Upravljanje Energetskim Sistemima Za Pds.compressed

8/18/2019 Upravljanje Energetskim Sistemima Za Pds.compressed

1/613

Post-diplomski, II ciklus studijaFakulteta elektrotehnike,

Univerziteta u Tuzli

Upravljanje energetskim sistemima

Dr.sc. Suad Halilčević, redovni profesor

Nauka stalno otkriva nepoznate strane svijeta, ali daje samo parcijalne

odgovore.


2/613


3/613

SUSTAINABLE ENERGY

SE embraces a number of practicies, policies,and technologies which seek to provide us

with the energy we need at the least financial,environmental, and social cost


4/613

SUSTAINABLE ENERGY

To dijelimo u dvije glavne grupe:

Energetska efikasnost(učinkovitost), i

Obnovljivi izvori energije


5/613

5


6/613

6

1,0

2,0

3,0

4,0

Index,1970=1

1975 1985 1995 2005 2015

Povijest

Populacija

Energija

Električnaenergija

Brutonacionalnidohodak

Trend porasta nekih energetsko-ekonomskih karakterističnih pokazatelja nasvjetskom planu


7/613

7


8/613

8Promjene u potrošnji energenata na svjetskoj razini


9/613

9


10/613

10

The tonne of oil equivalent (toe) is a unit of energy: the amount of energy released by burning onetonne of crude oil, approximately 42 GJ (as different crude oils have different calorific values, theexact value of the toe is defined by convention; unfortunately there are several slightly differentdefinitions as discussed below).

The toe is sometimes used for large amounts of energy, as it can be more intuitive to visualise, say,the energy released by burning 1000 kg of oil than 42,000 billion joules (the SI unit of energy).

Multiples of the toe are used, in particular the megatoe (Mtoe, one million toe) and the gigatoe(Gtoe, one billion toe).

Ili toe odgovaera 7.4 barrels of oil, equivalent to the energy obtained from 1270 cubic meters ofnatural gas or 1.4 metric tons of coal that is, 41.87 gigajoules (GJ), 39.68 million Btu (MMBtu), or11.63 megawatt hours (MWh).


11/613

11

Dokazane rezerve fosilnih energetskih resursa na svjetskojrazini JediniceZa izražavanje energije velikih energetskih izvora, kao i za izražavanje potrošnje energije pojedine zemlje ili globalne potrošnje, u energetici se koristi i jedna

posebna jedinica, izvan SI, zvana kvad (q):1q = 1.055 • 1018 J

dato u jedinicama1011 GWh


12/613

12

podaci

• Tako, 2015 godine, predviđa se povećanjeemisije ugljikovih jedinjenja od 3,5 bilionametričkih tona više od današnjeg nivoa.Proizvodnja energije (termo-elektrane,

nuklearne elektrane, rafinerije nafte, saobraćaj)biti će još uvijek glavni zagađivači zraka, vode izemljišta.

• U isto vrijeme, energija će biti glavni faktorekonomskog razvoja i stabilnosti.


13/613

13


14/613

14

2000 5MW turbines, in waterdepths of up to 50 m, wouldgenerate power to betransmitted to and betweenthese nations’ electricitymarkets – UK, Germany,

Netherlands


15/613

15

Europe, Total Electr ic i ty Demand 2006 by Cou ntry (TWh)


16/613


17/613

17

Energetska intenzivnost zemalja u EU


18/613

18


19/613

19

BiH i obaveze

• BiH also has obligations related to this project under theEnergy Community for South East Europe (EnC) Treaty.

• BiH also has commitments under the Energy Charter

Treaty and the Protocol on Energy Efficiency andRelated Environmental Aspects (PEEREA).

• These are all international agreements, which thus

supersede national law.

• Improving energy efficiency would also contribute tomeeting obligations undertaken in relation toenvironmental agreements, such as Kyoto.


20/613

20


21/613


22/613

22

Tržišno učešće pojedinih izvora energije do 2100.godine


23/613

slikoviti prikaz raspodjela potrošnje nafte u svijetu


24/613

Sv Petka je nova elektrarna na reki Treska locirana blizu


25/613

Sv. Petka je nova elektrarna na reki Treska, locirana blizuSkopja, glavnega mesta Republike Makedonije. Sestavlja jo 69 m visoka ločna pregrada s pripadajočimi objekti.Inštalirana moč hidroelektrarne je 36,4 MW, povprečnaletna proizvodnja energije znaša 66 GWh.

Ž


26/613

STRATEGIJE ZA ODRŽIVIRAZVOJ

• Odgovorno korištenje energije je temeljno za održivirazvoj i održivu budućnost,

• Energy management mora balansirati između

energetskih potreba i energetskih mogućnosti,

• Proces obuhvata:

Svjesnost o energiji,

Transformiranje energije,

Energetsku učinkovitost, Obnovljive izvore energije


27/613

Svjesnost

• U cilju mudrog korištenja energije, održivi razvoj morademonstrirati beneficije, prije nego žrtvovanje,

• Proizvodnja različitih energetskih oblika, koncept održivihenergetskih sistema, demonstriranje,

• Primjer brojila o utrošku električne ili toplinske energije usobi – gledaš kako trošiš,

• Komparacija različitih energetskih rješenja – ekonomskei okolišne implikacije; životni stil manje potrošnjeenergije.


28/613

Konzervacija energije

• Planirati bilo koji proces sa uređajima i sistemima koji netroše puno energije (transportni sistemi, gradskisaobraćaj, izgradnja objekata, itd.),

• Građenje multifunkcijskih objekata i sistema(prehrambena industrija, sistemi rasvjete),

• Hlađenje,

• Kondicioniranja zraka,

• Javni objekti opremljeni sa info o utrošku energije(praonice, kupatila, ...).


29/613

Energetska učinkovitost

• Energetski učinkoviti metodi, aparati i uređaji

• Nema jeftinije i skuplje u trošenju energije od

sijalice sa žarnom niti:preko 90% potrošene energije ide u toplinu; zamjenasa fluoroscentnom sijalicom štedi barrel nafte, 900kg CO2 (global warming), i 9 kg SOx (acid rain).

Za vlasnika, svakih 10 KM uloženih u fluorescentnurasvjetu štedi app. 40 KM u trošku energije krozživotnu dob tih svjetiljki.


30/613

Rasvjeta

• Prirodno svjetlo se treba koristiti gdje god je tomoguće; rasvjeta treba biti temeljena nastandardima.

• Fluo sijalice koriste manje 75% energije od onihsa žarnom niti; prosječni životni vijek je 10 putaduži

• Povrat novca ispod dvije godine, ekološki povrat – odmah


31/613

Senzori i Regulatori

• Rasvjeta, ventilacija i drugi procesi moguse uspješno kontrolirati u kontekstuuštede energije,

• Fotoćelije, ćelije zaposjednutosti prostorija(senzori infracrvenog zračenja, senzoribazirani na ultrazvuku).


32/613

Hlađenje

• Učinkovitost zavisi od izolacije rashladnoguređaja i od temperature kondenzatora,

• Moguća ušteda energije od 20%.


33/613

Praonice

• Zamjena motora sa energetskiučinkovitijom – smanjenje utroška energijeod 60%,

• Sušenje odjeće – prirodno.


34/613

Transport

• Nisko-energetski transport – moda ipotreba,

• Promjena životnog stila.


35/613

Upravljanje potražnjom zaenergijom

• Kontroliranje trajanja, vremena potrošnje itrenutka uključenja u sistem,

• Voda se može pumpati u rezervoare zavrijeme niske potrošnje ili korištenjemfotonaponskih panela,

• Inteligento upravljanje potrošačima.


36/613

" Society is liv ing b eyond its m eans. We are abou t to disposs ess the earth


37/613

of capital assets in the space of a few l i fet imes thro ugh patterns of

exploi tat ion. These patterns are devastat ing th e natural enviro nment

upo n wh ich we depend fo r our lon g- term su rv ival ."

Architects for Social Responsibility


38/613

• Priroda se mijenja u interakciji sakorištenjem saobraćajne infrastrukture,nuklearnom energijom, eksploatacija uglja,šuma, razaranje okoliša; i opet, ljudskepotrebe nisu zadovoljene.

• Kako čovjek interakuje sa ZEMLJOM?Kako više prihvatljive veze sa ZEMLJOM

se mogu razviti?

MichelangelovDavid

Lista indikatora koji ukazuju koliko smo daleko od dobre


39/613

Lista indikatora koji ukazuju koliko smo daleko od dobre

veze sa ZEMLJOM • Tropske šume se smanjuju za 11 miliona hektares godišnje; 31 milion

hektara šume u industrijskim zemljama je oštećeno,

• 26 milijardi tona zemljišta se gubi na godinu.

• Svake godine formira se novih 6 milion hektara nove pustinje.

• Hiljade jezera su biološki mrtva; hiljade jezera već umire.

• Nestaju podzemni rezervoari vode u dijelovima Afrike, Kine, Indije, i S. Amerike,

• Nestaju biljke i životinje; 1/5 svih vrsta može nestati tijekom sljedećih 40godina.

• 50 pesticida kontaminira vodotoke i podzemne vode,

• Porast srednje temperature između 1.5C i 4.5C do 2050.

• Nivo mora raste između 1.4 metra i 2.2 metra do 2100.

• Porast rupe u ozonskom omotaču preko Antarktike.

W t ti th E th if it b i i


40/613

We are treating the Earth as if it were a business in

liquidation - World Bank Economist Herman Daly KONCEPT ODRŽIVOSTI

• Poslednjih 20 godina kao pokret,

• Koncept koji prepoznaje ljudsku civilizaciju kao integralni dioprirodnog svijeta, te da priroda mora biti očuvana ako ljudskazajednica želi da preživi,

• Dizajn održivosti artikulira ovu ideju kroz razvoj koji podvlačiočuvanje energetskih resursa i ohrabruje primjenu ovih principa usvakodnevnom životu,

• Potpora održivom razvoju temelji se na bioregionalizmu,

• Sustainable design, sustainable development, design with nature,environmentally sensitive design, holistic resource management -regardless of what it's called, "sustainability," the capability ofnatural and cultural systems being continued over time, is key.


41/613

Neophodni principi održivosti

• Inzistirati na pravima čovjeka i prirode, te koegzistenciji različitosti,

• Prepoznati međuovisnost,

• Respektirati veze između duhovnog i materijalnog,

• Prihvatiti odgovornost,

• Kreirati sigurne sisteme dugoročne vrijednosti,

• Eliminirati koncept otpada: optimizirati ciklus životnog vijeka produkata iprocesa,

• Raditi na temelju prirodnih energetskih tokova,

• Razumjeti ograničenja projekata: tretirati prirodu kao model i mentora, ne da je kontroliramo,

• Stalno tražiti poboljšanja razmjenom znanja: otvorena komunikacija: etičkaodgovornost: uspostaviti vezu između prirodnih procesa i ljudske aktivnosti.


42/613

Neophodni principi održivosti

• Tretirati okolišnu i socijalnu održivost u središtu prakse iprofesionalne odgovornosti,

• Razvijati i stalno poboljšavati praksu, procedure,

produkte, usluge i standarde održivog koncepta,

• Edukacija,

• Mijenjati politike, regulacije, standarde u upravljanju iposlovanju, tako da održivi dizajn postane potpunopotpomognuta standardna praksa.


43/613

Svaka tona papira traži 12 do 24 drveta, zavisno od tipa

papira.


44/613

Potrošnja energije

• Računari – troše oko 2% električneenergije

• 85 W, sa isključenim monitorom,

• 40 sati rada umjesto 168, uštedi se preko50 KM (samo za 1 računalo),

• Na Michigan UN postoji preko 30.000

računala,• $1.8 million / godini utrošak struje samo odračunala


45/613


46/613

Upravljanje energetskim sistemima=upravljanjeenergijom=održivost civilizacije


47/613

Pedal Powered Cell Phones


48/613


49/613

Pedal Powered Boat


50/613

Pedal Powered Washer


51/613

Pedal Powered Water Pump


52/613

Organisation for Economic Co-operation and Development (OECD)


53/613

America


54/613


55/613


56/613


57/613


58/613


59/613

Reconnection of two UCTE synchronous zones as a historic milestone in thehistory of the European power system

The size of the two UCTE (Union for Coordination and Transport of Electricity (1))synchronous zones, the character of their interface and the scope of work madethe reconnection process one of the largest and most complex projects andchallenges in the history of UCTE.Since 2002, all TSOs of the region were co-operating closely within the UCTEexecutive team for reconnection. A detailed multilateral resynchronisation programhad been prepared by the team and approved by its members (TSOs from bothsides of the interface between two UCTE zones and other involved TSOs in theregion).

Significant infrastructure reconstruction works were needed in Croatia


60/613

Significant infrastructure reconstruction works were needed in Croatiaand Bosnia-Herzegovina, as a solid basis for carrying out the complex

resynchronisation procedure.

On 10 October 2004 at 9:34 a.m. the electricity system which is todaysynchronously operated by TSOs of the ENTSO-E Regional GroupContinental Europe performed a historic achievement by overcoming,

after 13 years the disconnection of the power system of the South Eastof Europe, from the rest of Continental Europe.

After a successful test phase from 10 October to 1 November 2004,market transactions became possible across the resynchronisation

interface between Hungary and Romania, Hungary and Serbia, Croatiaand Serbia/Montenegro, Croatia and Bosnia-Herzegovina, West Ukraine

and Romania.

Several major goals were achieved through this project. Thereconnection:

- integrated physically regional electricity markets in South-East Europeinto the EU internal electricity market.

- was a basis for improving reliability conditions within the whole UCTEzone.

Upravljanje potrošnjom energije


61/613

Upravljanje potrošnjom energije

• Sagorijevanje goriva,

• Termodinamika, prvi zakon termodinamike kaže da seenergija niti može proizvesti niti može uništiti. U ciljuanaliziranja efikasnosti rada nekog uređaja, npr. kotlaili parne peći, može se zamisliti imaginarna granica

između ulaza energenta (energije) i izlaza energenta(energije), samo u nekom drugom vidu.

• Ukoliko ukupna energija koja je ušla u uređaj nije

jednaka energiji koja je izašla iz uređaja, znači danegdje u uređaju dolazi do gubitka energije.

• Identificiranjem mjesta i veličine gubitaka, mogu sepreduzeti odgovarajuće akcije, kako bi veličine ulazne i

izlazne energije bile što bliže jedna drugoj.


62/613

TOPLOTA IZ GORIVA

TOPLOTA KROZ ZIDOVE PEĆI

TOPLOTA OD TIJESTA IPOKRETNE TRAKE

TOPLOTA ZRAKA,PEČENOG KRUHA IPOKRETNE TRAKEPEĆ

Prijenos topline


63/613

primjer

• Analiza prijenosa toplote nam kazuje koliko toplotegubimo kroz zidove ili krov, ili oklop peći. Ova analizapočinje od jednadžbe:

Q = (K x A x t) / d

gdje su: • Q - Prijenos toplote (W/m), • K - Toplotna provodnost (W/ m2 0C), • A - Površina zida (m2),

• t - Temperaturna razlika (0

C), • d - debljina zida (m).

Neka su prilike toplotnog prijenosa kao na slici:

Primjer mogućnosti smanjenja energetskihgubitaka


64/613

5 0C (Vanjskatemperatura)

22 0C (Unutarnjatemperatura)

10 m

10 m

10 cmdebljinazida

gubitaka

Da nađemo toplotni prenos Q kroz zid(W/m), za dati materijal zida iztermodinamičke tabele nalazimotoplotnu provodnost K. Recimo, za zid

od cigle K je 5 (W/m2/0C). Površinazida je 100 m2. Temperaturna razlika je17 0C, a debljina zida je 0,1 m. Natemelju ovih ulaznih podataka ikoristeći jedn., toplotni prijenos krozzid je 85 (kW/m), odnosno 23,6(J/m/h).

primjer


65/613

primjer

• Pitanje: je da li trebamo dodati izolaciju?Da nađemo odgovor na to pitanje, prvotrebamo izračunati sačuvanu energiju krozdodavanje različitih slojeva izolacije i

konvertirati to u novčanu vrijednostušteđenog goriva.

• Komparirajući ušteđeni novac naspram

uloženih troškova proizilazi naš odgovor na postavljeno pitanje da li postavljatidodatnu izolaciju.


66/613


67/613

L – dužina cijevi (m); r 2 – vanjski polumjer toplinski izolirane cijevi (m);

r 1 – vanjski polumjer neizolirane cijevi (m)


68/613

t us – prosječna temperatura medija u cijevi u razdoblju pogona (0C),

t vs – prosječna temperatura okolnog zraka cijevi u razdoblju pogona (0

C)


69/613


70/613


71/613


72/613

primjer

Ak ij k j d ti d t š k ij


73/613

- Promjena prakse u arhitekturi igrađevinarstvu,

- Mjere racionalizacije grijanja, hlađenja iodržavanja vlažnosti zraka,

- Mjere racionalizacije rasvjete,

- Mjere racionalizacije u sistemuelektromotornih pogona

Akcije koje se mogu preduzeti da se utrošak energijesmanji:

Osobine dobrog projektiranja zgrada


74/613

• Orijentirati zgradu prema odgovarajućim stranamasvijeta

I-Z SI-JZ S-J

Prosječni dnevnidobitak toplote odSunčevog zračenjakroz prozore zgrade

(Wh/m2)

Strana svijeta

23

22

20

21

24

Prosječna

godišnja uštedauglja (kg/m2 prozora)

410

470

JI-SZ

• Ulaz zgrade orijentirati suprotno od smjera


75/613

• Ulaz zgrade orijentirati suprotno od smjerapuhanja vjetra, čime se smanjuje

infiltracija zraka u unutarnji prostor zgrade,

• Sjevernu stranu zgrade obojiti tamnom

bojom, radi veće apsorpcije sunčevazračenja, a istočnu i zapadnu stranu obojitisvjetlijom bojom, čime se štitimo odprekomjernog zagrijavanja prostora zavrijeme ljetnih mjeseci,


76/613

• Graditi masivnije vanjske zidove ukontinentalnim područjima, jer su toplotnoinertniji, npr. vanjski zid prenosi toplinu od8 do 12 sati,

• Postavljati toplinsku izolaciju sa vanjskestrane zida,

• Koeficijenti prijenosa topline trebaju bitiizmeđu 0,3 do 0,4 W/m2K – dati tabelu.

KOEFICIJENT

PRIJENOSA

TOPLOTE

4 3 3 1 0,8 0,60 0,50 0,30 0,30


77/613

TOPLOTE

K (W/M2K)

Temperatura

unutrašnje

površine vanjskog

zida ili prozora

(0C)

10 12 14 16 17 18 18 12 18

Temperatura

vanjskog zraka

(0C) -20 -20 -10 -10 -10 0 -10 -20 -20

Ugodnost ledeno hladno ne

ugodno manje

ugodno ugodno

ugodno vrlougodno vrlo

hladno ugodno

Temperatura

unutrašnje

površine vanjskog

zida ili prozora

(0C) 20 24 22 20 20 23 20 20 20

Temperatrura

vanjskog zraka 20 30 30 20 30 30 40 30 40

Ugodnost ugodno ne

ugodno ugodno ugodno ugod

no ne

ugodno ugodno ugodno ugodno


78/613

• Odabrati minimalnu veličinu prozora sasjeverne, istočne i zapadne strane kojima

se osigurava dovoljno prirodnog svjetla, asa južne strane postaviti veće prozore,kako bi se osigurala veća iskoristljivostsunčeva zračenja u zimskim mjesecima,

• Prema potrebi koristiti reflektirajuće staklokoje smanjuje transmisiju sunčeva

zračenja do 80% u ljetnim mjesecima, aanulirati reflektirajući efekt u zimskimmjesecima (ugrađivati i roletne)


79/613


80/613

• Raspored drveća oko objekata,

• Predvidjeti energetski efikasnije grijanje – podno ili stropno.

Ekonomska toplotna izolacija


81/613

Ekonomska toplotna izolacijazgrade

• Ekonomska toplotna izolacija vanjskogzida, krova i poda zgrade određuje setemeljem minimalnih ukupnih prosječnih

godišnjih troškova, koje čine: - Inv troškovi i troškovi održavanja sistemagrijanja zgrade,

- Troškovi energije za grijanje zgrade,- Inv troškovi materijala i ugradnje toplotne

izolacije zgrade.

• Inv troškovi sistema grijanja iskazuju sepomoću toplotne snage sistema grijanja i


82/613

pomoću toplotne snage sistema grijanja itroškova po jedinici toplotne snage. Toplotna

snaga sistema grijanja mora nadoknaditigubitak toplote kroz vanjski zid (krov, pod)zgrade:

)W(1

0000 vu

ivu t t R R At t k AQ

A0 – ukupna površina vanjskog zida (krov, pod) zgrade (m2); Ri – toplotni otporizolacije (m2K/W); R0 – toplotni otpor ostalog dijela zida (krova, poda) (m2K/W); tu – projektirana temperatuta zraka u zgradi (0C); tv – projektirana temperatura

vanjskog zraka (0C); k – koeficijent prijenosa toplote (W/m2K)

Inv Tr opreme i montaže sistema grijanja su:

)(1

0

00 euroC t t

R R

AC evui

Ce – Inv Tr instaliraneenergetske jedinice

(euro/W)

Da bi se Inv Tr sistema grijanja pretvorili uj č diš j t šk d blj


83/613

prosječne godišnje troškove za razdobljeamortizacije, potrebno je Inv Tr pomnožiti s

faktorom amortizacije Pa:

vuae

i

aevu

i

a

t t P C AU

je gdje

euro R R

U P C t t

R R AC

0

00

00

:

)(1

Potrebna godišnja količina energije za grijanje zgrade je:

vsus

i

vsus

i

s

t t M D

je gdje

Wh R R

D At t R R

A M Q

:

)(1241240

0

0

0

M – broj dana grijanja godišnje

• Ako se potrebna godišnja količina energije zaij j d dij li ij ij d šć


84/613

grijanje zgrade podijeli sa ogrijevnom vrijednošćugoriva i stupnjem djelovanja opreme za grijanje i

pomnoži sa jediničnom cijenom goriva, dobiva segodišnji trošak energije grijanja:

)(euroC H

QC g

d

s s

Pogonski troškovi i troškovi održavanja sistema grijanja zavise oveličini opreme i uređaja, pa se često u praksi računaju kao postotak

( p) od godišnjih troškova grijanja zgrade.

Ukupni godišnji troškovi energije, pogona i održavanja sistemagrijanja su:

)(1 euro pC H

QC g

d

s sp

Uz očekivani godišnji porast cijene energije zarazdoblje amortizacije prosječni godišnji troškovi


85/613

razdoblje amortizacije, prosječni godišnji troškovienergije, pogona i održavanja dobiju se kada se

ukupni godišnji troškovi pomnože s faktorom porastacijene energije za razdoblje amortizacije Pe:

)(1

124

00

0 euro

R R

N

R R

p P C

H

D AC

ii

e g

d

spa

gdje je:

p P C H D A

N e g d

124 0

A sada, investicija u toplotnu izolaciju ?!


86/613

• Inv Tr toplotne izolacije ovise o vrsti i debljiniizolacijskog materijala i troškovima ugradnje,

• Troškovi toplotne izolacije proporcionalni su površinivanjskog zida, krova i poda zgrade na koji se toplotnaizolacija ugrađuje, cijeni materijala i njegove ugradnje,

te toplotnog otpora izolacije:

)(0 euro RC AC imi

C – troškovi materijala i ugradnje toplotne izolacije


87/613

C m troškovi materijala i ugradnje toplotne izolacijepo jedinici površine i jedinici toplotnog otpora((euro/m2)/(m2K / W))

Da bi se Inv Tr toplotne izolacije pretvorili u prosječne godišnjetroškove za razdoblje amortizacije, potrebno je Inv Tr

pomnožiti s faktorom amortizacije Pa:

am

iaimia

P C AS

jetom pri

euro RS P RC AC

0

0 )(

• Ukupni prosječni godišnji troškovi sistema grijanja,energije pogona održavanja i toplotne izolacije za


88/613

energije, pogona, održavanja i toplotne izolacije zarazdoblje amortizacije su:

)(

)(

00

euro RS R R

N

R R

U C

euroC C C C

i

ii

ua

ia spaoaua

Ekonomska toplotna izolacija zgrade koja odgovara minimalnim ukupnimprosječnim godišnjim troškovima dobiva se derivacijom ukupnihprosječnih godišnjih troškova po toplotnom otporu izolacije Ri:

0)()( 2020

S R R

N

R R

U

dR

dC

iii

ua

Sređivanjem jedn. i zamjenom veličina dobije se izraz za određivanjeekonomskog koeficijenta prijenosa toplote i ekonomske debljine

toplotne izolacije vanjskog zida, krova i poda zgrade.

Ekonomski koeficijent prijenosa toplote:

15,0

S


89/613

)m(

:izolacijetoplinskedebljinaekonomska

)K W/m(1

0

5,0

2

0

R N U

S d

N U

S

R Rk

i

e

Ekonomski koeficijenti prijenosa toplote vanjskogzida, krova i poda zgrade koji odgovaraju našim

klimatskim uvjetima, dati su u sljedećoj tabeli:

ekonomska debljina toplotne izolacije

EKONOMSKI KOEFICIJENTI PROLAZA TOPLOTE PO KLIMATSKIM


90/613

Ekonomski koeficijentiprolaza toplote po

klimatskim zonama

Prijenos toplote konvekcijom možemo računati pomoću Newtonovazakona hlađenja:


91/613

zakona hlađenja: qc =hc x (Tp –Tf )

gdje je Tp temperatura čvrste plohe uz koju struji fluid, Tf temperaturafluida dalje od granične plohe, dok je h

c

koeficijent konvekcije koji se

izražava u Wm-2 K-1 i za jednostavnije slučajeve može se izračunatipomoću semiempiričkih relacija koje je moguće naći u literaturi koja

detaljnije opisuje prijenos toplote.

Taj koeficijent ovisi o nizu parametara, kao npr. razlici temperature,

geometrijskoj konfiguraciji, obliku i položaju plohe, brzini i načinustrujanja fluida, (laminarno ili turbulentno), vrsti fluida, njegovimosobinama, termičkoj vodljivosti fluida itd.

Red veličine tih koeficijenata za neke slučajeve:Za prijenos toplote konvekcijom od zida, prozora, krova i sl. u okolnu

atmosferu koeficijent konvekcije je oko 6 Wm-2 K-1 kada nema vjetra, iraste s brzinom vjetra, te je npr. 20 Wm-2K-1 za brzinu vjetra oko 15

km/h.Za slobodnu konvekciju oko vertikalne ploče u zraku ( npr. između

prozora i zraka u sobi) hc je oko 4 Wm-2 K-1, za toplu vodu oko grijača

1000 Wm-2 K-1, itd.

αu – koeficijent prijenosatoplote između dijelovaobjekta i zraka unutar

EKONOMSKI KOEFICIJENTI PROLAZA TOPLOTE PO KLIMATSKIM


92/613

objekta i zraka unutarobjekta,αv – koeficijent prijenosatoplote između dijelova

objekta i zraka van objekta.

Zona I – južna BiH Zona II – središnja BiH Zona III – sjeverna BiH

Ekonomskikoeficijenti prolaza

toplote poklimatskim zonama

PRIKAZ OVISNOSTI UKUPNIH PROSJEČNIH GODIŠNJIH TROŠKOVA SISTEMAGRIJANJA O STUPNJU TOPLOTNE IZOLACIJE ZGRADE DAT JE NA SLJEDEĆOJ SLICI


93/613

( K M / g o d . )

prosječni godišnji troškovi toplotne izolacije

porast toplotnog otpora


94/613

Energija grijanje i hlađenje


95/613

Energija, grijanje i hlađenje

• Sistemi klimatizacije:- jednokanalni,

- sistemi sa kanalima toplog i hladnog

zraka,- sistemi sa promjenljivom količinom zraka, - sistemi sa ventilatorskim konvektorima,

- sistemi sa toplotnim pumpama,- sistemi sa indukcijskim aparatima.


96/613

Kanalski ventilatorskikonvektor

Zidni ventilatorskikonvektor

Kasetniventilatorskikonvertor

Zidni


97/613


98/613

Kasetniventilatorskikonvertor

Zidni ventilatorski konvektor


99/613

Kanalski vodeni ventilatorski konvektor

Indukcijski klimatizacijski


100/613

uređaji


101/613

DIZALICE TOPLOTEsu uređaji koji rade na termodinamičkom načelu dizalice toplote, dovode energiju s nižetemperaturne razine na višu uz dodatnu energiju (rad) pomoću kružnog procesa


102/613

temperaturne razine na višu uz dodatnu energiju (rad) pomoću kružnog procesaprikladnog radnog medija te mogu poslužiti kao izvori toplotnog i rashladnog učinka usistemima grijanja, odnosno hlađenja i klimatizacije.

Za svoj rad zahtijevaju pogonsku energiju koja je funkcija temperaturnih razina toplotnihspremnika:

toplotnog izvora - prostora ili medija niže temperaturne razine kojemu se uzima toplota,najčešće neposredna okolina: okolni zrak, tlo, površinske ili podzemne vode,onečišćeni zrak iz prostorija, otpadna toplina itd. toplotnog ponora - prostora ili medija više temperaturne razine kojemu se predajetoplota, npr. prostorija, ogrijevni medij sistema grijanja, potrošna topla voda itd.

Toplotne pumpe (crpke) mogu se koristiti kao osnovni ili dodatni izvor toplote usistemima grijanja stanova, obiteljskih kuća, stambenih ili poslovnih zgrada pa i manjihnaselja (sljedeća tabela).

Osnovna zamisao njihove primjene temelji se na iskorištavanju dijela toplote izneposredne okoline čime se zamjenjuje jedan dio potrošnje pogonske energije(električne ili dobivene izgaranjem plina).

Dizalica toplote s funkcijom odvlaživanja


103/613

Toplotni učinak Mediji koji se


104/613

Toplotni učinak kW Primjena

Mediji koji se

najčešće koristekao toplotni

izvori

1Priprema PTV i dodatni

sistemi grijanjaporodičnih kuća

Onečišćeni zrak izprostorija, okolni zrak

10Osnovni sistemi

grijanja i pripreme PTVporodičnih kuća

Okolni zrak, onečišćenizrak iz prostorija,

podzemne vode, tlo,

površinske vode

100Sistemi grijanja

stambenih zgrada,industrija

Onečišćeni zrak izprostorija, podzemnevode, tlo, površinskevode, morska voda

1000Toplotni sistemi manjih

naselja, industrijaOkolni zrak, površinske

vode, morska voda,

otpadne vode

10000Toplotni sistemi većih

naselja, industrijaMorska voda,

onečišćeni zrak izindustrije, otpadne

vode

V1ZAGAĐENIZRAK IZPROSTORIJ

Jednokanalni sistem klimatizacije


105/613

- ventil

V2 GZ OZ H F2 PZ FZ

GV

KO

RT KON

KOM IS

V3

PROSTORIJE

VANJSKIZRAK

ZRAK IZPROSTORIJE

KLIMATIZIRANIPROSTOR

Sistem za

hlađenje

Sistem za

grijanje

e

- pumpa

- ventil

V1ZAGAĐENIZRAK IZPROSTORIJE

KLIMATIZIRANISastavni elementi ovakvog sistema


106/613

V2 GZ OZ H F2 PZ FZ

GV

KO

RT KON

KOM IS

V3

VANJSKIZRAK

ZRAK IZPROSTORIJ

E

PROSTOR

Sistem za

hlađenje

Sistem

za

grijanje

e

- pumpa za klimatizaciju su:V - ventilatori, GZ - grijač zraka, OZ -ovlaživač zraka, HZ - hladnjak zraka,

F - filter, PZ - predgrijač zraka, IS -isparivač, KOM - kompresor, KON -kondenzator, KO - kotao, GV - grijačvode, RT - rashladni toranj, -pumpa,

Princip rada ovakvog sistema zaklimatizaciju zasniva se na tri temeljnafizičko-hemijska procesa: grijanja,hlađenja i povećanja ili smanjenjavlažnosti zraka. Koji od procesa jepotreban, u skladu sa time su ufunkciji i odgovarajući elementisistema.

Zakon sličnosti


107/613

Snaga ventilatora u funkciji volumena izmijenjenog zraka:

3/2

0

0

V

V P P

Ako se količina izmjene zraka smanji za 5%, tj. V=0,95V0, tada sesnaga ventilatora smanji za 14,26%.

0

3

0

3

0

2

0

1 ;;; M M V V P P nn

Indeks 0 označava početnu veličinu (referenciju).

Opće mjere u cilju redukcije potroška energije za grijanje,


108/613

hlađenje i održavanje vlažnosti zraka

• Klimatizaciju raditi samo za one objektekoji imaju urađenu odgovarajuću toplotnuizolaciju; redovno čistiti filtere,

• Racionalno koristiti radne i boravišneprostore,• Temperaturu regulirati putem protoka pare

ili vruće vode sa ventilima ili termostatima,

• Imati na umu standardne temperaturezraka - tablica

NAMJENA PROSTORIJE STANDARDNA TEMPERATURA ZRAKA(0C)


109/613

Holovi, javni WC, velike kuhinje, sportske

dvorane, tvorničke hale, izložbeni prostori,

arhive, skladišta, vjerski objekti

15

Spavaće sobe, obiteljske kuhinje, obiteljski ibolnički WC, prostorije za sastanke ikonferencije, prodavnice, biblioteke,

garderobe, restorani, gimnastičke dvorane,industrijski pogoni u skladu sa tehnološkim

zahtjevima

18

Dnevni boravak, kancelarije, sudnice, učionice,kabineti, prostori za tuširanje, vrtići,

bolesničke sobe, laboratoriji

20

kupatila 22

Bazeni za plivanje, operacijske sobe, prostori za

novorođenčad 24

Standardne temperature grijanih prostorija

• Smanjiti inflitraciju zraka (odvojiti stubišni prostor


110/613

od komunikacijskog dijela), (uštede i do 25%),

• Koristiti roletne i zastore (uštede do 35%),

• Koristiti toplotnu izolaciju,

• Bojanje zgrade (uštede do 5%),

• 1 gram popušene cigarete oslobađa 1 dm3 dima – zamjena zraka - tabela

NAMJENA PROSTORIJE KOLIČINA VANJSKOG ZRAKA(M 3 /H I PO OSOBI )


111/613

prostorije za stanovanje -

kancelarije, bolničke i hotelske sobe,ordinacije, učionice, džamije, crkve,

robne kuće

10

garderobe 12

prostorije za sastanke, kina, pozorišta 15

prostorije za pušače 18

Potrebne količine zraka za zamjenu u skladu sa namjenom prostorije

• Sisteme ventilacije isključiti kada u objektu


112/613

• Sisteme ventilacije isključiti kada u objektunema ljudi, a regulacijske otvore

ventilatora zatvoriti nakon isključenjaventilatora – broj ventilatora uskladiti sastvarnim potrebama,

• Za predzagrijavanje zraka koristiti otpadnutoplinu,

• Održavati maksimalne preporučljiverelativne vlažnosti zraka - tabela

NAMJENA PROSTORIJE MAKSIMALNA RELATIVNA

VLAŽNOST (%)


113/613

hodnici i čekaonice 60

robne kuće, prodavnice, restorani,hotelske sobe, ordinacije, kancelarije

55

kina, pozorišta 50

Preporučljive relativne vlažnosti zraka

• Sistem za odvođenje zraka treba da oduzima


114/613

• Sistem za odvođenje zraka treba da oduzima10% manje zraka nego što se dovodi vanjskog

zraka – time se stvara nadpritisak u prostoriji uodnosu na vanjski dio objekta, čime se smanjujeinfiltracija zraka,

• Uređaje koji zrače toplotu treba smjestiti uz zidna sjevernoj strani ili istočnoj strani, kako bi sebrže odvodila oslobođena toplota,

• Rasvjeta zrači toplinu – voditi računa o tome.

Energija Sunca


115/613

Energija Sunca

1-Solarni kolektori (CPK7210N CVSKC-10)


116/613

7210N, CVSKC-10)

2-Solarni bojler Steb saregulacijom

3-Solarna pumpna

4-Ekspanzijska posudasolarnog kruga

5-Solarni odzračni lončićsa zapornim ventilom

6-Termički troputnimiješajući ventil za PTV

7-Kotao

Toplotni solarni sistembez dodatnog grijača vode


117/613

Sistem s prisilnom cirkulacijom


118/613

Sistem s prirodnom cirkulacijom


119/613

Solarna peć


120/613

Koncentrirajući kolektori sa selektivnim apsorberimakoriste se za dobivanje pare koja se zatim koristi za

pokretanje parnih turbina za proizvodnju električneenergije. Postoje solarne elektrane kod kojih se putemheliostata vrši koncentriranje na parabolično ogledalo,a odatle na fokusnu površinu. Sa postignutim omjeromkoncentriranja od 3000 u fokusu ogledala postiže setemperatura od 3000 °C, i razvija snaga od 1 MW.Koncentrirajući kolektori pokazali su se kao postrojenjapogodna u metalurgiji za proizvodnju metala vrlo

velikog kvaliteta i čistoće. U klasičnoj metalurgiji koristese elektrode za dovod električne energije, pa senjihovim korištenjem dovode nečistoće koje utiču nasastav proizvedenog metala. Ta¬kav slučaj nije kodprimjene Sunčevih peći (rade bez elektroda), pa se unjima mogu proizvoditi vrlo čisti hemijski spojevi,monokristali i poluvodiči.

Solarna elektrana


121/613

Solarna elektranaToplotna vodljivost / W/mK:

141

Temperatura taljenja / °C:97.72

Temperatura vrenja / °C:

883

Toplota taljenja / kJ/ mol:2.64

Toplota isparavanja /

kJ/mol:99.2

Toplota atomiziranja / kJmol: 107.566

Sistemi za hlađenje


122/613

Sistemi za hlađenje

• Svaki od sistema hlađenja ima sljedećefunkcionalne elemente:- Hladnjak zraka ili vode,

- Pumpa za ohlađenu vodu, - Isparivač, - Sigurnosni ventil,

- Kompresor,

- Kondenzator,- Rashladnji toranj (za veće rashladne sisteme)

Chlorofluorocarbon (CFC) i je organski kompaund koji sadrži ugljik(carbon), hlor (chlorine) i fluor (f luorine), proizvedeni kao isparljividerivati metana i etana. Zajednička podgrupa suhydrochlorofluorocarbons (HCFCs), koji još sadrže i vodik. Oni se još nazivaju i Freon (trgovačko ime od strane proizvođačaDuPont). Najčešći predstavnik je dichlorodifluoromethane (R-12 ili

Freon-12, R-12, CFC-12

Tačka ključanja −29.8 0CCCl2F2

Freon-11, R-11, CFC-11Tačka ključanja 23 0C


123/613

Primjer rashladnog sistema

Poslije kondenzatora, već smješa pare i tekućine, rashladna tvarodlazi u ekspanzijski ventil, gdje joj se dalje snižava pritisak.

Zatim, rashladna tvar odlazi u isparivač, u kojem putemizmjenjivača toplote, oduzima toplotu rashladnoj vodi i isparava.Tako ohlađena voda (5-8) 0C odlazi u hladnjak zraka ili vode ukojem ohlađena voda uzima toplotu od medija koji se hladi, asama zbog tog medija zagrijana (do 12 0C) pomoću pumpe odlaziu isparivač. U isparivaču toplotu te rashladne vode uzimarashladna tvar (freon), koja zbog toga ključa i prelazi u plinovitostanje. U takvom stanju odlazi u kompresor, zatim u kondenzator i

rashladni proces se ponavlja.

KON

) j p j (Freon-12). Koriste se prema Montreal Protocol jer doprinosestvaranju ozonskih rupa.

Tačka ključanja 23 0CCCl3F

Krugfreona

Krugvode

RAZDVOJEN


124/613

SISTEM

HLAĐENJA OZONSKA RUPA

• 20% utjecaja emisije stakleničkih plinova usljed rada


125/613

20% utjecaja emisije stakleničkih plinova usljed radarashladnih uređaja, tj. usljed direktne emisije radnih

tvari (CFC, HCFC i HFC) u okoliš.

• Preostalih 80% iz sektora hlađenja je usljedindirektne emisije CO2 pri proizvodnji električneenergije koja se koristi za pogon rashladnih uređaja isistema, ali i direktnog korištenja fosilnih goriva uauto-klima uređajima i rashladnom transportu.

• 15% električne energije u zemljama u razvoju se trošina rashladne sisteme i klimatizaciju.

• Za svaki °C nižu temperaturu podešenu na termostatuklimatizacijskog uređaja troši se 3 5% više energije


126/613

klimatizacijskog uređaja troši se 3 - 5% više energije.

• Termostat treba postaviti na najvišu vrijednost kojapruža ugodu, na primjer 25°C.

• Zbog zdravstvenih razloga, razlika vanjske i unutarnjetemperatura ne bi smjela biti veća od 7°C.

TVARI KOJE OŠTEĆUJU OZONSKI SLOJ


127/613

Ugradnja sistema s radnim tvarima CFC (R11, R12) zabranjena od

1999. godine

- Treba zabraniti Uvoz CFC-a!!!

- Radne tvari CFC moraju se povući iz uređaja do 2010 godine.

R12

R22 protokol

R502

R134a, R600a

R407C, NH

R404a3

Montrealski

R410A

- Zabraniti ugradnju sistema s radnim


128/613

tvarima HCFC (R22)

- Uvoz HCFC-a dozvoliti samo za

servisiranje postojećih uređaja do

određenog datuma

- Dozvoljena upotreba ekološki

prihvatljivih radnih tvari koje ne

sadže klor - HFC (R134a, R404a,

R410a, R407c)

2010. u EU

Zemje u razvoju

Postupanje sukladno KODUDOBRE PRAKSE PRI RADU S

TVARIMA KOJE OŠTEĆUJUOZONSKI OMOTAČ


129/613

- Servis mogu obavljati samo ovlašteniserviseri koji imaju dozvolu

Ministarstva zaštite okoliša,

prostornog uređenja i graditeljstva i

koji su upisani u Registar

- Obavezno je prikupljanje radnih tvari

prilikom servisiranja i zbrinjavanje u

određenom centru

OZONSKI OMOTAČ

Mjere efikasnog rada rashladnihsistema


130/613

sistema

• Držati potrebnu količinu freona u sistemuza hlađenje (spriječiti curenje),

• Održavati površine cijevi isparivača ikondenzatora; one trebaju biti bez naslagai sa unutarnje i sa vanjske strane – time se

ostvaruje bolji prijenos toplote sa jednogfluida na drugi,

DECENTRALIZIRANI SISTEMI HLAĐENJA


131/613

Mjere efikasnog rada rashladnihsistema


132/613

sistema

• Filtere zraka i lopatice ventilatora redovnočistiti,

• Što je moguće više povećati temperatururashladne vode u krugu vode; time sepovećava temperatura isparavanja, tj.temperatura plinovitog freona – (povećava

se za 3% efikasnost sa povećanjem T uisparivaču za 1 K).

Uticaj povećanja temperature rashladne vode na faktor hlađenja zarazličite vrste kompresora


133/613

• Sniziti temperaturu kondenzacije prekoniže temperature rashladne vode ili kroz


134/613

niže temperature rashladne vode ili krozdodavanje različitih hemijskih aditivafreonu koji bi omogućili nižu temperaturunjihovog prelaska iz plinovitog u tečnostanje,

• Sa nižom temperaturom kondenzacije za10 0C povečava se faktor hlađenja za28%; time se povećava toplotni kapacitet

freona – više za sebe veže toplote.


135/613

• Rashladni uređaji, kao što su zamrzivači,rashladne komore i pultevi trebaju bitiodržavani na temperaturi koja omogućava

spremanje namirnica prema uputiproizvođača; npr. održavanje temperatureza 10 0C niže od potrebne traži dvostrukoviše energije.

Sistem kogeneracije za dobivanje toplog i hladnog medija


136/613

Preuzetatoplina izrashladnogtornja

Efikasan rad kotlovnice• Nepotpuno sagorijevanje goriva (svaki molekul


137/613

Nepotpuno sagorijevanje goriva (svaki molekulfosilnog goriva nije se sjedinio sa molekulom

kisika),

• Gubitak toplote sa dimnim plinovima i zbogneodgovarajuće konstrukcije kotlovnice,

• Bolje sagorijevanje sa boljim omjerom goriva ikisika; to znači da gorivu treba dovesti tačnukoličinu kisika – nedovoljno kisika neomogućava potpuno sagorijevanje, a suvišekisika smanjuje prijenos toplote na izmjenjivačtoplote i povećava temperaturu dimnih plinova,

• Količina zraka potrebna za potpunosagorijevanje 1 kg čvrstog ili 1 l tečnog goriva ili1 m3 plinskog goriva, pod uvjetom da savkiseonik u zraku reagira sa gorivom naziva se


138/613

kiseonik u zraku reagira sa gorivom, naziva seteoretski potrebna količina zraka – Vt (m3/kg ilim3/m3),

• U praktičnim uvjetima ova teoretska količinazraka ne uspijeva potpuno sagoriti gorivo, jer

nije moguće ostvariti idealno miješanje goriva sazrakom; zbog toga u ložište kotla je potrebnodovesti veću količinu zraka od teoretskipotrebne,

• To je stvarna količina zraka potrebna za potpunosagorijevanje Vs- omjer stvarne i teoretskekoličine zraka naziva se koeficijentom viškazraka: KVZ=Vs/Vt

• Kada je KVZ veći od 1, u produktimasagorijevanja osim CO2, SO2, H20 i N2, pojavljuje


139/613

se i višak kiseonika O2,

• Temeljem stehiometrijskih reakcija sagorijevanjapojedinih elemenata goriva (ugljik, sumpor,vodik, itd.), moguće je odrediti potrebnu količinukisika za potpuno sagorijevanje svakogelementa pojedinačno,

• Tako, za sagorijevanj 1 kg ugljika potrebno je2,67 kg kisika, pri čemu se proizvodi 3,67 kgCO2

• Uzimajući u obzir specifičnu gustoću kisikad 1 428 k / 3 t b i ki ik


140/613

od 1,428 kg/m3, potrebna zapremina kisika

za sagorijevanje 1 kg ugljika je 1,866 m3,

• Iste analize provode se za ostale elemente

goriva i spojeve - tabela

SAGORIJEVANJE TEORETSKA

POTROŠNJA KISIKA(M3 )

KOLIČINA PRODUKATASAGORIJEVANJA

(M3 )


141/613

1 kg C 1,866 1,866 CO2

1 kg H 5,56 11,12 H2O

1 kg S 0,70 0,70 SO2

1 m3 CO 0,50 1,0 CO2

1 m3 H2 0,50 1,0 H

2O

1 m3 H2S 0,50 1,0 SO2

1m3 CH4 2,0 1,0 CO2

Potrebna zapreminska količina kisika za sagorijevanje pojedinih elemenata

goriva

• Zbog nepotpunog sagorijevanja pojavljuju


142/613

g p p g g j j p j j jse: CO, H2, CH4 i teški ugljovodonici,

• Indikatorom u dimnjaku moguće jedetektovati produkte nepotpunog

sagorijevanja, i onda sukladno tomedjelovati sa potrebnim injektiranjem kisika

Drugi vidovi gubitka energije kodkotlova


143/613

kotlova

• Sa izlazim plinovima,• Mehanički gubici (gubici do 10% ukupnih

gubitaka),

• Vanjsko hlađenje kotla (0,5% potrošnjegoriva za veće kotlove, do 3% za manjekotlove),

• Gubital topline sa šljakom (1 do 2%potrošnje goriva),

• Sa iznošenjem nesagorjelih čestica.

• Mjere za smanjenje gubitaka:- Plamenike redovno čistiti i koninuirano


144/613

podešavati, kako bi se održao potreban

omjer goriva i zraka,

- Njihovo podešavanje sukladno sastavu

izlaznih dimnih plinova,

- Kod kotlova sa lož uljem CO2 ne veći od

15% u izlaznim duimnim plinovima, kotlovisa prirodnim plinom sadržaj CO2 ne većiod 11,5%; dijagram:

0,90

0,95

150

200

260

310

90


145/613

0 1

2

3

4 5

6 7

8

9

10

11

Sadržaj CO2 u dimnim plinovima (%)

5,

8 6 7 8 9 10 11,9

Za prirodni plin

7,

3 8 9 10 11 12 13 14 15

Lož ulje - lako

2 1,8

1,6 1,4

1,

2 1,

0 Koeficijent viška zraka

0,75

0,80

0,85

310

420

Temperatura

dimnih plinova (0C)

0,85 (za plin)

370

0,80 (za plin)

0,75 (za plin)

0,70

(za lož ulje)

(za lož ulje)

(za lož ulje)

Stupanj

djelovanja kotla

Sadržaj O2 u dimnim

plinovima

(%)

Dijagram za određivanje

stupnja djelovanja kotla natemelju određenog brojapodataka (sadržaj CO2, O2,KVZ, temperatura)

• Osigurati predzagrijavanje zraka za izgaranje loživog uljai napojne vode – svako povećanje temperature zraka zaizgaranje loživog ulja za 20 K povećava stupanj


146/613

izgaranje loživog ulja za 20 K povećava stupanjdjelovanja kotla za 1%,

• Ugraditi automatsku branu na mjestu sastava ložištakotla i dimnjaka koja se zatvara pola minuta nakonprestanka rada plamenika kako bi se spriječio gubitaktopline kroz dimnjak; također osigurati automatskootvaranje brane pola minuta prije početka radaplamenika kako bi se osiguralo pravovremenocirkuliranje zraka za sagorijevanje goriva,

• Graditi dimnjake od temperaturno otpornih materijala(šamot, čelični lim, betonski elementi sa zračnimkomorama) koje treba dobro izolirati, čime se smanjujetoplotni kapacitet dimnjaka i povećava uzgon zraka.

kogeneracija


147/613

Odvodtoplevode

Kondenzat

Sabirnikkondenzata

Izmjenjivačtoplote

Spremnik

tople vode Dovodhladnevode

Nepovratniventil

PTrosmjerni

ventil

Dio sistema za grijanje koji se iskorištava zazagrijavanje potrošne vode


148/613

Prikaz kogenerativnog sistema za dobivanje električneenergije i tehnološke pare

Ciljevi kogeneracije


149/613

• Minimizirati količinu ulaznih energenata, • Minimizirati troškove rada kotlovskih

postrojenja,

• Minimizirati troškove rada EES.

Ne bacajmo smeće


150/613

• Barel nafte sadrži 42 US galona ili 159litara – energija barela nafte je oko 1.600kWh, zavisno od kvaliteta nafte,

• Tona smeća domačinstva u prosjeku jeekvivalentna sa oko 3.000 kWh,

• Dakle, svaka tona smeća koja se odlažena smetljište je kao da se odloži dva

barela nafte u zemlju.

Ne bacajmo smeće • Dakle, jedna obitelj baci app. tri barela nafte svake


151/613

, j j ppgodine. Sa cijenom barela, npr. od 90 $/barelu, za BiHsa app. milijun domačinstava, baci se 90 milijuna $ nasmetljište (plus održavanje smetljišta),

• Na smetljištu se 1 tona organskog smeća razlaže na jednake dijelove app. na 200 kg CO2 i 200 kg metana,

• Metan ima potencijal globalnog zagrijavanja 21 do 50puta veći od CO2,

• Dakle, emitirani plinovi staklenika sa smetljišta su

ekvivalentni 4,4 tone CO2 po toni smeća, a pri tomenismo dobili ni Joule korisne energije (sa metanom od 21puta većim potencijalom od CO2)

Ne bacajmo smeće U cilju proizvodnje toplotne i električne energije


152/613

U cilju proizvodnje toplotne i električne energije,moguće je koristiti:

• Industrijski organski otpad, kao što su gume,nereciklirajuća plastika i papir, piljevina, otpadno

drvo, nekompostirajući otpad vrtova i parkova,smeće klaonica, medicinski otpad, itd.

• Lausanne (Switzerland) izgradila je postrojenje

za istovremenu proizvodnju toplote i struje (80MW pare i 20 MW struje) – efikasnostpostrojenja oko 50% - Tridel power station.

Spalionica smeća Spittelau


153/613

Spalionica smeća Spittelau nalazi se uz Dunavski kanal koji protječesamim središtem grada. Za atraktivan izgled spalionice zaslužan

je arhitekt Friedensreich Hundertwasser .

Hundertwasser je stvorio bajkovitu građevinu višebojne fasade, s terasastimi š lj i k i bič i š i i


154/613

vrtovima, pošumljenim krovovima, neobičnim šarenim prozorima, adominantan je tamnoplavi dimnjak s osvijetljenom zlatnom kupolom.

Spittelau godišnje spali 250.000 tona otpada, a ujedno je i toplana.

Svakog dana, jedinstvena "Spittelau" toplana, koja grije 190.000bečkih domacinstava i 4.200 javnih zgrada, guta 250 kamiona smeca!

I pored toga što je smještena u centru metropole, zagađenja gotovo nema.Korist je jasna - grad osigurava uglavnom grijanje, rješavajuci se na tisućetona smeća.

P t bi št ij (I i d t ij k

Novi energetski režimi konvergiraju sa novimkomunikacijskim režimima


155/613

Kada ove tehnologije izkonvergiraju društvo serestruktuira u cjelini na nove načine.

• Parna turbina - štamparije (I industrijska

revolucija),• Industrija nafte, mašine sa unutarnjim

sagorijevanjem - telegraf, telefon, radio,

TV, kalkulatori (II industrijska revolucija),• Decentarlizirane forme energetskog

korištenja, RES – internet, globalne

komunikacije (III industrijska revolucija)


156/613

Utemeljena:

- Rezerve fosilnih energetskih resursa

- Novim tehnologijama (obnovljivienergetski resursi, FACT, UPFC, IGCC...)

- Novi modeli organiziranja

Planovi u EU


157/613

• Do 2030 godine treba zamijeniti u svijetuoko 300 GW elektrana,

• EU planira graditi 167 GW:

- Plin 40%,- Vjetar 30%,

- Ugalj 24%

• 200 miliona eura košta IGCC: 40 MWeplus 100 MWth

Za prva tri mjeseca 2010. ostvaren je izvoz eletkrične energije u iznosi od 2000 GWh. Najveći izvoz su ostvarili trgovci koji su energiju kupili od domaćih elektroprivrednih

kompanija.


158/613

Analiza pokazatelja za I-IX2009. godine


159/613

2009. godine

• Prvu polovinu 2009. godine obilježio je povećan dotok vode uakumulacijima i na riječnim slivovima što je rezultiralo rastomproizvodnje električne energije iz hidro elektrana. Značajnuproizvodnju su ostvarile prije svega HE Višegrad, Rama, PećMlini, Jablanica koje su plan proizvodnje prebacile od 20-50%.Termo elektrane su uglavnom prebacile planiranu proizvodnju ali

ne tako značajno kao u slučaju hidro elektrana. Još uvijek suprisutni poznati problemi u radu TE Gacko i donekle u TE Kakanj.U prvih devet mjeseci u BiH je proizvedeno blizu 11 TWh.

• Na drugom kraju bilansa, potrošnja je zabilježila pad i to prijesvega u kategoriji velikih industrijskih kupaca 110 i 35 kV. Dok su

domaćinstva i potrošnja na 0.4 kV naponu prate planske veličinepa čak bilježe i porast. Potrošnja u BiH za period I- IX iznosila je8.5 TWh.

• Višak električne energije stvoren povećanom proizvodnjom izhidroelektrana uglavnom je plasiran na međunarodnom tržištu i to

u iznosu oko 2 5 TWh

Bilans za prvih IX mjeseci 2009. godine (GWh)


160/613

Na slici je prikazana potrosnja i proizvodnjaelektricne energije u BiH za prvih devet mjeseci.Može se primjetiti da je potrosnja konstantna dokproizvodnja značajno pada. Ovo je dokaz zavisnostiBiH proizvodnje od hidrologije i dovoljno govori otome da nije opravdano govoriti o velikim izvoznimmogućnostim BiH.


161/613


162/613

Povijest energijeU početku je bilo samo Sunce Sunce je prvi energetski izvor Ono je


163/613

U početku je bilo samo Sunce. Sunce je prvi energetski izvor. Ono jeomogućilo svjetlo i toplotu za prve ljude na Zemlji.

Za vrijeme dnevnog svjetla, prvi ljudi su tražili hranu. Kada je pao mraksklanjali su se u svoja skloništa. Kada Sunce zađe svijet je postajaomračan i hladan.

Mjesec i zvijezde davale su samo svjetlo.

Ljudi su se skupljali zajedno kako bi se zagrijali. Jednom je munja zapalilavatru.

Ona je izazivala strah kod prvih ljudi. Ali, uskoro, oni su vidjeli da sesjedeći kraj vatre mogu zagrijati, a noću zahvaljujući vatri mogu boljevidjeti.

Povijest energije

• Nitko ne zna kada se to dogodilo Netko je


164/613

• Nitko ne zna kada se to dogodilo. Netko je

zapaljeno drvo pogođeno munjom donio usklonište, gdje su vidjeli da dodavanjemdrveta tu vatru mogu održavati.

• Vatra postaje centralno mjesto njihovogživota. Sada se lovci vr aćaju u skloništegde gori vatra, a koju održavaju djeca i

stari ljudi.• Vatra je prvi energetski izvor koji su moglikontrolirati.

Povijest energijePoslije, ljudi su naučili kako da sami zapale vatru. Trljali su komadekremena o čvrstu podlogu da načine iskrice.


165/613

p g

Jednom im je meso palo u vatru, pa su osjetili da je meso ukusnije.Tako je počelo pečenje i kuhanje hrane.

Vatru su koristili za taljenje metalnih ruda, za hvatanje životinja.

Vatra je prvi energetski izvor koja je mogla učiniti mnoge stvari zanjih. Učinila im je život lakšim i ljepšim.

Sve do prije 5.000 godina, Sunce, vatra i drvo su bili jedini izvorienergije koji su pomogli čovjeku da opstane na Zemlji.

Povijest energije• Prije otprilike 5.000 godina ljudi su počeli koristiti druge izvore

ij


166/613

energije.

• Počeli su koristiti vjetar za pogon svojih brodica. Vjetar je bio prviizvor energije koji se koristio za transport.


167/613

I već danas i sutra


168/613


169/613


170/613

Demand response (DR) has proven to be a critical resource for grid operators and utilities. It hasgone from being used in small, emergency programs to being a dominant new resource in existingcapacity markets.

There are several factors spurring the growth of DR, including an increased demand for electricityand the need to improve energy efficiency In addition new technologies such as smart meters are


171/613

and the need to improve energy efficiency. In addition, new technologies such as smart meters areopening up a new world of DR opportunities.

The most recent capacity auction in PJM used DR to meet 9.4% of the RTO‘s capacity needs for2014/2015. Once FERC‘s Order 745 is in place, this resource should significantly increase inenergy markets as well. Even its strongest critics agree that demand response plays an importantrole in balancing supply and demand in today‘s organized markets.

But how high can it go? A FERC report from two years ago found that DR could meet up to 20% ofpeak demand in the US. On the one hand, some generators and others in markets where DR hasexperienced significant growth have concerns about market saturation. But DR aggregators arguethat even PJM is far from saturated and the aggregators plan to continue growing their businessbeyond traditional demand response by applying their practices to energy efficiency.

What are the investment opportunities available in DR? Can money still be made from those

investments? How much DR can the grid rely on while still being reliable?

Zašto tržište - generalno


172/613

• MONOPOL, U SVIM SVOJIMFORMAMA, JE OPOREZIVANJEMARLJIVIH, U KORISTINDOLENTNIH, AKO NIJE I SAMO

PLJAČKANJE

• (John Stuart Mill - Principi političke ekonomije, 1848)


173/613


174/613


175/613

Povijest energije

• Prije 2.500 godina ljudi su počeli koristiti


176/613

j g j p

vodenice i vjetrenjače za mljevenje žita.Poslije, ove jednostavne mašine su sekoristile za pumpanje vode iz bunara i zapilane.

• Stari Egipćani skupljali su naftu koja je

plivala po izoliranim jezerima. Oni susagorijevali naftu za osvjetljenje unutarnjihi javnih površina.

Povijest energijeAmerički Indijanci sagorijevali su ugalj kako bipekli glineno posuđe


177/613

pekli glineno posuđe.

Stari Kinezi koristili su prirodni plin za zagrijavanje

morske vode kako bi dobili sol. Oni su mogli

evakuirati plin iz plitkih plinskih ležišta.

U isto vrijeme, ljudi širom svijeta počeli su koristitienergiju unutar zemlje – geotermalnu energiju. Moglisu evakuirati vodu iz vrućih vodenih izvora u svojekuće za zagrijavanje svojih boravišnih prostora.

Povijest energije• Ljudi su naučili kako da koriste mnoge različite energetske izvore.

Sve do 150 godina prije, glavni energetski izvori bili su Sunce i


178/613

g p j , g g

drvo.

• U nekim dijelovima Svijeta, ta dva energetska izvora su najvažnija idanas kao korisni oblici energije.

• Međutim, kako je rasla ljudska populacija, potrebe za energijom subile i danas jesu sve veće i veće. Ljudi trebaju energiju za svojsvakodnevni život: pripremiti hranu, držati higijenu, za transportsebe i proizvedenih roba, za industrijsku proizvodnju, itd. Razvojčovjeka i civilizacije nemoguć je bez odgovarajućih oblika energije.

• Tako, prva plinska bušotina je napravljena 1821. godine u SAD.Otvaraju se mnogu ugljenokopi, grade se pruge za transport ugljado potrošačkih centara. Ugalj se koristi za zagrijavanje, za pogonvlakova i brodova i za proizvodnju električne energije. U isto vrijeme

otkriva se nafta

Povijest energije


179/613

• Prva naftna bušotina u SAD napravljena je1859. godine. Nafta se koristila za proizvodnjupetroleja koji se koristio za rasvjetu.

• Poslije, 1892. godine gradi se i prvi automobilpogonjen benzinom, dobivenim u rafinerijama

nafte. Nafta se koristila još u antičkim

vremenima. Porast važnosti nafte određen jeotkrićem mašine sa unutarnjim sagorijevanjem ikomercijalnog zračnog prometa.

Povijest energije

• Još prije 4000 godina, koristio se asfalt u konstrukciji zidova i


180/613

Još prije 4000 godina, koristio se asfalt u konstrukciji zidova ikula u babilonu, pronađeni na obalama rijeke Issus, jedne odpritoka rijeke Euphrates.

• Drevni persijski zapisi upućuju na korištenje nafte u medicini i urasvjeti. Ignacy Lukasiewicz je 1850. godine otkrio proces destilacijepetroleja iz nafte, što je postalo jeftinija alternativa ulju kita, koje setada koristilo za rasvjetu. Tako je potražnja za petrolejom u to dobabila izrazito visoka.

• Prva komercijalna naftna bušotina je napravljena u Poljskoj,

1853. godine. Izvlačenje nafte iz Zemlje razvilo se u mnogimzemljama, ruskoj imperiji, u Azerbaijan-u, te u Sjevernoj Americi,koja 1900. godine postaje najveći naftaš u svijetu.

Povijest energije

• Od 1960. godine ulogu najvećeg proizvođača nafte


181/613

g g j g p

preuzimaju Saudijska Arabija i zemlje Bliskog istoka, azatim i Rusija.

• Oko 80% svjetskih iskoristivih rezervi nafte locirano

je na Srednjem istoku, sa 62,5% u pet arapskihzemalja: Saudi Arabia, UAE, Iraq, Qatar i Kuwait.

• Veliki dio ukupnih svjetskih rezervi nafte nalazi se u

bitumenu u Kanadi i uljnim škriljcima u Venezuela-i.

Povijest energije• Energija igra temeljnu ulogu u oblikovanju uvjeta života čovjeka.

Energija je neophodna za preživljavanje čovječanstva tako da nije


182/613

Energija je neophodna za preživljavanje čovječanstva, tako da nije

iznenađujuće da su proizvodnja i potrošnja energije jedne odnajvažnijih aktivnosti u ljudskom životu.

• Može se reći da je energija ključ za napredak civilizacije i da jeevolucija ljudskog društva ovisna o konverziji energije za potrebe

čovjeka.

• Najveći broj ljudi, najveći dio čovječanstva drži do činjenice da jestandard života i kvalitet civilizacije proporcionalan kvantitetuenergije koju jedno društvo koristi. Ova činjenica može se

aproksimirati sljedećom jednadžbom: energija = progres =civilizacija.

Povijest energije

• Široko prihvaćeno vjerovanje da su energija i civilizacija međusobno


183/613

Š o o p aće o je o a je da su e e g ja c ac ja eđusob oisprepleteni ima svoje uporište u povijesti.

• Kroz povijest, ljudi su se koncentrirali na prirodna skladišta iprirodne tokove energije. Desetine tisuća godina ljudi su bilioslonjeni samo na hemijsku (kaloričnu) energiju dobivenu iz hrane,koja je proizvodila (i danas proizvodi) mehaničku (kinetičku) energijuradnih mišića.

• Ali, zahvaljujući svome mozgu (umu), ljudi su uspjeli prevazići fizičkelimite snage vlastitih mišića korištenjem alata i upregnavanjem

energija van svojih vlastitih tijela.

Povijest energije• Najraniji „energetski alati“ su bili oni koji su korišteni za lov životinja,

uzgajanje jestivih biljaka, hvatanje riba i ptica, i procesiranje i transporth


184/613

hrane.

• Kreirane obitelji, socijalne grupe, političke i ekonomske institucije prekotisuće godina fokusirale su se primarno na izvlačenje, procesiranje,razmjenu i marketing hrane, te fosilnih i organskih energetskih izvora (drvo,treset, ugalj) korištenih za zagrijavanje, kuhanje, osvjetljenje i taljenjemetalnih ruda.

• Ogroman broj ljudskih kultura je traganje za osnovnim energetskimresursima transformirao u najširi opseg ljudskih aktivnosti – rituale, festivale,tabue, mitove, ples, igre, religiju, jezik, umjetnost i ratovanje.

• Svaka od ovih aktivnosti objedinila je ljudske kulturne vrijednosti u njihovimnajfundamentalnijim formama. Potpuno jednostavno, ljudska postojanostdominirana je vrlo starom potrebom za energijom.


185/613


186/613


187/613


188/613


189/613

Opcije skladištenja CO2

Hrvatska godišnja kvota, premaKyoto protokolu, emisije CO2 je35 miliona tona.

U 2300 metara duboku bušotinu će


190/613

se skladištiti oko 100.000 tona CO2.

Fuzioni reaktor


191/613


192/613


193/613

• Solarni kolektor


194/613


195/613

Praksa je pokazala da:solarni kolektor po 1 m2 uštedi godišnje 750 kWh energije

solarni sistem u ljetnom periodu zadovoljava potrebe tople vode 90-

100%

solarni sistem u prelaznom periodu zadovoljava potrebe tople vode50-70%

solarni sistem u zimskom periodu zadovoljava potrebe tople vode 10-

25 %.


196/613

Fotonaponski moduli


197/613


198/613

A Jedan ili više solarnih modula.

B Regulator punjenja akumulatora: sprječava prepunjavanje i dubokopražnjenje baterije.

C Baterijski sistem.


199/613

C Baterijski sistem.

D Pretvarač: napon 12V DC iz baterija pretvara u 220V, 50Hz. E Tipični potrošači na 12 V DC.

F Tipični potrošači na 220 V, 50 Hz.


200/613

Ekonomičnost proizvodnje električne energije spomoću solarnih ćelija

• Ukupni investicijski troškovi sistema solarnih ćelijajednaki su umnošku prosječne godišnje radne


201/613

jednaki su umnošku prosječne godišnje radnesnage soalrnih ćelija i ukupnih investicijskihtroškova sistema iskazanih po jedinici prosječneradne snage sistema solarnih ćelija:

C 1=QeC i (eura)• Da bi se investicioni troškovi sistema solarnih

ćelija pretvorili u prosječne godišnje troškove zarazdoblje amortizacije sistema, potrebno je

investicione troškove pomnožiti s faktoromamortizacije P a, pa slijedi: C 1a=QeC i P a(1+p) (eura)

• Troškovi održavanja sistema solarnih ćelija uzeti su kaopostotak (p) od prosječnih godišnjih troškova sistema,

• Prosječni godišnji prihod ostavren prodajom električneenergije izračunat za razdoblje amortizacije uzimajući u


202/613

energije izračunat za razdoblje amortizacije, uzimajući u

obzir i porast cijene električne energije za razdobljeamortizacije Pe jednak je:

C da=QeC etP e (eura),

• Ako se izjednače prosječni godišnji troškovi i prosječnigodišnji prihod, dobije se formula za izračunavanjetroškova proizvodnje električne energije:

)/()1( Wheura p P P

t C C

e

aiep

• Ako su poznati ukupni investicijski troškovi sistema solarnih ćelija iprosječna godišnja proizvodnja električne energije, tada je mogućeizračunati troškove proizvodnje električne energije s pomoćusljedećeg:

)/()1(1 Wheura pP

P

E

C C aep


203/613

P E ee

gdje su:Ee – godišnja proizvodnja el. energije sistema solarnih ćelija (Wh), Qe – prosječna snaga kojom sistem solarnih ćelija radi tokom godine (W), Ci – ukupni investicijski troškovi sistema solarnih ćelija iskazani po jedinici prosječnesnage kojom sistem radi u toku godine (eura/W),

C1 – ukupni investicijski Tr sistema solarnih ćelija (eura), C1a – prosječni godišnji investicijski troškovi sistema (eura), Cda – prosječni godišnji prihod ostvaren prodajom el. energije (eura), Ce – prodajna cijena el. energije (eura/Wh),Cep – troškovi proizvodnje el. Energije soalrnih ćelija (eura/Wh), t – broj sati rada sistema solarnih ćelija (sati), Pa – faktor amortizacijePe- faktor porasta cijene električne energije za razdoblje amortizacije, p – faktor koji uzima u obzir troškove održavanja sistema solarnih ćelija iskazan kao

decimalni broj.

Dijagram Aichi projekta mikromreže


204/613

MCFC – molten carbonate fuel cell; SOFC – solid oxid fuel cell; PAFC – phosphoricacid fuel cell


205/613

Pregled Hachinohe projekta

LBC – loop balance

controller

SVC – static VArcompensator,

SVR – step voltagel t


206/613

Struktuta test mreže u Akagi test center of the Central Research Institute of theElectric Power Industry (CRIEPI)

regulator

LBC možeupravljati tokovimasnage između dvadistribucijska vodapomoću back-to-

back konvertorom

Dva LBC preko dclinka omogućavajuspoj dva izvorarazličitih napona,

frekvencija i faznihuglova.


207/613

System configuration for the Boston Bar IPP and BC Hydro planned islanding site.(independent power producer – IPP)

The customers in Boston Bar town, part of the BC Hydro rural areas, which is suppliedby three 25-kV medium-voltage distribution feeders, had been exposed to poweroutages of 12 to 20 hrs two or three times per year.

BiH

• Visok energetski intenzitet BiH ima potrošnju energije


208/613

• Visok energetski intenzitet. BiH ima potrošnju energijeenergetski intenzitet od 0,86 tona ekvivalentne nafte na1000$ GDP-a, u poređenju sa svjetskim prosjekom od0,32 i prosjekom EU 25 od 0,18. Slične indikatore imaju iostale zemlje SEE.

• Tehnološki zastarjele termo-elektrane u visokomstepenu zagađuju zrak i vode. Emisija CO2 po jedinicibruto nacionalnog dohotka u BiH je više nego dvostrukoveća od svjetskog prosjeka (premda je emisija CO2 po

stanovniku, radi male potrošnje energije, manja odemisije u razvijenim zemljama).

Energija i rasvjeta


209/613

• Dva osnovna koraka za efikasnokorištenje energije kod sistema rasvjete:

- Smanjiti osvjetljenost prostorija,

- Koristiti energetski efikasne sijalice,- Koristiti selektivnu rasvjetu (ušteda do

50%)

• Spektar boja svjetlosti od Sunca


210/613

Elektromagnetno zračenje možemo predočiti kao roj čestica koje se nazivajufotoni. Svaki foton nosi određenu količinu energije. Cjelokupni rasponzračenja koje nastaje u kosmosu naziva se elektromagnetni spektar.

Vrste elektromagnetnog zračenja:

Gama zračenje (γ-zrake)Rendgensko zračenje (X-zrake)Ultraljubičasto zračenjevidljivo zračenje (svjetlost)

Infracrveno zračenjeMikrovalno zračenjeradiovalovi

Spektar elektromagnetnog zračenja

8/18/2019 Upravljanje Energetskim Sistemima Za Pds.comp

Documents

Upravljanje Energetskim Sistemima Za Pds.compressed