Energetický management XEM Autor: Ing. Jaroslav Škrabal 03. 10. 2022 Olomouc Formy a zdroje energie •Energie je základní vlastností všech hmotných objektů. •Energii lze ve zjednodušené definici charakterizovat jako schopnost konat práci. •Energie je vše to, co člověk, stroj, systém potřebuje k pohybu, letu apod. 2/77 Formy a zdroje energie •Všechny tyto činnosti z fyzikálního pohledu jsou konáním práce. •Prací se rozumí síla násobená vzdáleností, po kterou tato síla působila. •Energie je schopna člověku dodat zásobu, kapacitu, či potenciál vydávat určitou sílu na určité dráze. •Zákon zachování energie ve své definici konstatuje, že energii nelze vyrobit ani ji zničit, ale pouze přeměnit na jiný druh energie. 3/77 Formy a zdroje energie •Celková energie v izolované soustavě je dána součtem jednotlivých druhů energií. •Následující obrázek zachycuje nejčastější druhy energie: 4/77 Formy a zdroje energie •Druhy energie pro spotřebitele: –Energie primární; –Energie zušlechtěná; –Energie užitková; –Energie spotřební; –Energie sekundární. 5/77 Formy a zdroje energie •Energie primární: –surová forma energie (ropa, uhlí, uran atd.). –Do této formy energie se zahrnuje také i elektřina získaná ve vodních, geotermálních a jaderných elektrárnách. –Uvádí se v tunách černého uhlí tzn. měrného paliva (tmp) nebo v tunách ropného ekvivalentu (toe, tonns of oil equivalent). –Jedná se o množství ropy, které by se spotřebovalo k její výrobě v elektrárně s průměrnou účinností 33 %. 6/77 Formy a zdroje energie •Energie zušlechtěná: –primární energie (bez elektrické energie) se k přímé spotřebě musí zušlechtit např. v koksárnách, rafinériích, tepelných elektrárnách aj. 7/77 Formy a zdroje energie •Energie užitková: – přeměněná energie u spotřebitele na tepelnou energii, hnací energii apod. 8/77 Formy a zdroje energie •Energie spotřební: –zušlechtěná energie dopravovaná ke spotřebiteli. 9/77 Formy a zdroje energie •Energie sekundární: –vzniká jako odpad v elektrárnách, průmyslu apod. –Započítává se do bilancí, pokud je využita v jiném provozu, než ve kterém tato energie vzniká. 10/77 Formy a zdroje energie •Využití energetického zdroje a jeho celková účinnost je součinem účinností: –těžby, –zušlechťovacího procesu; –skladování; –dopravy; –účinností finálního stroje. – 11/77 Formy a zdroje energie •Zdroje energie se nejčastěji dělí na dvě skupiny, a to obnovitelné a neobnovitelné. •Za neobnovitelný zdroj jsou považována fosilní paliva. –Paradox: •Tento fakt je zavádějící, protože i v dnešní době vznikají nová ložiska ropy u ústí tropických řek, přinášející do moře značné množství organické hmoty a látek viz. u ústí řeky Orinoko vzniká v moři akumulace ropy, která bude za nějaký cca 20 000 let rentabilním a těžitelným ložiskem. •Bude-li brán v potaz zákon o zachování entropie, tak jsou v podstatě všechny zdroje energie neobnovitelné. 12/77 Formy a zdroje energie •Primární zdroje energie: –Energii získáváme ze dvou primárních zdrojů. –Z přírodních zdrojů a z druhotných surovin. –Přírodní zdroje se dělí do dvou skupin: •Obnovitelné zdroje; •Neobnovitelné zdroje. –Druhotné suroviny znamenají energetické využití odpadu. 13/77 Formy a zdroje energie •Obnovitelné zdroje: –Obnovitelné zdroje elektrické energie a tepelné energie jsou takové zdroje, které se tzv. „obnovuje“. –Největším zdrojem této energie jsou termojaderné fúze, které probíhají na Slunci. –Tepelné záření ze Slunce ohřívá masy vzduchu, vody i pevniny na Zemi a tím je zajištěn pohyb vzduchu a vody (větrné a mořské proudy). –Díky slunečnímu záření probíhá mnoho chemických reakcí (např. fotosyntéza), které zajišťují další energetické zdroje (biopaliva). 14/77 Formy a zdroje energie •Obnovitelné zdroje: –Jiným zdrojem energie jsou pohybu planet, zejména Měsíce, jejichž důsledkem jsou přílivy a odlivy moří a oceánů. –Posledním zdrojem tepelné energie je žhavé jádro planety země. –Všechny tyto zdroje jsou vyčerpatelné, ale protože doba jejich vyčerpání se počítá na miliardy let, jsou považovány za nekonečné. 15/77 Formy a zdroje energie •Obnovitelné zdroje: –Systematické roztřídění obnovitelných zdrojů je znázorněn na níže uvedeném obrázku (slajd 17). –Předposlední blok „Nízkoteplotní energie“ je trochu atypický, protože může využívat všechny předchozí formy energie. –Z tohoto důvodu byl zahrnut samostatně. 16/77 Formy a zdroje energie •Obnovitelné zdroje: 17/77 Obnovitelné zdroje Energie světla Přímá přeměna Nepřímá přeměna Energie větru Nízké proudy Vysoké proudy Energie vody Moře Vodní toky Přečerpání Geotermální energie Povrchové zdroje Hlubinné zdroje Nízkoteplotní energie Tepelná čerpadla Energie biomasy Biopaliva Formy a zdroje energie •Energie světla –Solární systémy jsou zařízení, která využívají energii slunečního záření. –Sluneční záření vzniká jaderními přeměnami v nitru Slunce, na zemi je dopravena zářením (radiací) a přemění se beze zbytku. –Tento zdroje energie je zařazen mezi obnovitelné, protože vyčerpání zásob vodíku je předpokládáno v řadu miliard pozemských let. 18/77 Formy a zdroje energie •Energie světla 19/77 Formy sluneční energie | Energie ze Slunce | Slunce | Pozorování Slunce / Pozorovanie Slnka Formy a zdroje energie •Energie světla 20/77 Formy a zdroje energie •Energie světla 21/77 Sluneční energie – Wikipedie Formy a zdroje energie •Energie světla 22/77 Formy a zdroje energie •Energie světla 23/77 Formy a zdroje energie •Energie světla 24/77 Jak funguje fotovoltaická elektrárna? | Solární Experti Formy a zdroje energie •Energie světla –Dopadající sluneční energie je v energetickém hospodářství využívána především pro výrobu energie, vytápění, přípravu tepelné vody a chlazení. 25/77 Formy a zdroje energie •Energie větru –Zdrojem pohybu vzduchu je sluneční záření a rotace Země. –Sluneční záření prohřívá masy vzduchu a tím dohází ke globální cirkulaci vzduchu. –Vzduch cirkuluje v určitých pásmech, tzv. Hadleyovy buňky. –Díky rotaci Země dochází ke změně směru této cirkulaci. – 26/77 Formy a zdroje energie •Energie větru – 27/77 Všeobecná cirkulace atmosféry | In-počasí Formy a zdroje energie •Energie větru – 28/77 Zeměpisný web Daniela Svobody Formy a zdroje energie •Energie větru – 29/77 Všeobecná (planetární) cirkulace vzduchu | Eduportál Techmania Formy a zdroje energie •Energie větru – 30/77 Digitální učebnice v oborové didaktice (agrometeorologie) Formy a zdroje energie •Energie větru –Vedle globální cirkulace vzduchu existují ještě místní vlivy. –Místní tlakové níže a výše v důsledku rotace Země způsobují pohybu větru. –Na pobřežích sluneční záření přes den rychleji ohřívá pevninu a vzduch nad ní. –Teplý vzduch stoupá vzhůru a z moře vane chladný vánek. –V noci pevnina rychleji vystydne a směr větru se obrátí. –K využití energie větru je nutné, aby vítr měl stabilní intenzitu a byl trvalý, proto jsou pobřeží moří velmi vhodná pro využívání větrné energie. – 31/77 Formy a zdroje energie •Energie větru –Při využívání větru jako zdroje energie je potřeba počítat s místními podmínkami a možnostmi daného území. –Metodologickými službami jsou prováděny dlouhodobá měření směrů a sil větrů. –Tyto údaje jsou využívány různými profesemi, např. letecká doprava, stavebnictví, šíření emisí apod. – 32/77 Formy a zdroje energie •Energie větru – 33/77 Větrná mapa - ČSVE - Větrné elektrárny | Větrná energie Formy a zdroje energie •Energie větru – 34/77 Formy a zdroje energie •Energie větru – 35/77 Potenciál obnovitelných zdrojů v České republice: Větrné elektrárny Formy a zdroje energie •Energie vody –Asi 2/3 povrchu planety Země zabírá voda. –Sluneční energie zajišťuje koloběh této vody na Zemi. –Voda se odpaří a ve formě oblaků je dopravena větrem na jiné místo. –Oblaky přecházejí ve vodní srážky a voda koryty potoků a řek teče do moře. –Pro získání potřebné energie z vody je možné využívávat potenciální nebo kinetickou energii vody, případně kombinaci obou forem energie. – 36/77 Formy a zdroje energie •Energie vody – 37/77 Formy a zdroje energie •Energie vody – 38/77 https://www.informacni-portal.cz/img/upload/files/mve_2.png Formy a zdroje energie •Geotermální energie –Zemské jádro je geosféra nacházející se ve středu Země. –Začíná zhruba v hloubce 2 900 km pod povrchem a zahrnuje zhruba 31 % hmotnosti Země, nejvyšší podíl v něm asi mají železo a nikl. –Jádro je 2 x těžší než zemský plášť. –Dělí se na pravděpodobně polotekuté vnější jádro (2 900 až 5 000 km pod povrchem) a pevné vnitřní jádro. 39/77 Formy a zdroje energie •Geotermální energie –Geotermální zdroje jsou využívány k energetickým nebo lázeňským účelům. –Geotermální zdroje je možné rozdělit do tří skupin: •pole suchých nebo mokrých par a nízkoteplotní pole (využití pouze pomocí tepelných čerpadel). 4%/77 Formy a zdroje energie •Geotermální energie 41/77 Amerika investuje do geotermální energie – Ekologické bydlení Formy a zdroje energie •Nízkoteplotní energetické zdroje –Do skupiny těchto zdrojů jsou zařazeny zdroje, ze kterých je získána tepelná energie, která je získávána z půdy, vzduchu a vody. –Druhy termodynamický zákon popisuje skutečnost, že tepelná energie přechází samovolně z tělesa o vyšší teplotě na tělesno o nižší teplotě. –Pokud je potřeba tento přechod tepelné energie obrátit, tepelnou energii odebírat tělesu o nižší teplotě a předávat jí tělesu o vyšší teplotě, je nutné dodat vnější energií. –Na tomto principu pracují tepelná čerpadla, která transformují tepelnou energii o nižší teplotě na tepelnou energii o vyšší teplotě. 42/77 Formy a zdroje energie •Energie biomasy: –Cílenou výrobou či přípravou vzniká z biomasy biopalivo. –Biomasa je souhrn látek tvořících těla všech organismů, jak rostlin, bakterií, sinic a hub, tak i živočichů. –Tímto pojmem je také často označována rostlinná biomasa využitelná pro energetické účely. –Energie biomasy má svůj prapůvod ve slunečním záření a fotosyntéze, proto se jedná o obnovitelný zdroj energie. 43/77 Formy a zdroje energie •Energie biomasy: –Biomasu je možné rozdělit podle původu na: •Odpady z lesního hospodářství; •Odpady ze zpracování celulózy, papírenského, dřevařského a nábytkářského průmyslu; •Rostlinné zbytky ze zemědělské prvovýroby a údržby krajiny; •Komunální bioodpad a odpady z potravinářského průmyslu; •Cíleně pěstovanou biomasu, energetické byliny a rychle rostoucí dřeviny; •Statková hnojiva, sláma a jiné zbytky rostlinného původu vznikající zejména v zemědělské plno výrobě, nejsou-li dále upravovány. 43/77 Formy a zdroje energie •Energie biomasy: Skupiny zpracování biomasy – 45/77 Skupina Technologie Produkty Výstupy Přímá přeměna Spalování Teplo, elektřina Chemické přeměny Zplyňování Olej, plyn, dehet, metan, čpavek, metanol Elektřina, teplo, pohon vozidel Rychlá pyrolýza Chemické přeměny ve vodním prostředí Zkapalňování Olej Pohon vozidel Esterifikace Metylester řepkového oleje (MEŘO) – bionafta Biologické procesy Anaerobní digesce Bioplyn, metan Elektřina, teplo, pohon vozidel Alkoholické kvašení Etanol Pohon vozidel Kompostování Teplo (z chlazení kompostu) Formy a zdroje energie •Energie biomasy: –Biopalivo tedy představuje jedno z možných využití biomasy, kterou lze použít i jinak, například jako hnojivo: •tuhá biopaliva; •kapalná biopaliva; •plynná biopaliva. 46/77 Formy a zdroje energie •Energie biomasy: 47/77 Biopaliva Tuhá biopaliva Dřevo Seno Sláma Kapalná biopaliva Alkoholová Biooleje Bioplyn Plynný biopaliva Bioplyn Dřevoplyn Vodík Formy a zdroje energie •Energie biomasy: –V současnosti je chemická energie z biopaliv uvolňována hlavně jejich spalováním. –Jsou vyvíjeny jiné účinnější metody pro jejich využití k výrobě elektřiny pomocí palivových článků. –Biopaliva pokrývají 15 % celkové světové spotřeby energie, především ve Třetím světě, kde slouží převážně k vaření a vytápění domácností, ale relativně vysoký podíl na spotřebě energie mají biopaliva i ve Švédsku a Finsku (17 % a 19 %). 48/77 Formy a zdroje energie •Neobnovitelné zdroje energie: –do skupiny neobnovitelných zdrojů patří fosilní paliva. –Fosilní palivo je nerostná surovina, která vznikla v dávných dobách přeměnou (karbonizací) odumřelých rostlin a těl v zemské kůře bez přístupu vzduchu. –Řadí se sem především ropa, zemní plyn a uhlí. –Používání fosilních paliv v masové míře souvisí s počátkem průmyslové revoluce, kdy do té doby nejrozšířenější palivo, dřevo, nestačilo požadavkům na výhřevnost ani dostupnost v dostatečném množství. 49/77 Formy a zdroje energie •Fosilní pevná paliva: –Fosilní paliva jsou dále rozdělena podle svého stavu na pevná, kapalná nebo plynná paliva. –Mezi fosilní paliva počítáme rašelinu, lignity, hnědé i černé uhlí a antracit. –Do skupiny fosilních pevných paliv patří produkty, které vzniknou zušlechtěním uhlí, jedná se o brikety a koks. 50/77 Formy a zdroje energie •Fosilní pevná paliva: –Uhlí je hornina, vzniklá nahromaděním pravěkých rostlin, které v silné vrstvě podlehly biologickému rozkladu bez přístupu vzduchu za spolupůsobeni tlaku horních vrstev zeminy. –Obecně se může říci, že čím bylo vyšší nadloží a vrstva starší, tím došlo ke zlepšení kvality paliva, počínaje lignitem až po antracit. 51/77 Formy a zdroje energie •Fosilní pevná paliva: –Charakteristickými znaky všech druhů pevných paliv jsou hodnoty obsahů tří složek: •Hořlaviny; •Vody; •Popela. 52/77 Formy a zdroje energie •Fosilní pevná paliva: 53/77 Paliva fosilní Pevná paliva Antracit Černé uhlí Hnědé hlí Lignit Rašelina Tekutá paliva Těžké topné oleje Lehké topné oleje Nafta Plynná paliva Zemní plyn Formy a zdroje energie •Fosilní tekutá paliva: –Tekutá (kapalná) fosilní paliva jsou získávána z ropy, která je směsí tuhých, kapaných a plynných uhlovodíků. –V surovém stavu obsahuje vodu a soli. –Po základní úpravě se z ní jednotlivé produkty získávají podle rozmezí bodu varu frakcionovanou destilací, tzv. rektifikací. – – 54/77 Formy a zdroje energie •Fosilní plynná paliva: –Plynná paliva jsou nejušlechtilejšími palivy a jejich podíl v palivové bilanci naší republiky stále stoupá. –Hlavní přírůstek nových odběratelů zemního plynu představuje vytápění rodinných domů, přechod majitelů a uživatelů činžovních domů na domovní kotelny nebo uživatelů bytů na individuální vytápění bytů etážovými kotli či topidly. – – – 55/77 Formy a zdroje energie •Fosilní plynná paliva: –Značně se rozšiřuje vytápění propan-butanem v místech, kde není zaveden zemní plyn. –Rodinné domy, hotely, restaurace, zdravotnická zařízení apod. jsou pak zásobovány autocisternami do svých tlakových zásobníků paliva. – – – 56/77 Formy a zdroje energie •Fosilní plynná paliva: –Hlavní výhody plynných paliv oproti ostatním je možné shrnout do několika bodů: •Čistý provoz; •Plyn není nutno skladovat (oproti – rozsáhlých skládkám uhlí a nákladnému olejovému hospodářství) mimo propan-butan; •Nejvyšší účinnost spalovacího procesu; •Při spalování nevznikají tuhé odpady a znečišťování ovzduší oxidy síry je minimální – spaliny neobsahují saze, ani popílek; •Automatický provoz spalovacích zařízení; – – – 57/77 Formy a zdroje energie •Fosilní plynná paliva: –Hlavní výhody plynných paliv oproti ostatním je možné shrnout do několika bodů: •Spalovací zařízení na plyn je velmi pohotové a ve velkém rozsahu regulovatelné; •Použití plynu vyžaduje menší investice do spalovacích zařízení a má malé prostorové nároky. – – – 58/77 Formy a zdroje energie •Fosilní plynná paliva: –Z nebezpečných vlastností plynu jsou nejdůležitější výbušnost, rychlost šíření plamene a toxicita. –Pro spalování a eventuální výbuch plynných paliv je zapotřebí přítomnost vzduchu, konkrétně kyslíku v něm obsaženém a dosažení zápalné teploty. – – – – – 59/77 Formy a zdroje energie •Jaderná paliva: –Zvláštním druhem paliv jsou jaderná paliva, která jsou uměle vyrobená a nepatří ani do fosilních ani do obnovitelných zdrojů. –Z jaderného paliva se energie uvolňuje prostřednictvím jaderných reakcí a to buďto štěpením nebo fúzí. –V současné době se prakticky využívá pouze štěpná jaderná reakce. –Jako paliva se využívá uran nebo plutonium. –Palivo pro využití v jaderných elektrárnách je přepracováno do jaderných palivových článků. – – – – – 60/77 Formy a zdroje energie •Jaderná paliva: – – – – 61/77 Jaderné paliva Oxidy kovů UOX MOX Kovové palivo TRIGA Aktinidové palivo Keramické palivo Nitrid uranu Carbid uranu Kapalné palivo Rozestavené soli Vodný roztok Formy a zdroje energie •Jaderná paliva: –Vyhořelé palivo, v němž se rozpadla většina uranu (případně plutonia) se obvykle skladuje v meziskladech. –Toto palivo se dá recyklovat na nové palivo, ale recyklace je v současné době dražší než výroba nového paliva. –Recyklace spočívá v oddělení štěpných produktů a doplnění uranu nebo plutonia. – – – – – 62/77 Formy a zdroje energie •Jaderná paliva: –Jedním z nejdůležitějších problémů, souvisejících s používáním jaderných paliv, je jejich skladování. –Vyhořelé palivo je stále vysoce radioaktivní a nebezpečné, musí proto být skladováno za speciálních podmínek. –V první fázi se palivo skladuje zpravidla vedle reaktoru nebo v areálu jaderného zařízení a chladí se několik let ve zvláštním bazénů. – – – – – – 63/77 Formy a zdroje energie •Jaderná paliva: –Alternativou ke skladování v bazénu je suché skladování v ocelových kontejnerech. –V těchto kontejnerech je možné palivo ukládat do meziskladu i na několik desítek let. –Pro dlouhodobější skladování a ukládání se používají hlubinná uložiště. – – – – – – 64/77 Formy a zdroje energie •Jaderná paliva: – – – – – – 65/77 Formy a zdroje energie •Jaderná paliva: – – – – – – 66/77 Formy a zdroje energie •Jaderná paliva: – – – – – – 67/77 Rozvoj jaderné energetiky podporuje pětina lidí — ČT24 — Česká televize Formy a zdroje energie •Jaderná paliva: – – – – – – 68/77 Formy a zdroje energie •Jaderná paliva: –V současnosti Česká republika, která se po prohlášení látky za radioaktivní odpad stává jejím majitelem, provozuje tři úložiště nízko a středněaktivních odpadů. – – – – – – 69/77 Formy a zdroje energie •Jaderná paliva: – – – – – – 70/77 https://astronautlab.cz/webdesign/bezemisi-redesign/wp-content/uploads/2021/02/uloziste_odpadu_mapa .png Formy a zdroje energie •Jaderná paliva: –9 původních lokalit vybraných pro stavbu hlubinného úložiště pro jaderný odpad, červeně označení 4 současní kandidáti. – – – – – – 71/77 https://1gr.cz/fotky/idnes/22/011/cl5/IDV909d12_Snimekobrazovky2022_01_07v12.27.32.jpg Formy a zdroje energie •Druhotné zdroje: –Jedním z produktů života lidské společnosti jsou i odpadky. –Jedná se nejen o odpad z průmyslové a zemědělské produkce, ale ze způsobu člověk. –Podle statistik jeden člověk v rozvinuté společnosti vyprodukuju je za rok asi 600 až 1 000 kg odpadu. –Spolu s odpadem z výroby se jedná o nezanedbatelné množství materiálu, který je potřeba ukládat a skladovat tak, aby nedocházelo k poškozování životního prostředí. – – – – – – 72/77 Formy a zdroje energie •Druhotné zdroje: –Vzhledem k množství vyprodukovaného odpadu byla již odedávna snaha alespoň část tohoto materiálu zužitkovat, např. kompostováním v zemědělské výrobě nebo spalováním. –V současné době se odpady třídí. –Jedna část odpadů je využívána jako zdroj druhotných surovin( kovy apod.) a druhá se stává významným druhotným energetickým zdrojem, protože energetický obsah je srovnatelný s uhlím, v některých případech je větší než u kvalitního uhlí. – – – – – – 73/77 Formy a zdroje energie •Druhotné zdroje: –Odpady jsou ve své podstatě využívány dvěma základními způsoby: •Termochemické procesy (spalování a zplyňování) •Biochemické procesy (fermentace a anaerobní vyhnívání) • – – – – – – 74/77 Formy a zdroje energie •Druhotné zdroje: –Odpady jsou ve své podstatě využívány dvěma základními způsoby: •Termochemické procesy (spalování a zplyňování) – – – – – – 75/77 Formy a zdroje energie •Druhotné zdroje: –Odpady jsou ve své podstatě využívány dvěma základními způsoby: •Biochemické procesy (fermentace a anaerobní vyhnívání) – – – – – – 76/77 Print page DĚKUJI ZA POZORNOST