ENERGIA

1. ENERGIA Dr. Ing. Kvetoslava Šoltésová, CSc.

2. Obsah • definície, jednotky, • energia v číslach, • výroba elektriny, • kombinovaná výroba elektriny a tepla, • výroba tepla (vykurovanie), • záväzky a ciele

3. Energia Definície • energia je schopnosť vykonávať prácu, môže mať rôznu formu: • kinetická energia, • potenciálna energia, • tepelná energia, • elektrická energia ... • zákon zachovania energie: • energiu nemožno vyrobiť ani zničiť, dá sa iba premieňať z jednej formy na inú

4. Energia Jednotky • jednotkou energie je Joule [J] • 1 gigajoule [GJ] = 277,778 kilowatthodín [kWh], • 1 kilowatthodina [kWh] = 3600 kilojoule [kJ], • 1 kilokalória [kcal] = 4,187 kilojoule [kJ] • 1 kilokalória [kcal] = 0,001163 kilowatthodiny [kWh] • 1 tonne oil equivalent [toe] = 11600 kilowatthodina [kWh]

5. Energia „Spotreba“ energie • čo je čo? (štatistika) • ciele podielu OZE, • ciele úspor energie

6. Energia „Spotreba“ energie • ľudstvo ročne využíva asi 1,4.1020 J energie v rôznej forme, • na jedného človeka pripadá v priemere trvalý príkon 1,2 kW (cca 20x viac ako výkon, ktorý je človek schopný poskytovať fyzickou prácou), • spotreba primárnych energetických zdrojov Slovenskej republiky predstavuje ročne asi 750 PJ, • konečná energetická spotreba je cca 400 PJ,

7. Energia Primárne energetické zdroje (PEZ) Zdroj: www.spp.sk

8. Energia Spotreba PEZ v SR na výrobu elektriny (2008) Zdroj: ŠÚ SR

9. Energia Spotreba PEZ v SR na výrobu tepla (2008) Zdroj: ŠÚ SR

10. Energia Konečná energetická spotreba (KES) v SR (2008) Zdroj: ŠÚ SR

11. Energia Energetická náročnosť • spotreba energie na hrubý domáci produkt

12. Energia Energetická náročnosť SR • v porovnaní s priemernou hodnotou energetickej náročnosti v rokoch 2001-2005 (12,158 TJ/mil. EUR), zaznamenalo SR výrazný pokles energetickej náročnosti • v roku 2008 až o 31,5%,   • v roku 2009 dokonca o 33,2%

13. Energia Využívanie obnoviteľných zdrojov v SR (2009) • podiel OZE na energetickej spotrebe • hrubá konečná energetická spotreba: 9,4% • konečná energetická spotreba: 5,3% • hrubá konečná energetická spotreba elektriny: 18,29% • konečná energetická spotreba elektriny: 17,42% • spotreba motorových palív: 3,6% Zdroj: MH SR , ÚRSO, spracované SIEA

14. Energia Využitie • najdôležitejšie písmeno pri využití energie?  =

15. Energia Využiteľné formy energie • využiteľné formy energie • tepelná energia, • mechanická energia, • elektrická energia, • komerčne dostupné formy energie • palivá, • teplo, • elektrina

16. Energia Využiteľné formy energie • v praxi sa bežne používa formulácia, že „elektrina a teplo sa vyrábajú resp. spotrebúvajú“, • vyrábajú sa v zariadeniach, ktoré slúžia na premenu energie a tieto sa často označujú aj ako „zdroje energie“,

17. Energia Využiteľné formy energie • podľa toho aká forma využiteľnej energie je po premene k dispozícii sa „zdroje energie“ rozdeľujú na: • elektrárne, • teplárne, • výhrevne a kotolne

18. Výroba elektriny Elektráreň • elektráreň je zariadenie, v ktorom sa z primárneho energetického zdroja vyrába elektrina, • podľa spôsobu výroby elektriny medzi najčastejšie využívané elektrárne patria elektrárne • tepelné (klasické alebo jadrové), • slnečné, • vodné, • veterné, • geotermálne ...

19. Výroba elektriny Elektráreň • elektráreň je zariadenie, v ktorom sa z primárneho energetického zdroja vyrába elektrina, • podľa spôsobu výroby elektriny medzi najčastejšie využívané elektrárne patria elektrárne • tepelné (klasické alebo jadrové), • slnečné, • vodné, • veterné, • geotermálne ...

20. Výroba elektriny Klasická tepelná elektráreň Zdroj: www.ekofond.sk

21. Výroba elektriny Klasická tepelná elektráreň • parný kotol • spaľovanie paliva najčastejšie fosílneho (uhlie, zemný plyn, vykurovací olej...), • chemicky viazaná energia sa spálením za prítomnosti kyslíka zo vzduchu uvoľní a prostredníctvom horúcich spalín odovzdá teplo vode, • voda sa vo výparníku vyparuje a vzniká para, • výparník je špecifický druh výmenníka spaliny/voda, • v ďalších výmenníkoch spaliny/voda sa vodná para postupne prehrieva na požadovanú teplotu,

22. Výroba elektriny Klasická tepelná elektráreň • parná turbína • prehriata vodná para prúdi na lopatky a roztáča jej hriadeľ, • tepelná energia mení na mechanickú energiu, • elektrický generátor • je osadený na spoločnom hriadeli s parnou turbínou, • mechanická energia mení na energiu elektrickú, • kondenzátor • para z turbíny odovzdá teplo chladiacej vode a kondenzuje • čerpadlá • kondenzátne čerpadlá prečerpávajú kondenzát z kondenzátora do napájacej nádrže, • v odplyňovači, ktorý je súčasťou napájacej nádrže, sa kondenzát a prídavná voda tepelne upravujú, • napájacími čerpadlami sa voda z napájacej nádrže dopravuje späť do kotla, kde sa celý proces opakuje, • (dynamická schéma tepelnej elektrárne: http://www.seas.sk/encyklopedia/elektrina-sposob-vyroby/tepelna-elektraren/) • Pri spaľovaní paliva sa do ovzdušia dostávajú znečisťujúce látky ako napr. tuhé častice (najmä v prípade spaľovania uhlia), oxid uhoľnatý, oxidy dusíka a oxidy síry. Oxidy síry sa môžu naviazať na vodu v ovzduší pričom vzniká riedená kyselina sírová, ktorá je príčinou tzv. „kyslých dažďov“ najmä v okolí elektrární, ktoré spaľujú palivá s vyšším obsahom síry (napr. hnedé uhlie). Správnym nastavením spaľovania a použitím technológií na zachytávanie znečisťujúcich látok je možné emisie znečisťujúcich látok do ovzdušia minimalizovať. Nie je však možné a ani účelné obmedziť tvorbu oxidu uhličitého, ktorý je označovaný ako skleníkový plyn.

23. Výroba elektriny Klasická tepelná elektráreň • čerpadlá • kondenzátne čerpadlá prečerpávajú kondenzát z kondenzátora do napájacej nádrže, • v odplyňovači, ktorý je súčasťou napájacej nádrže, sa kondenzát a prídavná voda tepelne upravujú, • napájacími čerpadlami sa voda z napájacej nádrže dopravuje späť do kotla, kde sa celý proces opakuje, • dynamická schéma tepelnej elektrárne: http://www.seas.sk/encyklopedia/elektrina-sposob-vyroby/tepelna-elektraren/

24. Výroba elektriny Klasická tepelná elektráreň • spaľovanie • pri spaľovaní paliva sa do ovzdušia dostávajú znečisťujúce látky ako napr. tuhé častice (najmä v prípade spaľovania uhlia), oxid uhoľnatý, oxidy dusíka a oxidy síry, • oxidy síry sa môžu naviazať na vodu v ovzduší pričom vzniká riedená kyselina sírová, ktorá je príčinou tzv. „kyslých dažďov“ najmä v okolí elektrární, ktoré spaľujú palivá s vyšším obsahom síry (napr. hnedé uhlie), • správnym nastavením spaľovania a použitím technológií na zachytávanie znečisťujúcich látok je možné emisie znečisťujúcich látok do ovzdušia minimalizovať, • nie je však možné a ani účelné obmedziť tvorbu oxidu uhličitého, ktorý je označovaný ako skleníkový plyn.

25. Výroba elektriny Klasická tepelná elektráreň - spaľovanie biomasy Zdroj: www.ekofond.sk

26. Výroba elektriny Klasická tepelná elektráreň - spaľovanie biomasy • spaľovanie biomasy • pri spaľovaní biomasy sa do ovzdušia taktiež dostávajú znečisťujúce látky, najmä tuhé častice, oxid uhoľnatý a oxidy dusíka, • podiel síry v biomase je skutočne minimálny a tak vzniká veľmi málo oxidov síry, • v niektorých prípadoch je však potrebné eliminovať zlúčeniny chlóru, ktoré ohrozujú časti kotla vysokoteplotnou koróziou,

27. Výroba elektriny Klasická tepelná elektráreň - spaľovanie biomasy • spaľovanie biomasy • elektráreň, v ktorej sa spaľuje biomasa sa v súčasnosti nepovažuje za zdroj energie, ktorý vypúšťa do ovzdušia skleníkový plyn, • pri spaľovaní biomasy síce oxid uhličitý vzniká, ale vzhľadom na skutočnosť, že rastliny počas svojho rastu CO2 spotrebúvajú pri fotosyntéze, platí dohoda, že takýto zdroj energie je CO2 neutrálny, • dynamická schéma tepelnej elektrárne na spaľovanie biomasy http://www.seas.sk/_cms_/_files/822/schema_biomasa.htm.

28. Výroba elektriny Jadrová tepelná elektráreň Zdroj: www.ekofond.sk

29. Výroba elektriny Jadrová tepelná elektráreň • reaktor • ako palivo sa spravidla používa prírodný alebo obohatený urán, • takéto palivo sa však nespaľuje, ale štiepi, je umiestnené v tlakovej nádobe reaktora v tzv. palivových kazetách, • do tlakovej nádoby reaktora prúdi chemicky upravená voda, ktorá preteká kanálikmi v palivových kazetách a ohrieva sa teplom, ktoré vzniká pri štiepnej reakcii,

30. Výroba elektriny Jadrová tepelná elektráreň • parogenerátor • ohriata voda prechádza primárnym potrubím parogenerátora a odovzdáva teplo vode, ktorá je privádzaná zo sekundárneho okruhu, • ochladená voda primárneho okruhu sa vracia späť do aktívnej zóny reaktora, • voda sekundárneho okruhu sa v parogenerátore odparuje a cez parný kolektor sa para odvádza na lopatky turbíny, • dynamická schéma jadrovej elektrárne: http://www.seas.sk/_cms_/_files/822/schema_jadrova.htm

31. Výroba elektriny Slnečné elektrárne • typy slnečných elektrární: • koncentračné termické (tepelné) elektrárne, • fotovoltické systémy, • z prevádzky slnečných elektrární sa do ovzdušia nedostávajú žiadne znečisťujúce látky a ani oxid uhličitý, • nevýhodou slnečných elektrární je skutočnosť, že výroba elektriny je závislá disponibility slnečného žiarenia

32. Výroba elektriny Slnečné elektrárne - koncentračné • koncentrovaným slnečným žiarením je ohrievaný energonosič (spravidla sa jedná o olej) a následne sa využíva princíp klasickej tepelnej elektrárne, • na koncentráciu slnečného žiarenia do sa používajú • lineárne parabolické zrkadlá, • tanierové parabolické zrkadlá, • termálne solárne veže, • dynamická schéma termickej slnečnej elektrárne: http://www.seas.sk/_cms_/_files/822/schema_slnecna.htm

33. Výroba elektriny Slnečné elektrárne - fotovoltické Zdroj: www.ekofond.sk

34. Výroba elektriny Slnečné elektrárne - fotovoltické • fotovoltaický jav bol objavený cca pred 150 rokmi, keď francúzsky fyzik Bequerel zistil, že slnečné žiarenie je možné premeniť na elektrinu, • fotovoltaické články sa používajú k priamej premene svetla na jednosmerný elektrický prúd, • keďže energia dodaná jedným článkom je nedostatočná, sú články spájané a spolu tvoria solárny (fotovoltický) panel, • fotovoltaický článok je vlastne veľkoplošná polovodičová dióda, na ktorej vzniká napätie, • podstatou celej premeny slnečného žiarenia na elektrickú energiu je vnútorný fotoelektrický jav, • základným materiálom článku je väčšinou kremík

35. Výroba elektriny Vodné elektrárne Zdroj: www.ekofond.sk

36. Výroba elektriny Vodné elektrárne • vo vodnej elektrárni usmernený vodný dopadá na lopatky vodnej turbíny a roztáča hriadeľ, na ktorom je osadený generátor, mechanická energia sa mení na elektrickú, • podľa spôsobu využitia vodného toku sa rozlišujú: • prietokové, • akumulačné, • derivačné, • prečerpávacie, • kombinované,

37. Výroba elektriny Vodné elektrárne • z prevádzky vodnej elektrárne sa do ovzdušia nedostávajú žiadne znečisťujúce látky a ani oxid uhličitý, pri ich výstavbe sa však spravidla významne zasahuje do životného prostredia a preto je potrebný citlivý prístup, • výroba elektriny z vodných elektrární závisí od hydrologických podmienok, tieto sú však primerane predikovateľné, • na rozdiel od slnečných elektrární sú vodné elektrárne (tzv. hydroelektrárne) schopné vyrábať elektrinu aj v noci, • dynamická schéma vodnej elektrárne: http://www.seas.sk/_cms_/_files/822/schema_vodna.htm

38. Výroba elektriny Veterné elektrárne Zdroj: www.ekofond.sk

39. Výroba elektriny Veterné elektrárne • veterné elektrárne premieňajú energiu prúdenia vzduchu na elektrickú energiu, • sila vetra sa oprie o vhodne nastavené krídla rotora turbíny a roztáča ich, • točivá sila sa z rotora prenáša cez prevodovku, alebo priamo do elektrického generátora, kde sa premieňa na elektrickú energiu,

40. Výroba elektriny Veterné elektrárne • podľa polohy osi rotora poznáme dva základné typy veterných turbín: • s horizontálnou osou (všetky väčšie zariadenia), • s vertikálnou osou (niektoré typy menších zariadení), • väčší počet veterných elektrární v jednej lokalite sa nazýva veterný park, • výroba elektriny z veterných elektrární závisí od prúdenia vzduchu, v prípade slabého alebo až príliš silného vetra veterná elektráreň nepracuje,

41. Výroba elektriny Veterné elektrárne • z primárnych energetických zdrojov je ´vietor najmenej predikovateľný a preto je potrebné mať okrem veterných elektrární aj iné zdroje energie, • dynamická schéma veternej elektrárne: http://www.seas.sk/_cms_/_files/822/schema_veterna.htm