Perspektywiczne Źródła a i przetwarzanie energii

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Perspektywiczne Źródła a i przetwarzanie energii"

Jerzy Woźniak
7 lat temu
Przeglądów:

CZŁOWIEK - ENERGIA - ŚRODOWISKO Roman Domański Instytut Techniki Cieplnej, MEiL Politechnika Warszawska Warszawa, Czerwiec, 25 Na prawach rękopisur Perspektywiczne Źródła a i przetwarzanie energii

1 CZŁOWIEK - ENERGIA - ŚRODOWISKO Roman Domański Instytut Techniki Cieplnej, MEiL Politechnika Warszawska Warszawa, Czerwiec, 25 Na prawach rękopisur Perspektywiczne Źródła a i przetwarzanie energii Wprowadzenie 1. jako wielkość - fizyczna i termodynamiczna, formy energii 2. Krótka dyskusja zasobów energetycznych świata 3. Prognozy energetyczne rozwoju Świata, źródła odnawialne i ich możliwości 4.Metody konwersji energii - ogólnie - macierz konwersji energii JEDNOSTKI dane i uwagi pomocnicze 1 t p.u. - tony paliwa umownego = 7, Gcal = J = 8.14 MWh 1 M t oe = kj 1 t oe = 1,67 t p.u. = 1,5 Gcal = 41,86 GJ 1 baryłka ropy naftowej = 158,9 l =,135 t oe = 6,12 GJ 1 MWh = 1 3 kwh = 3,6 MJ 1 GJ =,239 Gcal =,278 MWh =,86 t oe 1 tpu = 1.33 t węgla kamiennego 3.45 t węgla brunatnego.746 t ropy naftowej 799 m 3 gazu ziemnego W publikacjach oprócz kwh często stosowany jest kwa kilowatorok oraz terawatorok TWa. 1 kwa = 876 kwh 1 GWa = 1GWrok = 1 6 kw36524 h = kwh = J 1 TWa = 876 TWh = 31, J = 31,54 EJ = kwh = 1 TWrok 1 MeV = J Wstęp pojęcia podstawowe ENERGIA - skalarna wielkość ekstensywna spełniaj niająca ścisłe e prawo zachowania energii cechuje w sensie ilościowym różne procesy i rodzaj oddziaływa ywań. Nie ma generalnie przyjętej metody albo systemu klasyfikacji energii. formy energii zasoby energii bilanse energetyczne sprawność procesów konwersji energii - sprawność energetyczna - sprawność egzergetyczna gęstość strumienia wymiany ciepła (energii)

2 Źródła a i przetwarzanie energii pojęcia podstawowe Do wyznaczenia produkcji energii elektrycznej elektrowni wodnych i jądrowych stosuje się często równoważnik energii pierwotnej, t.zn. odpowiednik tej ilości paliwa, która miałaby być zużyta, aby wytworzyć analogiczną ilość energii elektrycznej w elektrowni cieplnej, po uwzględnieniu sprawności przetwarzania wówczas 1 MWh = 9,36 J. Wprowadzenie Należy pamiętać (dla poprawności pojęć termodynamicznych), że praca i ciepło nie są postaciami energii. jest właściwością materii (energia substancjalna) lub pola i jest funkcją stanu układu. Praca i ciepło są formami przekazywania energii do rozważanego układu termodynamicznego i nie są funkcjami stanu. Zagadnienia te są przedmiotem rozważań w pracach podstawowych dotyczących termodynamiki. w fenomenologii w fizyce budowy materii ruchu pola zewnętrzna (makrozjawiska) (fenomenologiczna) energia kinetyczna ruch makroskopowy translacyjny o pędzie nieskompensowanym energia grawitacji (pola dalekiego zasięgu) (fenomenologiczna) energia elektromagnetyczna (pola dalekiego zasięgu) wewnętrzna (mikrozjawiska) energia cieplna (ruch cieplny, dyfuzja, uporządkowana rotacja wewnątrzna) Granica nieokreślona energia wiązań (pola bliskiego zasięgu): międzymonokularnych międzyatomowych (chemiczna) molekularnych (chemiczna) międzyatomowych (jonizacja) jądrowych (jądrowa; pola jądrowego bliskiego zasięgu, oddziaływania silne i słabe) Rodzaje energii Z fenomenologicznego punku widzenia energia łącznie stanowi zamknięty zbiór czterech rodzajów energii, a mianowicie kinetycznej, grawitacyjnej, wewnętrznej i elektromagnetycznej, z których trzy pierwsze mają charakter substancjalny. Zmiana zasobu energii zmagazynowanej w układzie jest sumą dwóch działań - produkcji wewnątrz układu oraz wymiany między układem i otoczeniem przez granice układu. Określona wielkość ekstensywna może także powstawać lub zanikać na rzecz innej, współpracującej w tym układzie. Zjawisko to nazywa się konwersją przetwarzaniem. Suma produkcji zamkniętego zbioru wzajemnie konwersyjnych wielkości ekstensywnych w tym samym układzie stale równa się zeru. Zagadnienia konwersji energii składowych, których suma daje energię wypadkową (wielkość ekstensywną zachowawczą) mają ogromne znaczenie praktyczne.

Drugą grupą oddziaływań powodujących zmianę zasobu w danym układzie jest oddziaływanie między układem a otoczeniem przez granice układu, które dla wielkości ekstensywnej skalarnej (energii) można

Układ Otoczenie W niektórych pracach dotyczących przetwarzania i magazynowania energii przyjęto jej podział na sześć podstawowych rodzajów, to znaczy: energię mechaniczną, elektryczną,

chemiczna, jądrowa i cieplna są podklasami energii wewnętrznej, dwie pierwsze są typu energii wiązań, trzecia jest typu energii ruchu (nie dającego pędu po uśrednieniu makroskopowym).

elektromagnetyczna obejmuje w ujęciu z rysunku energię elektryczną i elektromagnetyczną.

3 Drugą grupą oddziaływań powodujących zmianę zasobu w danym układzie jest oddziaływanie między układem a otoczeniem przez granice układu, które dla wielkości ekstensywnej skalarnej (energii) można określić jako przepływ z otoczenia do układu i na odwrót. Układ Otoczenie W niektórych pracach dotyczących przetwarzania i magazynowania energii przyjęto jej podział na sześć podstawowych rodzajów, to znaczy: energię mechaniczną, elektryczną, elekromagnetyczną, chemiczną, nuklearną, i energię cieplną. Rozgraniczenia takie nie są oczywiście zupełnie ścisłe. chemiczna, jądrowa i cieplna są podklasami energii wewnętrznej, dwie pierwsze są typu energii wiązań, trzecia jest typu energii ruchu (nie dającego pędu po uśrednieniu makroskopowym). mechaniczna w takim ujęciu jest połączeniem energii kinetycznej (ruchu makro) i energii grawitacji (w warunkach ziemskich). elektromagnetyczna obejmuje w ujęciu z rysunku energię elektryczną i elektromagnetyczną. Schemat procesów konwersji energii KINETIC KINETIC ENERGY ENERGY (external, (external, substantial) substantial) INTERNAL ENERGY (substantial) (electromech.) GRAVITATIONAL GRAVITATIONAL ENERGY ENERGY (external (external field-on field-on Earth Earth substantial) substantial) SYSTEM ELECTRO- ELECTRO- MAGNETIC MAGNETIC ENERGY ENERGY (external,subst.) (external,subst.) ENVIROMENT -Człowiek -Cywilizacja W ciągu 19 lat od początku naszej ery zużyto na świecie 17 mld t.p.u. Podczas następnych 9 lat zużyto paliwa dwukrotnie więcej. Prognozowanie zużycia enregii jest bardzo złożone z one - zależy silnie od przyjętych wariantów rozwoju świata. ZUŻYCIE ENERGII PIERWOTNEJ NA ŚWIECIE (mln toe)

4 Rezerwy energetyczne Rezerwy energii na Ziemi mogą być podzielone na cztery podstawowe kategorie - źródła odnawialne. - paliwa organiczne. - paliwa rozszczepialne. - paliwa do fuzji nuklearnej. Paliwa organiczne i źródła a geotermalne [J] 1.E+24 1.E+23 1.E+22 1.E+21 1.E+2 geotermiczna Olej łupkowy Piaski roponośne Gaz naturalny Węgiel Zasoby energii nuklearnej i słonecznejs Moc źródeł odnawialnych [J] 1.E+25 1.E+24 1.E+23 Uran 235 Thor Uran 238 Deuter i Tryt Moc [W] 1.E+12 9.E+12 8.E+12 7.E+12 6.E+12 5.E+12 4.E+12 3.E+12 2.E+12 1.E+22 słoneczna 1.E+12 1.E+9 pływów wodna Moc wiatru w USA 6 Dostępne zasoby źródeł odnawialnych 3 WYKORZYSTANIE ENERGII WODNEJ (mln toe) 2,2,1 1 biomasy Hydroenergia wiatru maretermiczna (ciepło oceanów) pływów, prądów i fal morskich słoneczna (konwersja lokalna) 3 TWlat/rok Były ZSRR Azja i Australia z Oceanią Reszta Świata Europa Ameryka Północna

ZUŻYCIE ENERGII PIERWOTNEJ (mln toe) EFFICIENCY OF SOLAR ENERGY COLLECTING AND CONVERTING. Source CH 2, H 2 - fuel production Q - heat kwh - electricity 25 2 15 1 5 Collector Reactor Thermal ( phy.

5 ZUŻYCIE ENERGII PIERWOTNEJ (mln toe) EFFICIENCY OF SOLAR ENERGY COLLECTING AND CONVERTING. Source CH 2, H 2 - fuel production Q - heat kwh - electricity Collector Reactor Thermal ( phy. - chem. ) Biochemical Photo ( phy. - chem. ) >.5 ~ Reszta Świata Były ZSRR Europa Azja i Australia z Oceanią Ameryka Północna kwh Q H 2 CH 2 H 2 Q H 2 kwh H 2 overall ? efficiency Prognozy Rozwoju Energetycznego Świata - Zużucie ucie Energii w Wybranych Krajach Dostęp p do czystej wody i powietrza Podstawowe czynniki rozwoju cywilizacji Dostęp p do źródeł energii i żywności Ochrona zdrowia Rozwój j kultury Rozwój j nauki i techniki Przechowywanie, przesyłanie, przetwarzanie energii i informacji 51 mln samochdów mln numerów w telefonicznych Ludność Świata w mln Epokowe dzieło Thomasa Malthusa ( ) An essay on the principle of population (1798) zapoczątkowało od XIX w. traktowanie przeludnienia jako problemu bezpośrednio zagrażającemu ludzkiemu trwaniu na planecie Ziemia. 72 mln baryłek ropy dziennie 1 mld telewizorów USA 165 Ludność Świata w mln 243 BRAZYLIA NIGERIA ETIOPIA CHINY INDIE INDONEZJA Źródło: World Population Prospects: The 1996 Revision, 1997

6 Energy balance and demand for USA Total Energy Demand IEA 1% Mtoe year Solar/Wind/Other Geothermal Hydro Nuclear Renewable&Wastes Gas Oil Coal 9% 8% 7% 6% 5% 4% 3% 2% 1% % year Other % Nuclear % Natural Gas % Oil % Coal % Total primary energy consumption in Poland 1 6 [toe] years Primary energy consumption in Poland by fuels and total - years Coal Lignite Oil Liquid fuels Gas Hydro Others Total mln [toe] ,6 4,6 54,6 66,3 84, ,5 124,2 13,3 12, Year 89,7 mln [toe] Years 9 Increase in Energy Use Expected as a Result of population Increase The biggest proven reserves of hard coal 8 7 Population(billions* 1) Total energy use (EJ/y) Energy use per person (GJ/y) [mld ton] ,9 146,6 95,9 82,4 49,5 44,4 USA Russia P.R China India RPA Australia (dev) 199(ldc) 199(world) 225(dev) 225(ldc) 225(world) (dev - developing country, ldc - low developing country)

Podobne dokumenty

Ekonomiczno-techniczne aspekty wykorzystania gazu w energetyce

Ekonomiczno-techniczne aspekty wykorzystania gazu w energetyce Janusz Kotowicz W1 Wydział Inżynierii i Ochrony Środowiska Politechnika Częstochowska Układ prezentacji wykładów W1,W2,W3 1. Wprowadzenie