-
189
2. NEOBNOVLJIVI OBLICI ENERGIJE2. NEOBNOVLJIVI OBLICI
ENERGIJE2.1. Energetske pretvorbe goriva
2.1.1. Definicija rezervi2.1.2. Izgaranje (pretvorba kemijske
energije u toplinsku)2.1.3. Pretvorba toplinske energije u
mehaniku
2.2. Fosilna goriva2.2.1. Ugljen i treset2.2.2. Nafta i zemni
plin2.2.3. Fosilna goriva (dodatno)
2.3. Nuklearna goriva2.3.1. Fisija2.3.2. Fuzija (dodatno)
2.4. Geotermalna energija
90
Prirodni (primarni) oblici energije
NEOBNOVLJIVI
Fosilna goriva(ugljen, nafta, zemni plin, uljni
kriljevci)Nuklearna goriva
Unutarnja toplina Zemlje (geotermalna energija)
OBNOVLJIVI
Drvo i otpaciBiomase i bioplin
Vodne snageEnergija Suneva zraenja
Energija vjetraEnergija morskih struja i valova
Energija plime i oseke
-
291
2.1. Energetske pretvorbe goriva 2.1.1. Definicija rezervi
92
Definicija rezervi Pod rezervama neke iskoristive materije
podrazumijeva se dovoljna
koncentracija nastala djelovanjem geolokih i fizikalno-kemijskih
faktora Svi kemijski elementi rasprostranjeni su u i na Zemlji ali
se samo njihova
koncentracija moe oznaiti kao rezerve Veinu oblika energije koji
se ne obnavljaju mogue je nagomilati (uskladititi)
u prirodnom obliku (fosilna i nuklearna goriva). Izuzetak je
geotermalna energija (vruih izvora i unutarnje topline zemlje)
Posljedica: mogu se koristiti prema potrebama potroaa i lako se
transportiraju!
Najvei dio rezervi neobnovljivih izvora energije nalazi se ispod
Zemljine povrine, a manji na povrini, pa utvrivanje rezervi nije
niti jednoznano, niti jednostrano.
Postupak utvrivanja rezervi vezan je za buenja u zemljinoj kori,
pa su rezerve ograniene, ma koliko velike bile!
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
-
393
Ukupne ili geoloke rezerve sastoje se od:1. Utvrenih (dokazane,
eng. proven)2. Potencijalnih rezervi
Utvrene ili otkrivene geoloke rezerve dijele se na:1. Bilanne
ili iskoristive (eng, recoverable): rezerve utvrene u leitu, a koje
se mogu dobiti uz postojeu tehniku i tehnologiju uz isplativu
uporabu2. Izvanbilanne ili neiskoristive (eng. non-recoverable):
mase u leitu koje se ne mogu isplativo iskoristiti s postojeom
tehnikom i tehnologijom, npr. mala koliina, debljina sloja, velika
dubina i sl.
Potencijalne rezerve utvruju se na osnovi geolokih i geofizikih
podataka i djelomino provedenih istranih radova, a slue iskljuivo
za planiranje osnovnih geolokih istraivanja. One se ne razvrstavaju
u klase.
94
Rezerve - uobiajene jediniceTona ekvivalentnog ugljena (Tonne of
Coal Equivalent, [tce])Energija nastala izgaranjem 1 metrike tone
(1000 kilograma) ugljena, ekvivalentna energiji nastaloj izgaranjem
5.2 barela (700 kilograma) nafte ili 890 m3 prirodnog plina1 [tce]
= 29,39 [GJ] = 8,14 [MWh]
Tona ekvivalentne nafte (Tonne of Oil Equivalent, [toe])Energija
nastala izgaranjem 1 metrike tone (1000 kilograma) nafte, tj. 7.4
barela, ekvivalentna energiji nastaloj izgaranjem 1400 kilograma
ugljena ili 1270 m3 prirodnog plina1 [toe] = 41,87 [GJ] = 11,63
[MWh]
Posebne jedinice za naftu:1 [bbl] barel nafte = 158.987295 [l] 1
US gallon = 3.78541178 [l] 1 Imperial (UK) gallon = 4.54609 [l]
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
-
495
Pretvorbe kemijske energija goriva
Najee se transformira u unutarnju (toplinsku) energiju. Mogua je
i neposredna transformacija u elektrinu energiju (gorive
elije). Ponekad se iskoritava i kao kemijska energija (metalurki
koks).
Izgaranje: proces transformacije kemijske energije u unutarnju
energiju(neposredna upotreba: za grijanje prostorija, kuhanje,
pripremu tople vode, za tehnoloke procese kad su potrebne visoke
temperature (keramika, metalurka, cementna industrija i sl.) -
nosioci energije plinovi izgaranja.
Loita: postrojenja i ureaji za neposredno iskoritavanje
unutarnje energije: unutarnju energiju nosilac predaje okolnom
zraku, vodi, sirovinama ili poluproizvodima u tehnolokim
procesima.
96
2.1. Uvod 2.1.2. Izgaranje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
-
597
Izgaranje Pretvorba kemijske energije (goriva) u unutarnju
toplinsku
energiju (nosioca) Ako se nekom tijelu ili sustavu dovede
energija, ona se nagomilava, a
tako nagomilana energija naziva se unutarnjom toplinskom
energijom. Unutarnja toplinska energija sastoji se od kinetike
energije molekula koje se gibaju i potencijalne energije molekula
koja je posljedica privlanih i odbojnih sila.
Proces transformacije kemijske energije u unutarnju energiju
naziva se izgaranjem. Odvija se u loitu.
Uporaba unutarnje termike energije:1. Izravna (neposredna): Za
grijanje prostorija, kuhanje, pripremu tople vode, za tehnoloke
procese kad su potrebne visoke temperature (obrada stakla,
keramike, cementa, metala, plastike i sl.). Nosioci topline plinovi
izgaranja.
98
2. Neizravna (posredna):Energija plinova izgaranja moe se potom
pretvoriti u mehaniku energiju u plinskim turbinama i motorima s
unutar. izgaranjem. Nadalje, prijelazom topline u parnim kotlovima
predati vodi, odnosno vodenoj pari (novi nosioc energije).
Zagrijana vodena para slui za pogon parnih turbina u kojima se
unutarnja energija pare transformira u mehaniku energiju (preko
kinetike energije).
Izgaranje je kemijska reakcija oksidacije gorivih sastojaka s
kisikom iz zraka uz istovremenu pojavu topline i svjetlosti.
Radi se o izmjeni tvari pri emu,u broj atoma ostaje
nepromijenjen (zakon o odranju mase).
Energetska jednadba izgaranja temelji se na prvom stavku
termodinamike: E=const. (zakon o. energije).
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
-
699
Proces izgaranja:1. Zagrijavanje i suenje, 2. Destilacija
(isparavanje) hlapljivih sastojaka piroliza, 3. Izgaranje
hlapljivih sastojaka, 4. Izgaranje vrstog ugljika
Uvjeti izgaranja:1. U loitu treba biti dovoljno visoka
temperatura za paljenje goriva 2. Povoljan omjer mjeanja goriva i
zraka 3. Odgovarajue pripremljeno gorivo4. Dovoljno vremena za
izgaranjeVolumni udio kisika u zraku je 21%, to je plin koji ne
gori, ali podrava gorenje.Mnoina tvari n definira se u (mol),
molarna masa M u (kg/mol)Znajui masene udjele pojedinih sastavnih
tvari u gorivu, svaki sastojak odreuje se koliinom u (kmol/kg), te
se mogu se odrediti minimalne potrebne koliine kisika/zraka za
potpuno izgaranje.
100
Koliine sastojaka (elemenata) oznaavaju se malim slovima, tako
da vrijedi c+h+s+o+n+w+a = 1.Minimalna koliina kisika omin i zraka
zmin potrebna za potpuno izgaranje iznosi:
Jednadba za izraunavanje minimalne koliine kisika za izgaranje
krutih i tekuih goriva je
kgkmoloshco /3232412min
+++=
kgkmoloz /2.0
minmin =
kgmoshco /7,07,06,5867,1 3min ++=
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
-
7101
Stehiometrijski odnosi izgaranjaAvogadrov zakon: svi plinovi pri
istom tlaku, temperaturi i volumenu imaju jednak broj molekula N =
6.02251023 1/mol.Pri izgaranju se oslobaa odreena koliina
topline.Stehiometrijski odnosi izgaranja (vezani uz ugljen, naftu i
prirodni plin):a) vodika: 1kmol H2 + 0.5 kmol O2 = 1kmol H2O + 240
MJ/kmolb) ugljika: 1kmol C + 0.5 kmol O2 = 1kmol CO + 123.8
MJ/kmol
1 kmol C + 1kmol O2 = 1kmol CO2 + 407 MJ/kmol1kmol CO + 0.5 kmol
O2 = 1kmol CO2 + 283.2 MJ/kmol
c) sumpora: 1kmol S + 1kmol O2 = 1kmol SO2 + 297 MJ/kmol1kmol
SO2 + 0.5 kmol O2 = 1kmol SO3 +398 MJ/kmol
102
d) ugljikovodika:1kmol CmHn + (m+0.25n) kmol O2 = m kmol CO2 +
0.5 n kmol H2O + QKoliina osloboene topline Q pri izgaranju
ugljikovodika ovisi o njegovom kemijskom spoju, npr.:Metan CH4 Q =
804.2 MJ/kmol Etan C2H6 Q = 1444.8 MJ/kmol Propan C3H8 Q = 2083.2
MJ/kmol Butan C4H10 Q = 2773.1 MJ/kmol
Loita i temperature izgaranjaOvisno o konstrukciji loita
razlikuje se teorijska i stvarna temperatura izgaranja1. Teorijska:
izgaranje u toplinski izoliranom sustavu, plinovi izgaranja dostiu
vrlo visoku temperaturu od cjelokupne topline osloboene izgaranjem
2. Stvarna: nia jer se dio topline goriva predaje okolini (okolnom
mediju) radi postojanja temperaturne razlike
-
8103
Unutarnja energija plinova izgaranja moe se, dalje, prijelazom
topline u parnim kotlovima predati vodi, odnosno vodenoj pari:1.
Grijanje prostorija ili u tehnolokim procesina kad su potrebne
relativno niske temperature (do nekoliko stotinaC), 2. Za pogon
parnih turbina u kojima se unutarnja energija pare konano
transformira u mehaniku (preko kinetike).
Parne termoelektrane i Nuklearne termoelektrane
Unutarnja energija plinova izgaranja moe se i neposredno
pretvoriti u mehaniku energiju u plinskim turbinama i motorima s
unutarnjim izgaranjem.
Plinske termoelektrane
104
2.1. Uvod 2.1.3. Pretvorba toplinske energije u mehaniku
-
9105
Pretvorba unutarnje toplinske energije (nosioca) u mehaniku
Plinovi i pare su mediji (nosioci) energije koji slue za
prijenos
unutarnje toplinske energije u mehaniku energiju.Svi su procesi
u kojima se odvijaju energetske pretvorbe, povezani s promjenama
stanja radnog medija (nosioca energije).
Termika jednadba stanja- slui za opisivanje jednostavnih
termodinamikih procesa - povezuje tri unutarnje veliine stanja za
definiranje homogenog procesa: tlak p, volumen V (relat. volumen po
jedinici mase, v) i temperaturu T.
U implicitnom obliku za homogeni proces:( ) 0,, =TvpF
106
Samo za idealne plinove i realne plinove pri veoma niskim
tlakovima termika jednadba stanja poprima jednostavni oblik:
R univerzalna plinska konstanta = 8.314 J/kmol,Kn mnoina tvari
(kmol), ovisno o vrsti plina
TRnvp =
.konstT =
.konstp =
.konstV =
p
v
T
( ) 0,, =TVpF
Povrina stanjaidealnog plina up-V-T prostoru
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
-
10
107
Entropija i specifina toplina Pojam entropije usko je povezan s
drugim glavnim stavkom
termodinamike. Diferencijal entropije (dS) i diferencijal
specifine entropije (ds) u odnosu na jedinicu mase definiraju se
kao:
dQ12 promjena topline pri prijelazu iz stanja 1 u 2, dWR rad
sile trenja
U idealnim uvjetima (bez trenja) govorimo o pojmu specifina
toplina(toplinski kapacitet) c: koliina topline potrebna da bi se
temperatura 1 kg tvari poveala za 1 K:
Razlikuje se specifina toplina cv pri konstantnom volumenu i pri
konstatnom tlaku cp
]/[12 KJT
dWdQdS R+= ],/[ KkgJT
dwdqm
dSds R+==
],/[ KkgJdTdq
dTmdQ
c =
=
108
Promjene stanja idealnih i realnih plinova Obzirom na mogue
promjene stanja medija dovoenjem topline (q > 0) s
promjenom p, V i T razlikujemo slijedee promjene stanja idealnog
plinaNaziv Dov. toplina (q) ili izv. meh. rad (w):a) izohora (V =
const., p i T raste) q12 = cv(T1 T2 ) > 0b) izobara (p = const.,
V i T raste) q12 = cp(T1 T2 ) > 0c) izoterma (T = const., V
raste, p pada) q12 = w12 = p1 v1ln(p1/p2 ) > 0Obratne promjene
veliina stanja vrijede kad se toplina odovodi (q < 0)
Adijabata: promjena stanja idealnog plina (p, V i T) u sluaju
kad nema izmjene topline (q = 0) s promjenom d) adijabata (s, Q =
const.), dva sluaja
adijabatska ekspanzija: p pada, V raste, T pada) q12 = 0, w12
> 0 adijabatska kompresija: p raste, V pada, T raste) q12 = 0,
w12 < 0
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranTekst pisan pisaim strojemkolicina energije koju je
potrebno dovesti/odvesti nekom sustavu/medijuda bi mu se
temperatura promjenila za 1 K
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
-
11
109
Realni plinovi prikazuju se opim hiperbolama (politropama)e)
politropa: q12 = cv(T1 T2 ) (n )/(n - 1) , gdje je = cp / cv
Pri tome se dobija za: n = 0 izobaran = 1 izoterma
n = adijabatan = izohora
110
Kruni termodinamiki proces Zatvoreni proces kod kojeg su poetna
i zavrna toka jednake (iste
veliine stanja p, V i T) U krunom procesu toplinskog stroja
pogonski medij ekspandira s
vieg (toka 1) na nii tlak (toka 2) uz poveanje volumena,
proizvodei mehaniku energiju, to se vidi na p-V dijagramu
Kada bi kompresija (2-1) tekla po istoj krivulji po kojoj je
obavljena ekspanzija, ne bi se mogao izvriti rad (razlika dovedene
i odvedene topline)
Stoga je uvjet za dobivanje energije iz sustava da je utroeni
rad za kompresiju manji nego dobivena energija ekspanzijom
medija.
Utjecaj okoline (temperatura i tlak)
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
-
12
111
Kruni proces u T-s dijagramu povrina odgovara toplini
112
U toki 1 unutarnja energija medija na poetku i na kraju procesa
je jednaka, pa se rad ne obavlja promjenom unutarnje energije nego
na raun promjene topline.
Ako se mediju mijenja stanje bez promjene topline, entropija
ostaje nepromijenjena (primjer: adijabatska ekspanzija)
Specifina entalpija (h): sadraj topline pri konstantnom tlaku,
jednaka je zbroju specifine unutarnje energije i specifine energije
strujanja medija:
Dovedena toplina mijenja mediju unutarnju energiju i volumen V
uz konstantan tlak p ili mu mijenja unutarnju energiju i tlak p uz
konstantan volumen V
21 QQW =
]/[ kgJvpwh u +=
VedranIsticanje
VedranIsticanje
-
13
113
Obzirom na nain upotrebe pogonskog medija, toplinski se strojevi
dijele na: 1. Turbostrojeve (rad medija se prenosi na lopatice
rotora parne i plinske turbine).2. Stapne strojeve (stap ili klip
je dio stroja na koji se prenosi rad medija motori s unutarnjim
izgaranjem)
Turbostrojevi U zatvorenom termodinamikom sustavu ekspanzija
medija moe se
iskoristiti samo jednom za dobivanje mehanikog rada pa je
nezanimljiv za uporabu
Potrebno je nainiti otvoreni termodinamiki proces (dovoenje
medija prije kompresije i odvoenje medija nakon
kompresije)-mogunost izmjene mase i energije izmeu granica
sustava.
Kruni proces parnih i plinskih turbina opisuje idealno kao
Carnot kruni proces (u stvarnosti neostvarivom procesu)
114
Carnot-ov kruni proces
-
14
115
Carnotov kruni proces: Tok energije sastoji se od dviju izotermi
i dviju adijabata Toplina se dovodi po izotermi od toke 1 do 2, pa
je dovedena toplina
Qd prikazana povrinom u T-s dijagramu ispod duine 1-2 Od toke 2
do 3 odvija se adijabatska ekspanzija, a od toke 4-1
adijabatska kompresija bez izmjene topline (realno nije
ostvarivo). Toplina se odvodi po donjoj izotermi od toke 3-4, pa je
odvedena
toplina Qo prikazana povrinom ispod duine 3-4 (uvijek manja od
dovedene!!!)
Termiki stupanj korisnog djelovanja Carnotovog krunog
procesa:
d
o
d
od
dt Q
QQ
QQQW
=
== 1d
o
d
ot T
TssmTssmT
=
= 1)()(1
12
12
116
Carnotov idealni proces - maksimalni stupanj djelovanja kod
pretvorbi unutarnje topline u mehaniki rad
od QQW =
Qo
p
V
Izoterma Td i To
Adijabata W
Qd
Carnot p-v dijagram
Td(K) 1000
(%)
800 600 400 200 0
20
40
60
80
100
Izvreni mehaniki rad (J/kg): Izvreni mehaniki rad (J/kg):
d
o
d
odt T
TT
TT=
= 1
-
15
117
2.1. Uvod 2.1.3. Pretvorba toplinske energije u mehaniku
Stapni strojevi (dodatno)
118
Stapni strojevi (dodatno) Pretvorba energije se odvija u
cilindru i dobiveni rad se prenosi dalje
preko stapa (klipa) na osovinu stroja, radilicu, crpku i sl.
Energija se dovodi u cilindar izvana iz okoline, putem medija:
1. Vodena para za parni stroj, 2. Plinovito ili tekue gorivo za
motore s unutarnjim izgaranjem
Parni stapni strojevi se danas upotrebljavaju relativno malo
(lokomotive)
Motori s unutarnjim izgaranjem: 1. Otto ili benzinski - Otto
kruni proces2. dizelski (Diesel) motor Dizelski i Sabathe-ov
(kombinirani dizelski) kruni proces
-
16
119
Gorivo izgara (dovoenje topline) pri stalnom volumenu V2 (od 2
do 3), uz porast temperature, obratno vrijedi za odvoenje topline
iz procesa od 4 do 1
Procesi od 3 do 4 i od 1 do 2 su tehnike politrope (ekspan. i
kompr. izmeu izoterme i adijabate)
Otto procesp-v i T-s dijagrami
120
Otto proces Otto motori mogu biti dvotaktni i etverotaktni
etverotaktni: 4 hoda stapa (klipa) 2 puna okreta osovine
1. takt: Usisavanje smjese zraka i goriva pri hodu klipa od
gornje mrtve toke do donje mrtve toke. U T - s dijagramu donja
isprekidana linija (izobara na 0.1 MPa neto manje od atmosferskog
zbog otpora pri usisavanju zraka)2. takt: Kompresija gorive smjese
oba ventila zatvorena, klip dolazi u gornju mrtvu toku. U p-v i T-s
dijagramu politropa kompresije od toke 1 do 2. Slijedi izgaranje
(2-3).3. takt: Ekspanzija plinova (od gornje do donje mrtve toke)
kada svjeica baca iskru u gornjoj mrtvoj toki hoda klipa (od toke 3
do 4).4. takt: Ispuh izgorjelih plinova (od toke 4 do 1) zbog
otpora zraka u cilindru tlak neto vei od atmosferskog pri
istiskivanju. Proces ispuha zavrava u gornjoj mrtvoj toki
klipa.
-
17
121
Sabatheov proces (kombinirani dizelski proces)
1-2 Kompresija istog zraka adijabatska kompresija
2-2 Usis goriva sa samozapaljenjem uslijed visokih parametara p
i T Prvi dio izgaranja -uz V = const (razlika!)
2-3 Drugi dio izgaranja -izobarna ekspanzija
3-4 Adijabatska ekspanzija
4-1 Ispuh - izohora Zajedniko za Otto i Sabathe proces: toplina
se odvodi tijekom izohore
122
2.2. Fosilna goriva2.2.1. Ugljen i treset
-
18
123
Postanak ugljena Ugljen je sedimentna stijena crne ili crno-smee
boje. Njegovo stvaranje (proces
pougljenjivanja) je zapoelo prije 360 milijuna godina
raspadanjem biljnih tvari u movarama u mirnim stajaim vodama
tijekom milijuna godina.
Pougljenjivanje: obogaivanje materije ugljikom, a osiromaenje
duikom, kisikom i sumporom. Uz to smanjuje se sadraj huminske
kiseline, a stvara ugljini-dioksid (CO2) i metan (CH4).
Na poetku se organska tvar taloila u mirnoj stajaoj vodi i
dolazilo je do truljenja zbog djelovanja kisika i aerobnih
bakterija, a potom i raspadanja uslijed djelovanja anaerobnih
bakterija. U toj fazi je nastao treset.
Nakon toga je slijedilo pougljenjivanje bez prisustva kisika i
mikroorganizama. Pod utjecajem biolokih, fizikalno-kemijskih i
geolokih inilaca, koji su se
mijenjali kroz vrijeme (temperatura, tlak, kemijske
karakteristike i koliina vode). Posljedica je nastanak 4 vrste
ugljena: treset, lignit, mrki i kameni
124
Postanak ugljena Ugljen je najmlae fosilno gorivo, no starost
nije mjerilo dozrijevanja
1. kameni nastao prije ~270 mil. godina (do 80 mil. god. prije
na sjeveru i 45 mil. god. poslije na jugu)2. mrki i lignit nastali
prije ~70 milijuna godina
Mrki i kameni ugljen se nazivaju se jo i bituminozni ugljen, a
lignit smeim.
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
-
19
125
Osnovne karakteristike ugljena1. Kemijski sastavMaseni udjeli: c
+ h + o + n + s + p + ca + fe + mg + w + a = 1c ugljika, h vodika,
o kisika, n duika, s sumpora, p fosfata, ca kalcija, fe eljeza, mg
magnezija, w vlage, a pepela
Pojavljuju se u elementarnom stanju ili u kemijskim spojevima.
Duik, vlaga i pepeo su negorivi dijelovi!
2. Gornja ogrjevna mo hgKoliina topline koja se oslobodi
potpunim izgaranjem (oslobaanjem kemijske energije) 1 kg ugljena uz
uvjet da se produkt izgaranja ohladi do temperature koju su imali
gorivo i zrak prije izgaranja uz pretpostavku da je sva vodena para
kondenzirala
126
3. Donja ogrjevna mo hdRazlikuje se od gornje samo za toplinu
kondenzacije vodehd = hg - 2,5 (8,937h + w) [MJ/kg goriva]gdje je:
h maseni (postotni) udio vodika, w udio vlage
8,397 [kg] - vode nastaje izgaranjem 1 kg vodika2,5 [MJ/kg]
toplina isparavanja vode pri 273 K
4. Koliina hlapljivih sastojaka: ovisi o vrsti ugljena, a
pojavljuju se u obliku plinova ili para pri ugrijavanju. to je vei
udio hlapnjivih sastojaka, potreban je vei volumen prostora za
izgaranje uz bolji dovod zraka.5. Sadraj pepela: koliina
neizgorivih sastojaka po kg ugljena. Bitno utjee na vladanje
ugljena prilikom izgaranja.6. Koliina ugljika u % suhe suspstance:
glavno obiljeje kvalitete ugljena, a suha supstanca se dobiva se
nakon odbijanja hlapljivih dijelova i pepela.7. Koliina vlage u %
suhe supstance
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
-
20
127
Podjela ugljena
Podvrste kamenog ugljena (ovisno o sadraju hlapljivih
sastojaka): antracit 10%, mravi ugljen 11-14%, kovaki ugljen
15-19%, masni ugljen 20 28 %, plinski ugljen 29-35 % i plameni
ugljen > 35 % hlapljivih sastojaka.
Vrsta ugljena Ogrjevna mo [MJ/kg]
Sadraj vlage [%]
Hlapljivi sastojci [%]
Sadraj ugljika [%]
Lignit do 12,6 31 60 51 60 65 70
Mrki ugljen 12,7 23, 9 11 30 46 50 71 80
Kameni ugljen 24 37,7 do 10 4 45 81 98
128
PodjelaPodjela ugljenaugljena bez pepela i sumporabez pepela i
sumpora
Ugljen
0102030405060708090
100
Gustoa100kg/m3
Ogrjevnamo MJ/kg
Suhoa % Nehlapljivo %suhoga
Ugljik %suhoga
AntracitMravi kameniPlameni kameniMrki (tvrdi)Lignit (meki
mrki)Treset
Gustoa[100 kg/m3]
Ogrijevna mo
Ogrijevna mo[MJ/kg]
Suhoa[%]
Nehlapljivo u[%] suhe sup.
Ugljika u[%] suhe sup.
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
-
21
129
LignitLignit
130
Bituminozni ugljen (mrki i kameni)Bituminozni ugljen (mrki i
kameni)
-
22
131
AntracitAntracit
132
Treset (engl. Peat) Najmlae fosilno gorivo i ne moe se smatrati
ugljenom. Sastoji se od ostataka
biljaka, a nastao je od tresita (uz potpunu izolaciju od zraka).
Slojevi tresita razlikuju se po starosti i biljnoj vrsti.
Slabi treseti su kompaktne mase sa vie ugljika i manje vlage.
Debljina nalazita se kree izmeu 9 i 12 m obino na malim dubinama od
1 do
7 m. Izvaeni treset ima veliki postotak vlage (80%), pa se mora
osuiti da 25% vlage. Prosjena ogrjevna mo treseta je 9,5 17,5
MJ/kg
Znatnija proizvodnja treseta: bivi SSSR i Turska.
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
-
23
133
U stvarnosti nema stroge podjele, posebno za loije vrste
ugljenaPrema zrelosti:1. nezreo: treset i lignit2. zreo:
pod-bituminozni i bituminozni (mrki, kameni)3. visoko zreo:
antracit4. prezreo ugljen: grafit i metamorfozom dijamant
Prema ogrjevnoj moi23,87 MJ/kg granica za kameni; 12,56 MJ/kg
granica za mrki
Prema vidljivosti strukture drveta1. lignit: ponekad i s
vidljivom strukturom drveta2. mrki: kada vie nije vidljiva
struktura drveta
134
Podjela ugljena po nastankuPodjela ugljena po nastanku
Poveanjem tlaka i topline (krozvrijeme) raste sadraj ugljika, a
opada sadraj vlage i hlapljivihsastojaka.
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
-
24
135
Uporaba ugljena
Za loenje u parnim kotlovima veeg uina danas se upotrebljava
ugljen u onakvom obliku kakav dolazi iz rudnika (rovni ugljen), jer
ga prije upotrebe ionako treba samljeti u ugljenu prainu.
Ugljen koji e posluiti u druge svrhe (loenje u kotlovima malog
uina, loenje u pojedinanim loitima u kuanstvima, za koksiranje
itd.) treba imati odreenu granulaciju, pa se mora sortirati.
Preostali sitni ugljen upotrebljava se u kotlovima veeg uina.
Osim toga ugljen se upotrebljava i za proizvodnju plinova razliitim
postupcima.
Za metalurku industriju od velike je vanosti proizvodnja
metalurkog koksa, to je jedna od moguih transformacija ugljena za
koju se moe upotrijebiti samo ugljen odreenih svojstava.
Koksiranjem ugljena proizvodi se i koksni plin koji slui kao
gorivo.
136
Proizvodnja plina iz ugljena:1. isplinjavanje: toplina bez
zraka2. rasplinjavanje: kemijski proces nepotpunog izgaranja
ugljena u gorive
plinove
Plinovi iz ugljena razlikuju se prema sastavu i ogrjevnoj moi:1.
vodeni i generatorski: 4,6 do 12,5 MJ/m3 (ugljen) 2. sintezni i
redukcijski: ~12,5 MJ/m3 (ugljen, teko lo. ulje, primarni benzin i
prirodni plin)3. daljinski i gradski: 17 do 20 MJ/m3 (koks, loivo
ulje i primarni benzin)4. obogaeni i sintetiki prirodni plin: 25 do
37 MJ/m3 (ugljen, primarni benzin)
Podzemno rasplinjavanje mrkog i lignita (zrani, vodeni i vodeni
uz dodatak kisika) vea iskoristvost budunost.
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
-
25
137Elektrotehniki fakultet Osijek
Oblici potronje ugljena
138
Rezerve i uporaba ugljena po vrstamaRezerve i uporaba ugljena po
vrstama
Izvor: World Coal Institute, 2005
-
26
139
Rezerve ugljena Procjene neujednaene:
Kameni ugljen do 1200 m dubine, a lignit i mrki do 500 m dubine.
Minimalna debljina sloja 0,3 m.Za kameni ugljen: SAD iskoristive
rezerve do 300 m dubine i 0,7 m debljine, a ukupne do 900 m i 0,35
m ukupno.Za mrki i lignit: SAD 900 m dubine i 0,75 m debljine
sloja, a Rusija 600 m dubine i 1 m debljine sloja.
Dva velika pojasa nalazita kamenog ugljena koji okruuju Zemlju:
jedan je na sjevernom polu od srednjeg dijela sjeverne Amerike
preko sjeverne Europe, pa sve do Kine, a drugi pojas je od junog
Brazila preko june Afrike do istone Australije. Ta nalazita imaju
razliiti stupanj pougljenja.
Najvee rezerve mrkog ugljena i lignita nalaze se izmeu 35. i 70.
stupnja geografske irine na sjevernoj i junoj Zemljinoj polutci
Utvrene rezerve ugljena na krajuUtvrene rezerve ugljena na kraju
202011.11.U milijardama tona (i u %)(i u %)
860.9 milijardi tona
Azija i PacifikAzija i Pacifik265.8 (30.9%)265.8 (30.9%)
Sjeverna AmerikaSjeverna Amerika245.0 (28.5%)245.0 (28.5%)
Sredinja i juna AmerikaSredinja i juna Amerika12.5 (1.5%)12.5
(1.5%)
Euroazija: 304.6 (35.4%)Euroazija: 304.6 (35.4%)
Afrika i Bliski istokAfrika i Bliski istok32.9 (3.8%)32.9
(3.8%)
140
Udio svjetskih utvrenih rezervi ugljena po dravama: SAD 27.6%,
Rusija 18.2%, Kina 13.3%, Australija 8.9%,Indija 7.0%, Njemaka
4.7%, Kazahstan 3.9%, Ukrajina 3.9%, Juna Afrika 3.5%
Izvor: BP statistical review 2012
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranPrivitak s datotekomrez.png
-
27
141
2.2. Fosilna goriva2.2.1. Ugljen i treset (dodatno)
OdnosOdnos rezerverezerve ii proizvodnjeproizvodnje
ugljenaugljena (R/P) (R/P) 1991. 1991. -- 20201111.. po regijamapo
regijama
142
R/P po regijama (EU R/P = 97 godina, mala potronja ali uz samo
6.5% rezervi)
Izvor: BP statistical review 2012
-
28
143
Utvrene rezerve ugljena 1991., 2001. i 2011. (Utvrene rezerve
ugljena 1991., 2001. i 2011. (u u milijunima tonamilijunima tona ii
%%))
Izvor: BP statistical review 2012Od 2001. do 2011. smanjenje za
12.5%!
144
Ugljen: Proizvodnja i potronja po regijama 1986.-2011. Izvor: BP
Statistical Review 2012.
2011.49.4%
svjetske potronje
2010./2011.Porast9.7%
2011.49.5%
svjetske proizvodnje
2010./2011.Porast 8.8%
Ugljen: Pogonsko gorivo kineskog rasta!
-
29
OdnosOdnos rezerverezerve ii proizvodnjeproizvodnje
ugljenaugljena (R/P) (R/P) 1992. 1992. -- 20201212.. po regijamapo
regijama
145
Rezerve i R/P po znaajnijim zemljama: SAD 27.6% = 257 god,
Rusija 18. 2% = 443 god, Kina 13.3% = samo 31 god (zbog snanog
ekonomskog i energetskog rasta)
Izvor: BP statistical review 2013
146
Potronja ugljena po glavi stanovnika 2011.
Izvor: BP Statistical Review 2012.
Pravo na razvoj???
-
30
147
Cijena ugljena na tritima od 1991. do 2011.
Izvor: BP Statistical Review 2012.
148
Kretanje cijena uvoznog ugljena i koksa u HR od 2004. do
2010.
Izvor: Energija u HR 2010.
-
31
149
Rezerve i proizvodnje ugljena u HR do 2008.
Izvor: Energija u HR 2008.
150
Bilanca ugljena u RH od 1988. do 2010.
Izvor: Energija u HR 2010.
-
32
151
Postupci dobivanja i uporabe ugljena1. Iskop: povrinski i pod
zemljom2. Odvajanje od jalovine 3. Sortiranje (
-
33
153
154
-
34
155
Ugljen i okoliUgljen i okoli?!?!
Ugroavanje okolia rudnika Potronja vode Zagaivanje zraka: CO2,
SO2, NOx Zagaivanje okolia TE: pepeo (kancerogen) Lokalno: zdravlje
ljudi i opstanak biosvijeta Globalno: efekt staklenika i
klimatske
promjene Rjeenje: politiko -isti ugljen???
ekoloko - naputanje ugljena!!! Vie u 4. poglavlju: Energija i
okoli
156
2.2. Fosilna goriva2.2.2. Nafta i prirodni plin
-
35
157
Postanak nafte i prirodnog plina Sirova nafta i prirodni plin
smjese su razliitih ugljikovodika, ije se molekule
sastoje uglavnom od ugljika (C) i vodika (H), a katkad od
spojeva s duikom (N), kisikom (O) i sumporom (S)
Pri odreenim tlakovima i temperaturama pojedini spojevi prelaze
iz plinovitog u tekue agregatno stanje i obratno. U nalazitima mogu
biti u plinovitom, tekuem, pa i vrstom agregatnom stanju.
Nastali su od naslaga organskih tvari: bjelanevina, masti i
ugljikohidrata kao ostatka niskorazvijenih biljnih i ivotinjskih
planktona i bakterija koje su ivjele u vodi ili u moru.
Procesom bitumeniziranja u mirnoj vodi s malim koliinama kisika,
uz odreenu temperaturu i tlak (deseci milijuna godina).
Nafte ima od prije 280, 90 i 20 milijuna godina. Pojavljuje se u
strogo odreenim uvjetima izmeu sedimentnih stijena (tzv.
naftni prozori)
158
Nalazita nafte i prirodnog plina Pojavljuju se u sedimentnim
naslagama (kolektorskim stijenama) mladih
geolokih razina. Gotovo uvijek se u nalazitima zajedno
pojavljuju nafta i plin.
DA bi postojalo loeite kod sedimentnih kolektorskih stijena koje
sadre naftu vana je 1. Koliina nafte i prirodnog lina2. Sustav
povezanih pora3. Mjesti pogodno za nakupljanje
Nafte nema ukoliko1. Bilo koji uvjet nije ispunjen2. Postoje
pukotine3. Bez razloga
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
-
36
159
Nalazita nafte i prirodnog plina Vrlo velik znaaj slabo(ne)
propusnih stijena, koje omoguuju nakupljanje
ugljikovodika, te nemogunost njihove migracije u neke druge
slojeve. Sedimenti na dnu dubokih oceana su samo 1 km debeli:
posljedica je da
nema nafte na 60% zemljine povrine. Prostor kolektora u kojem se
nafta i prirodni plin nakupljaju naziva se zamka
ili lovka. Takve prostore nazivamo leitima, a projekcije vie
leita nekogpodruja na povrinu zemlje nazivam naftim poljem.
Naftni prozor : 2,5 do 4,5 km (60C do 160C)Dubinsko-temperaturni
interval u kojem matina sedimentna stijena generira najvei dio
naftnih ugljikovodika. Naftni prozor nastaje u temperaturnom
podruju izmeu 60 i 160 0C, tj. katagenezi.
160
Leita nafte i prirodnog plinaLeita nafte i prirodnog plina
Postoji nekoliko vrsta leita: slojna, masivna i leita
nepravilnih oblika
VedranIsticanje
VedranIsticanje
-
37
161
Osnovne karakteristike nafte i prirodnog plina
1. Kemijski sastavNafta i plin uglavnom se sastoje od tisua
parafinskih (alkalnih), naftenskih (cikloparafinskih) i aromatskih
ugljikovodika. Meusobno se razlikuju po broju ugljikovih atoma,
nainu vezivanja i zasienosti vodikom.
CnH2n+2 parafinski ugljikovodici (lanane veze atoma ugljika)
CnH2n-2k naftenski ugljikovodici (prstenaste veze)
CnH2n-6k aromatski ugljikovodici (prstenaste veze)
Gdje je: n prirodan broj; k+1 broj prstenova ugljika
162
NaftaNafta: : Crno zlatoCrno zlato
BojaBoja, , gustoagustoa, , mirismirisovise o ovise o
sastavusastavu((lakihlakih ii teihteih
ugljikovodikaugljikovodika)!)!
PrirodniPrirodni plinplin
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
-
38
163
2. Gornja ogrjevna mo hg (kao kod ugljena)Koliina topline koja
se oslobodi potpunim izgaranjem (oslobaanjem kemijske energije) 1
kg nafte uz uvjet da se produkt izgaranja ohladi do temperature
koju su imali gorivo i zrak prije izgaranja uz pretpostavku da je
sva vodena para kondenzirala
3. Donja ogrjevna mo hd (kao kod ugljena)
4. Vrelite Temperatura kod koje pojedini ugljikovodik prelazi iz
tekueg u plinovito stanje.
5. Specifina gustoaOmjer mase i volumena koju ta masa
zaprema.
164
Traenje nafte i prirodnog plina Ekonomisti i geolozi se ne slau.
Povrinska istraivanja zavrena 1960. pri
emu je nepotpuno istraeno ispod povrine. Buenje se vri kemijski
i elektriki, pri emu se danas mjeri 20-ak veliina. Rezultati
istraivanja su javno dostupni.
Kod traenja se i danas koriste Archievi zakoni otkriveni 1947.1.
Rs/Rv = P-2
2. Rnp/Rs = Pv-2
gdje je Rs - otpore stijene ispunjene slanom vodom [/m]; Rv -
otpor vode [/m]; Rnp - otpor stijene dijelom ispunjene naftom ili
plinom pored vode [/m]; P poroznost stijene (od 0 do 1), Pv dio
pora ispunjen vodom
Pnp =1-(Rs/Rnp)1/2 / P Dio pora ispunjen naftom ili plinom
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
-
39
165
Znanstvene metode za traenje i odreivanje rezervi nafte:
Geofizika: varijacije gravitacije (0,001) djelotvorno samo kod
solnoklinastih leita
Seizmoloka zvuna istraivanja koristi se od 1930., do 1955.
eksplozivom princip jasan, ali ne i interpretacija trenutno se
koriste raunala i 3D tehnologija (30x vie sondi) na moru je buenje
10x jeftinije FFT, obrada podataka i strukturni geolozi
Vrlo su nepouzdane, pa pri traenju kao jedina sigurna metoda
ostaju brojne bliske buotine
166
1700m1700m
320m320m420m420m
550m550m
888m888m
909m909m
310m310m
620m620m
930m930m
1240m1240m
1550m1550m
Evolucija tehnologije istraivakog buenja
Tehnologije istraivakog buenja od kopna prema dubokoj vodi
Evolucija tehnologije istraivakog buenja
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
-
40
167
Metode buenja
1. Mehaniko buenje (udarno, rotacijsko), 2. Termiko buenje
(termoelektrino, plazmeno, elektrino, lasersko,
termonuklearno), 3. Akustiko buenje, 4. Erozijsko buenje, 5.
Kombinirano
Udarno buenjeSlobodnim padom dlijeta koje pada s odreene
visine(s njihala) ime se postie razruravanje stijene, uz uklanjanje
krhotina.Nedostaci :polagano napredovanje i nemogunostprodiranja
duboko u stijenu (najvie do 540 metara).
168
Rotacijsko buenjeSuvremeniji nain buenja odnosno razruavanja
stijena. Postrojenje se sastoji od pogonskih ureaja koji daju
energiju za rotiranje elinihcijevi (svrdla) na dnu kojih se nalazi
glava (dlijeto) za rotacijsko buenje.
Sadri : - sustav za podizanje i sputanje cijevi i glave za
rotacijsko buenje, - sustav za otklanjanje krhotina, te - sustav
protiv erupcije koji u sluaju prevelikog tlaka zatvara buotinu.
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
-
41
169
Metode buenja vrste dlijeta Vrste dlijeta (glava) za rotacijsko
buenje
Lopatasta rvanjska Bradaviasta Dijamantna rvanjska
Materijali za glave (dlijeta) elini zubi tungsten ugljik
dijamantni kompaktni premaz
Do 80000 (jedna za 2km)
170
Metode buenja - problemi Buenje najvea prepreka istraivanju
od 300 do 2 m/dan potrebna snaga za crpljenje 1500 kW/m, a za
buenje 20 kW/m Cijena ugovorno (60 /m) 50% buenje i 50% priprema za
crpljenje
Preko 2,5 km posebno veliki tlak (mjesta s preteno prirodnim
plinom) Nesree na buotinama
hidrogensulfid H2S (otrovan kao i hidrogen cijanid) poari,
neposredni okoli
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
-
42
171
Metode buenja napredne metode Fleksibilno buenje
cijev 5-8 cm (u perspektivi ire) buenje po strani (revolucija)
turbina na vrhu - izum Rusa
172Model modernog
naftnog polja
-
43
173
Proizvodnja nafte iz podmorja Procjenjuje se da je od ukupnih
svjetskih rezervi nafte oko jedna etvrtina u
podmorju. Najvie uz obalu Kalifornije, vodama Aljaske, u
Sjevernom moru, uz obalu
Australije i Indonezije, uz obalu zapadne Afrike, istonu i
sjevernu obalu June Amerike, u Perzijskom zaljevu.
Prednost zaliha nafte u podmorju je jeftinije crpljenje.
Platforme:- fiksne (do 300 m dubine) s fleksibilnim tornjem-BT
towersamopodizne jack up s elinim tapovima steel template
jacket
- pomine (lanci za sidrenje)
174
Crpljenje nafte
1. Primarno crpljenje (prirodna erupcija): ucementiranaelina
cijev (18 cm), eksplozije otvaraju rupe (6-12 x 2,5cm):
hidrofrakturiranje, gelovi, pjena i drugo
2. Sekundarno crpljenje (pospjeivanje dotoka): pomou dubinskih
crpki voda (koef. ekstr. do 60%), prirodni plin iznad nafte (oko
40%), pr. plin u nafti (do 20%). Sekundarno crpljene neophodno
prije ili kasnije.
3. Tercijarno crpljenje (podizanje plinom): Omjer izmeu
pridobivene nafte i ukupnih rezervi naziva se koeficijent
ekstrakcije i na njega se moe utjecati pasivnim metodama (dodatnim
buotinama, poveanjem dubine i obnovom buotina) te aktivnim metodama
(mehanika ekstrakcija, utrcavanje vode, plinova, kao i termike
metode).
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
-
44
175
Za iscrpljivanje do koeficijenta ektrakcije preko 60% nuno:
potapanje parom potapanje s CO2 ili CO (otopljenim u vodi)
potapanje tekuim butanom ili propanom (100%
djelotvorno u posebnim prilikama ali skupo i rizino) potapanje
deterdentom (malo, za tanje slojeve) vatra (utisk. zraka i
paljenje, sumporna kiselina!)
Svaka metoda ima svoju optimalnu primjenuUtiskivanje CO2
predstavlja izbor kada niti jedna druga tercijarna metoda nije
dobra.Sve navedene metode su razvijane dugo i s puno novca.
Tehnologijamapoveanja iscrpka nafte se dobije oko 2% od ukupnog
iscrpka, no unato tome u leitima ostaje do 40% neiskoristivih
zaliha nafte. Neto dramatino novo(efikasno i jeftino) nije za
oekivati!
176
Uporaba nafte i prirodnog plina:
Sirova se nafta ne upotrebljava u prirodnom obliku, ve se
podvrgava postupku destilacije i naknadnim sekundarnim postupcima
(rafinerije sirove nafte) kako bi se odijelili derivati nafte: 1.
Rafinerijski plin, 2. Ukapljeni plin, 3. Laki kapljeviti derivati
(bezini)4. Srednji kapljeviti derivati (petrolej, plinska i laka
loiva ulja) 5. Teki kapljeviti derivati (teka loiva ulja - mazut,
neenergetska potronja).
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
-
45
177
Rafinerijski plin (metan, eten, etan i vodik) kao najlaki
plinoviti produkt nafte, te ukapljeni plin (propan, butan)
upotrebljavaju se kao goriva u loitima.
Laki derivati (benzini) smjesa su lakih ugljikovodika
parafinskog, aromatskog, olefinskog i naftenskog reda, a slue za
pogon benzinskih motora s unutarnjim izgaranjem, Otto motori.
Petrolej uglavnom za rasvjetu, te pogon plinskih turbina,
osobito turbomlaznih aviona), ogrijevna mo 43 MJ/kg.
Srednji derivati slue za pogon dizelskih motora i kao ekstralako
loivo ulje u kuanstvima.
Teki derivati rabe se u loitima i parnim kotlovima. Osim toga u
rafinerijama se proizvodi niz drugih energetskih i
ne-energetskih
proizvoda. Iz prirodnog plina najee se u degazolinaama odvajaju
laki ugljikovodici, ako
ih sadri prirodni plin, a preostali se "suhi" prirodni plin
upotrebljava kao gorivo i kao sirovina u industriji.
178
Gornja ogrjevna mo nekih fosilnih goriva i derivata
Koliina topline u [MJ] osloboena izgaranjem kg/m3/l goriva ili
derivata pri atmosferskom tlaku od 1,013 bar i na temp. od 0oC, uz
potpunu kondezaciju vode.
GorivoGornja ogrjevna mo
(Gross Calorific Value - GCV)MJ/kg ili MJ/m3 ili MJ/l
Kruta gorivaUgljen 15,0- 27,0 MJ/kgAntracit 32,5 34,0
MJ/kgBituminozi ugljen 17,0- 23,2 MJ/kgKoks 28,0 31,0 MJ/kgLignit
16,3 MJ/kgTreset 13,8 - 20,5 MJ/kgSuho drvo (usporedba) 14,400 -
17,400 MJ/kgTekua gorivaDizel 44,8 MJ/kgEtanol 29,7 MJ/kgBenzin
47,3 MJ/kgBiljno ulje 39,0 - 48,0 MJ/kgPetrolej 43,0 MJ/kgPlinsko
ulje 38,0 MJ/lTeko loivo ulje 41,2 MJ/lKerozin 35,0 MJ/lPlinovita
gorivaPrirodni plin 43,0 MJ/m3Metan CH4 55,5 MJ/kg =39,8
MJ/m3Propan C3H8 50,3 MJ/kg =101,000 MJ/m3Butan C4H10 49,5 MJ/kg
=133,0 MJ/m3Gradski plin 18,0 MJ/m3Vodik 141,8 MJ/kg =13,0
MJ/m3
Izvor: EngineeringToolBox
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
-
46
Utvrene rezerve nafte na krajuUtvrene rezerve nafte na kraju
202011.11.U milijardama barela (i u %)(i u %)
Galon (USA) 1 [gal] = 3,785412 [l] = 0,8327 galona (UK)Barel
nafte [bbl] = 0,1589873 [m3] = 158,9873 [l] = 42 galona (USA) = 35
galona (UK)
1652.6 milijardi barela
441.3 1.3 (2.5%)(2.5%)
217.5217.5(13.2%)(13.2%)
325.4325.4(19.7%)(19.7%)
132.4 132.4 (8.0%)(8.0%)
14141.11.1(8.5%)(8.5%)
795795(48.1%)(48.1%)
179
Svjetske utvrene rezerve naftedominantno na Bliskom istoku uz
snaan porast u Venezueli.
Izvor: BP statistical review 2012
Utvrene rezerve plina na krajuUtvrene rezerve plina na kraju
202011.11.U bilijunbilijunimima ma m3 3 (i u %)(i u %)
Svjetske utvrene rezerve naftedominantno na Bliskom istoku i
Euroaziji (najvie Rusija i Turkmenistan). 208.4 bilijuna m3
16.816.8(8.0%)(8.0%)
10.810.8(5.2%)(5.2%)
7.67.6(3.6%)(3.6%)
14.514.5(7.0%)(7.0%)
78.778.7(37.8%)(37.8%)
180
80.080.0(38.4%)(38.4%)
Izvor: BP statistical review 2012
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
VedranIsticanje
-
47
181
2.2. Fosilna goriva2.2.2. Nafta i prirodni plin (dodatno)
182
Nafta: Proizvodnja i potronja po regijama 1987.-2012.
Izvor: BP Statistical Review 2013
-
48
183
OdnosOdnos rezerverezerve ii proizvodnjeproizvodnje naftenafte
(R/P) (R/P) krajem krajem 20201212.. Svjetske utvrene rezerve (R) i
godinja proizvodnja (P) nafte (u
milijardama barela):
Od 2008. (svjetska kriza) poinje istovremeno sporiji porast
potronje (svjetska ekonomska kriza) uz znaajniji porast utvrenih
rezervi u posljednjem desetljeu (350 milijardi barela), a osobito u
Venezueli u 2011. (Orinoco belt 220 milijardi barela)
Na bliskom istoku tijekom posljednjih 30 godina znatno je
poveana proizvodnja (OPEC ini 72.6% svjetske proizvodnje) , to je
znatno smanjilo procjenu trajanja rezervi u toj regiji s oko pola
svjetskih rezervi.
Izvor: BP statistical review2008 - 2012 1998. 2008. 2009. 2010.
2011. 2012.
R [x109 barela] 1068.5 1258.0 1333.1 1383.2 1654.1 1668.9P [x109
barela/god] 26.8 29.9 29.2 29.9 30.5 31.5R/P [god] 39.9 42.1 45.7
46.2 54.2 52.9
Izvor: BP statistical review 2009 - 2013
OdnosOdnos rezerverezerve ii proizvodnjeproizvodnje naftenafte
(R/P) (R/P) 1982. 1982. -- 20201212.. po regijamapo regijama
184
Napomena: EU ima samo 0.4% rezervi, a R/P = 12.1 godina i to
zahvaljujui krizi (smanjenju potronje), prelasku na druge energente
(OIE) i mjerama energetske uinkovitosti
Izvor: BP statistical review 2013
-
49
185
Utvrene rezerve nafte 1991., 2001. i 2011. (Utvrene rezerve
nafte 1991., 2001. i 2011. (u u milijardmilijardamaama barelabarela
ii %%))
0.8 % 0.7% 0.4%Izvor: BP statistical review 2012
186
Prirodni plin: Proizvodnja i potronja po regijama
1987.-2012.
Izvor: BP Statistical Review 2013
-
50
OdnosOdnos rezerverezerve i i proizvodnjeproizvodnje prirprir.
plina. plina (R/P) (R/P) 1992. 1992. -- 20201212.. po regijamapo
regijama
187
Rezerve i R/P u svijetu: Svijet 187.3 = 55.7 god, OECD 10.0% =
15.4 god (EU 0.9% = 11.7 god), Non OECD = 90.0% = 78.4 god (bivi
SSSR 29.1% = 71.0 god, bliski istok 43.0% = 146.9 god)
Izvor: BP statistical review 2013
188
Utvrene rezerve prirodnog plina 1991., 2001. i 2011. (Utvrene
rezerve prirodnog plina 1991., 2001. i 2011. (uu
bilijunbilijunimima ma m3 3 ii %%))
2.9 % 2.1% 0.9%Izvor: BP statistical review 2012
-
51
189
Rezerve nafte i prirodnog plina u HrvatskojRezerve nafte i
prirodnog plina u Hrvatskoj
Rezerve nafte i kondezata (bilanne) izvor: Energija u Hrvatskoj
2010.
Oekivano iskoritenje bilannih rezervi: 10481,6 x(0,80 do 0.95
tona/m3)/720,4 = 12 do 14 godina!
Rezerve plina (bilanne) [106 m3] izvor: Energija u Hrvatskoj
2010.
Oekivano iskoritenje utvrenih rezervi: 31587,1/2727,2 = 12
godina!
190
Energetska bilanca sirove nafte u Hrvatskoj
Izvor: Energija u Hrvatskoj 2010.
-
52
191
Energetska bilanca prirodnog plina u Hrvatskoj
Izvor: Energija u Hrvatskoj 2010.
192
Plinski transportni sustav u Hrvatskoj
Izvor: Energija u Hrvatskoj 2010.
-
53
193
HubbertovHubbertov maksimummaksimum naftenafte
((dodatnododatno)) M.K. Hubbert (1903-89) geofiziar
1956. upozorio na maksimum naftepogodio za SAD 1970. isto
vrijedi za cijeli svijet
Usporedba: SAD (6,7 Mbl/d 550.000 crpilita), a Saudijska Arabija
(10,8 Mbl/d 1500 crpilita)
Ozbiljna predvianja maksimuma2000 do 3000 milijardi barela nafte
godinjeza 5 do 15 godina
194
-
54
195
196
Cijena Cijena sirovesirove nafte 1nafte 1861.861. --
2011.2011.Izvor: BP statistical review 2012
-
55
197
Maloprodajne cijene derivata nafte u HR 1998. 2010.
Izvor: Energija u Hrvatskoj 2010.
198
Nekonvencionalni spas!? Bitumenozni pijesak (mrtvo naftno
polje): smjesa pijeska, mineralnih tvari,
vode i bitumena. Sadraj ulja odnosno bitumena iznosi od samo
nekoliko litara do 600 litara na tonu tvari.
Uljni kriljevci (neroena nafta): sedimentno stijenje sa veim ili
manjim sadrajem organske tvari (ulje ili kerogen) rasprene u obliku
mikroskopskih estica
Problem je u kvaliteti i cijeni! Za prirodni plin ima
potencijala u dubini, zapadni Sibir 1/3 svjetskog prirodnog
plina. Hidrati metana (nalaze se u morskom dnu) takoer
predstavljaju potencijal
-
56
199
Bitumenozni pijesakBitumenozni pijesak
Uljni kriljevciUljni kriljevci
200
-
57
201
Nafta, plin i okoli Ugroavanje okolia crpilita, transporta i
transformacije Zagaivanje zraka: CO2, SO2, NOx Lokalni utjecaj:
zdravlje ljudi i opstanak biosvijeta Globalni utjecaj: efekt
staklenika i klimatske promjene Vie u 4. poglavlju: Energija i
okoli
202
2.3. Nuklearna goriva2.3.1. Fisija
-
58
203
Povijest Ideja potjee iz Indije (Bhagavad Gita) i Grke (Leukup i
Demokrit ~400. p.n.e.) Kemijski elementi klasificirani prema broju
1869. Dimitri Mendeljev Ionizirajue X-zraenje 1895. - Wilhelm
Rontgen, Radioaktivnost 1896. - Henri
Becquerel, Elektron 1897. J.J. Thompson, Polonij i Radij 1898. -
Pierre i Marie Curie, Gama zraenje 1900. Paul Villard
Atomska jezgra 1912. - Ernest Rutherford Neutron 1932. J.
Chadwick Nuklearna fisija 1938. - Lise Meitner, Otto Hahn, Fritz
Strassmann Nuklearni reaktor 1942. E. Fermi, L. Szilard Fisijska
bomba 1945., Fuzijska bomba 1952. Eksperimentalna elektrana Obninsk
1954., Nuklearna podmornica USS Nautilus
1954., Komercijalna nukl. elektrana Calder Hall 1956., Nuklearni
ledolomac Lenin 1959.
204
Predvianja There is no likelihood that man can ever tap the
power of the atom. R.
Millikan, 1923
There is not the slightest indication that nuclear energy will
ever be attainable. A. Einstein, 1932
The energy produced by breaking down the atom is a very poor
kind of thing. Anyone who expects a source of power from the
transformation of these atoms is talking moonshine. E. Rutherford,
1933
-
59
205
Energija vezanja; razlika mase; E = m c2
Bnuclear = [ZmHc2 + Nmnc2 ] [mAc2]Z broj protona, N broj
neutrona
206
Osl
oboena energ
ija ve
zivanja
jezgr
e
Atomska masa
Energija osloboena u fuziji
Energija oslob. u fisiji
-
60
207
Radioaktivnost Nestabilnost velikih jezgri:
protonska i neutronska linija obiljeavaju podruje spontane
emisije p ili n.
Radioaktivnim raspadom uz oslobaanje energije jezgre idu ka
stabilnosti.
Radijacija (zraenje): , , , , , , , , jezgra He (2p+2n) 2p+2n)
list list papirapapira elektron ili pozitron nekoliko mm metala
foton velike energije nekoliko cm olova
zraenje
zraenje
208
Fisija
Fisijska lanana reakcija ostvaruje se slobodnim neutronima koji
izazivaju raspad drugih jezgara.
Vrijeme poluraspada (poluivota) T1/2: onaj vremenski interval u
kojem se raspadne polovina jezgara radioaktivne tvari
Prirodna nuklearna goriva (radioaktivni nizovi) za fisiju su
uran (U) i torij (Th).Uran (23892U i 23592U) i Torij (23290Th)
Vrijeme poluraspadaT1/2 = 4,5109, 0,7109 i 14109 god.) zavravaju
olovom (20682Pb, 20782Pb i 20882Pb)
Pri raspadu izotopa urana U-235 oslobaa se prosjeno 2,5
neutrona, te se istovremeno dio nuklearne energije pretvara u
toplinu.
Izotop U-235 jedino je nuklearno gorivo koje se pojavljuje u
prirodi, no u prirodnom uranu ima ga samo 0,7%.
-
61
209
Dogoroni razvitak iskoritavanja nuklearne energije zasniva se na
umjetnim nuklearnim gorivima: plutonij Pu-239 i izotop urana
U-233.
Plutonij se dobiva iz izotopa urana U-238 koji je glavni
sastojak prirodnog urana (99,3%). Plutonij se dobiva od U-238
zraenjem neutronima reaktoru:
Nakon to U-238 prihvati neutron n, postaje U-239 koji emitira
gama zrake, a nakon emisije elektrona (beta zraenje s vremenom
poluraspada od 25,5 min) poveava se broj protona te postaje
neptunij Np-239.
Emisijom jo jednog elektrona (beta zraenje s vremenom
poluraspada od 2,3 dana) neptun prelazi u stabilni plutonij
(vrijeme poluraspada 24000 godina)
PuNpUUnU 23994dana3,223993
min5,25
23992
23992
10
23892
+
210
Neptunij (23793Np) ne postoji u prirodi (T1/2 = 2,1106)
zavravaju bizmutom (20983Bi)
Izotop urana 233 dobiva se jednako kao i plutonij, ali od torija
(Th-232)
Gdje je: (Pa-233) Proaktinij Postoji i nekoliko drugih: 146C i
4019K
UPaThThnTh 23392dana4,2723391
min5,25
23390
23390
10
23290
+
-
62
211
Th-232, T1/2=14109 god.
tentn = 0)(
2ln
2/1 =T Vrijeme poluraspada
Dobivanje nuklearnih goriva
212
Kod fisijske lanane reakcije energija se pojavljuje najvie kao
kinetika energija novih izotopa, potom neutrona i energija zraenja
Samo manji dio pretvara se u unutarnju termiku energiju, Primjer:
U-235 ima 235 atomskih jedinica mase, a u energiju se pretvara samo
0,216 jedinica mase ili oko 0,1% mase te pri tome daje energiju od
82109 J.
Samostalno odravanje raspada jezgara zasniva se na pojavi da se
nakonraspada jedne jezgre pojavi najmanje jedan neutron sposoban
izazvati raspadjezgre.
Meutim, u prosjeku raspadom jezgre U-235 nastaje 2,5 neutrona.
Brojraspadnutih jezgara rast e po zakonu 2n, gdje je n broj
sukcesivnih raspada(broj generacija neutrona).
Lanana reakcija (nekontrolirana) je ispunjena u atomskoj bombi,
koja je uprvoj izvedbi bila izgraena od istog U-235.
-
63
213
Fisija urana i lanana reakcija
214
Uporaba nuklearnog goriva Nuklearna energija, prema dananjem
tehnikom razvoju, transformira se u
unutarnju energiju nositelja energije (fisija), a zatim u
mehaniku i elektrinu energiju pomou parnih turbina i elektrinih
generatora.
Pritom nuklearni reaktori preuzimaju funkciju parnih kotlova.
Uran kao nuklearno gorivo moe biti u svojem prirodnom obliku ili
kao
obogaeni uran.1. U reaktoru s prirodnim uranom smjesa: 99,282 %
U-238, 0,712 % U-235 i 0,006 % U-234. 2. U reaktoru s obogaenim
uranom smjesa U-238 i U-235, ali s veim postotkom U-235 nego u
prirodnom uranu.3. U oplodnom reaktoru koristi se i prirodni i
obogaeni uran, ali i osiromaeni uran (mogue i iz ostalih reaktora -
kojima je to istroeno gorivo) pripremljen kao oplodni materijal uz
poveanje iskoritenja goriva za oko 60 puta.
-
64
215
Ciklus uporabe urana kao nuklearnog goriva
Elektrotehniki fakultet Osijek
reaktori s obogaenim
uranom
216
Obogaivanje urana1. Plinska difuzija
iz uranove rude najprije se mehaniki i kemijski dobiva plin U3O8
(uranov oksid), koji se potom pretvara se u UF6 (uranov
heksafluorid) i zatim potiskuje kroz porozne barijere,
kinetikaenergija molekule plina ovisi o temperaturi, manja masa vea
brzina, kretanje kroz porozne barijere bre, en. intenzivno
(10%).
2. Centrifugeradijus kruenja ovisi o masi, vea masa vei radijus,
manje energetski intenzivno, ali sloenije
3. Laserskoenergetski nivo staza elektrona ovisi o masi jezgre,
jo u razvoju
-
65
217
Stavljanje reaktora u pogon, rad i obustavljanje U nuklearnom
reaktoru zahtjeva se kontrolirana lanana reakcija. Potrebne su
posebne tehnike mjere da
neutron proizveden raspadom jedne jezgre izazove raspad
druge.
Ako sa n2 oznaimo broj neutrona u nekoj generaciji, a sa n1
njihov broj u prethodnoj definira se faktor multiplikacije k, kao:
k = n2 / n1
Kontrolirana fisijska lanana reakcija u nuklearnom reaktoru Pri
stavljanju reaktora u pogon mora biti k > 1. Kad je dostignut
broj neutrona u jedinici vremena nuan za potrebnu snagu (rad
reaktora) mora se odravati konstantnost broja neutrona, tj. k = 1.
Pri obustavljanju rada reaktora broj neutrona mora se smanjivati,
tj. k < 1.
218
Nuklearni reaktori Klasifikacija prema:
nuklearnom gorivu, moderatoru (sredstvu koje kontrolira lananu
reakciju usporava neutrone) i prema rashladnom sredstvu.
1. Grafitni reaktori1.1. Reaktor hlaen ugljinim dioksidom
(GCR Gas Cooled Reactor)1.2. Usavreni reaktor hlaen ugljinim
dioksidom (AGCR Advanced GCR)1.3. Visokotemperaturni plinom
hlaen
reaktor (HTGR High Temp. GCR)
GCR
-
66
219
2. Lakovodni reaktori2.1. Lakovodni reaktor s vodom pod
tlakom (PWR Pressurized Water Reactor)
2.2. Lakovodni reaktor s kipuom vodom (BWR Boiling Water
Reactor)
3. Tekovodni reaktori4. Oplodni reaktori
Poveanje koritenja urana do 60 puta
PWR
Oplodni reaktors tekuim natrijem
220
-
67
221
Nuklearno gorivo (gorivne elije) Ogrjevna mo
35 GWd/t goriva (3,2% obogaenje) 6 GWd/t prirodnog U 1 tU = 0,5
PJ
222
Reprocesiranje istroenog goriva Kemijsko izdvajanje
neiskoritenog urana i plutonija
drobljenje tableta goriva, otapanje u duinoj kiselini, organska
otapala za uran i plutonij, dodaci pomau taloenju plutonija
Poveava opasnost od proliferiranja nuklearnih materijala,
istodobnosmanjuje problem odlaganja radioaktivnog otpada
30% poveanje dostupne energije (cijena NE), vano za tehnologiju
oplodnih reaktora
-
68
223
Dokazane svjetske rezerve urana2009. u [1000 tU] Izvor: IAEA,
2010.
Rezerve fisijskog nuklearnog goriva u Zemlji Uran u prirodi
sadri samo 0,7% 235U Utvrene rezerve urana: 5,3 Mt (ispod 130
$/kg), krajem 2011. Dodatno po cijeni od 130-260 $/kg): 1.8 Mt
Cijena na tritu u 2011. prije Fukushime 165-
169 $/kg, dan poslije 150 $/kg, a krajem godine 132-135 $/kg
danas se koristi ruda koncentracije 1kg/t , ima ga dovoljno, ali
u malim koncentracijama
Potencijalne rezerve: 10.43 Mt Rezerve Torija 6-7 Mt (zasad
samo
demonstracijska postrojenja) Proizvodnja 2010. 54670 tU = 0,055
Mt Potronja 2010. 63 875 tU = 0,064 Mt
Izvor: IAEA, 2012.
Razdioba dokazanih svjetskih rezervi urana 2009. < 130
$/kgU
224
Izvor: IAEA, 2010.
-
69
225
Napomene uz rezerve urana Nuklearna fisijska energija nije jako
ovisna o gorivu. Dananja tehnologija po
teini treba oko 105 manje goriva od npr. fosilnih elektrana na
ugljen. Trenutno omjer resursa i koritenja (proizvodnje/potronje)
je preko (R/P (130$/kgU,
te se ne koriste. Procjena oko 8 Mt iz fosfata i sl. (prvo
postrojenje -UraniumEquities Limited iz Australije - iz fosfatne
kiseline razmjenom iona poelo raditi u svibnju 2012.
komercijalizacija oko 2015.?)
Brzi oplodni reaktori unose faktor iskoritenja urana od preko 50
puta! (uz dokazane rezerve dovoljno za preko 6000 godina, a uz
potencijalne za preko 18000!)
226
Fizijski nuklearni reaktori krajem 2011. U pogonu krajem
2011.:
435 reaktor (2010: 441) ukupna instalirana snaga 369 GW (2010:
375 GW ) u 30 zemalja
Gaenje 13 reaktora zbog Fukushime2011.: sva 4 reaktora u
Fukushimi, ali i 8 u Njemakoj (stav javnosti)
Novi reaktoru u pogonu 2011.: 4 reaktora u Kini, te po jedan u
Indiji, Iranu, Pakistanu i Rusiji
U izgradnji krajem 2011.: 65 reaktora reaktora ukupne
instalirane snage 62 GW u 15 zemalja
2011. ukupna proizvodnja elektrine energije 2518 TWh (2010: 2630
TWh) to je 12,3 % elektrine energije i 4,9% primarne energije (BP
statistical review),
Stanje reaktora 2010.Zemlja
U pogonu U izgradnji
Broj Snaga MW BrojSnaga
MW
Argentina 2 935 1 692 Armenija 1 375 - -Belgija 7 5,934 -
-Brazil 2 1,884 1 1,245Bugarska 2 1,906 2 1,906Kanada 18 12,569 -
-Kina 13 10,048 23 24,010eka 6 3,678 - -Finska 4 2,716 1
1,600Francuska 58 63,130 1 1,600Njemaka 17 20,490 - -Madarska 4
1,889 - -Indija 19 4,189 4 2,506Iran - - 1 915Japan 54 46,823 2
2,650Juna Korea 21 18,665 5 5,560Mexico 2 1,300 - -Nizozemska 1 487
- -Pakistan 2 425 1 300Rumunjska 2 1,300 - -Rusija 32 22,693 11
9,153Slovaka 4 1,762 2 782Slovenija/Hrvatska 1 666 - -Juna Afrika 2
1,800 - -panjolska 8 7,516 - -vedska 10 9,303 - -vicarska 5 3,238 -
-Tajvan 6 4,980 2 2,600Ukrajina 15 13,107 2 1,900Velika Britanija
19 10,097 - -SAD 104 100,683 1 1,165Ukupno 441 374,692 60
58,584
Izvor: IAEA, 2010. do 2012.
-
70
227
Fisijski nuklearni reaktori, mapa, stanje 2005.
228
Nuklearna energija: Potronja po regijama 1987.-2012.
Izvor: BP Statistical Review 2012/2013
Nuklearna energija 2011. /2012. (nakon Fukushime):
U 2011. svjetska proizvodnja (potronja) nuklearne energije pala
za 4.3%, a u 2012. za dodatnih 6.9%!
Od toga najvei % pad: Japan (2011.:-44.3%; 2012. -89% uk.)
Ostali (2011.): Njemaka (-23.1%); Argentina (-11.9%), panjolska
(-7.0%)
Najvei % porast (2011.)Mexico (+71.6%); Hong Kong
(+39.6%);Pakistan (+39.6%); Kina (+16.9%)
Najvei potroai u Mtoe (2011.):SAD 188.2; Francuska 100.0;Rusija
39.2; Japan 36.9; Juna Koreja 34.0 Njemaka 24.4; Kanada 21.4;
Ukrajina 20.4; Kina 19.5; Velika Britanija 15.6; vedska 13.8,
panjolska 13.0
-
71
229
Proizvodnja elektrine energije iz nuklearnih elektrana 2009.
(svijet 16%)
Izvor: IAEA, 2010.
Radi usporedbe:
Litva: 76.2%Japan: 28.9%Njemaka: 26.1%Kina: 1.9 %
230
Proizvodnja el. en. iz nuklearnih elektrana 2011. nakon
Fukushime (svijet 12,3%)
Izvor: IAEA, 2012.
Litva 0%: gaenje NTE Ignalina 31.12.2009. (EU)Japan 18.1%:
gaenje NTE Fukushime 1-4Njemaka 17.8%: gaenje 8 reaktora: Biblis A
and B, Brunsbttel, Isar-I, Krmmel, Neckarwestheim-1, Philippsburg-1
i UnterweserKina 1.9%: 4 nova reaktora, ali stagnacija zbog
ugljena!
-
72
231
Osnovni imbenici vezani uz daljnju uporabu nuklearne
energije
potreba za energijom, dostupnost i cijena fosilnih goriva,
konkurentnost i dostupnost ne-fosilnih izvora
problemi zagaivanja zraka, globalnog zagrijavanja, odrivog
razvoja
briga za sigurnost energetske opskrbe, organizacija proizvodnje
(utility)
stav javnosti, razvoj tehnologije rjeavanje pitanja otpada
sigurnosti reaktora u Istonoj Evropi, borbi protiv proliferacije
odravanju nune tehnike ekspertize
Nuklearna katastrofa u ernobilu Nuklearna katastrofa u ernobilu
26.04.1986. 26.04.1986.
irenje radioaktivnog oblakairenje radioaktivnog oblaka
Do sada kod 27 % od 200.000 Do sada kod 27 % od 200.000 spasioca
nastupio invaliditet. spasioca nastupio invaliditet.
232
Nuklearna nezgoda u Fukushimi 11.03.2011. u 05:46 UTC, potres
magnitude 9.0
po Richteru i slijedi Tsunami s elom vala od 11 do 14 metara
Automatski sustav u NTE Daiichi, Fukushima uspjeno ulae
kontrolne ipke u tri reaktora u pogonu (kao i priuvne dizelske
generatore za potporu hlaenju
Po udaru tsunamija ostaje raditi samo jedan generator, ogranieno
hlaenje, bez izravne kontrole reaktora, gotovo bez
instrumentacije
Raste temperature i dolazi do eksplozije vodika u reaktorima 1,
2 i 4 i mogue proliferacije radioaktivnog goriva u 1, 2 i 3
Zbog porasta radionuklida u atmosferi evakuacija u promjeru od
20 km (i ire, na slici)
16.12.2011. stabilizacija: stanje hladne obustave pogona (temp.
u reaktoru ispod 100 oC)
Nuklearna nezgoda u Nuklearna nezgoda u
FukushimiFukushimi11.03.2011. 11.03.2011.
podruje evakuacijepodruje evakuacije
-
73
233
2.3. Nuklearna goriva2.3.1. Fisija (dodatno)
234
Fisijski produkti (produkti raspadanja) Tijekom lanane reakcije
raspadale su se jezgre U-235 i U-238, a dio se
jezgara U-238 uhvatom neutrona pretvorio u plutonij. Po toni
istroenog goriva potroeno oko 25 kg U-235 i oko 24 kg U-238.
Tokom rada proizvedeno je oko 35 kg produkata raspadanja, oko 9
kg plutonija, dok se ostatak sastoji od izotopa urana (najvie
U-238).
Materijali u istroenom gorivu su radioaktivni, te se spontano
raspadaju i nakon to je gorivo izvaeno iz reaktora. Radi se o
smjesi razliitih radioaktivnih izotopa od kojih neki imaju vrlo
kratka, a neki i vrlo duga vremena poluraspada.
Generirana snaga produkata raspadanja nakon obustave
reaktora:
P0 snaga reaktora prije obustave, t0 vrijeme rada reaktora u
danima, t vrijeme rada i obustave u danima
])[(0061,0 2,02,000 = tttPP
-
74
Smanjivanje aktivnosti jezgre reaktorasnage 1100 MW nakon
obustave pogona
235
Radi oslobaanja topline mora se istroeno gorivo najmanje
nekoliko mjeseci hladiti prije bilo kakvog postupka s takvim
gorivom.
Hlaenje: u dubokim bazenima u kojima se gorivo nalazi ispod
sloja od nekoliko metara vode (i kao zatita od radioaktivnog
zraenja i kao rashladno sredstvo).
Gorivo koje je odlealo vie godina u bazenima moe se spremiti i u
suha spremita jer vie nije potrebno tako efikasno hlaenje budui da
razvijena toplina s vremenom postaje sve manja.
Konano ipak treba istroeno gorivo odloiti u spremita u kojima e
stalno ostati i tokom sljedeih stoljea.
236
Odlaganje nuklearnog otpada nisko radioaktivni otpad kole,
bolnice,
industrija, nuklearna elektrana visoko radioaktivni otpad
radijacija: fisijski produkti, aktinidi otrovnost, problem
ovisan o nainu odlaganja
-
75
237
Visoko radioaktivni otpadVisoko radioaktivni otpad
fisijski produkti AktinidiNuklidi Poluraspad (god.) Nuklidi
Poluraspad (god.)Sr-90 28,8 Np-237 2,1106
Tc-99 210.000 Pu-238 89Ru-106 1,0 Pu-239 24103
Sb-125 2,7 Pu-240 6,8103
Cs-134 2,1 Pu-241 13Cs-137 30 Pu-242 0,38106
Pm-147 2,6 Am-241 458Sm-151 90 Am-243 7,6103
Eu-155 1,8 Cm-244 18,1
238
FPMA + FP
Spent fuel(Pu + MA + FP)
Natural uranium ore
Time (years)
Rela
tive
radi
otoxic
ity
FPMA + FP
Spent fuel(Pu + MA + FP)
Natural uranium ore
Time (years)
Rela
tive
radi
otoxic
ity
Radioaktivnost kroz vrijeme
-
76
239
Proizvodnja el. energije karateristike NE Karakteristino
visoki
investicijski trokovi Znatno manja ovisnost trokova
o gorivu mala potronja i visoki faktor optereenja (na svjetskoj
razini oko 80%)
Relativno mali trokovi odravanja i pogona po kWh (zbog velike
koliine proizvedene energije)
Bez emisije CO2 Znaajniji dekomisijski trokovi,
te trokovi odlaganja istroenog goriva (radioaktivnog otpada)
240
Radni vijek fisijske nuklearne elektrane godine ulaska u
pogon
Izvor: IAEA, 2012.
-
77
241
Radni vijek fisijske nuklearne elektrane starost reaktora u
pogonu
Izvor: IAEA, 2012.
242
Potronja nuklearne energije u svijetu- predvianja do 2050.
Moratorij na izgradnju nuklearnih elektrana : Belgija, Njemaka,
Nizozemska,
panjolska, vedska Nakon Fukushime: Njemaka donijela zakon
(06.2011. o postpunom trajnom
gaenju svih reaktora do 2022.) Bez moratorija: Finska,
Francuska, Velika Britanija Do danas u Hrvatskoj postoji moratorij
ne samo na izgradnju NE, ve i na
istraivanja!!! Tendecija ukidanje moratorija. Zemlje u razvoju:
porast izgradnje i udjela, osobito Kina Tri scenarija IEA vezano uz
klimatske promjene (vie u 4. pog.):
1. Scenarij trenutnih mjera uzima u obzir one mjere koje su
formalno usvojene dosredine 2010. (Kyoto protokol...)2. Scenarij
novih mjera pretpostavlja opreznu primjenu nedavno najavljenih
obveza i planova npr. EU3x20 i sl.
3. Scenarij 450 usklaen s ciljem ogranienja u porastu
temperatura za 2OC (scenarij 2OC)
-
78
CO2 emisije i mjere za postizanje scenarija 450 (2OC)
243
Najvanije mjere: energetska uinkovitost (4. pog.), potom OIE (3.
pog.), pa CCS (hvatanje i spremanje ugljika) (4. pog.)
Nuklearna energija ograniena mjera (9%) stav javnosti i pitanje
sigurnosti osobito nakon Fukushime kraj, stagnacija, porast?
Nuklearna energija kao mjera borbe protiv klimatskih
promjena
Izvor: IEA, WEO 2010.
244
Procjena koritenja nuklearne energije do 2030. Izvor: IAEA,
2012.
-
79
245
PregledPregled
Prirodan neobnovljiv izvor energije Sloena razvijena tehnologija
Kontroverzna prihvatljivost - potrebe i rizici Znaajan izvor
elektrine energije danas Veliki potencijal za budunost Jedini
stvarni potencijal za borbu protiv CO2 Zamreni trokut
tehnologije-javnosti-politike Budunost neizvjesna Ogroman
potencijal: fuzija!
246
2.3. Nuklearna goriva2.3.2. Fuzija (dodatno)
-
80
247
Fuzija Spajanje lakih jezgara u teu uz oslobaanje energije
Neiscrpan i kontinuiran izvor (deuterij u morskoj vodi, litij
proizvodnjom u
fuzijskom reaktoru) Mali utjecaj na okoli
nema izravne CO2 emisije, niska radioaktivnost nema drugih
utjecaja (nesree), malo zauzee prostora Mali rizik od nuklearne
proliferacije, nema fisibilnih produkata
Potrebna ili visoka temperatura 107 K (sunce) ili velika
kinetika energija estica (akcelerator)
Za sada teorijski jedini nain za postizanje temperature potrebne
za reakciju fuzije daje fisijska reakcija (hidrogenska bomba, uz
atomsku bombu kao detonator)
248
58 PJ 16 TWh (topline)5,5 TWh (el.en.)
Koliina goriva potrebna za svjetsku godinju potronju energije od
58 PJ
-
81
249
SunceTermonuklearna fuzija vodika4 H prelazi u He
Pozitron
Neutrino
DeuterijVodik
Helij 4
Helij 3
Termonuklearno:pribliavanje dva pozitivna naboja
zahtjeva veliku brzinu = veliku temperaturu
250
Termonuklearna fuzija vodika: 4 H => He
4 H = 4 x 1.673 x 10-27 kg = 6.693 x 10-27 kg1 He = 6.645 x
10-27 kg____________________________________
Razlika u masi = 0.048 x 10-27 kg
E = m c2 =(0.048 x 10-27 kg) * (3 x 108 m/s)2= 4.3 x 10-12 J
1 kg H-bombe pretvara se u energiju od 20 Mt reda Tt svake
sekunde griju sunce
-
82
251
PrimjerPrimjer nunukklearlearnene fufuzziijejedeuterij + tricij
helij + neutron
Jezgre dva izotopa vodika,deuterija (D) i tricija (T) spajanjem
proizvode jezgruhelija (He) i neutron (n). U svakoj reakciji
oslobodi se i17.6 MeV (2.8 pJ) energije:
D + T -> 4He (3.5 MeV) + n (14.1 MeV)
252
Test prve H-bombe Mike Nov. 1, 1952. (10 megatona 80 milijuna
tona zemlje ispareno).H-bomba isprobana1.2.1954. na Bikinima -15
megatona.Rusi su isprobali H-bombu 100 megatona.
HH--bombbombaa
160 km
13 km
43 km
-
83
253
Termonuklearna ili H-bomba eksploziv, fisijsko gorivo, D, T i
Li. Prvo se aktivira obini ekploziv, potom fisijska reakcija grije
na 10 MK i pokrene fuzione reakcije.
2D + 3T 4He + n + 17.6 MeV
n + 6Li T + 4He ( = 942 b)n + 7Li T + 4He + n ( = 0.045 b)
Neutronska bomba je fisijska bomba koja primarno oslobaa
neutrone. Kobaltna bomba je prljava bomba koja ubija zraenjem
(60Co). Zemlje koje posjeduju H-bombe: SAD, Rusija, V. Britanija,
Francuska iKina.
254
Nuklearna fuzija za energiju - istraivanje Skupo i zahtjeva
meunarodnu suradnju. Plazma odravana torusom prua nade u uspjeh.
Temperature: 10 MK Rusi postigli 1968. u Tokamaku i kasnije 100 MK.
Jako magnetsko polje se stvara i supravodiima. Jednakost ulaganja i
proizvodnje energije ostvareno 1995. Princeton Large Torus postigao
510 MK prije dekomisije 2002. Simulacije na snanim paralelnim
raunalima omoguavaju realistino vizualiziranje ponaanja plazme.
Razumijevanje ponaanja plazme sluilo je kao podloga za nove
eksperimente (npr. NSTX - National Spherical Torus Experiment).
Pored optimiranja konfiguracije plazme i druga istraivanja su
vana:- eksperimenti s goruom plazmom,- testiranje fuzijskog
materijala i komponenti,- demonstracijska elektrana (ITER)
-
84
255
Nuklearna fuzija i plazma
Mjeavinu D i T treba zagrijati na 10 miliijuna stupnjeva! Na toj
temperaturi sve je plazma.Plazma je makroskopski neutralna
kolekcija nabijenih estica. Ioni (gole jezgre) na visokoj
temperaturi imaju veliku kinetiku energiju i pribliavaju se na 1 fm
razmak dovoljan da nuklearne jake sile uvjetuju fuziju.
256
Tokamak fuzijski reaktorNajvei izazov: razumijevanje i kontrola
plazme. Problem: magnetske i inercijske neistoe sadraja.
Shema ITER tokamak fuzijskog reaktora
-
85
257
Tokamak fuzijski reaktor
TEXTOR tokamak fuzijski reaktor u
izgradnji
NSTX - National Spherical Torus
Experiment
Unutranjost Europskog JET tokamak fuzijskog reaktora
258
Plazma izoblii magnetsko polje ili savija magnetske linije
-
86
259
260
International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER) The
International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER)
eksperimentalni projekt za demonstraciju znanstvene i tehnoloke
izvodljivostikoritenja fuzijske energije u mirne svrhe.
Sudionici: Kina, Europska Unija, Indija, Japan, Juna Koreja,
Rusija i SAD. Ulaganja do sada preko 3 milijarde (74% ukupno
predvienih trokova izgradnje)
Napredak u 2011.:
- zavretak izgradnje zgrade s vruom stanicom (hot cell
building)- iskapanje dvorane za sastavljanje - izgradnja betonskog
seizmikog temelja tokamak kompleksa- izgradnja postrojenja za
proizvodnju zavojnica - konstrukcija kljunih komponenti (npr.
vakuumske posude) i dijelova (npr. toroidalnih supervodia) u tijeku
u zemljama lanicama ITER-a.
Izvor: www.iter.org
-
87
261
International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER)
Izgradnja betonskog seizmikog temelja tokamak kompleksa
Lokacija ITER projekta Od sijenja 2007. poinje
gradnja (priprema terena) 180 hektara u St-Paul-lez-
Durance, regija Provence-Alpes-Cte d'Azur (blizina Nice),
junaFrancuske
Tu je smjeten i Francuski nuklearni istraivaki centar CEA
(Commissariat l'EnergieAtomique).
Izvor: www.iter.org
262
Razvoj ITER-aAko sve bude po planu ITER e se poeti sastavljati
2015., zavriti do 2019., a moda proradi do 2020.
Do 2027. planiran poetak rada deuterij-tricij reaktora za
proizvodnju el. en.
Ukoliko financiranje bude dostatno.
Komercijalni rad ???
Izvor: www.iter.org
-
88
263
Otvorena kritina pitanja za komercijalizaciju:1. Pretpostavke
koritene u dizajnu fuzijskog reaktora (fizikalne i teholoke)2.
Razvoj fuzijskih materijala (testriranje na radijaciju)3. Razvoj
odrive koliine tricija poslije ITER-a (uzgojni pokrivai..)4.
Rjeenja za saniranje ispuha plazme (krute estice, toplina - vee no
u ITER-u) 5. Pouzdanost rada i ivotni vijek posve nove vrste
postrojenja6. Mogunost odravanja na daljinu i dr.
264
Fisija (PWR)
Fuzija konvencionalni materijal
Fuzija- niskoaktivni materijalUgljen
Tricij iz fuzije
Radiotoksinost Radiotoksinost -- uspredbauspredba
-
89
265
0
5
10
15
20
25
30
1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045
Predv
ieniO
nta
rio (O
PG) T
ritiu
m
Inve
nto
ry (k
g)Raspoloivost tricija
Potronja tricija u fuzijskom DT objektu iznosi: 55,8 kg/god na
1000 MW fuzijske snage (Previe!). Trenutna cijena tricija je 30
M$/kg. fisijski reaktorimogu proizvesti samo 2-3 kg na godinu po
200 M$/kg!! Treba desetine fisijskih reaktora za jedan fuzijski
reaktor.
Za pokretanje fuzijskog postrojenja treba 5-10 kg tricija.
Veliki DT eksperimentipoput ITER-a moraju sami proizvoditi tricij
za uspjean rad.
Svjetski maksimum dobave Tricija 27 kgTricij se raspada 5.5%
godinje
266
Hladna nuklearna fuzija i elektroliza
Hladna fuzija se odnosi na fuziju pri sobnoj temperaturi.
Pons i Fleischmann: elektroliza otopine soli litij-oksida u
tekoj vodi (0.1 mol LiOD na litru D2O). Elektrode od paladija.
Neoekivana toplina unitila opremu, tvrde da je paladij katalizirao
hladnu nuklearnu fuziju.
injenice nedostatne i nitko nije ponovio rezultat.
-
90
2.4. Geotermalna energija
268
Energija Zemlje (geotermalna) Isti sastav poput Sunca, a
hlaenjem postupno nastaje Zemljina kora (kruti
dio debljine do 50 km)
kora
omota
vanjska jezgra
unutarnja jezgra
Zemlja
-
91
269
Prosjeni temp. gradijent Zemlje: 1 [K] / 33 [m]; a kore 0.3 [K]
/ 33 [m], visoki temp. gradijenti u podrujima jakih seizmikih
aktivnosti
2800C
4000C
4000 km
6370 km
2000 km
30 km
5150 km
~1000C
kora
omota
vanjska jezgra
unutarnja jezgra
270
Geotermalni temperaturni gradijent raste s dubinom
30OC/km
Kopno pliva: Mohoroviev diskontinuitet, seizmiki odreena granica
kopna i omotaa.
-
92
271
Granice tektonskih ploa
272
Osnovne znaajke geotermalne energije Izvorna toplina i
radioaktivni raspad (~40%) Dva naina prijelaza topline:
1. Kondukcija (litosfera): prijelaz topline bez pomicanja
materije2. Konvekcija (omota): prijenos topline gibanjem
materije
Temperaturni gradijent 30C/km pri povrini i onda slabi Procjena
je da u sreditu (6370 km) ima temperaturu do 6000 C.
Toplina iz 100 km dubine treba oko 0,1 milijardu godina do
povrine. Prosjena dnevna koliina energije koja se dovodi na povrinu
od 3,3
do 7,5 kJ/m2 na dan Prosjena energija s obzirom na povrinu
Zemlje: 2.8 1015 kJ/dan ili
0.27 106 TWh/god
-
93
273
Konvekcija: procesi tektonskih ploa
Kondukcija: geotermalni spremnici
274
Pojavni oblici: topla voda, suha para, tople stjene Temperature
i do 350 C, tlakovi i preko 70 MPa Rezerve, tj. koliina toplinske
energije ovise o dubini:
- do dubine od 10 km ima oko 30 1015 (milijuna milijardi) teu-
do dubine od 3 km ima 1 1015 teu, pri emu skoro 90% ispod 100 C i
samo oko 3% preko 150 C
Oko 7% (do 3 km) se koristi sa povrine Tek oko 1% ima potencijal
za proizvodnju el. energije (do
ukupno 350 TkWh) Uporaba: Mogue primjene vezane za temp.
gradijent jer se
toplinska energija moe iskoristiti samo ako postoji razlika u
temperaturi.
Prema trenutno razvijenoj tehnologiji mogue primjene su: izvori
vrue vode i pare (izravna uporaba), toplinske crpke te energija
suhih stijena.
-
94
275
Izvori vrue vode i pare na povriniIzvori vrue vode i pare na
povrini
276
Vrua voda i para na povriniVrua voda i para na povriniFilipini
Filipini -- Mt. Mt. MayonMayon, pokrajina , pokrajina
AlbayAlbay
Nikaragva Nikaragva -- El El HoyoHoyo
-
95
277
Uporaba geotermalne energije Najee koritenje geotermalne
energije ostvaruje se konvektivnim
prenoenjem topline pomou fluida, koji je obino topla voda ili
smjesa vrele vode i pare, uz nazonost raznih primjesa (plinovi,
soli, minerali ).
Toplinska energija geotermalnog leita sadrana u geotermalnom
fluidu kod nekog tlaka i temperature, koristi se: 1. Izravno za
zagrijavanje ili 2. Za pretvorbu u elektrinu energiju.
Mogunost koritenja toplinske geotermalne energije izravno ili za
pretvorbu u elektrinu energiju u ovisnosti o radnoj temperaturi
geotermalnog fluida.
278
Uporaba geotermalne energije
-
96
279
Izravna uporaba izvora vrue Izravna uporaba izvora vrue vode i
parevode i pare
Djelatnost T ( C)
Prerada mesa 60-93
Proizvodnja sira 38-93
Prerada mlijeka 71-204
Dehidracija voa i povra 71-177
Zamrzavanja voa i povra 77-100
Suenje itarica 49-175
Rafiniranja eerne repe 60-134
Proizvodnja jestivog ulja 71-204
Proizvodnja pia na bazi slada 76-204
Destilacija estokih pia 99-204
Proizvodnja cigareta 104
Prerada pamuka 93-135
Proizvodnja papira 99-188
Najjednostavniji i najperspektivniji nain iskoritavanja
geotermalne energije u turizmu, poljoprivredi, industriji i
komunalnom grijanju. Moe biti samostalna ili kombinirana sa drugim
(konvencionalnim) nainima proizvodnje toplinske ili el. energijeiz
geotermalnog izvora.
T [oC]
Izravna uporaba geotermalne energije (ilustracija nekih
primjena)
16014012010080604020
280
Osnovni izgled geotermalnog postrojenja za komunalno
grijanje
Geotermalna toplana
Potroai
Nalazite
Proizvodna buotina
Povratna buotina
-
97
281
Grijanje prostora Energija geotermalnog
izvora se izravno ili preko izmjenjivaa topline (ovisno o istoi
geotermalnog fluida) dovodi do potroaa topline.
Za potrebe dogrijavanja ili potronje u vrnim satima koriste se
toplinske crpke ili kotlovi na klasina goriva.
282
Toplinske crpke Mogunost crpljenja topline iz okoline
koritenjem krunog termodinamikog procesa esto se primjenjuje za
grijanje (i hlaenje) u razvijenom svijetu.
Tzv. toplinske crpke esto se spominju zajedno sa geotermalnim
izvorom energije.
Dok se vanjska prosjena mjesena temperatura zraka, za nae
kontinentalno podruje, kree u rasponu od -5 do +25 oC temperatura
tla ostaje priblino konstantna (ovisno o podneblju od 6 do 8 oC)
tijekom cijele godine ve na dubini od 8 do 10 m.
Razlika prema zraku je iskoristiva i na dubini od 2 m gdje je
godinji raspon od 3 do 10 oC za suho tlo i par stupnjeva ire za
vlano tlo.
Srednjatemp. u zemlji
LjetoZima
Lagano suho tloProsjeno tloVlano tlo
Temperatura tla (oC)
Dubi
na
isp
od
povr
ine
(m
)
Tipina varijacija temperature tla
-
98
283
Takav odnos temperatura u tlu i potrebne unutarnje temperature u
kui ili zgradi predstavlja potencijal za isplativo i racionalno
zagrijavanje (hlaenje) s koeficijentom djelovanja od 3 do 6 (omjer
dobivene toplinske energije i uloene el. energije).
Ukupna djelotvornost ovisi pokraj stalne manje razlike
temperatura i o koritenoj tehnologiji a posebno o konkretnoj
izvedbi (vodoravno, okomito, podzemne vode i drugo).
Koritenje toplinskih crpki u razvijenom svijetu na daleko je
veoj razini od situacije u Hrvatskoj . Razlog: poetno jeftiniji
klima ureaji sa mogunou crpljenja topline iz zraka ali koji imaju
relativno mali koeficijent djelovanja.
Temperatura tla neovisna je o sunevom zraenju i zbog slabe
toplinske vodljivosti tla konstantnija u odnosu na zrak kroz godinu
na veoj dubini i kod manje vlanog tla.Time je relativna razlika
prema temperaturi okolice razmjerno velika tijekom veeg dijela
godine.
Razne vrste sustava toplinske Razne vrste sustava toplinske
crpkecrpke
Vodora
