E-wykład I

Wiadomości ogólne (J. Paska)
1. Postacie, przemiany i jednostki energii
P r z e m i a n y e n e r g e t y c z n e polegają na przetwarzaniu energii z jednej postaci na inną lub na zmianie
parametrów nośnika energii. Energia doprowadzana do pojedynczego ogniwa przemiany nazywa się energią
wejściową, a energia oddawana przez to ogniwo jest energią wyjściową. Różnica pomiędzy energią
wejściową a wyjściową może polegać tylko na zmianie parametrów tego samego nośnika, czyli na jego
t r a n s f o r m a c j i , albo na zmianie rodzaju nośnika, będącej k o n w e r s j ą energii.
Rys. 1. Łańcuch przemian energetycznych w elektrowni parowej: a - energia chemiczna paliwa,
b - ciepło pary wodnej, c - energia mechaniczna na wale turbiny, d - energia elektryczna na zaciskach prądnicy,
e - energia elektryczna oddawana do sieci, s - straty energii
Rys. 2. Fragment schematu przemian energii pierwotnej i wtórnej w energię bezpośrednią i użyteczną
W przyrodzie występują liczne źródła energii pierwotnej. Energię tę pozyskuje się przez wykorzystanie
istniejących zasobów energetycznych, które mogą być odnawialne lub nieodnawialne. Największe znaczenie
praktyczne mają obecnie z a s o b y n i e o d n a w i a l n e , z których pozyskuje się energię w postaci paliw
pierwotnych - organicznych i jądrowych, będących nośnikami energii pierwotnej. Nazywa się je także
s u r o w c a m i e n e r g e t y c z n y m i . Pozyskiwanie energii pierwotnej z z a s o b ó w o d n a w i a l n y c h ,
których znaczenie ciągle rośnie, polega na wykorzystaniu energii cieków wodnych, energii geotermicznej,
biomasy i wiatru, a przede wszystkim niewyczerpalnych zasobów energii słonecznej.
W odniesieniu do przemian energetycznych i zasobów energii mają zastosowanie różne jednostki. Poniżej
zestawiono jednostki i ich przeliczenia wg Światowej Rady Energetycznej i IEA (International Energy
Agency):
2 -2
Jednostka podstawowa w układzie SI: dżul – 1 J = 1 N × 1 m = 1 kg⋅m ⋅s = 1 W⋅s
Paliwo umowne:
ekwiwalent ropy – ton of oil equivalent (paliwo o wartości opałowej 10000 kcal/kg)
6
1 toe = 10×10 kcal = 10 Gcal = 41,87 GJ/Mg
ekwiwalent węgla – ton of coal equivalent (paliwo o wartości opałowej 7000 kcal/kg)
6
1 tce = 1 tpu = 7×10 kcal = 7 Gcal = 0,7 toe = 29,308 GJ
1
Wiadomości ogólne (J. Paska)
–6
1 tpu = 0,7 toe; 1 toe = 1,4286 tpu (tce); 1 toe = 41,85×10 PJ; 1 PJ = 23890 toe
TJ
Gcal
Mtoe
Mtce
MBtu
GW⋅h
TJ
1
238,8 2,388⋅10-5 1,67⋅10-5
947,8
0,2778
-7
-7
-3
Gcal 4,1868⋅10-3
1
10
3,968
1,4285⋅10
1,163⋅10
7
7
Mtoe 4,1868⋅104
10
1
1,4285
11630
3,968⋅10
4
7
7
Mtce
0,7
1
8141
0,70⋅10
2,778⋅10
2,93⋅10
1
-8
-8
-4
MBtu 1,055⋅10-3
0,252
1
2,52⋅10
1,764⋅10
2,931⋅10
-5
-5
3,6
860
3412
1
GW⋅h
8,6⋅10
6,02⋅10
Rys. 3. Struktura zużycia pierwotnych nośników energii i zużycia finalnego na świecie
Rys. 4. Struktura zużycia energii elektrycznej na świecie oraz prognoza wielkości i struktury zużycia
pierwotnych nośników energii na świecie
2. Klasyfikacja elektrowni
„Wytwarzanie energii elektrycznej” = proces,
w którym energia pierwotna, zawarta
w surowcach energetycznych (paliwa
konwencjonalne i jądrowe, biomasa i odpady,
inne) lub przejawiająca się bezpośrednio
w postaci sił przyrody (wiatr; Słońce; ciepło
geotermiczne; energia wód; pływy, prądy
i falowanie mórz; ...) jest przetwarzana do
postaci finalnej – energii elektrycznej, której
nośnikiem jest prąd elektryczny
Rys. 5. Struktura funkcjonalna systemu elektroenergetycznego
1
Rok 2011: Światowa produkcja – 22018 TW⋅h:
Chiny – 21,3%; USA – 19,6%; Japonia – 5,0%;
Rosja – 4,8%; Polska – 163 TW⋅h (0,7%)
British thermal unit – jednostka stosowana w krajach anglosaskich (Wielka Brytania, USA, Kanada).
2
Wiadomości ogólne (J. Paska)
Rys. 6. Sposoby uzyskiwania energii elektrycznej i klasyfikacja elektrowni
3. Elektrownie cieplne
E l e k t r o w n i a c i e p l n a dostarcza energię elektryczną uzyskiwaną pośrednio z ciepła, wywiązywanego w
procesie spalania paliw organicznych lub w reaktorze jądrowym. Pierwotnym źródłem ciepła może być
również Słońce lub wnętrze Ziemi, jednak wówczas elektrownie takie nazywane są: słoneczna,
maretermiczna lub geotermiczna.
Rys. 7. Schemat przemian energetycznych i uproszczony obraz strat energii w konwencjonalnej elektrowni parowej
3
Wiadomości ogólne (J. Paska)
Rys. 8. Schemat przemian energetycznych w elektrowniach jądrowych: a) z reaktorem wodnym ciśnieniowym (PWR),
b) z reaktorem wrzącym (BWR)
Rys. 9. Schemat przemian energetycznych i uproszczony obraz strat energii w elektrowni gazowej (z turbinami gazowymi)
4