E nergija i energenti

1. Energija i energenti • Cilj predavanja je da se studenti bliže upoznaju sa: • Osnovnim pojmovima vezanim za energiju • Karakteristikama pojedinih energenata koji su od značaja za formiranje njihovih cena • Tehnološkim procesima koji se koriste za transformaciju primarne u sekundarnu energiju

5. Definicija goriva Goriva su materije koje sagorevanjem oslobađaju veliku količinu toplote. Podela goriva Prema agregatnom stanju razlikujemo: čvrsta;  tečna i  gasovita goriva

6. Prema poreklu razlikujemo: Prirodna Veštačka Briketirani ugalj Drvo Drveni ugalj Ugalj Koks, polukoks Dest. proizvodi nafte Sirova nafta Generatorski gas Prirodni gas Vodeni gas Gas iz koksne peći

8. Kako se mere količine i toplotne vrednosti goriva Da bi se obavljala trgovina, goriva se mere Količinske mere za čvrsta goriva su kg ili tone a za tečna goriva i gas litre,bareli ili metri kubni Mera za električnu energiju je kilovatčas (kWh) a za toplotu kilodžuli (kJ) Konverzija fizičkih veličina u toplotne vrednosti se vrši na osnovu toplotnih vrednosti svakog pojedinačnog goriva.Toplotna vrednost označava onu količinu toplote (Q) koja se oslobađa pri potpunomsagorevanju 1kg čvrstog i tečnog goriva ili 1 m3 gasovitoggoriva. Toplotna vrednost je merilo kvaliteta goriva i zavisi od hemijskog sastava goriva.

9. Razlika između bruto i neto toplotne vrednosti • Većina goriva predstavlja smešu karbona i vodonika koji u procesu sagorevanja zajedno sa kiseonikom daju toplotu • Tokom sagorevanja vodonik i kiseonik se spajaju i rezultat toga je voda • Bruto toplotna vrednost (GCV) uključuje svu toplotu koja se oslobodila tokom sagorevanja uključujući i onaj deo koji se sadrži u vodi kao nusproizvodu • Neto toplotna vrednost (NCV) isključuje ovu toplotu sadržanu u vodi • Razlika između bruto i neto toplotne vrednosti za čvrsta i tečna goriva najčešće iznosi 5-6% dok za gas je oko 10% • Čvrsta i tečna goriva se uvek iskazuju sa neto toplotnom vrednošću, dok se prirodni gas uvek daje sa bruto toplotnom vrednosti

10. Faktori konverzije za jedinice mase

11. Faktori konverzije za energiju

12. Tipične toplotne vrednosti za pojedine derivate nafte

13. Faktori konverzije za prirodni gas (bruto toplotne vrednosti)

14. Toplotne vrednosti koje se koriste za poređenje troškova grejanja u Srbiji

15. Prirodna čvrsta goriva Od čvrstih goriva najznačajni su: Drvo i Ugalj Drvo se u industriji ne koristi, izuzev za potpaluu kotlovima za proizvodnju vodene pare, koji se lože ugljem.

17. Drvo kao gorivo • Tradicionalno, drvo se koristi u domaćinstvima i za proizvodnju toplotne energije u pogonima drvne industrije. • Osnovna prednost drveta kao goriva je u tome da se radi o obnovljivom izvoru. Takođe, drvo ima veoma nizak procenat pepela (<1%, što je mnogo niže nego kod ugljeva) i u sebi ne sadrži sumpor ili druge, kod fosilnih goriva uobičajene, zagađujuće i korodivne materije.

18. Donja toplotna moć drveta u funkciji sadržaja vlage u drvetu Vrednosti se odnose na lišćare. Kod četinara, zbog postojanja smolastih materija i većeg učešća lignina, toplotna moć je nešto viša.

19. Toplotne vrednosti

20. Cena drveta • Ne postoji svetska cena • Cena se utvrđuje na lokalnim tržištima • Zavisi od raspoloživosti drvne mase i udaljenosti centara potrošnje • U 2011.god.cena bez prevoza se kretala u Srbiji od 30-50€\m3

21. Klasifikacija uglja • Postoje razne metode za klasifikaciju prema poreklu, nameni, starosti, toplotnoj moći i drugim osobinama uglja. • Prema klasifikaciji Ekonomske komisije OUN za Evropu postoji samo podela na kameni i mrki ugalj. • Kameni ugalj ima gornja toplotnu moć, bez pepela, od 23,87 MJ/kg i više. Ispod te granice su vrste mrkog uglja, gde se lignit takođe računa u tu grupu. Međutim u nekim prikazima se odvojeno prikazuje i lignit gde se granica toplotne moći uglja vrednuje da je 12,5 MJ/kg.

22. Klasifikacija uglja • Lignit Toplotna vrednost iznosi od 6 do 12,5 MJ/kg, uz izvestan sadržaj sumpora. • Mrki ugalj %. Toplotna vrednost iznosi od 12,6 do 23,8 MJ/kg. Od kamenog uglja se razlikuje, što pored humusnih supstanci sadrži i izvesnu količinu humusnih kiselina. • Kameni ugalj se deli na više podgrupa. Kriterijum za klasifikaciju je količina isparljivih supstanci. Antracit, poluantracit, mršavi kameni ugalj, masni kameni ugalj , gasni kameni ugalj  i gasnoplameni kameni ugalj. Sadrže ugljenika 80 do 98%, pepela 0,5 do 40%, kiseonika oko 5%, vodonika oko 5%, a toplotna moć se kreće od 25 do 36 MJ/kg.

23. Rezerve uglja • Najveće rezerve uglja su na severnoj hemisferi prvenstveno između 35 i 50 stepeni severne geografske širine.  • Rezerve uglja su dobro istražene, pogotovo u razvijenim zemljama. Sa trenutnom godišnjom potrošnjom od oko 3,7 milijardi tona godišnje (kamenog i mrkog uglja) i 0,9 milijardi tona lignita ima dovoljno uglja za nekoliko stotina godina eksploatacije.

24. Rezerve uglja (2)

25. Raspodela rezervi • Raspodela rezervi ovog energenta je neravnomerna. Svega 6 zemalja raspolaže sa 75% svih svetskih rezervi. U poslednjih nekoliko godina su dodatna istraživanja još uvećala iznose rezervi.

26. Ugalj u Srbiji • Značajne rezerve uglja u Srbiji predstavljaju stratešku energetsku sirovinu na kojoj se i u narednim decenijama zasniva energetski razvoj Srbije. Otkopavanje uglja u Srbiji vrši se površinskom, podzemnom i podvodnom eksploatacijom. • Podzemna eksploatacija uglja vrši se u okviru JP PEU, koje trenutno obuhvata osam aktivnih rudnika i jedan rudnik koji je zatvoren devedesetih godina prošlog veka (Aleksinac) • Ukupno se u rudnicima proizvodi 500.000 - 600.000 t godišnje uglja različitog kvaliteta, i to poluantracita, kamenog, mrkog, mlađeg mrkog i mrko-lignitskog uglja. • Podvodni rudnik uglja Kovin, specifičan po načinu otkopavanja, bio je u sastavu JP EPS do 2005. godine, kada je izdvojen u posebno preduzeće, a nedugo zatim i privatizovan. Rudnik godišnje proizvodi oko 150.000 t lignitskog uglja • Površinska eksploatacija vrši se od strane JP EPS u Kolubarskom i Kostolačkom basenu lignitskog uglja, uglavnom za snabdevanje termoelektarana koje proizvode 61.8% električne energije u Srbiji. Proizvodnja uglja na površinskim kopovima je stabilna i iznosi oko 42x106 t uglja godišnje, a u narednom periodu će se povećavati u skladu sa izgradnjom novih termoenergetskih postrojenja.

27. Ukupne geološke rezerve uglja u Srbiji (u 000 t)

28. Karakteristike uglja u Srbiji • Kameni ugljevi samo po nekim svojim osobinama spadaju u vrstu kamenih ugljeva. Oni sadrže visok sadržaj sumpora (4-8%) i visok sadržaj pepela (18-27%), pa im je upotrebljivost ograničena na termičke svrhe. • Mrke ugljeve karakteriše visok sadržaj pepela (12-35) i relativno visok sadržaj sumpora (0.9-3.8%). • Lignite karakteriše visok sadržaj vlage (34-56%), sadržaj pepela od 9-21% i sadržaj sumpora od 0.5-1%, a često i iznad 1%.

29. Rudnici podzemne eksploatacije

30. Cene uglja • Kameni ugalj je jedino predmet svetske trgovine • Ostali ugljevi nemaju svetsku tržišnu cenu već se ona uglavnom formira prema ceni koštanja ili ceni kamenog uglja • Troškovi transporta i osiguranja igraju značajnu ulogu u formiranju cena uglja • Svetska cena kamenog uglja prati kretanje cene nafte i trnutno je oko 4-4,5 $/GJ • Bonitet koji se nekad koristio za utvrđivanje cena: za mrki ugalj je 0,8 a lignita 0,6 u odnosu na cenu kamenog uglja • Uobičajeno je da površinski kopovi lignita koji se koristi za proizvodnju el.energije se nalaze uz TE • Transport uglja do TE isplativ je do 80 km razdaljine

31. Nafta • Sirova nafta jedan od najvažnijih strateških svetkih proizvoda • Nafta predstavlja složenu mešavinu tečnih hidrokarbonata koji se u prirodi javljaju u podzemnim rezervoarima u sedimentnim stenama • Sirova nafta predstavlja sirovinsku osnovu za proizvodnju raznih derivata i ona se koristi kako za energetske tako i za neenergetske svrhe • Jedinice koje se koriste za njeno izražavanje mogu da budu težinske (tona) ili zapreminske (barel, litar, kubni metar) • Da bi mogla da se vrši konverzija između ovih jedinica neophodno je da se poznaje specifična težina ili gustina svakog derivata • Gustina može da se koristi za klasifikaciju nafte i njenih derivata od lakih ka teškim

32. Nafta (1)

33. Nafta (2) • Kretanje cene nafte ima uticaj na širok spektar ekonomskih aktivnosti (ekonomska istraživanja pokazuju da se za svaki porast cene od 10 dolara po barelu nafte stvarni BDP (bruto društveni proizvod) u Sjedinjenim Državama Amerike smanjuje za oko 0,4 posto privrednog rasta) • Cena nafte se formira na berzi • Tipovi nafte kojima se trguje na berzi su: slatka sirova nafta (Sweet oil), kisela sirova nafta (Sour crude), Brent oil, WTI (Western Texas Intermadiate), Iranska teška nafta i dr. • Kada se govori o sirovoj nafti, podrazumeva se da se govori o brent oilu. • Brent oil sirova nafta je pronađena 1960. godine, a najviše se eksploatiše od strane Velike Britanije, Norveške, Danske, Holandije i Nemačke

34. Troškovi proizvodnje nafte

35. Nafta(3) • Naftom se najviše trguje na robnim berzama • Najveća svetska robna berza na kojoj se trguje fjučersima na robu je Njujorška robna berza • Standard nafte kojom se trguje na ovoj berzi je WTI • Godine 2007. Euronext se spaja sa Njujorškom (NYSE) i formira NYSE Euronext berzu. Na ovoj berzi se najviše kotira nafta Nort Sea Brent Crude tj. nafta tipa Brent Oil

36. Nafta (4) • Barel je mera koja se najčešće koristi kao jedinica zapremine sirove nafte. Jedan barel iznosi 42 američka galona što je jednako 158,9873 litara. • Za Srbiju je najvažnija nafta tipa Ural koja se uvozi iz Rusije (7,34bbl=1t urala) • Cena na tržištu za jedan barel sirove nafte nije rezultat samo tržišnih odnosa ponude i potražnje već je posledica spleta netržišnih razloga gde politika ima najvažniju ulogu

38. Kretanje cena nafte

39. Kretanje cena nafte i derivata

40. Prirodni gas • Prirodni gas sadrži nekoliko gasova, ali dominantan je metan (oko 85%) • U zavisnosti da li se dobija kao nusprodukt vađenja nafte ili se direktno iz gasnih ležišta, zavisi i njegov sastav. U vezi toga kako se dobija razlikujemo vlažan i suv gas. • Da bi dobio komercijalnu svrhu, tako dobijeni prirodni gas mora da se procesuira kako bi se odstranili nepotrebni sastojci. • Da bi se obezbedio transport na velike udaljenosti, prirodni gas može da se utečni smanjujući mu temperaturu na – 160 stepeni celzijusovih. Tada govorimo o tečnom prirodnom gasu ili na engleskom LNG.

41. Prirodni gas (2) • Jedinice mere koje se koriste za prirodni gas mogu da budu zapreminske (m3) ili energetske (toplotne – KJ, Btu, kWh). • Kada se koriste zapreminske jedinice mere neophodno je da se zna temperatura i pritisak u trenutku merenja. • Prilikom merenja razlikujemo normalne uslove (t=0 stepeni i pritisak 760mm Hg) i standardne (t=15 stepeni i pritisak 760 mm Hg) • Kada se iskazuje u toplotnim jedinicama onda je to uvek bruto toplotna vrednost • U Srbiji se koristi standardna neto toplotna vrednost za prirodni gas koja iznosi 33,338 kj/m3 odnosno 37,005kJ/m3 bruto toplotna vrednost

42. Transportna mreža prirodnog gasa

43. Karta gasne mreže u Srbiji

46. Električna energija • Električna energija se proizvodi kao primarna i kao sekundarna energija • Primarna je ona koja se dobija iz hidroenergije, energije vetra, sunca, talasa, plime i sl. • Sekundarna se dobija iz toplote koja je rezultat nuklearne fuzije, sagorevanja uglja, nafte, prirodnog gasa i sl. • Proizvodnja i potrošnja el.energije se izražava u kilovatčasovima (kWh) ili u većim jedinicama (MWh,GWh, TWh) • Snaga (kapacitet) elektrana se izražava u megavatima (MW)

47. Jedinice za umnožavanje

48. Tipovi elektrana • U zavisnosti koji izvor se koristi za proizvodnju električne energije razlikujemo: • Hidroelektrane • Termoelektrane • Nuklearne elektrane • Elektrane u kombinovanom radu • Elektrane koje koriste obnovljive izvore • Vetar, • Sunce, • Geotermalnu energiju • Biomasu i sl.

49. Podela elektrana • Hidroelektrane se dele na: • Protočne • Akumulacione • Reverzibilne Termoelektrane se dele u zavisnosti od tipa goriva koje koriste U zavisnosti od toga da li proizvode el.energiju prevashodno za spoljnu upotrebu ili za sopstvene potrebe razlikujemo: • Javne elektrane • Industrijske elektrane (samoproizvođači)

50. Efikasnost termoelektrana • Efikasnost termoelektrana se meri na osnovu njihovog specifičnog utroška goriva, odnosno toplotne efikasnosti • Specifični utrošak goriva se meri kao kJ/kWh, i on predstavlja pokazatelj koliko goriva treba da se utroši za proizvodnju 1 kWh • Toplotna efikasnost (Eta) se izražava u procentima i dobija se kao količnik toplotne vrednosti kWh i specifičnog utroška goriva (Primer: 3.600 kJ : 11.000kJ/kWh = 33%)