ALTERNATIVNI SUSTAVI I OBNOVLJIVI IZVORI ENERGIJEseminar.tvz.hr/materijali/materijali9/S06-4.pdf ·...

© GFEPCZ Modul 1 Izobrazba

Publ. no. 2009_001_HR 1

STRUČNO USAVRŠAVANJE OVLAŠTENIH INŽENJERA STROJARSTVA IX tečaj 12. i 13. studenog 2010.

1

TEHNIČKO VELEUČILIŠTE U ZAGREBUZagreb, Avenija Večeslava Holjevca 15

ALTERNATIVNI SUSTAVI I OBNOVLJIVI IZVORI ENERGIJE

mr.sc.I.Cetinić; prof.dr.sc P.Donjerković;T.Rengel; Z.Vašatko


2

SADRŽAJ



Publ. no. 2009_001_HR 2


3

UVOD

Implementacija Direktive 2002/91/EC “Energy Performance of Buildings” (EPBD) u hrvatsku regulativu

Članak 1.

odrediti minimalne zahtjeve na energetska svojstva za nove i postojeće zgrade:

“Tehnički propis o racionalnoj uporabi energije i toplinskoj zaštiti u zgradama”, NN 110/08

propisati postupak energetskog certificiranja i ovlašćivanja certifikatora:

“Pravilnik o energetskom certificiranju zgrada” i “Pravilnik o uvjetima i mjerilima za osobe koje provode energetske preglede i energetsko certificiranje zgrada” NN 113/08

propisati okvirnu metodologiju proračuna godišnje energije za grijanje i hlañenje zgrade (EN 13790):

“Pravilnik o energetskom certificiranju zgrada NN 113/08 i Tehnički propis o sustavima grijanja i hlañenja zgrada” NN 110/08.


4

UVOD

propisati redovite inspekcije sustava grijanja i klimatizacije, uz detaljni pregled i procjenu

učinkovitosti instalacije sustava grijanja s kotlovima starijim od 15 godina.Članak 5.za nove zgrade ukupne korisne površine ≥ 1000 m2 treba analizirati mogućnostkorištenja:daljinskog grijanja (ako je dostupno),kogeneracijskog sustava,dizalica topline (odabrati prikladan tip obzirom na vanjske klimatskeuvjete),obnovljivih izvora energije.Članak 7.rok valjanosti certifikata treba biti do 10 godinazgrade javne namjene (administrativne zgrade državne i lokalne uprave,

bolnice, banke,hoteli, škole, fakulteti...) ukupne korisne površine preko 1000 m2 trebaju

istaknutienergetski certifikat na jasno vidljivom mjestu.


Publ. no. 2009_001_HR 3


5

UVODČlanak 8.

redovita inspekcija nužna za sve kotlove nazivnog toplinskog učinka ≥ 20 kW.za kotlove ≥ 100 kW ložene na kapljevita i kruta goriva inspekcija najmanje

svake 2 godine,

za kotlove ≥ 100 kW ložene na plin inspekcija najmanje svake 4 godine.

za sustave grijanja s kotlovima starijim od 15 godina treba provesti jedan temeljit

Inspekcijski pregled čitave instalacije s analizom stupnja korisnosti kotla i provjerom

dimenzioniranja kotla s obzirom na toplinske gubitke zgrade. Na temelju nalazainspekcije ovlašteni stručnjak treba dati mišljenje o zamjeni kotla i/ili

rekonstrukcijisustava grijanja.


6

UVOD

• .

Članak 9.

redovita inspekcija sustava klimatizacije (uključivo sustave hlañenja) nužna za sve sustave

s rashladnim ureñajem nazivnog rashladnog učinka ≥ 12 kW.

inspekcijski pregled čitave instalacije uključuje analizu učinkovitosti i provjeru

dimenzioniranja s obzirom na toplinska opterećenja zgrade. Na temelju nalaza inspekcije

ovlašteni stručnjak treba dati mišljenje o zamjeni i/ili rekonstrukciji sustava klimatizacije.

Članak 12.

nužno dobro informirati korisnike zgrada o različitim metodama i mogućnostima za

racionalnu uporabu energije.

na zahtjev zemlje članice EU, Europska komisija se obvezuje podržati takve informacijske kampanje.


Publ. no. 2009_001_HR 4


7

UVOD

• .Članak 15.

Za donošenje paketa zakona, propisa i drugih administrativnih mjera za provoñenje

Direktive krajnji rok je 04.01.2006. za zemlje članice EU, o čemu moraju pismeno

izvijestiti Europsku komisiju.

zemlje s nedostatkom kvalificiranih i ovlaštenih stručnjaka imaju dodatni period od 3

godine za provoñenje članaka 7., 8. i 9. Pri tom moraju unaprijed pismeno obavijestiti

Europsku komisiju uz prikladno objašnjenje razloga za produljenje i dati vremenski

raspored o ispunjavanju zahtjeva po koracima.

navedeni vremenski okvir trenutno ne obvezuje Hrvatsku, ali u procesu pristupnih

pregovora Hrvatska je obećala donošenje pripadajućih propisa u 3. kvartalu 2008.

godine.


8


Alternativni izvori energije je svaki iskoristivi izvor energije čijom se uporabom izbjegava neželjena svojstva zamijenjenog izvora.

nekad – ugljen umjesto drva

danas – zamjene za fosilna goriva s:nuklearnom energijomgeotermalnom energijomenergijom Suncabiomasa, bioplin itd


Publ. no. 2009_001_HR 5


ALTERNATIVNI SUSTAVI I OBNOVLJIVIIZVORI ENERGIJE

9

Obnovljivi – izvori koji se prirodno obnavljaju praktično neiscrpni

Neobnovljivi – fosilna i nuklearnagoriva ograničene rezerve



10

Vrste dizalica topline:

Kompresijske – troše mehanički rad za pogon kompresora

Sorpcijske:

Apsorpcijske – troše toplinu za pogon kuhala (generatora) i rashladnu vodu za apsorber

Adsorpcijske – troše toplinu za regeneraciju adsorbenta i rashladnu vodu za adsorber

Pokazatelj dobrote procesa:Faktor pretvorbe (hlañenja, grijanja) – odnos dobivenog i uloženog učinka (COP)


Publ. no. 2009_001_HR 6



11


12

Izvori topline

voda:bunari, vodotoci, jezera, more i otpadne vode

zrak (problemi s injem pri niskim temperaturama)

toplina podzemljapovršinski i dubinski izvori (problemi povrata topline)

ALTERNATIVNI SUSTAVI I OBNOVLJIVI IZVORI ENERGIJE-DIZALICE TOPLINE


Publ. no. 2009_001_HR 7


13

A-dizalica toplineB-izmjenjivač toplineC- bunar s podvodnom crpkomD-povratni bunarE –smjer toka podzemne vode

F-niskotemperaturno grijanje



14

A-dizalica topline

B-kanal dovodnog zraka

C-kanal odvodnog zraka

D- podno grijanje



Publ. no. 2009_001_HR 8


15

Promjena temperature zemlje ovisno

o godišnjem dobu i dubini



ALTERNATIVNI SUSTAVI I OBNOVLJIVI IZVORI ENERGIJE Dizalica topline s podzemnim kolektorom

A-dizalica toplineB-polazni razdjelnik

C- povratni razdjelnik

D-podzemni kolektorE -sabirno okno


Suho pješčano tlo :qE = 10 - 15 W/m2

Mokro pješčano tlo: qE = 15 - 20 W/m2

Suho glinasto tlo:qE = 20 - 25 W/m2

Mokro glinasto tlo: qE = 25 - 30 W/m2

Tlo sa podzemnom vodom:qE = 30 - 35 W/m2

16


Publ. no. 2009_001_HR 9


ALTERNATIVNI SUSTAVI I OBNOVLJIVI IZVORI ENERGIJE Dizalica topline s podzemnim sondama

A-dizalica toplineB-polazni razdjelnik

C- povratni razdjelnik

D-podzemna sondaE -sabirno okno


qE = 50 W/m duljine sonde Bušenje h < 100 m nadležna služba VODOPRIVREDA

Bušenje h > 100 m nadležna služba RUDARSTVO

17


ALTERNATIVNI SUSTAVI I OBNOVLJIVI IZVORI ENERGIJE Dizalica topline s pilotima

18

Čelični priključak

Injektorska cijev DN25

Holender spojnica

Montažna hilzna

Dvostruka U-sonda

Uteg

Ispuna mješavinabetonit/cement


Publ. no. 2009_001_HR 10



19

Stroj za bušenje i postavljanje sondi



20

Stroj za bušenje i postavljanje sondi


Publ. no. 2009_001_HR 11



21

Rad u dva ciklusa:Adsorpcija/isparivanje (hlañenje): Hlañena voda struji kroz isparivač i predaje toplinu radnoj tvari u vakuumskoj komori. Pare se adsorbiraju u silika gelu (egzotermno–rashl. voda)Desorpcija/kondenzacija (regeneracija):Topla voda struji kroz desorber i regenerira silika gel. Para radne tvari kondenzira na kondenzatoru hlañenom rashladnom vodom.Za isparivanje pri 10°C potreban 99% vakuum (apsolutni tlak 0,012 bar)

Radna tvar: voda, Adsorbent: silikagel

Adsorpcijska dizalica topline


22

Mala je vjerojatnost da će apsorpcijsko hlañenje u potpunosti neće zamijeniti konvencionalne kompresijske sustave, ali postoji mnogo načina primjene kod kojih ono može pružiti mnogo bolju inačicu i glede zaštite okoliša i glede ekonomičnosti. Apsorpcijsko hlañenje je vrijedno razmotriti ukoliko je primjenjiv jedan od sljedećih čimbenika:Postoji kogeneracijsko postrojenje i nije moguće iskoristiti svu dostupnu toplinu, ili je novo kogeneracijsko postrojenje u razvojuDostupna je otpadna toplinaDostupan je jeftin izvor goriva (primjerice plin)Učinkovitost kotla je niska uslijed niskog faktora opterećenja (poglavito ljeti) Nije moguće zadovoljiti električno opterećenje postrojenja Mjesto rada je izrazito osjetljivo na buku i vibracije Na mjestu rada je potrebno dodatno hlañenje ali je opterećenje električne mreže ograničeno i preskupo za rješavanje, a postoji prikladna zaliha topline.

ALTERNATIVNI SUSTAVI I OBNOVLJIVI IZVORI ENERGIJE Apsorpcijski rashladni ureñaji/dizalica topline


Publ. no. 2009_001_HR 12



23

Ukratko, apsorpcijsko hlañenje će naći primjenu kad je dostupan besplatan ili jeftin izvor topline, i/ili ukoliko postoje prepreke konvencionalnom hlañenju.

VRSTE APSORPCIJSKIH HLADNJAKAPostoji nekoliko vrsta apsorpcijskih hladnjaka; a dvije osnovne su:1 sustav s litijevim bromidom/vodom2 sustav s amonijakom/vodom

PRINCIP RADAApsorpcijski hladnjaci djeluju na principu tri poznata fizikalna fenomena:1 pri isparavanju (ili ključanju) voda apsorbira toplinu, a kod kondenzacije je otpušta.2 temperatura ključanja tekućine je funkcija tlaka (smanjenjem tlake, smanjuje se i temperatura.3 postoje odreñeni parovi kemikalija s izraženom tendencijom meñusobnog otapanja.



24

Kod konvencionalnog, kompresijskog sustava s mehaničkim isparavanjem, rashladno sredstvo isparava pri niskom tlaku, proizvodeći hlañenje. Nakon toga se komprimira na viši tlak u mehaničkom kompresoru te kondenzira. U većini strojeva kompresor se pokreće električnim motorom.

Kod apsorpcijskih hladnjaka, isparivač i kondenzator su u suštini isti, meñutim, kemijski apsorber i generator topline zamjenjuju kompresor, uz crpku koja osigurava promjene tlaka. Kako je za crpku potrebno puno manje energije nego za kompresor, potrošnja električne energije je mnogo manja.


Publ. no. 2009_001_HR 13


25



26

Razmotrimo snop cijevi unutar zatvorene posude s nešto vode koju je potrebno rashladiti dok teče kroz cijevi. Neka unutar posude bude vakuum. Pri tlaku od 0,8 kPa, voda ključa na 3,7°C. Poprskamo li vodom na vanjsku površinu snopa cijevi unutar posude: ukoliko je temperatura vode koja teče kroz cijevi veća od temperature vrenja vode pri zadanom tlaku poprskana voda isparava, apsorbirajući toplinu iz vode koja teče cijevima. Time je ostvaren proces hlañenja. Dio posude gdje je smješten snop cijevi naziva se ISPARIVAČ.

A Rashlañena voda; B Rashladno sredstvo: C Zatvorena vakuumizirana posuda



Publ. no. 2009_001_HR 14


27

U stvarnosti će prikazani proces vrlo brzo prestati djelovati ukoliko se ne izvedu neke nužne prilagodbe. Kako voda isparava, tlak unutar posude (a time i temperatura ključanja vode) se povećava. Kad temperatura ključanja postane veća od temperature vode u cijevima, proces isparavanja (a posljedično i proces hlañenja) prestaje. Problem se rješava korištenjem kemikalije npr. voda i litij bromid. Litij bromid ima velik afinitet prema vodi te posjeduje visok higroskopski potencijal. Ukoliko unutar posude raspršimo otopinu vode i litijeva bromida, ona će apsorbirati sve pare koje se stvaraju isparavanjem vode sa snopa cijevi isparivača. Time se tlak unutar posude održava na 0,8 kPa i proces hlañenja nastavlja. Apsorpcija vode putem litijeva bromida predstavlja egzotermički proces, što znači da se stvara toplina koju je potrebno ukloniti iz sustava. Radi toga postoji drugi snop cijevi unutar posude, unutar kojeg teče rashladna voda; na taj način se održava stalna temperatura unutar posude.



28

A Rashladno sredstvo, B Pare rashladnog sredstva, C Koncentrirana otopina LiBr, D Apsorpcijski proces, E Rashlañena voda, F Rashladna voda

Dio posude u kojem se nalazi ovaj drugi snop cijevi nazivamo APSORBER.



Publ. no. 2009_001_HR 15


29

Higroskopska svojstva otopine vode i litijeva bromida nisu konstantna. Ona ovise o dva čimbenika: a) Temperatura: afinitet vode i litijeva bromida raste s padom temperature,b) Koncentracija: kad je ova vrijednost niska (što znači da je razina soli u otopini vrlo niska) apsorpcijski kapacitet otopine je jako nizak. Ad a) voda koje teče apsorpcijskim cijevima održava unutrašnju temperaturu konstantnom. Ad b) apsorpcijski proces postaje manje učinkovit kad raste udjel vode apsorbirane u otopini. Kako bi se učinkovitost procesa održala konstantnom, nužno je razinu koncentracije svesti na početnu vrijednost. Najjednostavniji način da se to postigne je dovoñenje otopine do vrenja: zbog različitih pritisaka isparavanja vode i litijeva bromida, tijekom procesa isparavanja hlapi samo voda. Time se koncentracija otopine povećava.



30

Proces vrenja se odvija u namjenskoj posudi nazvanoj GENERATOR, gdje se sakuplja razrijeñena otopina. Generator se pokreće dostupnim izvorom topline: vrela voda, para ili neposredno izgaranje goriva. Po svršetku procesa vrenja, koncentrirana otopina se šalje u apsorber kako bi apsorbirala pare koje su nastale u isparivaču.

A Rashladno sredstvo, B Koncentrirana otopina LiBr, C Pare rashladnog sredstva, D Crpka za otopinu, E Rashlañena voda, F Rashladna voda, G Izvor topline



Publ. no. 2009_001_HR 16


31

Osim koncentrirane otopine, u generatoru takoñer nastaju i vodene pare. One se šalju u drugi izmjenjivač topline koji nazivamo KONDENZATOR, gdje ih se kondenzira protokom rashladne vode (iste one koja teče apsorberom). Ova kondenzirana voda se koristi kao rashladno sredstvo čijim se prskanjem u isparivaču postiže učinak rashlañivanja. Time je radni ciklus stroja u potpunosti zatvoren.

A Kondenzator, B Pare rashladnog sredstva, C Rashladna tekućina, D Koncentrirana otopina, E Generator, F Crpka za otopinu, G Rashlañena voda, H Rashladna voda,

I Izvor topline



32

Osnovni radni ciklus jedno-stupanjskog apsorpcijskog hladnjaka

I ISPARIVAČII APSORBERIII GENERATORIV KONDENZATORA Rashladna voda, B Rashlañena voda, C Crpka za otopinu, D Izvor topline



Publ. no. 2009_001_HR 17


33

Jednostupanjski srednje-temperaturni apsorpcijski hladnjaci pogonjeni vrućom vodom

1 Isparivač, 2 Apsorber, 3 Kondenzator, 4 Generator, 5 Izmjenjivač topline, 6 Pročistač, 7 Crpka pročistača, 8 Preljevna cijev, 9 Crpka za otopinu, 10 Rashladna crpka, 11 3-putni sigurnosniventil



34

Jednostupanjski apsorpcijski hladnjaci pogonjeni parom

1 Isparivač, 2 Apsorber, 3 Kondenzator, 4 Generator, 5 Izmjenjivač topline, 6 Pročistač, 7 Crpka pročistača, 8 Preljevna cijev, 9 Crpka za otopinu, 10 Rashladna crpka, 11 3-putni sigurnosniventil



Publ. no. 2009_001_HR 18


35

Generator: Unutar ovog izmjenjivača topline, razrijeñena otopina LiBr koncentracije 57,8% i temperature 69°C zagrijava se uz pomoć pare (tlaka od 50 do 300 kPa) koja teče cijevima. Zahvaljujući toplini, otopina počinje vreti a njezina koncentracija i temperatura rastu na 63%, odnosno 92°C. Tako iz generatora izlaze ova koncentrirana otopina i rashladne pare.

Izmjenjivač topline: Vruća koncentrirana otopina koja dolazi iz generatora šalje se u apsorber nakon kojeg prolazi kroz povratni izmjenjivač topline. U njemu koncentrirana otopina predgrijava s 35°C do 69°C slabu otopinu koja dolazi iz apsorbera i odlazi u generator. Temperatura koncentrirane otopine pada na 45°C. Korištenje ovog izmjenjivača topline dovodi do općenitog povećanja učinkovitosti stroja.



36

Apsorber: Kad otopina stigne do apsorbera, raspršuje se po snopu cijevi unutar kojih teče rashladna voda. Kapljice koncentrirane otopine apsorbiraju sve pare nastale u odjeljku isparivača, tako da se održava stalan tlak unutar ljuske. Otopina LiBr se razrjeñuje na koncentraciju od 57,8% i temperaturu od 35°C. Odavde se otopina crpi u generator u kojem se ponovo koncentrira korištenjem izvora topline koji koristi stroj. Kao što je već ranije prikazano, rashladna voda teče unutar cijevi apsorbera, s obzirom da je apsorpcija vode u otopinu LiBr egzotermički proces. Toplina koja se oslobaña u ovom procesu naziva se toplina miješanja. Ukoliko se ova toplina ne ukloni iz stroja, temperatura otopine će porasti i posljedično tomu će se smanjiti afinitet otopine prema vodi. Tako će u konačnici apsorcijski postupak postati manje učinkovit.Kondenzator: Pare rashladnog sredstva koje dolaze iz generatora ulaze u kondenzator gdje se kondenziraju uz pomoć rashladne vode koja teče unutar cijevi. Rashladna tekućina se sakuplja na dnu kondenzatora i šalje u isparivač. Tlak unutar kondenzatora iznosi oko 0,87 kPa, dok temperatura iznosi otprilike 42°C.



Publ. no. 2009_001_HR 19


37

Isparivač: Rashladno sredstvo koje dolazi iz kondenzatora ulazi u isparivač u kojem je tlak niži nego u kondenzatoru; stoga se rashladno sredstvo brzo rashlañuje na 3,7 °C što je temperatura vrenja koja odgovara tlaku unutar ljuske, te pada na cijevi isparivača. Kad se prikupi na dnu, crpka rashladnog sredstva ju crpi na razdjelnu rešetku isparivača, otkuda zbog gravitacije kaplje na snop cijevi. Kako rashladno sredstvo dolazi u dodir sa cijevima, ono isparava preuzimajući toplinu od vode koje teče unutar cijevi. Tako se ta voda hladi na zahtjevanu temperaturu.



ALTERNATIVNI SUSTAVI I OBNOVLJIVI IZVORI ENERGIJE KOGENERACIJA

38

U kogeneracijskim procesima se istovremeno proizvodi električna i toplinska energija, odnosno u procesu proizvodnje električne energije se ispušni plinovi koriste za proizvodnju toplinske energije. Ovo je temelj visoke energetske učinkovitosti pretvorbe goriva u korisne oblike energije kod kogenracijskih procesa. Kogeneracija se općenito definira kao korištenje primarne energije goriva u istom procesu za proizvodnju dvaju korisnih energetskih oblika: toplinske energije i korisnog rada.Sam pojam kogeneracija dolazi od engleskog pojma co-generation, odnos gdje generation znači proizvodnja, a prefiks co označava vršenje radnje u isto vrijeme. U tom smislu, ispravna naziv za kogeneraciju u hrvatskom jeziku bio bi su-proizvodnja, no s obzirom da je u stručnim krugovima već uvriježen izraz kogeneracija, isto će se koristiti i u ovome radu.


Publ. no. 2009_001_HR 20


39

Shematski prikaz pretvorbe energije u kogeneracijkom postrojenju



40

Osnovne cjeline svakog kogeneracijskog sustava čine:

pogonski (energetski) agregat,ureñaj za dobavu i pripremu goriva,postrojenje za proizvodnju električne energije,sustav za korištenje otpadne topline,sustav ispušnih (dimnih) plinova.upravljački i kontrolni sustav.

Faktori koji odreñuju korištenje konkretnog kogeneracijskog procesa su:energetski kapacitet postrojenja,učinkovitost postrojenja,kvaliteta odnosno energetski nivo proizvedene toplinske energije,odnos proizvodnje električne i toplinske energije.



Publ. no. 2009_001_HR 21


41

Principijelna shema kogeneracije na bazi motora s unutarnjim izgaranjem



42

Energetska bilanca kogeneracijskog procesa na bazi atmosferskog plinskog motora



Publ. no. 2009_001_HR 22


ALTERNATIVNI SUSTAVI I OBNOVLJIVI IZVORI ENERGIJE TRIGENERACIJA

43

Svaki kogeneracijski proces pruža mogućnost proizvodnje rashladne energije koristeći proizvedenu toplinsku energiju u apsorpcijskim procesima. Druga opcija proizvodnje rashladne energije u kogeneracijskim procesima je korištenje mehaničkog rada za pokretanje kompresora, pri čemu se istovremeno proizvodi rashladna i toplinska energija.

Proces u kojem se proizvedena toplinska energija u kogeneracijskom procesu koristi za proizvodnju rashladne energije često se naziva trigeneracijski sustav.

U trigenracijskim sustavima koji se koriste u postrojenjima kondicioniranja zgrada obično se koriste jednostupanjski ili apsorpcijski rashladni ureñaji.


44

Shema trigeneracijskog sustava na bazi motora i jednostupanjskog apsorbera



Publ. no. 2009_001_HR 23


45

Energetska bilanca trigeneracijskog sustava



ALTERNATIVNI SUSTAVI I OBNOVLJIVI IZVORI ENERGIJE Fotonaponske ćelije

46

Fotoelektrični efekt otkrio je Becquerel 1839., objasnio Einstein 1905. –Nobelova nagrada 1921. Princip rada: Pod djelovanjem fotona izbijaju se elektroni iz osiromašenog područja PNspoja (obično silicij) i putuju prema negativnom sabirniku, a pozitivne čestice(šupljine) prema pozitivnom sabirniku – EM sila (napon).

Fotonaponske ćelije - Izravna pretvorba Sunčeve energije u električnu struju

Napon jedinične ćelije: 0,5 V Gustoća struje: od 50 A/m2 na više ovisno o: vrsti materijala ćelije i intenzitetu zračenja


Publ. no. 2009_001_HR 24


47

Amorfne

η= 4 do 6 %

Polikristalne

η= 10%

Monokristalne,

η= 15%

VRSTE FOTONAPONSKIH ĆELIJA

ALTERNATIVNI SUSTAVI I OBNOVLJIVI IZVORI ENERGIJE Fotonaponske ćelije


ALTERNATIVNI SUSTAVI I OBNOVLJIVI IZVORI ENERGIJE GORIVNE ĆELIJE

48

IZRAVNA PRETVORBA SUNČEVE ENERGIJE U ELEKTRIČNU STRUJU1 Vodik se vodi kroz kanale uz anodu na jednoj strani gorivne ćelije, a kisik ili zrakna drugoj strani uz katodu

2 Platina kao Katalizator izaziva cjepanje vodika na pozitivne protone inegativne elektrone

3 Membrana (polimerni elektrolit – PEM) propušta samo protone prema katodi. Elektroni moraju putovati vanjskim krugom tvoreći el. Struju

4 Na katodi se protoni i elektroni vodika spajaju skisikom tvoreći vodu


Publ. no. 2009_001_HR 25


49

IZRAVNA PRETVORBA SUNČEVE ENERGIJE U ELEKTRIČNU STRUJU

Alternativna goriva:- alkohol, metan, viši ugljikovodiciAlternativni oksidanti:- klor, klordioksidVrste:Niskotemperaturne (50 – 220°C) : PEMFC (proton exchange membrane fuel cell) η = 0,5 – 0,7; ηsist= 03 – 0,5 ; ~10 €/WVisokotemperaturne (600 – 1100°C) : η= 0,5 – 0,7; ηsist= 0,3 – 0,5 ; ηkogen = 0,9 SOFC (solid oxidant fuel cell) ~8 €/WMCFC (molten carbonate fuel cell) ~20 €/W Za usporedbu:Konvencionalno kogeneracijsko postrojenje:ηel = 0,35 ; ~0,5 €/W (za >1 MW)Diesel-električni agregat:ηel < 0,3 ; ~0,3 €/W (do 0,3 MW)

ALTERNATIVNI SUSTAVI I OBNOVLJIVI

IZVORI ENERGIJE GORIVNE ĆELIJE


ALTERNATIVNI SUSTAVI I OBNOVLJIVI IZVORI ENERGIJE BIOMASA

50

NASTAJE FOTOSINTEZOM (30 TW - 0,25% UKUPNOG SUNČEVOG ZRAČENJA NA ZEMLJU)

Obuhvaća: drvo (brzorastuće), poljoprivredne kulture (žitarice, uljarice, trska, repa, trava) Ne uzrokuje povećanje emisije stakleničkih plinova

Načini uporabe:Izravno izgaranje drva i drvenog otpada – komadno drvo, sječka, pelete ~ 15 MJ/kg

Proizvodnja:tekućih biogoriva biodizel (~ 37 MJ/l) ekstrakcija iz uljarica – repica,palmebioetanol (~ 27 MJ/kg) fermentacija šećera ili škroba iz poljoprivrednih proizvodabioplin (18 – 25 MJ/m3 – ovisno o udjelu CH4 – 50 -75%) anaerobno vrenje biomase, ali i svakog drugog organskog otpada


Publ. no. 2009_001_HR 26


ALTERNATIVNI SUSTAVI I OBNOVLJIVI IZVORI ENERGIJE SUNČEVOG ZRAČENJA

51

Ukupno zračenje sunca (termonuklearna energija) 380 000 x 109 TW.

Do granice zemaljske atmosfere dospijeva 170 000 TWAtmosfera reflektira 30% te energijeNa površinu Zemlje dospijeva 120 000 TW, a što je 9 000 puta više od proizvodnje primarne energije na Zemlji (13 TW)

Sunčeva konstanta: 1367 W / m2Ukupno dozračena snaga na granici atmosfere

Dozračena energija se troši na:održavanje temperature oceana i kopnacirkulaciju atmosfere i vode (isparavanje)fotosintezu (30 TW ili 0,025%)

Narušena ravnoteža dozračene i odzračene energije: efekt staklenika


52

DIREKTNO I DIFUZNO ZRAČENJE

Zračenje dospijeva na zemlju kao DIREKTNO i DIFUZNO (raspršeno)Raspršenje se dogaña:Na česticama vode (oblaci) i prašineNa molekulama plinova u atmosferi (Rayleighovo raspršenje)Udio difuznog zračenja je veći zimi a manji ljeti.



Publ. no. 2009_001_HR 27


53

Solarni sustaviza pripremu PTV-a u najvećem broju slučajeva koriste se kao dodatni izvori topline, dok kao osnovni i dalje služe plinski, uljni ili električni kotlovi.

a) kolektor b) spremnik tople vode s izmjenjivačem topline c) solarna stanica s crpkom i regulacijom d) razvod s odgovarajućim radnim (solarnim) medijem.

Konfiguracija sustava zagrijavanja PTVsa solarnim kolektorima



54



Publ. no. 2009_001_HR 28


55



56

VAKUUMSKI KOLEKTOR

S APSORBERSKIM PLOČAMA

VAKUUMSKI KOLEKTOR

HEAT PIPE



Publ. no. 2009_001_HR 29


57

HEAT PIPE PRINCIP RADA



58

VAKUUMSKI KOLEKTOR OVALNI APSORBER



Publ. no. 2009_001_HR 30


59

Sastoji se vakumirane cijevi (Dewar-ova cijev) sa ili bez reflektirajućih zrcala koja usmjeravaju difuzno i direktno zračenje na selektivni apsorber.Radni medij: voda, alkohol, glikol Skuplji od pločastih tipova, osjetljivi na gubitak vakuuma, pogodniji za hladne klime s manjom insolacijom veća efikasnost u zimskim mjesecima, a u ljetnim omogućuju postizanje većih temperaturaZnatno viša cijena od pločastih koja ne prati povećanje efikasnosti te gubitak vakuuma tijekom nekoliko godina korištenja a time i pad efikasnosti.Loš omjer radne površine apsorbera i ukupne površine kolektora (veća ugradna površina u odnosu na većinu pločastih kolektora)

VAKUUMSKI SUNČANI KOLEKTOR KARAKTERISTIKE



ALTERNATIVNI SUSTAVI I OBNOVLJIVI IZVORI ENERGIJE BIOPLIN

60


Publ. no. 2009_001_HR 31


61



62



Publ. no. 2009_001_HR 32


63

1 objekti za uzgoj životinja2 spremišta za tekući gnoj3 kontejneri za sakupljanje

biootpada (kosupstrat)4 spremnik za sanitaciju5 spremnici za silažu na

otvorenom6 sustav za unošenje krute

sirovine7 digestor (bioplinski reaktor)8 spremnik za bioplin9 kogeneracijska jedinica10 skladište za digestat11 poljoprivredne površine12 transformacijska stanica,

predajaelektrične energijeu mrežu

13 korištenje toplinske energije



ALTERNATIVNI SUSTAVI I OBNOVLJIVI IZVORI ENERGIJE VJETAR

64

Iskoristiva snaga raste s kubom brzine!

Smještaj vjetroelektrane: morska obala, povišeni položaji

vjetroturbine – do 5 MW najčešće 1,5 – 3 MW

problem: raspoloživosti vjetra - iskoristivost 20 – 40%

prednost – zauzima najmanju površinu po kW, kompatibilno spoljoprivredom i stočarstvom


Publ. no. 2009_001_HR 33


65



66



Publ. no. 2009_001_HR 34


67



ALTERNATIVNI SUSTAVI I OBNOVLJIVI IZVORI ENERGIJE VODA

68

Iskorištavanje kinetičke energije gibanja vode- konvencionalno: hidroelektraneNekonvencionalno: korištenje plime, valova i morskih strujaProblem: većina vodotokova već iskorištena, ekološka pitanja

Elektrana Three Gorges, Kina, 22,5 GW


Publ. no. 2009_001_HR 35


69

Pelamis konverter energije morskih valova



70

Aksijalna turbina za korištenje plime,Strangford Lough, Sj. Irska



Publ. no. 2009_001_HR 36


ALTERNATIVNI SUSTAVI I OBNOVLJIVI IZVORI ENERGIJE GEOTERMALNA ENERGIJA

71

Koriste se izvori vrele vode (gejziri, duboke bušotine) i pareToplinski kapacitet Zemlje 1031JToplinski tok na površini Zemlje 44 TW (0,1 W/m2)Termonuklearna snaga Zemlje ~ 30 TWSvjetsko iskorištenje: 10 GW električno, 28 GW toplinsko

Utjecaj na okolinu:Geotermalna voda sadrži štetne tvari: CO2, SO2, Hg, As, Sb, ali je utjecaj na okolinu mnogostruko manji od termoelektrane na fosilna goriva

Intenzivno trošenje i povrat geotermalne vode može izazvati seizmičke poremećaje (Basel, Švicarska) i pomicanje tla (Novi Zeland, Njemačka)Tlocrtno do 2 x manje zahtjevno od nuklearne el. i do 5 x manje od termoelektrane.


72

Geotermalna kupka, Qin dinastija 3. st. p.kr.



Publ. no. 2009_001_HR 37


73

Jedna od 21 elektrana Geysers, Kalifornija, uk. inst. 750 MW



NORME I ISPITIVANJA SOLARNI HSUSTAVAGRIJANJA

74

Osiguranje visoke kvalitete proizvoda namijenjenih za sunčane instalacije od primarnog je značaja. Upravo su zato i donesene norme i procedure za potvrñivanje funkcionalnih karakteristika, trajnosti i sigurnosti sunčanih sustava i komponenata. Europske norme donesene su 2000. godine.

EN 12975 za sunčeve kolektore

EN 12976 za tvornički proizvedene sustave

Donesena je norma ENV 12977 za sustave koji se postavljaju kod korisnika i sastoje se od odreñenih komponenata i sastavljaju po tipskim shemama.


Publ. no. 2009_001_HR 38


75

Europske se norme pozivaju i na ISO norme koje obrañuju pojedina područja ispitivanja.

ISO 9459-2 Sustavi za potrošnu toplu vodu zagrijavani sunčevim kolektorima. Odreñivanje karakteristika i godišnjih karakteristika na osnovi mjerenja na otvorenom.

ISO 9459-5 Sustavi za potrošnu toplu vodu zagrijavani sunčevim kolektorima. Odreñivanje karakteristika na temelju ispitivanja kompletnog sustava i kompjutorske simulacije.



76

EN 12975-2 Područje primjene- Mjerenje toplinskog učinka kolektora sa i bez vjetra- Odreñivanje faktora promjene upadnog kuta- Odreñivanje toplinskog kapaciteta- Odreñivanje pada tlaka-Test kvalitete koji obuhvaća:

a. Tlačnu probub. Otpornost na visoku temperaturu (stagnacija)c. Otpornost na dugotrajnu insolacijud. Vanjski i unutrašnji toplinski šoke. Propusnost na oborinef. Otpornost na smrzavanjeg. Otpornost na mehanička opterećenja (oborine)h. Otpornost na udarce (tuča, kamenje)



Publ. no. 2009_001_HR 39


77

EN 19276-2 Područje primjene- Odnose se na veličine sustava do 10 m2 kolektora i spremnika do 900 L. Trajanje ispitivanja 3 mjeseca (mjerenje+simulacija)- Otpornost na smrzavanje- Zaštita od pregrijavanja- Tlačna proba- Prikladnost za pitku vodu- Otpornost na vanjske utjecaje- Zaštitna i sigurnosna oprema- Označavanje- Toplinske karakteristike sustava:a. Odreñivanje dodatne energije (el. grijač, kotao)b. Odreñivanje pomoćne energije (pumpa, regulacija)c. Odreñivanje isporučene energijed. Odreñivanje udjela sunčeve u ukupnoj energiji



78

e. Simulacija rada za različite pogonske i vremenske uvijetef. Provjera pokrivanja potreba bez rada kolektorag. Zaštita od povratnog strujanjah. Električna sigurnostIspitivanje komponenti:Spremnik za PTV i grijanje- odreñivanje toplinskih gubitaka, ukupne godišnje prikupljene energije u kombinaciji s različitim kolektorima ili regulacijom ili pumpama.Ispitivanje materijala gradnje- Odreñivanje propusnosti stakla, karakteristika premaza apsorbera, faktora promjene upadnog kuta stakla.Posebna ispitivanja- Paralelna ispitivanja dva usporediva sustava- Ispitivanje kombiniranih sustava za PTV i grijanje prostora (sunčevi sustav + kotlovi na biomasu, plin, ulje)



Publ. no. 2009_001_HR 40


79

CE označavanje kolektora i sustava

Kolektori i elementi sustava su aparati pod tlakom tako da u odreñenim slučajevima potpadaju pod tlačnu opremu. Kad će to biti ovisi o iznosu umnoška radnog tlaka i volumena koji zauzima radni medij. Isto tako pojedini dijelovi sustava kao što su akumulacijski spremnici potpadaju pod direktivu grañevni proizvodi, a pumpe i regulacija pod niski napon i EM kompatibilnost.

Sunčevi kolektori su pod tlakom sustava. Prema zahtjevima direktive slijedi da moraju zadovoljiti zahtjeve direktive ukoliko je PS*V>50 bar*lit. i u tom slučaju biti označeni CE oznakom. U slučaju da je P*V≤50 bar*lit. kolektori se rade prema dobroj inženjerskoj praksi i ne označavaju se CE oznakom vezano za ovu direktivu.



80

CE označavanje prema direktivi za grañevne proizvodeStavljanje CE oznake prema ovoj direktivi je u pripremi a norma koja bi to podržavala je izdana od strane Komisije EU pod nazivom “Naprave za prihvat energije”. Ostale se direktive (Niski napon i EM kompatibilnost odnose na pumpe i regulaciju) te ukoliko su ti elementi zastupljeni u sustavu oni moraju imati CE oznaku.Iako se sva poticajna i druga regulativa koja se odnosi na ugradnju i uporabu sunčanih sustava poziva na EN u mnogim se slučajevima zahtjevi za certificiranjem meñusobno razlikuju u pojedinim zemljama.Mnoge zemlje koje daju poticaje ne prihvaćaju proizvode certificirane u drugoj državi iz razloga što isti nisu ispitani od priznate treće strane.Europska udruga proizvoñača sunčane opreme (ESTIF) zajedno s CEN-om i Europskom komisijom donijela je odluku o uvoñenju posebnog programa ispitivanja sunčevih kolektora, sustava i druge opreme koja će provoditi nezavisne i za to akreditirane institucije.



Publ. no. 2009_001_HR 41


81

Oprema ispitana prema donesenim postupcima nosit će posebnu oznaku “The Solar Keymark”. ESTIF-European Solar Thermal Industry Federation.Procedure i oznaka Solar Keymark dobro su prihvaćeni u zemljama zajednice.CE oznaku na proizvod stavlja proizvoñač na osnovi svog sustava kvalitete.Keymark oznaku na proizvod stavlja treća neovisna strana koja prati sustav kvalitete proizvoñača.Ispitivanja koja se provode temeljem EN norma kazuju da ispitani uzorak zadovoljava zahtjeve primijenjene norme.



82

Solar Keymark je korak više jer osigurava da svi proizvodi koji dolaze na tržište zadovoljavaju norme. Solar Keymark je postao referenca državnim institucijama koje daju potpore za sunčane sustave. Proizvodi koji nose Solar Keymark korisnicima daje garanciju da su kupili kvalitetan proizvod.Ispitivanja za dobivanje ove oznake su za proizvoñače dragovoljna.Certifikat izdaje potvrñeno certifikacijsko tijelo. Ispitni izvještaj daje akreditirani laboratorij Proizvod koji nosi oznaku Keymark zadovoljava zahtjeve norma po kojima je ispitan i potvrñuje da je prošao sve tvorničke kontrole.



Publ. no. 2009_001_HR 42


83

Zaključak:

U vremenima sve veće uporabe energije i sve manjih zaliha fosilnih izvora preporučljivo je razumnije trošenje energije uz primjenu optimalnih sustava.

Ako se u obzir uzmu utjecaji na okoliš, to su najčešće alternativni sustavi i sustavi s obnovljivim izvorima energije, ako su takvi na raspolaganju.

ALTERNATIVNI SUSTAVI I OBNOVLJIVI IZVORI ENERGIJE, SOLARNI SUSTAVI GRIJANJA

ALTERNATIVNI SUSTAVI I OBNOVLJIVI IZVORI ENERGIJEseminar.tvz.hr/materijali/materijali9/S06-4.pdf ·...

Documents

Transcript of ALTERNATIVNI SUSTAVI I OBNOVLJIVI IZVORI ENERGIJEseminar.tvz.hr/materijali/materijali9/S06-4.pdf ·...