Energia słoneczna i cieplna biosfery Pojęcia podstawowe

Transkrypt

1 Dr inż. Mariusz Szewczyk Politechnika Rzeszowska im. I. Łukasiewicza Wydział Budowy Maszyn i Lotnictwa Katedra Termodynamiki Rzeszów, ul. W. Pola 2 Energia słoneczna i cieplna biosfery Pojęcia podstawowe energia pierwotna - nośniki energii - energia bezpośrednia energia użytkowa pierwotne i wtórne źródła energii pierwotne źródła energii - energia pierwotna źródła energii pierwotnej - nośnik energii energia - anergia - egzergia

2 Łańcuch przekształcania energii elementy systemu energetycznego Energia pierwotna energia pobierana z otoczenia; > systemy pozyskiwania energii pierwotnej. Nośniki energii energia pierwotna, uszlachetniona energia pierwotna lub wytworzony nośnik energii posiadające postać pozwalającą na jego przemieszczanie pomiędzy różnymi ogniwami gospodarki energetycznej; > systemy uszlachetniania i przeróbki nośników energii pierwotnej, > systemy produkcji nośników energii, > systemy dystrybucji nośników energii. Energia bezpośrednia energia dostarczana do użytkownika/odbiorcy końcowego w formie nośnika energii; > systemy dystrybucji nośników energii bezpośredniej. Energia użytkowa energia zużywana przez użytkownika, pobierana z otoczenia lub wytwarzana przy wykorzystaniu nośników energii bezpośredniej; > końcowe użytkowanie nośników energii. 2/9

3 Energia pierwotna > systemy pozyskiwania energii pierwotnej Energia promieniowania słonecznego; Energia termiczna otoczenia; Energia mechaniczna otoczenia: energia cieków wodnych, energia wiatru, energia prądów morskich, energia fal, energia pływów; Chemiczne nośniki energii pierwotnej: odnawialne paliwa chemiczne (drewno i odpady przemysłu drzewnego, organiczne odpady rolnicze i nierolnicze, rośliny energetyczne), kopalne paliwa chemiczne (węgiel kamienny i brunatny, ropa naftowa, gaz ziemny, piaski i łupki bitumiczne, klatraty metanu, torf); Energia geotermalna; Kopalne paliwa jądrowe: uran - U235, U238, tor - Th232. 3/9

4 Nośniki energii > systemy uszlachetniania, produkcji i dystrybucji nośników energii Nieuszlachetnione pierwotne nośniki energii: węgiel kamienny, gaz ziemny, drewno. Uszlachetnione paliwa pierwotne: paliwa węglowodorowe (olej napędowy, benzyna, ciężkie oleje opałowe, gaz ziemny, LPG, CNG), węgle uszlachetnione i produkty ich przeróbki (węgle oczyszczone, koks, brykiety), produkty pochodne biomasy (pelety, brykiety), paliwa jądrowe. Wytwarzane (wtórne) nośniki energii: energia elektryczna, nośniki ciepła (ciepła woda, para), nośniki chemiczne (alkohole, estry kwasów tłuszczowych, biogaz, wodór, gaz syntezowy, węglowodory syntetyczne). 4/9

5 Energia użytkowa > końcowe użytkowanie nośników energii Nośniki energii spożytkowane jako surowiec. Oświetlenie. Praca (napęd maszyn, transport). Wysokotemperaturowe procesy cieplne. Niskotemperaturowe procesy cieplne. Pozyskiwanie energii pierwotnej u użytkownika (energia termiczna otoczenia, energia promieniowania słonecznego). 5/9

6 Pierwotne źródła energii Pierwotne źródła energii vs energia pierwotna -> energie odnawialne, paliwa kopalne. Pierwotne źródła energii: reakcje termojądrowe w jądrze Słońca -> około 122 PW (energia promieniowania słonecznego, energia termiczna biosfery odczuwalna -> około 2/3 i utajona -> około 1/3, energia mechaniczna otoczenia, energia biomasy -> około 0,03 PW, chemiczne paliwa kopalne), energia jądrowa Ziemi - reakcje rozpadu izotopów promieniotwórczych i reakcje rozszczepienia uranu i toru -> około 0,045 PW (energia geotermalna, energetyka jądrowa), energia oddziaływań grawitacyjnych Ziemi z innymi ciałami systemu słonecznego (energia ruchu obrotowego Ziemi) -> 0,001 PW (energia pływów). 6/9

7 Wtórne źródła energii Wtórne źródła energii: wszystkie źródła energii pierwotnej poza promieniowaniem słonecznym i paliwami jądrowymi; 94,3 % energii wykorzystywanej przez człowieka pochodzi z wtórnych źródeł energii powstałych z przemian energii promieniowania słonecznego, 0,2 % pochodzi ze źródeł geotermalnych; udział energii promieniowania słonecznego w bilansie - 0,1 %. Moc antropogenicznych źródeł energii szacowana jest na około 0,012 PW (około 10 tyś razy mniejsza od mocy pierwotnych źródeł energii). 7/9

8 Pierwotne źródła energii - energia pierwotna źródła energii pierwotnej - nośnik energii Energia pierwotna vs źródło energii pierwotnej źródła energii odnawialnej i nieodnawialnej: dostępność przestrzenna i czasowa pozyskiwanie, przesyłanie przechowywanie > paliwa kopalne vs EPS, energia wiatru,energia termiczna otoczenia; energia odnawialna - nieodnawialna vs odnawialne - nieodnawialne źródło energii -> biomasa, torf, paliwa kopalne; energia odnawialna vs odnawialne źródło energii -> źródła geotermalne. Energia pierwotna vs nośnik energii > gospodarka wodorowa. Jakość nośnika energii > brak nośnika idealnego/uniwersalnego. 8/9

9 Energia anegia - egzergia Pojęcie jakości energii > Joul Joulowi nierówny. Składowe energii z punktu widzenia użyteczności: energia = anergia +egzergia. Anergia to część energii z punktu widzenia technicznego mało przydatna może być tylko źródłem bezwartościowej energii termicznej którą można wykorzystać dysponując egzergią. Egzergia jest miernikiem jakości substancji lub źródła energii tym jest większa im bardziej ich właściwości różnią się właściwościami od otoczenia. Egzergia to, w uproszczeniu energetycznym, praca maksymalna jaką można uzyskać z ciała (substancji) dążącego do równowagi z otoczeniem. Rodzaje egzergii: chemiczna, fizyczna, mechaniczna. Egzergia substancji a egzergia źródła ciepła. Bilans egzergii: egzergia w przeciwieństwie do energii nie podlega prawu zachowania na skutek strat wewnętrznych i zewnętrznych egzergia przekształca się w anergię. 9/9