Energija in okolje - University of...

Vsebina:

• Kratko potovanje po zgodovini vesolja

• Energije in življenje

• Osnovni viri primarne energije

• Zgodovinski pregled tehnične uporabe primarnih virov energije

Predavanje #1

Energije, življenje in človeštvo

Energija in okolje 2

ENERGETIKA

Oskrbovanje gospodarstva in prebivalstva z energijo in energenti v ustreznih oblikah (pretvorba v mehansko delo)

• električna energija

• toplota

• pogonska goriva

ENERGIJA – pra pojav, ki se ga ne da točno definirati (Einstein)

zmožnost opravljanja dela

Možnost pridobivanja velikih količin MEHANSKEGA DELA – temeljni

pogoj ki je bil potreben za industrijsko revolucijo in zvišanje

splošnega življenjskega standarda

Pridobivanje velikih količin MEHANSKEGA DELA (transport,

električna energija,…) iz fosilnih goriv – povzroča največji delež

emisij toplogrednih plinov in negativnih vplivov na okolje

Energija in okolje

Masa Energija Informacija

Sprememba

geometrijske

oblike mase

Sprememba energije

v želeno obliko

Sprejem, prenos,

shranjevanje in

obdelava podatkov

Sprememba

fizikalnih in

kemičnih

lastnosti

Obdelovalna

tehnika Energetika Kibernetika

Procesna

tehnika

ENERGETIKA


KRATKA ZGODOVINA VESOLJA


Kratko potovanje po zgodovini vesolja

Nastanek snovi in primarnih energij

• Nastane vodik ter nekaj helija in litija.

• V jedrih zvezd nastajajo težji elementi,

tja do železa.

• Še težji elementi (svinc, plutonij,

uran,…) pa nastanejo med eksplozijami

težkih zvezd – supernov.

čas • veliki pok (začetek vesolja)

• doba inflacije, v kateri nastane vesolje tako, kot ga poznamo danes


Nastanek energij, snovi in virov primarnih energij 0

1 m

ilija

rda

3 m

ilija

rde

5 m

ilija

rd

Hipoteza: veliki pokognjeno, optično gosto vesoljeinflacija in ohlajanje

Snov in ener-gija se ločita. Vesolje posta-ne prozorno

V oblakih snovi se tvorijo težji skupki protogalaksije

1 milijarda let 3 milijarde let

Nastanek galaksij v Globokem polju(galaksije vidne s Hubblovim teleskopom)

Pojav vodika

Fuzija - helij in postopno težji elementi

Fizija - težki elementi (U )235

30.000 let


Nastanek snovi in virov primarnih energij

10

,3 m

ilija

rde

11,5

mili

jard

e

15 m

ilija

rd

Nastajajo nove galaksije, podobne naši Galaksiji, ki imajo masivna središča

Prve oblike življenjapred 3,5 milijardami let

Prednik današnjega človeka pred 0,0005 milijardami let

Najtežji elementi

Nastanek našega Osončja s planeti

Sončna energijaFosilna goriva: nafta, premog pred 350 milijoni leti

500.000 let


Potek časa

Novica:

Širjenje našega vesolja se ne bo nikoli ustavilo.

Časovne oblike prostorov hipotetičnih

vesolij z različnimi karakteristikami.


Vzporedna vesolja

Hipoteza: multipla vesolja

Obstaja mnogo vesolij, vključno

z našim – vzporedna vesolja -

multiverse.


Antropično načelo

Antropično načelo: *

• Vesolje mora imeti natančno takšne lastnosti, ki omogočijo razvoj življenja in inteligence.

Šibko antropično načelo (utemeljitev starosti vesolja):

• Vesolje mora biti dovolj staro, da so nekatere zvezde že prešle stopnjo razvoja, v

kateri so proizvedle elemente iz katerih smo narejeni.

• Vesolje mora biti dovolj mlado, da nekatere zvezde še vedno dovajajo energijo, ki je

potrebna za vzdrževanje življenja.

Močno antropično načelo:

• Vesolje mora imeti takšne lastnosti, ki dovoljujejo razvoj življenja na njegovi določeni stopnji.

Končno antropično načelo:

• V vesolju se slej ko prej razvije inteligentna oblika življenja, sposobna odbelave informacij

in, ko se enkrat razvije, nikoli ne zamre.

* antrop-, antropo- se nanaša na človeka


ENERGIJE IN ŽIVLJENJE


Energija in življenje

Nastanek elementov samo po sebi še ni dovolj za nastanek življenja:

• elementi se morajo združiti v kompleksne (urejene!) strukture - molekule organskih

snovi,

• molekule se morajo (urejeno!) povezati v tkiva,

• potekati mora (urejena!) izmenjava energije, snovi in informacij v živih bitjih in z okolico,

• pogoj za življenje je tudi reprodukcija in obnavljanje organizmov.

glukoza hemoglobin živi organizem


Elementna sestava zemlje in živih bitij

Sestava zemeljske skorje: kisik 46,6 %

silicij 27,7 %

aluminij 8,1 %

železo 5,0 %

kalcij 3,6 %

natrij 2,8 %

kalij 2,1 %

magnezij 1,5 %

Sestava: človeško telo poljska buča

kisik 65 % kisik 85 %

ogljik 18 % vodik 10,7 %

vodik 10 % ogljik 3,3 %

dušik 3 % kalij 0,34 %

kalcij 2 % dušik 0,16 %

fosfor 1,1 % fosfor 0,05 %

kalij 0,36 % kalcij 0,02 %

žveplo 0,25 % magnezij 0,01 %

Deleži elementov, ki sestavljajo

človeško telo mase 70 kg.


Sončno sevanje kot začetni vir energije za življenje

Spektralna absorptivnost zelenih rastlin

Spektralna gostota sončnega obsevanja

Lastnosti sončnega sevanja in prilagojenost rastlin na absorbiranje sončne energije

•Največja jakost sončnega sevanja je pri valovnih

dolžinah okoli 500 nm.

•Največja absorptivnost rastlinskih zelenih površin je

okoli 500 nm.

•Absorbiranje sončnega sevanja in fotosinteza se

dogaja v molekulah ki jih imenujemo pigmenti - klorofili,

karoteni, ....

Vidna svetloba je v intervalu med 350 nm in 830 nm


Iz sončne energije v biomaso

OHOHCOCOOH 26126222 66612

sončno sevanje

Fototrofni organizmi s procesom fotosinteze pretvarjajo anorgansko snov v

organsko. Proces akumuliranja energije sončnega sevanja poteka stopenjsko,

najprej v glukozo:

Zelene površine rastlin vežejo fotokemično 12 % vpadle sončne energije.

Na vsak kvadratni meter zelenja nastane 1 g glukoze na uro.

Proces pretvarjanja v rastlinah poteka naprej iz glukoze v celulozo:

OHOHCOHC 251066126

Celuloza je gradbena snov rastlin in je najbolj razširjena organska snov na Zemlji.

Fototrofni organizmi spadajo v skupino avtotrofnih organizmov, ki so primarni proizvajalci organske snovi.

* trofen-, trofičen- se nanaša na prehrano


Ekosistemi

• Ekosistem je združba mikroorganizmov, rastlin in živali, ki so v interakciji med seboj in z

okoljem.

Vrste ekosistemov so:

• morski,

• sladkovodni,

• kopenski,

• estuariji - slana močvirja, plitvine plimovanja, ustja vtokov rek v morje.

Ekosisteme, ki obsegajo cele pokrajine imenujemo tudi biomi ( savana, tropski deževni

gozd, puščava, tundra, ..)

Ker je približno 3/4 zemeljske površine prekrito z vodo je toliko tudi vodnih ekosistemov.

Obstajajo tudi oblike življenja na zemlji, ki ne temeljijo na osnovi fotosinteze in

na osnovi vode ter kisika.


Primarna produkcija ekosistema

Primarna produkcija ekosistema

stopnja zadrževanja in shranjevanja

vpadle energije v tkivih rastlinskega sveta.

odvisna je od količine rastlin in razmerja

med fotosintezo (shranjena energija) in

aerobnega razpada (izgubljena energija)

Satelitsko pridobljeni podatki o globalni primarni produkciji za

obdobje med 1997 in 2000

Člene ekosistema povezujejo energijski tokovi.


Energije se prenašajo, snovi krožijo

Vse snovi na Zemlji so razporejene v štirih skupinah - sferah:

- atmosfera: snovi v plinastem stanju,

- hidrosfera: snovi v kapljevitem stanju,

- litosfera: snovi v trdnem stanju,

- biosfera: vsa živa bitja.

Med biosfero in drugimi sferami poteka stalno izmenjavanje snovi, ki se vgrajujejo v

organizme. Da je to mogoče, morajo snovi v sferah neprestano krožiti. V ekologiji se

to kroženje imenuje biogeokemično kroženje snovi.

Posebej ločimo kroženje vode, sedimentov (mineralov), ogljika, dušika.

Energije prihajajo v biosfero od zunaj (npr. sončna nergija), se združijo s snovmi v

organizme, tu opravijo neko delo, npr. za delovanje ekosistemov in potem biosfero

zapustijo, npr. kot toplota ali kot opravljeno delo.

Energije se skozi biosfero pretakajo, snovi pa krožijo v sferah in med sferami.


Kroženje vode

ATMOSFERA

MORJE KOPNO

izhlapevanje425.000

padavinev morje385.000

IZHLAPEVANJEIZ RASTLIN

(TRANSPIRACIJA)71.000

konvekcija vlage40.000

padavinena kopno111.000

površinske intalne vode

40.000

Kroženje vode

• poganja vpadla sončna energija

• gibanje zemeljske vode je počasno in velikih razsežnosti iz oceanov (morski tokovi)

v atmosfero (gibanje vlage z zračnimi masami)

• vitalnega pomena za organizme (transportna snov za hranilne snovi)


Kroženje vode

Vodni tokovi v oceanih so posledica

vrtenja Zemlje, temperaturnih razlik in

različnih gostot morja.

Oceanski tokovi - zemljevid iz leta 1911

Idejna zasnova za

izkoriščanje energije

morskih tokov

Kroženje vode ‘’okoli sveta’’

http://sl.wikipedia.org/wiki/Slika:Ocean_currents_1911.jpg

http://sl.wikipedia.org/wiki/Slika:Ocean_currents_1911.jpg


Voda

Nekaj podatkov o vodah na Zemlji

Nad 97 % mase vode je v morjih in oceanih

2 % vode je v ledenem stanju

0,7 % vode je v obliki talnice

0,01 % vode so jezera in reke

0,001 % kot zračna vlaga

Viri vode so med sabo povezani v trajnem kroženju, ki zagotavlja

samočiščenje, prerazporejanjev vodnih virov in transport snovi.


Kroženje ogljika

Kroženje ogljika

• ogljik potuje skozi spodnje plasti atmosfere (CO2) preko vseh prehranjevalnih verig:

– v morja in iz njega,

– do sedimentov: kopičenje ( fosilna goriva),

– do kamenin: kopičenje (apnenec – koralni grebeni, Alpe, ..).


Kroženje ogljika na planetarni ravni

Kroženje ogljika


PRIMARNE ENERGIJE IN NJIHOVA RABA


Pojem energije

Izraz energija izhaja iz grške besede ergon - ergon, ki pomeni delo, moč ali življensko

vitalnost ali energeia - energeia, ki pomeni dejavnost. Zato običajno pojem energije

povezujemo s sposobnostjo teles, da opravljajo delo. Vendar to ni definicija za pojem

energije.

‘’Energija spada med take naravne pojave, o katerih ima fizikalno izobražen človek zelo

jasno predstavo in pojmovanje, ki pa se nekako izmikajo precizni definiciji. To je povsem

razumljivo, saj spada energija med fizikalne prapojave prav tako kakor materija.

Prapojavi se ne dajo definirati, kakor se aksiomi ne dajo dokazati. Govorili bomo zato

predvsem o nekaterih značilnih lastnostih energije. Iz teh lastnosti pa bomo poskušali

zajeti in razumno omejiti pojem energije. ‘’ ( Z. Rant, Termodinamika, 2001, str 9. )


Razvrščanje energij

VRSTE ENERGIJ

po lastnostih po uporabi

nakopičene prehodne

•potencialna

•kinetična

•notranja:

-kalorična

-kemična

-jedrska

•delo

•energija el. toka

•toplota

•energija el.mag.

sevanja, itd.

dobljene iz

neobnovljivih virov

dobljene iz

obnovljivih virov

•fosilna goriva:

- premog

- nafta

- zemeljski plin

•jedrska goriva:

- fizija

- fuzija

Na osnovi delovanja:

•Sonca: sevanje, veter,

biomasa, energija vode

•Zemlje: geotermalna

energija

•Lune: plimovanje


Razvrščanje energij po lastnostih

• NAKOPIČENE ENERGIJE:

– potencialna energija

• primer: geodetska potencialna energija vodnih mas, deformacijska energija vzmeti itd.

– notranja energija

• kalorična notranja energija – na ravni molekul, (termično nihanje molekul; primer: vulkanska lava)

• kemična notranja energija – na ravni atomov, (shranjena v obliki kemijski vezi; primer: goriva)

• jedrska notranja energija – na ravni atomskih jeder, (v obliki jedrskih sil; primer: jedrsko gorivo)

– kinetična energija

• primer: kinetična energija vetra, vodnih tokov, kinetična energija vztrajnika itd.

• PREHODNE ENERGIJE:

– mehanska energija (mehansko delo)

– toplota

– delo električnega toka

– energija elektromagnetnega sevanja (npr. svetloba)

– energija zvočnega valovanja (npr. zvok)

Trajnostna in netrajnostna raba primarnih energij


Vrste primarnih oblik energije

• sončna energija

– direktna vpadla sončna energija:

• sprejemniki toplote

• sončne celice (fotovoltaika – neposredna pretvorba svetlobe v električno energijo)

– indirektna vpadla sončna energija

• biomasa

• geodetska potencialna energija vodnih mas

• energija vetra

• energija morja

– energija morskih tokov

– energija valov

– notranja energija morja

• kalorična notranja energija zemeljske skorje • geotermalna voda

• gravitacijska energija • energija bibavice

Obnovljive oblike primarne energije


Vrste primarnih oblik energije

• jedrska energija

– jedrska fizija (cepitev težkih atomskih jedr – U235, Pt239):

– jedrska fuzija (spajanje lahkih atomskih jedr – H) (se dogaja na soncu - obnovljiv vir)

• notranja, kemično vezana energija fosilnih goriv

– trda goriva:

• črni premog

• rjavi premog

• lignit

• šota

– plinasta goriva

• zemeljski plin

– kapljevita goriva

• nafta

• kemično vezana energija odpadkov • nenevarni komunalni odpadki

• NIO – neobnovljivi industrijski odpadki

Neobnovljive oblike primarne energije


Razvrščanje energij pri pretvarjanju

•VIRI PRIMARNIH ENERGIJ - energenti in energetski potenciali, ki se nahajajo v naravi.

•PRIMARNE ENERGIJE - dobimo iz naravnih virov primarnih energij.

•SEKUNDARNE ENERGIJE - dobimo po pretvorbi v koristne in uporabne oblike.

•KONČNE ENERGIJE - po transportu iz mesta pretvorbe na vstopu v proces uporabe.

•ODPADNA TOPLOTA - neizkoriščena toplota, ki izstopa iz procesa.

Energije, ki jih jemljemo iz naravnih virov običajno niso v takih oblikah, ki bi jih

lahko uporabljali v industriji, gospodinjstvu, prometu, itd.. Zato jih pretvarjamo v

uporabne oblike in transportiramo do uporabnikov.

POJMI:


Primarne energije

Pojem ‘’primarne energije’’ se razlikuje glede na to ali mislimo na energije, ki jih rabijo živa

bitja za preživetje ali na energije, ki jih izkorišča človek.

Primarne energije za preživetje

Življa bitja in širše ekosistemi uporabljajo (poleg drugih pogojev) za razvoj in delovanje

tiste temeljne oblike primarnih energij, ki so bile na razpolago že pred nastankom življenja,

predvsem energijo sončnega sevanja in geotermalno energijo. To so oblike energij, ki še

danes omogočajo nastajanje živih bitij, njihovo življenje in obstoj ekosistemov.

Primarne energije, ki jih izkorišča človek

To so energije, ki so na razpolago v naravi v svoji prvotni obliki in še niso doživele nobene

tehnične pretvorbe. Razen nekaterih, po svoji pojavnosti večinoma niso primarne v smislu

naravnega reda, npr. fosilna goriva, veter, vodna energija, biomasa, itd.. Te energije so že

posledica delovanja sončne, gravitacijske, geotermalne energije in drugih oblik temeljnih

primarnih energij.

V energetiki je primarna energija vedno mišljena kot energija, ki jo izkorišča človek.


Vrste in viri primarnih energij

Definicija:

Primarna energija je energija nosilcev primarne energije, ki še niso bili izpostavljeni

nobeni tehnični spremembi. Največkrat jo imenujemo kar po energentih, torej nosilcih

primarne energije, npr. vodna energija, sončna energija, energija fosilnih goriv, itd..

Razlikujemo:

- vrsto primarne energije

- nosilec primarne energije in

- vir primarne energije.

Vrste primarnih energij: notranja energija premoga, biomase, kinetična energija vetra,

energija radioaktivnih snovi, sončna energija, potencialna energija

vode, itd.

Nosilci primarne energije: premog, les, veter, naravni uran, sončno sevanje, voda, itd.

Viri primarnih energij: nahajališče premoga, gozd (drva), vetrovna pokrajina, nahajališče

uranove rude, obsevanost zemeljske površine, reka, itd.


zvok

svetloba

toplota

mehansko delo

Koristne oblike energije

Primarne oblike energije človeku niso neposredno uporabne (v primarni pojavni obliki)!

• Primarno energijo mora “pripraviti” v koristno obliko:

– zagotavljanje osnovnih življenjskih funkcij:

• gibanje, transport

• tehnološki postopki (mletje, obdelava gradiv, izdelava orodij, gradnja objektov itd.)

• procesna tehnika (priprava hrane, toplotna in kemična obdelava surovin, itd)

• komuniciranje

– zagotavljanje bivalnega ugodja

• ogrevanje

• prezračevanje

• osvetljevanje

Koristne oblike energije:


0 10,000 20,000 30,000 40,000

0

2

4

6

8

10

GDP per capita (US $)

400 + per capita GDP(US$)

9.0*per capita GDP(US$) ln(per capita energy consumption, W) =

ln (

En

erg

y c

on

su

mp

., W

/ca

pit

a)

The curve represents a least square fit of the 111 countries data in 1990

PORABA ENERGIJE IN BDP


PORABA ENERGIJE IN BDP

Poraba energije (kg

nafte) na 1 $ BDP,

reducirano na leto 1972

Ko se država industrializira,

doseže vrh, nadalje se

proizvodnja, energijska

učinkovitost in BDP

povečujejo zaradi česar se

poraba energije relativno

zmanjšuje (diagram: Kanada

po letu 1910, Japonska po

letu 1970)


PORABA ENERGIJE IN BDP v Evropski uniji

SLOVENIJA

leto 2007



SLOVENIJA



DANSKA

“najuspešnejša?”

Najugodnejše razmerje (poraba energije / BDP) ne pomeni identično tudi

energijsko najučinkovitejše.

Država je npr. obdržala najdonosnejšo industrijo z veliko dodano vrednostjo

in majhnim energijskim vložkom (nove informacijske, nano

tehnologije,…), “umazane in potratne” panoge (proizvodnja kovin,

gradbenega materiala, kemični izdelki,…) pa oddala in te proizvode

uvaža. Poraba energije se “pripiše” državam proizvajalkam.

Za celostno analizo je torej

upravičen globalni pristop k

proizvodnji in trošenju dobrin.

Vsi smo na enem in istem

planetu!


ZGODOVINA RABE ENERGIJ


Zgodovina uporabe virov primarnih energij

Začetek zavedanja: potencial lastnega telesa in energija (moč) mišic

Prva energija iz okolja: lesna biomasa (gretje in razsvetljava)

Prvo fosilno gorivo: Sumerci, 6000 let pr.n.š. – asfalt (žganje opeke in apna,

pozneje pridobivanje bakra in železa)

Prva uporaba nafte: Babilonsko cesarstvo, 2500 do 538 let pr. n.š.

Prva uporaba premoga: Kitajci, 1100 let pr.n.š. (proizvodnja kovin, papirja in smodnika)

Prva uporaba zem. plina: Kitajska, 1100 let pr.n.š.

Prva tehnološka stagnacija: 500 let pr.n.š. zmanjšanje uporabe goriv vseh vrst.

Prva vodna kolesa: Babilonci, Rimljani (poleg energije vetra je to edini vir, ki je

dopolnjeval delo sužnjev in živalske vprege)

Les je vseskozi glavni vir energije! Zaradi ekstenzivnosti rabe je lokalno prihajalo celo do

večjega poseka od letnega prirastka (Bavarska v srednjem veku, Indija v 20. stoletju).



10. stol. izboljšanje konjske vprege, izrazito povečanje uporabe konjske

delovne sile

10. – 13. stol. povečanje uporabe vodnih koles (razvoj naselbin in mest ob rekah)

in začetek uporabe mlinov na veter

15. stol. Nizozemska, mlini na veter se uporabljajo za izsuševanje tal

17. stol. prva omemba pojma TRAJNOSTNE rabe, problem izsekanih gozdov

v Nemčiji zaradi intenzivnega pridobivanja kovin – lesno oglje in

rudniški les

Vse do konca 17. stol. je bila energija vetra, vode, živalske vprege in človeških mišic

glavni vir za pridobivanje mehanskega dela.

Primerjava efektivnih moči:

človek,

obračanje kolesa

30 W – 60 W

konjska vprega,

obračanje gredi

300 W – 600 W

vodno kolo,

premer 1,5 m – 3,8 m

1,5 kW – 3,8 kW

mlin na veter,

obračanje kolesa

1,5 kW – 10,5 kW



Povezava med MEHANSKIM DELOM in TOPLOTO je ostala velika neznanka!

Posamezni izumi na področju toplotnih strojev:

Heronova krogla, 120 let pred n. št. Giovanni de Branca, 1620: parna turbina

Kateri je prvi uporabni toplotni stroj za pridobivanje mehanskega dela iz

toplote? gonilo oz. orožje (top, puška)


James Watt - parni batni stroj

Začetek industrijske revolucije!


18. stol. Anglija kolonialna velesila (razvita mornarica, razcvet proizvodnje in obrti).

Rezultati iskanja novih pogonskih strojev za zanesljivo dobavo mehanskega dela:

• Denis Papin

• Thomas Savery

• Thomas Newcomb (prvi uporabni batni stroj, izkoristek 1 %)

• James Watt, prva uspešna tehnična izvedba parnega stroja (izboljšava

Newcomenovega stroja)



• 1816 dr. Robert Stirling (škotski duhovnik) motor na vroč zrak

• 1824 Sadi Carnot – najboljši termodinamični proces

• 1827 brata Robert in James Stirling – drugi motor na vroč zrak

• 1829 George Stephenson – parna lokomotiva

• 1833 John Ericsson – motor na vroč zrak (Joule-Brayton)

• 1870 Windhausen (Nemčija) hladilni stroj za izdelavo ledu



Primerjava zmogljivosti človeka in parnega batnega stroja:

človek,

obračanje kolesa

30 W – 60 W

v 8 urah opravi

0,48 kW h

mehanskega dela

majhen parni

batni stroj,

100 kW

v 24 urah opravi

2.400 kW h

mehanskega dela

Razmerje med opravljenim mehanskim delom: 1 : 5000


Zgodovina uporabe energij

Do leta 1800 izdelajo več kot 500 parnih batnih strojev

Do leta 1810 izdelajo več kot 5.000 parnih batnih strojev

Izkoristek tedanjih strojev je bil okrog 3 %!

V začetku so se parni batni stroji uporabljali predvsem za pogon črpalk v rudnikih.

Leta 1803 je bila zgrajena prva parna lokomotiva.

Zahteve po čedalje večjem izkopu premoga:

izkop premoga v Ameriki l. 1820 je 300 ton, 1840 pa že več kot 1.000.000 ton!

Prva uporaba zemeljskega plina v ZDA za ogrevanje stanovanj in kasneje l. 1884 prvi,

23 km dolg plinovod v Pittsburghu za transport plina za razsvetljavo, ogrevanje in druge

toplotne procese.

V začetku 20. stoletja se pojavi zahteva po parnih kotlih za proizvodnjo velikih količin pare z

visokimi parametri (temperatura in tlak). Serija nesreč (eksplozije kotlov) povzroči razvoj novih

tehnologij izdelave in konstrukcij parnih kotlov ter uvedbo inšpekcij in predpisov.



1799 Volta, elektrokemični element

1834 Jacobi, prvi uporabni enosmerni elektromotor

1866 Siemens, Wheatstone, prvi električni generator

1879 Edison, električna žarnica z nitko iz oglja

1887 Tesla, trifazna napetost in vrtilno magnetno polje: enostavna pretvorba

električne energije v mehansko delo in nasprotno

Razvoj na področju elektrotehnike



Razvoj parnih turbin

1883 Laval, prva enostopenjska enakotlačna parna turbina

1884 Parsons, prva večstopenjska nadtlačna parna turbina

Razvoj vodnih turbin

1837 Fourneyron, prva moderna vodna turbina (45 kW)

1847 Francis, izboljšanje Fourneyronove vodne turbine

1878 Pelton, vodna turbina za velike geodetske padce vode

1922 Kaplan, vodna turbina za majhne geodetske padce vode

1895 Tesla, prva velika hidroelektrarna na Niagarskih slapovih

Razvoj plinskih turbin

1939 Whitle, prva plinska turbina



Razvoj motorja z notranjim zgorevanjem

1860 Lenoir, prvi patentirani dvotaktni motor

1877 Otto, prvi patentirani štiritaktni motor

1897 Diesel, prvi motor s kompresijo čistega zraka in

vbrizgom goriva

Razvoj jedrske tehnologije

1939 Hahn, prva laboratorijska cepitev jedra

1942 Fermi, prva kontrolirana cepitev uranovih jeder

1954 prva jedrska elektrarna, Obinsk pri Moskvi

1954 prva podmornica na jedrski pogon


• Zem. plin: 70 let

• Nafta: 40 let

• Premog: 100 - 200 let

Vir: BWK, 10/2005

PROBLEM ŠT. 1: ZALOGE FOSILNIH GORIV

?


280

290

300

310

320

330

340

350

360

370

380

390

400

1750 1800 1850 1900 1950 2000 2050

100

200

300

Koncentracija CO2

Izpusti s premogom CO2

Izpusti z nafto CO2

Izpusti z zemeljskim plinomCO2

Ko

nce

ntr

ac

ija

/

pp

m

C

O2

Izp

usti

(1

0to

n)

6C

O2

Leto

Industrijska revolucija

2. svetovna vojna

383 ppmmarec 2007

PROBLEM ŠT. 2:

EKOLOGIJA, naraščanje koncentracije CO2 v atmosferi, prašni delci,

dušikovi oksidi,.....

Methane Content in the Atmosphere

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100

pp

b o

f C

H4

Antarctic

Greenland

Antarctic (recent)

Tasmania

vsebnost metana v atmosferi


premog

nafta

zemeljski plin

jedrsko gorivo

lesna biomasa

vodna energija

energija vetra

nova biomasa

sončna energija

geotermalna energija

odprto

10

tce

9

1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060

0

10

20

30

40tce ... tona premogovega ekvivalenta

1 tce = 29,3 GJ

Raba primarnih virov energije

ENERGETSKA OSKRBA VČERAJ, DANES IN JUTRI


Les (1000 t) – domač vir, za energetske namene ~2 Mm3 ~1000

od tega 50 % pripada

R Hrvaški


Energetska odvisnost države –

delež energije iz uvoza


ekvivalent emisije CO2 na Slovenca = 19522 / 2022 = 9.7 t CO2/prebivalca


NMVOC – nemetanski hlapni ogljikovodiki


Energija in energijski tok

Letni povprečni kazalci porabe el. energije na prebivalca v Sloveniji

poraba el. energije = 6204 kWh (leta 2006 - 6615 kWh)

energijski tok = moč = energija / (časovni interval) = 6204 / 8760 = 708 W

(leta 2006 - 755 W) ~ 1 KM (konjska moč)


Primer oblike izpitnih vprašanj

1. Katere oblike energije najdemo v naravi in kako jih imenujemo?

2. Naštejte primere nakopičenih in prehodnih vrst energije.

3. Opišite razlike med obnovljivimi in neobnovljivimi viri energije in naštejte nekaj

glavnih predstavnikov obeh vrst energije.

4. Kakšna je razlika med energijo in energijskim tokom, navedite fizikalno enoto za

obe veličini ter na praktičnem primeru razložite razliko.

5. Naštejte primere koristnih oblik energije.

6. Zakaj je iznajdba parnega batnega stroja sprožila prvo industrijsko revolucijo?

7. ………

8. ………

9. ………

10. ………

11. ………

12. ………

13. ………

itd., ……

Energija in okolje - University of...

Documents

Transcript of Energija in okolje - University of...