-99 210.000 Pu-238 89
Ru-106 1,0 Pu-239 2410 3
Sb-125 2,7 Pu-240 6,810 3
Cs-134 2,1 Pu-241 13
Cs-137 30 Pu-242 0,3810 6
Pm-147 2,6 Am-241 458
Sm-151 90 Am-243 7,610 3
Eu-155 1,8 Cm-244 18,1
238
FPMA + FP
Spent fuel(Pu + MA + FP)
Natural uranium ore
Time (years)
Relativeradiotoxicity
FPMA + FP
Spent fuel(Pu + MA + FP)
Natural uranium ore
Time (years)
Relativeradiotoxicity
Radioaktivnost kroz vrijeme
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
76/114
76
239
Proizvodnja el. energije karateristike NE
Karakteristino visoki
investicijski trokovi Znatno manja ovisnost trokova
o gorivu mala potronja ivisoki faktor optereenja (nasvjetskoj razini oko 80%)
Relativno mali trokoviodravanja i pogona po kWh(zbog velike koliineproizvedene energije)
Bez emisije CO2
Znaajniji dekomisijski trokovi,te trokovi odlaganja istroenog
goriva (radioaktivnog otpada)
240
Radni vijek fisijske nuklearne elektrane godine ulaska u pogon
Izvor: IAEA, 2012.
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
77/114
77
241
Radni vijek fisijske nuklearne elektrane starost reaktora u pogonu
Izvor: IAEA, 2012.
242
Potronja nuklearne energije u svijetu- predvianja do 2050.
Moratorij na izgradnju nuklearnih elektrana : Belgija, Njemaka, Nizozemska,panjolska, vedska
Nakon Fukushime: Njemaka donijela zakon (06.2011. o postpunom trajnomgaenju svih reaktora do 2022.)
Bez moratorija: Finska, Francuska, Velika Britanija
Do danas u Hrvatskoj postoji moratorij ne samo na izgradnju NE, vei na
istraivanja!!! Tendecija ukidanje moratorija. Zemlje u razvoju: porast izgradnje i udjela, osobito Kina
Tri scenarija IEA vezano uz klimatske promjene (vie u 4. pog.):
1. Scenarij trenutnih mjera uzima u obzir one mjere koje suformalno usvojenedosredine 2010. (Kyoto protokol...)
2. Scenarij novih mjera pretpostavlja opreznu primjenu nedavno najavljenih obveza iplanovanpr. EU3x20 i sl.
3. Scenarij 450usklaen s ciljem ogranienja u porastu temperatura za 2OC(scenarij2OC)
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
78/114
78
CO2 emisije i mjere za postizanje scenarija 450 (2OC)
243
Najvanije mjere: energetska uinkovitost (4. pog.), potom OIE (3. pog.), paCCS (hvatanje i spremanje ugljika) (4. pog.)
Nuklearna energija ograniena mjera (9%) stav javnosti i pitanje sigurnosti osobito nakon Fukushime kraj, stagnacija, porast?
Nuklearna energija kao mjera borbe protiv klimatskih promjena
Izvor: IEA, WEO 2010.
244
Procjena koritenja nuklearne energije do 2030.
Izvor: IAEA, 2012.
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
79/114
79
245
PregledPregled
Prirodan neobnovljiv izvor energije
Sloena razvijena tehnologija
Kontroverzna prihvatljivost - potrebe i rizici
Znaajan izvor elektrine energije danas
Veliki potencijal za budunost
Jedini stvarni potencijal za borbu protiv CO2
Zamreni trokut tehnologije-javnosti-politike
Budunost neizvjesna
Ogroman potencijal: fuzija!
246
2.3. Nuklearna goriva2.3.2. Fuzija (dodatno)
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
80/114
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
81/114
81
249
Sunce
Termonuklearna fuzija vodika4 H prelazi u He
Pozitron
Neutrino
DeuterijVodik
Helij 4
Helij 3
Termonuklearno:pribliavanje dva pozitivna naboja
zahtjeva veliku brzinu = veliku temperaturu
250
Termonuklearna fuzija vodika: 4 H => He
4 H = 4 x 1.673 x 10-27kg = 6.693 x 10-27kg1 He = 6.645 x 10-27kg
____________________________________Razlika u masi = 0.048 x 10 -27kg
E = m c2
=(0.048 x 10-27kg) * (3 x 108m/s)2
= 4.3 x 10-12J
1 kg H-bombe pretvara se u energiju od 20 Mt reda Tt svake sekunde griju sunce
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
82/114
82
251
PrimjerPrimjer nunukklearlearnene fufuzziijeje
deuterij + tricij helij + neutron
Jezgre dva izotopa vodika,deuterija (D) i tricija (T)spajanjem proizvode jezgruhelija (He) i neutron (n). Usvakoj reakciji oslobodi se i17.6 MeV (2.8 pJ) energije:
D + T -> 4He (3.5 MeV) + n(14.1 MeV)
252
Test prve H-bombe Mike
Nov. 1, 1952. (10megatona 80 milijunatona zemlje ispareno).
H-bomba isprobana1.2.1954. na Bikinima -15 megatona.Rusi su isprobali H-bombu 100 megatona.
HH--bombbombaa
160 km
13 km
43 km
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
83/114
83
253
Termonuklearna ili H-bomba
eksploziv, fisijsko gorivo, D, T i Li.
Prvo se aktivira obini ekploziv, potom fisijska reakcija grije na 10 MK ipokrene fuzione reakcije.
2D + 3T 4He + n + 17.6 MeV
n + 6Li T + 4He (= 942 b)
n + 7Li T + 4He + n (= 0.045 b)
Neutronska bomba je fisijska bomba koja primarno oslobaa neutrone.
Kobaltna bomba je prljava bomba koja ubija zraenjem (60
Co). Zemlje koje posjeduju H-bombe: SAD, Rusija, V. Britanija, Francuska iKina.
254
Nuklearna fuzija za energiju - istraivanje
Skupo i zahtjeva meunarodnu suradnju.
Plazma odravana torusom prua nade u uspjeh.
Temperature: 10 MK Rusi postigli 1968. u Tokamaku i kasnije 100 MK.
Jako magnetsko polje se stvara i supravodiima.
Jednakost ulaganja i proizvodnje energije ostvareno 1995.
Princeton Large Torus postigao 510 MK prije dekomisije 2002.
Simulacije na snanim paralelnim raunalima omoguavaju realistinovizualiziranje ponaanja plazme.
Razumijevanje ponaanja plazme sluilo je kao podloga za nove eksperimente(npr. NSTX - National Spherical Torus Experiment).
Pored optimiranja konfiguracije plazme i druga istraivanja su vana:- eksperimenti s goruom plazmom,- testiranje fuzijskog materijala i komponenti,- demonstracijska elektrana (ITER)
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
84/114
84
255
Nuklearna fuzija i plazma
Mjeavinu D i T treba zagrijati na 10miliijuna stupnjeva!Na tojtemperaturi sve jeplazma.
Plazmaje makroskopski neutralnakolekcija nabijenih estica.
Ioni (gole jezgre) na visokojtemperaturi imaju veliku kinetikuenergiju i pribliavaju se na 1 fm razmak dovoljan da nuklearne jakesile uvjetuju fuziju.
256
Tokamak fuzijski reaktor
Najvei izazov: razumijevanje i kontrola plazme. Problem: magnetske i inercijskeneistoe sadraja.
Shema ITER tokamak fuzijskog reaktora
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
85/114
85
257
Tokamak fuzijski reaktor
TEXTOR tokamakfuzijski reaktor u
izgradnji
NSTX - NationalSpherical Torus
Experiment
Unutranjost Europskog JETtokamak fuzijskog reaktora
258
Plazma izoblii magnetsko polje ili savija magnetske linije
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
86/114
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
87/114
87
261
International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER)
Izgradnja betonskog seizmikog temeljatokamak kompleksa
Lokacija ITER projekta
Od sijenja 2007. poinjegradnja (priprema terena)
180 hektara u St-Paul-lez-Durance, regija Provence-Alpes-Cte d'Azur (blizina Nice), junaFrancuske
Tu je smjeten i Francuskinuklearni istraivaki centar CEA(Commissariat l'EnergieAtomique).
Izvor: www.iter.org
262
Razvoj ITER-a
Ako sve bude po planu ITER e se poeti sastavljati2015., zavriti do 2019., amoda proradi do 2020.
Do 2027. planiran poetakrada deuterij-tricijreaktora
za proizvodnju el. en.
Ukoliko financiranje budedostatno.
Komercijalni rad ???
Izvor: www.iter.org
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
88/114
88
263
Otvorena kritina pitanja za komercijalizaciju:
1. Pretpostavke koritene u dizajnu fuzijskog reaktora (fizikalne i teholoke)
2. Razvoj fuzijskih materijala (testriranje na radijaciju)
3. Razvoj odrive koliine tricija poslije ITER-a (uzgojni pokrivai..)
4. Rjeenja za saniranje ispuha plazme (krute estice, toplina - vee no u ITER-u)
5. Pouzdanost rada i ivotni vijek posve nove vrste postrojenja
6. Mogunost odravanja na daljinu i dr.
264
Fisija (PWR)
Fuzija konvencionalni materijal
Fuzija- niskoaktivni materijalUgljen
Tricij iz fuzije
RadiotoksinostRadiotoksinost -- uspredbauspredba
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
89/114
89
265
0
5
10
15
20
25
30
1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 PredvieniOntario(OPG)Tritium
Inventory(kg)
Raspoloivost tricija
Potronja tricija u fuzijskom DT objektu iznosi:55,8 kg/god na 1000 MWfuzijske snage (Previe!). Trenutna cijena tricija je 30 M$/kg. fisijski reaktorimogu proizvesti samo2-3 kg na godinupo200 M$/kg!!Treba desetine
fisijskih reaktora za jedan fuzijski reaktor. Za pokretanje fuzijskog postrojenja treba 5-10 kg tricija. Veliki DT eksperimenti
poput ITER-a moraju sami proizvoditi tricij za uspjean rad.
Svjetski maksimum dobave Tricija 27 kg
Tricij se raspada 5.5% godinje
266
Hladna nuklearna fuzija i elektroliza
Hladna fuzijase odnosi na fuziju prisobnoj temperaturi.
Pons i Fleischmann: elektroliza otopinesoli litij-oksida u tekoj vodi (0.1 molLiOD na litru D2O). Elektrode od
paladija. Neoekivana toplina unitilaopremu, tvrde da je paladij kataliziraohladnu nuklearnu fuziju.
injenice nedostatne i nitko nije ponoviorezultat.
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
90/114
90
2.4. Geotermalna energija
268
Energija Zemlje (geotermalna)
Isti sastav poput Sunca, a hlaenjem postupno nastaje Zemljina kora (krutidio debljine do 50 km)
kora
omota
vanjska jezgra
unutarnja jezgra
Zemlja
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
91/114
91
269
Prosjeni temp. gradijent Zemlje: 1 [K] / 33 [m]; a kore 0.3 [K] / 33 [m],visoki temp. gradijenti u podrujima jakih seizmikih aktivnosti
2800C
4000C
4000 km
6370 km
2000 km
30 km
5150 km
~1000C
kora
omota
vanjska jezgra
unutarnja jezgra
270
Geotermalni temperaturni gradijent raste s dubinom
30OC/km
Kopno pliva: Mohorovievdiskontinuitet, seizmiki odreenagranica kopna i omotaa.
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
92/114
92
271
Granice tektonskih ploa
272
Osnovne znaajke geotermalne energije
Izvorna toplina i radioaktivni raspad (~40%)
Dva naina prijelaza topline:
1. Kondukcija(litosfera): prijelaz topline bez pomicanja materije
2. Konvekcija(omota): prijenos topline gibanjem materije
Temperaturni gradijent 30C/km pri povrini i onda slabi
Procjena je da u sreditu (6370 km) ima temperaturu do 6000 C.Toplina iz 100 km dubine treba oko 0,1 milijardu godina do povrine.
Prosjena dnevna koliina energije koja se dovodi na povrinu od 3,3do 7,5 kJ/m2na dan
Prosjena energija s obzirom na povrinu Zemlje: 2.8 1015kJ/dan ili0.27 106TWh/god
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
93/114
93
273
Konvekcija:
procesi tektonskih ploa
Kondukcija:geotermalni spremnici
274
Pojavni oblici: topla voda, suha para, tople stjene
Temperature i do 350 C, tlakovi i preko 70 MPa
Rezerve, tj. koliina toplinske energije ovise o dubini:
-do dubine od 10 km ima oko 30 1015(milijuna milijardi) teu
- do dubine od 3 km ima 1 1015teu, pri emu skoro 90% ispod100 C i samo oko 3% preko 150 C
Oko 7% (do 3 km) se koristi sa povrine Tek oko 1% ima potencijal za proizvodnju el. energije (do
ukupno 350 TkWh)
Uporaba: Mogue primjene vezane za temp. gradijent jer setoplinska energija moe iskoristiti samo ako postoji razlika utemperaturi.
Prema trenutno razvijenoj tehnologiji mogue primjene su: izvorivrue vode i pare (izravna uporaba), toplinske crpke teenergija suhih stijena.
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
94/114
94
275
Izvori vrue vode i pare na povriniIzvori vrue vode i pare na povrini
276
Vrua voda i para na povriniVrua voda i para na povrini
FilipiniFilipini -- Mt.Mt. MayonMayon, pokrajina, pokrajina AlbayAlbay
NikaragvaNikaragva -- ElEl HoyoHoyo
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
95/114
95
277
Uporaba geotermalne energije
Najee koritenje geotermalne energije ostvaruje se konvektivnimprenoenjem topline pomou fluida, koji je obino topla voda ilismjesa vrele vode i pare, uz nazonost raznih primjesa (plinovi, soli,minerali ).
Toplinska energija geotermalnog leita sadrana u geotermalnomfluidu kod nekog tlaka i temperature, koristi se:
1. Izravno za zagrijavanjeili
2. Za pretvorbu u elektrinu energiju.
Mogunost koritenja toplinske geotermalne energije izravno ili zapretvorbu u elektrinu energiju u ovisnosti o radnoj temperaturi
geotermalnog fluida.
278
Uporaba geotermalne energije
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
96/114
96
279
Izravna uporaba izvora vrueIzravna uporaba izvora vrue
vode i parevode i pare
Djelatnost T ( C)
Prerada mesa 60-93
Proizvodnja sira 38-93
Prerada mlijeka 71-204
Dehidracija voa i povra 71-177
Zamrzavanja voa i povr a 77-100
Suenje itarica 49-175
Rafiniranja eerne repe 60-134
Proizvodnja jestivog ulja 71-204
Proizvodnja pia na bazislada
76-204
Destilacija estokih pia 99-204
Proizvodnja cigareta 104
Prerada pamuka 93-135
Proizvodnja papira 99-188
Najjednostavniji i najperspektivnijinain iskoritavanja geotermalneenergije u turizmu, poljoprivredi,industriji i komunalnom grijanju.Moe biti samostalna ilikombinirana sa drugim(konvencionalnim) nainimaproizvodnje toplinske ili el. energijeiz geotermalnog izvora.
T
[oC]
Izravna uporaba geotermalne energije (ilustracija nekih primjena)
160
140
120100
80
60
40
20
280
Osnovni izgled geotermalnog postrojenja za komunalno grijanje
Geotermalnatoplana
Potroai
Nalazite
Proizvodnabuotina
Povratnabuotina
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
97/114
97
281
Grijanje prostora
Energija geotermalnogizvora se izravno ili prekoizmjenjivaa topline (ovisnoo istoi geotermalnogfluida) dovodi do potroaatopline.
Za potrebe dogrijavanja ilipotronje u vrnim satimakoriste se toplinske crpke ilikotlovi na klasina goriva.
282
Toplinske crpke
Mogunost crpljenja topline iz okolinekoritenjem krunog termodinamikogprocesa esto se primjenjuje za grijanje (ihlaenje) u razvijenom svijetu.
Tzv. toplinske crpke esto se spominjuzajedno sa geotermalnim izvorom energije.
Dok se vanjska prosjena mjesenatemperatura zraka, za nae kontinentalnopodruje, kree u rasponu od -5 do +25 oCtemperatura tla ostaje priblino konstantna(ovisno o podneblju od 6 do 8 oC) tijekomcijele godine vena dubini od 8 do 10 m.
Razlika prema zraku je iskoristiva i nadubini od 2 m gdje je godinji raspon od 3do 10 oC za suho tlo i par stupnjeva ire zavlano tlo.
Srednjatemp. u zemlji
LjetoZima
Lagano suho tloProsjeno tlo
Vlano tlo
Temperatura tla (oC)
Dubinaispodpovrine(m)
Tipina varijacija temperature tla
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
98/114
98
283
Takav odnos temperatura u tlu i
potrebne unutarnje temperature u kuiili zgradi predstavlja potencijal zaisplativo i racionalno zagrijavanje(hlaenje) s koeficijentom djelovanja od3 do 6 (omjer dobivene toplinskeenergije i uloene el. energije).
Ukupna djelotvornost ovisi pokraj stalnemanje razlike temperatura i o koritenojtehnologiji a posebno o konkretnojizvedbi (vodoravno, okomito, podzemnevode i drugo).
Koritenje toplinskih crpki u razvijenomsvijetu na daleko je veoj razini od
situacije u Hrvatskoj . Razlog: poetnojeftiniji klima ureaji sa mogunoucrpljenja topline iz zraka ali koji imajurelativno mali koeficijent djelovanja.
Temperatura tla neovisna je o
sunevom zra
enju i zbog slabetoplinske vodljivosti tla konstantnija u
odnosu na zrak kroz godinu na veojdubini i kod manje vlanog tla.Time jerelativna razlika prema temperaturiokolice razmjerno velika tijekomveeg dijela godine.
Razne vrste sustava toplinskeRazne vrste sustava toplinske crpkecrpke
Vodoravni kruni:zauzima najviezemlje, jeftinije,
male zgrade,ali temperatura
dosta varira
Okomiti:stjenovito tlo,skuplji, trebamanje zemlje,visoka efikasnost
Kruni u jezeru:jeftinije,
problemi s vodom,uvjetovanilokacijom
Otvoreni:jeftinije,problemi s vodom
284
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
99/114
99
285
Toplinske crpke:
grijanje vode, hla
enje zraka
Toplinske crpke:grijanje vode, grijanje zraka
286
Za
Neogranieno, stalno,isto
30-60% manja proiz. cijena
Grijanje, hlaenje i topla voda
Nema emisije CO2, fosilnih gor.
Gotovo bez odravanja
Protiv
Poetno ulaganje
Potronje el. energije, vode
Prepreke za instalaciju
Uporaba sredstva za hlaenje
Zaleivanje, popravci
Godinji trokovi grijanja i zagrijavanja vode, SAD, procjena:- plin: 920 USD- elektrina energija: 820 USD- geotermalna: 640 USD
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
100/114
100
287
Proizvodnja elektrine energije koritenjem geotermalnog izvora
Prva termoelektrana na geotermalnom izvoru sagraena je u Larderellu uToskani 1904.
U principu geotermalne elektrane sline su klasinoj konverziji unutarnjetoplinske energije iz konvencionalnih izvora toplinske energije (npr. ugljen).
Slinost prestaje kada je rijeo injenici da treba otkriti dobro geotermalnonalazite i da je za to potrebno napraviti buotinu (ili vie njih) od nekoliko km.Dodatno, kod geotermalnih izvora vrlo su rijetki sa parametrima medija blizuparametara klasine termoelektrane.
Razlikujemo tri tipa elektrana:
1.Elektrane na suhu paru
2.Flash steam elektrane sa
separiranjem mokre pare3.Elektrane sa binarnim ciklusom
288
Elektrane na suhu paru
Najstarije prva izgraena u Italiji (Lardello), 1904. Koristi spremnikpare (visoke temp.), isputa samo paru i tragove plinova. Samo zaizvore suhe pare rijetko!
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
101/114
101
289
Flash steam elektrane sa separiranjem mokre pare
Izvedena u Novom Zelandu, koristi visoku temperaturu (>200C), ispremnik vode pod tlakom, vri se separiranje (odvajanje) suhe pareod ostatka, isputa samo paru i tragove plinova
290
Elektrane s binarnim ciklusom
Za izvore s T
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
102/114
102
Elektrana sa separiranjem pare i binarnim ciklusom
Vrui geotermalnifluid
Proizvodna buotina Povratna buotinaPovratna pumpa
Predgrija
Separator
Ispariva
Generator
Turbina 1.
nivoTurbina 2.
nivo
Kondenzator
Hladni geotermalnifluid
Pumpa za kond.fluid
Kompresor zanekondenzibilne
plinove
291
292
Problemi s uporabom geotermalne energije:
Precizno simuliranje kemije rastopljenih stijena i karakteristika nalazita,kiselost vode, otopljene soli i plinovi mijenjaju svojstva pare
Separiranje pare od vode, injektiranje hladne vode izaziva probleme
Seizmike aktivnosti rastu sa iskoritavanjem geotermalnog izvora
Jeftina nafta i prirodni plin
Iscrpljivanje nalazita, visoka cijena buenja
tete i promjene prirodnih ljepota i turistikih atrakcijaPrednosti geotermalne enegije na fosilnim gorivima
Manje emisija, manje povrine, manje transporta
Vea raspoloivost (iako zemljopisno reducirana)
Recikliranje i iskoristivost
H2S se odvaja i koristi za proizvodnju sumporne kiseline
Metali poput cinka se izdvajaju i prodaju
Razliite naslage se mogu izdvojiti i koristiti npr. u graevinarstvu
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
103/114
103
293
COCO22eemisimisijaja
0
100
200
300
400
500
600
700800
900
1000
CO2
(kg/MWh) Ugljen
Nafta
Prirodni plin
Geotermalna
VjetarVjetar S Sunceunce Hidro ( Hidro (konvkonv.) Prosjek.) Prosjek BiomasBiomasaa FosilFosilnana GeotermaGeotermalnalna
Raspoloivost
Raspoloivost[%]
[%]
0
20
40
60
80
100
2.4. Geotermalna energija (dodatno)
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
104/114
104
295Slika
Tople stijeneTople stijene
SeiSeizzmimikaka ttomograomografijafija koristikoristivrijeme puta vala zavrijeme puta vala zakreiranjekreiranje 33--DD slikaslikaunutarnjosti Zemljeunutarnjosti Zemlje
Tomografski presjeciotkrivaju tople i hladnestijene
Prednjae kapacitetomunutarnje toplinske energije,ali su najtee iskoristive.
296
Europski geotermalnipotencijal (za suhe vrue
stijene na 5 km dubine)
Dostupne temperature se kreuizmeu 150 i 300 oC na dubinamaod 2,5 do 6 km.
Najvei problem koritenjupredstavlja preuzimanje toplinskeenergije. Da bi se preuzela toplinapotrebno je dovesti medij (npr.vodu) i ostvariti kontakt sa vruimstijenjem. Postoje razne ideje ostvaranju pukotina, a sve je jouvijek u istraivanju.)EGS enhaced geothermalsystem
-
8/13/2019 Osnove Energetike (1. dio)
105/114
105
297
EGS enhaced geothermal system
1. Utisni zdenac (Injection well)Bui se u toplu stijenu ograniene permeabilnosti ifluidnog sadraja, na dubinama veim od 1.5 km.2. Utiskivanje vodePod tlakom dovoljnim za frakturiranje ili otvaranjepostojeih pukotina razvoj rezervoara na temeljnojtoploj stijeni.3. Hidro-frakturiranjeNastavak utiskivanja na vee udaljenosti od buotinepreko cijelog rezervoara i tople temeljne stijene.Kljuan korak EGS procesa.4. Proizvodni zdenac (Production well)Bui se s namjerom kruenja vode i crpljenja toplineiz rezervoara tople stijene s poboljanom
permeabilnosti.5. Dodatna proizvodnjaDodatni proizvodni zdenci za rezervoare s velikimobujmom radi zadovoljenja potreba topline zaproizvodnju
Izvor: IEA, GeothermalEnergy Roadmap 2012
298
Geotermalni resursi (rezerve)
Ulaganje u geotermalnu energiju visoko je rizina investicija. Razvoj je rizian ikvaliteta izvora nesigurna uz skupa ispitivanja, buenja i testiranja. Poloajizvora treba biti blizu potrebe za koritenjem. Ipak, uz potporu Francuska iIsland demostrirali su uspjean i odriv razvoj.
Industrija EU je glavni dobavljainenjerske opreme, pored SAD i Japana.
Praktino iskustvo predstavlja solidnu podlogu za konkurentno koritenjegeotermalne energije u svim podrujima od interesa.
Najkonzervativnija procjena svjetskih resursa geotermalne energije prema(Cataldi, 1999) iznosi 5000 EJ, od toga se smatra 10% potencijalno iskoristivimza 100 godina.
Uz pretpostavku da je 75