Transcript pretvorba u električnu energiju

Obnovljivi izvori energije
Tehnološke revolucije
OBNOVLJIVI
IZVORI
Energetska revolucija
Informatička revolucija
prirodni
plin
Automobilska revolucija
nafta
Električna revolucija
Industrijska revolucija
ugljen
drvo
Dugoročno predviđanje korištenja izvora
energije u svijetu
Izvor: Dr. Jochen Ackermann - Project House Functional Films & Surfaces, 2009.
3
Uticaj na klimu
• U zadnjih nekoliko godina postalo je veoma jasno da podizanje
nivoa CO2 u atmosferi utiče na nasu planetu mnogo brže i mnogo
ozbiljnije nego sto naučnici predviđali.
• Nekoliko primjera uticaja CO2 koje već mozemo primjetiti su:
• Podizanje nivoa mora (u ovom stoljeću se podigao za nekoliko
metara sto je ugrozilo domove miliona ljudi)
• Vremenske uslovi su dosta oštriji ( sve češći uragani, suše,tajfuni
postaju jači i nepredvidljiviji)
• Ubrzano topljenje glečera (koji su jedini izvor pitke vode za stotine
miliona ljudi)
• Širenje komaraca (pojaljuju se na mjestima na kojima nikad nisu
bili i donose sa sobom malariju i tropsku groznicu)
• Okeani se zagadjuju uništavajuci pritom ogromne količine korala.
4
Ubrzano topljenje glečera
•Artik nam daje najbolju sliku sta se trenutno dogadja sa klimom.
•Do ljeta 2007 granice Artičkog leda su se smanjile za 40%.
•Ako se ovaj trend nastavi leda na Artiku ce nestati do ljeta 2013
godine sto je 80 godina prije svih naučnih predviđanja.
5
Siguran nivo CO2 u atmosferi
• 350 ppm (parts per
million) je broj koji
predstavlja sigurnu zonu
za planetu Zemlju.
• Čovječansto što prije mora
naći načina da se spusti na
ovaj nivo sa 390 ppm jer u
suprotnom rizikuje sa
potpunom
promjenom
klime i ugrožavanjem
života svih ljudi na planeti.
6
Sunce kao energija
 Sunce je nama najbliža zvijezda te,neposredno
ili posredno,izvor gotovo sve raspoložive
energije na Zemlji.Sunčeva energija potječe od
nuklearnih reakcija u njegovom središtu,gdje
temperatura doseže 15 milijuna °C.
 Radi se o fuziji,kod koje spajanjem
vodonikovih
atoma
nastaje
helij
uz
oslobadjanje velike količine energije.
 Ova se energija u vidu svjetlosti i topline širi u
svemir pa tako jedan njezin mali dio dolazi i
do Zemlje.
7
• Svake godine svi ljudi svijeta
potroše onoliko energije koliko
bi se dobilo sagorijevanjem
deset milijardi tona uglja (crna
loptica).
• Sve svjetske rijeke daju količinu
energije koja je jednaka količini
energije koju svi ljudi svijeta
potroše tokom jedne godine,
okeani daju duplo više energije,
iz geotermalnih izvora se može
dobiti količina energije koja je
pet puta veća od trenutne
potrošnje energije, biogas i
bioenergija mogu osigurati 20
puta više energije u odnosu na
trenutnu potrošnju, vjetar 200
puta veću količinu dok Sunce
isija 2850 puta više energije u
odnosu na naše trenutne
potrebe.
8
Primjena sunčeve energije
SOLARNO GRIJANJE
• Zagrijavanje prostorija
kolektora
pomoću
solarnih
PRETVORBA U ELEKTRIČNU ENERGIJU
• Direktna pretvorba sunčeve energije u
električnu energiju.
• Fokusiranje sunčeve enrgije-upotreba u
velikim energetskim postrojenjima
9
SOLARNO GRIJANJE
10
Aktivno solarno grijanje
 Solarno grijanje je proces zagrijavanja
prostora,vode
ili
vazduha
pomoću
konvertovane sunčeve energije.
 Sunčeva energija zračenja se pretvara u
toplotnu energiju uz pomoć toplotnih
prijemnika sunčeve energije koji se obično
nazivaju solarni kolektori koji mogu biti:
• Ravni solarni kolektor
• Solarni kolektori sa vakuumiranim cijevima
11
 Princip rada solarnog kolektora
 Apsorber pločastog kolektora pretvara sunčevu energiju u
toplotnu i prenosi se na solarnu tečnost,koja kruži u kolektoru.
 Solarna tečnost se vrlo brzo
zagrijava i pri tome nivo zagrijane
tečnosti podiže zahvaljujući
manjoj gustini.
 Podizanjem nivoa ,solarna tečnost
dospjeva u rezervoar tople vode ,
gdje izolacija osigurava minimalne
gubitke toplote.
 Rezervoar je spojen direktno na
vodenu mrežu, tako da se dopuna
rezervoara hladnom vodom vrši
ispuštanjem zagrijane tople vode.
12
Solarni kolektor u domaćinstvu
13
Proizvodnja električne energije
 Pretvorba u električnu energiju
• Direktna pretvorba sunčeve energije u električnu
energiju.
• Fokusiranje sunčeve energije-upotreba u velikim
energetskim postrojenjima
15
 Direktna pretvorba
 Ako
električnu
energiju
dobivamo
direktnom pretvorbom energije sunčeva
zračenja
tada
govorimo
o
sunčevoj fotonaponskoj (FN) energiji.
 U fizici ovakva pretvorba energije
poznata je pod nazivom
fotoelektrični efekt . Uređaji
u kojima se odvija fotonaponska
pretvorba energije zovu se solarne ćelije .
16
Princip rada
 Fotonaponske ćelije izgrađene su od dva sloja – pozitivnog i
negativnog, a razlika potencijala između ta dva sloja ovisi o
intenzitetu solarnog zračenja.
 Prilikom pada na površinu solarne ćelije ti
fotoni predaju svoju energiju panelu i na taj
način izbijaju negativno nabijene
elektrone iz atoma.
 Izbijeni elektroni kreću se prema drugoj
(negativnoj) strani panela i na taj način
dolazi do razlike potencijala, tj. generira se
električna energija.
 Fotonaponske ćelije grade se od silicija, a silicij
je jedan od najzastupljenijih elemenata na Zemlji.
17
 Upotreba fotonaponskih ćelija
 Fotonaponske ćelije su najpoželjniji način iskorištavanja
energije Sunca, ali zbog slabe efikasnosti i visoke cijene
trenutno se ne koriste u velikoj mjeri.
 Fotonaponske ćelije direktno pretvaraju
solarnu energiju u električnu energiju.
 Fotonaponske ćelije uobičajeno se
koriste tamo gdje nije moguće dovesti
neki drugi izvor energije,npr.
na satelitima, na
znakovima uz ceste i slično.
18
Tûranor PlanetSolar brod potpuno
pogonjen solarnom energijom
500 m^2 solarnih panela, 93 kw , 200
putnika ,Kiel Germany
19
Solarne elektrane
19.9 MW, Sevilja, 2650 solarnih panela,
25000 domova, prostire se na 185 hektara
zemlje
20
Nacin rada solarne elektrane
• Solarne elektrane su postrojenja u kojima se
solarna energija pretvara u toplinsku, zatim u
električnu.
• Solarna se energija fokusirajućim kolektorima
pretvara u toplinsku energiju koja grije radni
fluid.
• Radni fluid pokreće turbinu, turbina svoj
mehanički rad predaje generatoru, gdje se
pretvara u električnu energiju.
21
Tabelarni prikaz instaliranih solarnih
sistema u Evropskoj uniji
22
Karta dozračene sunčeve energije u
Evropi
23
GEOTERMALNA ENERGIJA
• Ispod Zemljine površine nalaze se ogromne zalihe
toplinske energije - geotermalna energija
• Naziv geotermalno dolazi od grčkih riječi geo, što znači
zemlja i therme, što znači toplina
• Geotermalna energija je toplinska energija koja se stvara
u Zemljinoj kori polaganim raspadanjem radioaktivnih
elemenata, kemijskim reakcijama ili trenjem pri kretanju
tektonskih masa
• Količina takve energije je tako velika da se može
smatrati skoro neiscrpnom, pa je prema tome
geotermalna energija obnovljivi izvor energije
• Geotermalna energija ima brojne prednosti pred
tradicionalnim izvorima energije baziranim na fosilnim
gorivima
• Najveća prednost geotermalne energije je to što je čista i
sigurna za okoliš
• Metoda koja se koristi za dobivanje električne energije
ne stvara emisije štetne za okoliš
• Druga prednost su zalihe energije koje su nam na
raspolaganju. Zalihe geotermalne energije su praktički
neiscrpne
• Geotermalne elektrane se grade direktno na izvoru
energije i lako opskrbljuju okolna područja toplinskom i
električnom energijom
• Geotermalna energija je pouzdana jer ne ovisi
meteorološkim utjecajima za razliku od hidroelektrana
(ovise o količini vode na raspolaganju), vjetroelektrana
(vjetar jako varira i ne može se znati kad ce ga biti),
solarnih sustava (ne mogu raditi noću i ovise o
meteorološkim prilikama)
• Najveći nedostatak je to što nema mnogo lokacija koje
su prikladne za iskorištavanje geotermalne energije i
pogodnih za izgradnju geotermalnih elektrana
• Najbolje lokacije su one koje imaju dovoljno vruće stijene
na dubini pogodnoj za bušenje i koje su dovoljno
mekane
• Geotermalnu energiju je nemoguće transportirati i zbog
toga se može koristiti samo za opskrbu toplinom obližnjih
mjesta i za proizvodnju el. energije
GEOTERMALNA ELEKTRANA
• Geotermalnu energiju je moguće koristiti za proizvodnju
električne energije u geotermalnim elektranama,
toplifikaciji naseljenih mjesta, grijanje staklenika
• Grijanje zgrada i iskorištavanje geotermalne energije u
procesu dobivanja struje, glavni su ali ne i jedini načini
iskorištavanja te energije
• Geotermalno grijanje se odnosi na grijanje i hlađenje
prostora korištenjem toplinskih pumpi
• Takvi geotermalni sustavi su sposobni prenijeti toplinu iz
i u tlo uz minimalnu potrošnju električne energije. Čak i
uz visoke inicijalne troškove, ulaganje se relativno brzo
vraća. Ne zagađuju okoliš i jedan su od najučinkovitijih
sustava za grijanje i hlađenje
• Najveći geotermalni sistem koji služi za grijanje nalazi se
na Islandu, odnosno u njegovom glavnom gradu
Reykjaviku u kojem gotovo sve zgrade koriste
geotermalnu energiju
• Jedan od najzanimljivijih oblika iskorištavanja
geotermalne energije je proizvodnja električne energije
PRINCIP RADA
• Tu se koriste vruća voda i para iz Zemlje za pokretanje
generatora, pa prema tome nema spaljivanja fosilnih
goriva i kao rezultat toga nema niti štetnih emisija
plinova u atmosferu, ispušta se samo vodena para
• Dodatna prednost je u tome što se takve elektrane mogu
implementirati u najrazličitijim prirodnim okruženjima
• Princip rada je jednostavan: hladna voda upumpava se
na vruće granitne stijene koje se nalaze blizu površine, a
van izlazi vruća para na iznad 200 °C i pod visokim
tlakom i ta para onda pokreće generatore
• Trenutno se koriste tri osnovna tipa geotermalnih
elektrana:
- Princip suhe pare (Dry steam)
- Princip separiranja pare (Flash steam)
- Binarni princip (Binary cycle)
• Princip suhe pare (Dry steam) – koristi se iznimno vruća
para, tipično iznad 235 °C (445 °F). Ta para se koristi za
direktno pokretanje turbina generatora. Ovo je
najjednostavniji i najstariji princip i još uvijek se koristi jer
je to daleko najjeftiniji princip generiranja električne
energije iz geotermalnih izvora. Prva geotermalna
elektrana na svijetu u Landerellou koristila je taj princip
• Trenutno se najveća elektrana koja koristi „Dry steam“
princip nalazi u sjevernoj Kaliforniji i zove se The
Geysers, a proizvodi električnu energiju još od 1960
godine. Količina proizvedene električne energije iz tog
postrojenja još uvijek je dovoljna za opskrbu grada
veličine San Francisca
• Princip separiranja pare (Flash steam) – koristi se vruća
voda iz geotermalnih rezervoara koja je pod velikim
pritiskom i na temperaturama iznad 182 °C (360 °F).
Pumpanjem vode iz tih rezervoara prema elektrani na
površini smanjuje se tlak pa se vruća voda pretvara u
paru u pokreče turbine. Voda koja se nije pretvorila u
paru vraća se natrag u rezervoar zbog ponovne
upotrebe. Većina modernih geotermalnih elektrana
koristi ovaj princip rada
Vjetrenjače
Iskorištavanje energije vjetra
Iskorištavanje energije vjetra
• Iskorištavanje energije
vjetra je najbrže rastući
segment proizvodnje
energije iz obnovljivih
izvora.
• Zbog početne ekonomske
neisplativosti i nestalnosti
vjetra, instalacija
vjetrenjača je privilegija
koju si mogu priuštiti
samo bogate zemlje.
Vjetrenjače u BiH
• Naizgled, pozicija je idealna za vjetrenjače jer
većina ljudi odmah pomisli “Mostarsku buru”.
• Ali ta bura koja katkad puše i preko 150 km/h
nije dobra za generiranje struje jer takav
vjetar može jedino razbiti vjetrenjaču.
• Povoljan vjetar je onaj koji je umjeren i stalan,
a takav je npr. maestral koji puše ljeti s mora
prema kopnu.
Nastanak vjetra i principi
iskorištavanja
• Energija vjetra je transformirani oblik
sunčeve energije.
• Sunce neravnomjerno zagrijava različite
dijelove Zemlje → različiti tlakovi zraka →
vjetar nastaje zbog težnje za
izjednačavanjem tlakova zraka.
Najidealnije pozicije
• Postoje dijelovi Zemlje na kojima pušu takozvani
stalni (planetarni) vjetrovi i na tim područjima je
iskorištavanje energije vjetra najisplativije.
• Dobre pozicije su obale oceana i pučina mora.
• Pučina se ističe kao najbolja pozicija zbog
stalnosti vjetrova → cijene instalacije i transporta
energije koče takvu eksploataciju.
Zakon energije vjetra
• Kod pretvorbe kinetičke energije
vjetra u mehaničku energiju
(okretanje osovine generatora)
iskorištava se samo razlika
brzine vjetra na ulazu i na izlazu.
• Albert Betz, njemački fizičar
• 1919. god. → zakon energije
vjetra
• publiciran 1926. godine u knjizi
“Wind-Energie”
Zakon energije vjetra
• 59% je teoretski maksimum, a u praksi
se može pretvoriti između 35% i 45%
energije vjetra.
Kako radi generator
• Osovina
turbine
je
pričvršćena za osovinu
generatora. Generator ima
veliki
pomični
magnet
(rotor) koji se nalazi unutar
nepomičnog
prstena
(stator) na koji je namotana
dugačka žica.
Kako radi generator
• Pošto je osovina turbine spojena s
osovinom rotora, rotor se vrti kada se
vrti turbina. Zbog pomicanja (okretanja)
rotora (koji je veliki magnet) u žicama
na prstenu (statoru) počinje teći struja
kao
posljedica
elektromagnetne
indukcije. Dakle, generator pretvara
mehaničku energiju rotora u električnu
energiju.
Zašto energija vjetra?
• visoka
pouzdanost rada
postrojenja
• nema troškova
za gorivo
• nema
zagađivanja
okoline.
A zašto ne?
• visoki troškovi izgradnje
• promjenjivost brzine vjetra (ne može se
garantirati isporučivanje energije).
Zaključak
• Imajući u vidu sve navedeno lako je zaključiti da
covjecanstvo nema puno opcija na raspolaganju a
vremena je sve manje.
• Jedina nada je postepeno smanjenje korištenja
klasičnih izvora energije (fosilnih goriva) i njihova
zamjena novim i prije svega “čišćim” obnovljivim
izvorima.
• Sve to mora ići mnogo brže od današnjeg trenda
promjena.
• Poticaji za korištenje obnovljivih izvora moraju
biti veći i svijet mora ulagati mnogo više u
obnovljive izvore od onog sto se danas ulaže.
46
Zaključak
• BiH se obavezala da će do 2020
godine provođenjem mjera energetske
efikasnosti uštediti 20% energije, zatim
proizvesti 20% energije iz obnovljivih
izvora i smanjiti emisiju stakleničkih
plinova za 20%.
• Za ispunjenje ovih uslova biće potrebno,
između ostalog, instalirati mnogo
solarnih kolektora, vjetroelektrana..
47