Energia słoneczna i cieplna biosfery Pojęcia podstawowe

Dr inż. Mariusz Szewczyk
Politechnika Rzeszowska im. I. Łukasiewicza
Wydział Budowy Maszyn i Lotnictwa
Katedra Termodynamiki
35-959 Rzeszów, ul. W. Pola 2
Energia słoneczna i cieplna biosfery
Pojęcia podstawowe
energia pierwotna - nośniki energii - energia bezpośrednia – energia użytkowa
pierwotne i wtórne źródła energii
pierwotne źródła energii - energia pierwotna – źródła energii pierwotnej - nośnik
energii
energia - anergia - egzergia
BMi
L
w
1951
Łańcuch przekształcania energii – elementy systemu
energetycznego
Energia pierwotna – energia pobierana z otoczenia;
> systemy pozyskiwania energii pierwotnej.
Nośniki energii – energia pierwotna, uszlachetniona energia pierwotna
lub wytworzony nośnik energii posiadające postać pozwalającą na jego
przemieszczanie pomiędzy różnymi ogniwami gospodarki energetycznej;
> systemy uszlachetniania i przeróbki nośników energii pierwotnej,
> systemy produkcji nośników energii,
> systemy dystrybucji nośników energii.
Energia bezpośrednia – energia dostarczana do użytkownika/odbiorcy
końcowego w formie nośnika energii;
> systemy dystrybucji nośników energii bezpośredniej.
Energia użytkowa – energia zużywana przez użytkownika, pobierana z
otoczenia lub wytwarzana przy wykorzystaniu nośników energii
bezpośredniej;
> końcowe użytkowanie nośników energii.
2/9
BMi
L
w
1951
Energia pierwotna > systemy pozyskiwania energii pierwotnej
Energia promieniowania słonecznego;
Energia termiczna otoczenia;
Energia mechaniczna otoczenia:
• energia cieków wodnych,
• energia wiatru,
• energia prądów morskich,
• energia fal,
• energia pływów;
Chemiczne nośniki energii pierwotnej:
• odnawialne paliwa chemiczne (drewno i odpady przemysłu drzewnego,
organiczne odpady rolnicze i nierolnicze, rośliny energetyczne),
• kopalne paliwa chemiczne (węgiel kamienny i brunatny, ropa naftowa,
gaz ziemny, piaski i łupki bitumiczne, klatraty metanu, torf);
Energia geotermalna;
Kopalne paliwa jądrowe: uran - U235, U238, tor - Th232.
3/9
BMi
L
w
1951
Nośniki energii > systemy uszlachetniania, produkcji i
dystrybucji nośników energii
Nieuszlachetnione pierwotne nośniki energii: węgiel kamienny, gaz
ziemny, drewno.
Uszlachetnione paliwa pierwotne:
• paliwa węglowodorowe (olej napędowy, benzyna, ciężkie oleje opałowe,
gaz ziemny, LPG, CNG),
• węgle uszlachetnione i produkty ich przeróbki (węgle oczyszczone, koks,
brykiety),
• produkty pochodne biomasy (pelety, brykiety),
• paliwa jądrowe.
Wytwarzane (wtórne) nośniki energii:
• energia elektryczna,
• nośniki ciepła (ciepła woda, para),
• nośniki chemiczne (alkohole, estry kwasów tłuszczowych, biogaz, wodór,
gaz syntezowy, węglowodory syntetyczne).
4/9
BMi
L
w
1951
Energia użytkowa > końcowe użytkowanie nośników energii
Nośniki energii spożytkowane jako surowiec.
Oświetlenie.
Praca (napęd maszyn, transport).
Wysokotemperaturowe procesy cieplne.
Niskotemperaturowe procesy cieplne.
Pozyskiwanie energii pierwotnej u użytkownika (energia termiczna
otoczenia, energia promieniowania słonecznego).
5/9
BMi
L
w
1951
Pierwotne źródła energii
Pierwotne źródła energii vs energia pierwotna -> energie odnawialne,
paliwa kopalne.
Pierwotne źródła energii:
• reakcje termojądrowe w jądrze Słońca -> około 122 PW (energia
promieniowania słonecznego, energia termiczna biosfery – odczuwalna ->
około 2/3 i utajona -> około 1/3, energia mechaniczna otoczenia, energia
biomasy -> około 0,03 PW, chemiczne paliwa kopalne),
• energia jądrowa Ziemi - reakcje rozpadu izotopów promieniotwórczych i
reakcje rozszczepienia uranu i toru -> około 0,045 PW (energia
geotermalna, energetyka jądrowa),
• energia oddziaływań grawitacyjnych Ziemi z innymi ciałami systemu
słonecznego (energia ruchu obrotowego Ziemi) -> 0,001 PW (energia
pływów).
6/9
BMi
L
w
1951
Wtórne źródła energii
Wtórne źródła energii:
• wszystkie źródła energii pierwotnej poza promieniowaniem słonecznym i
paliwami jądrowymi;
• 94,3 % energii wykorzystywanej przez człowieka pochodzi z wtórnych
źródeł energii powstałych z przemian energii promieniowania
słonecznego,
• 0,2 % pochodzi ze źródeł geotermalnych;
• udział energii promieniowania słonecznego w bilansie - 0,1 %.
Moc antropogenicznych źródeł energii szacowana jest na około 0,012
PW (około 10 tyś razy mniejsza od mocy pierwotnych źródeł energii).
7/9
BMi
L
w
1951
Pierwotne źródła energii - energia pierwotna – źródła energii
pierwotnej - nośnik energii
Energia pierwotna vs źródło energii pierwotnej – źródła energii
odnawialnej i nieodnawialnej:
• dostępność przestrzenna i czasowa – pozyskiwanie, przesyłanie
przechowywanie –> paliwa kopalne vs EPS, energia wiatru,energia
termiczna otoczenia;
• energia odnawialna - nieodnawialna vs odnawialne - nieodnawialne
źródło energii -> biomasa, torf, paliwa kopalne;
• energia odnawialna vs odnawialne źródło energii -> źródła geotermalne.
Energia pierwotna vs nośnik energii –> gospodarka wodorowa.
Jakość nośnika energii –> brak nośnika idealnego/uniwersalnego.
8/9
BMi
L
w
1951
Energia – anegia - egzergia
Pojęcie jakości energii –> Joul Joulowi nierówny.
Składowe energii z punktu widzenia użyteczności:
energia = anergia +egzergia.
Anergia to część energii z punktu widzenia technicznego mało przydatna
– może być tylko źródłem bezwartościowej energii termicznej którą można
wykorzystać dysponując egzergią.
Egzergia jest miernikiem jakości substancji lub źródła energii – tym jest
większa im bardziej ich właściwości różnią się właściwościami od
otoczenia.
Egzergia to, w uproszczeniu „energetycznym”, praca maksymalna jaką
można uzyskać z ciała (substancji) dążącego do równowagi z otoczeniem.
Rodzaje egzergii: chemiczna, fizyczna, mechaniczna.
Egzergia substancji a egzergia źródła ciepła.
Bilans egzergii: egzergia w przeciwieństwie do energii nie podlega prawu
zachowania – na skutek strat wewnętrznych i zewnętrznych egzergia
przekształca się w anergię.
9/9