Енергија и животна средина

(1)

5/9/2011 5/9/2011 11

Енергија

и

животна

средина

Ако је веровати ...

Залихе нафте ће бити потрошене 22. октобра 2047. године у 20.58 сати (www.energy.eu). Природни гас – нестаје 12. новембра 2068. године у 9.25 Угаљ 19. маја 2140. у 20.05. УводУвод НашеНашепотребепотребезазаенергијоменергијом извориизвориенергијеенергије – –необновљивинеобновљиви фосилнафосилнагоривагорива нуклеарнануклеарнаенергијаенергија – –обновљивиобновљиви обновљивиобновљивиизвориизвориенергијеенергије – –хидроелектранехидроелектране – –плимаплима – –ветарветар – –таласиталаси – –БиомасаБиомаса – –СоларнаСоларнаенергијаенергија СоларниСоларниколекториколектори соларнесоларнећелијећелије ШтедњаШтедњаенергијеенергије – –ТрансферТрансфертоплотетоплотеиитермалнатермалнаизолацијаизолација трансфертрансфертоплотетоплотеконвекцијомконвекцијом губицигубицитоплотетоплотезрачењемзрачењем

(2)

5/9/2011 5/9/2011 44

Увод

УниверзумУниверзумјејезатворенизатворенисистемсистем––укупниукупнизбирзбир енергије енергијеиимасемасемораморабитибитиочуваночувансасавременомвременом ЕнергијаЕнергијаненеможеможебитибитининистворенастворенанини уништена уништена --можеможесамосамодадапроменипромениформуформу..1. 1. принцип принциптермодинамикетермодинамике УнутрашњаУнутрашњаенергијаенергијаиитоплотатоплотасусуповезанеповезане–– топлота топлотајејеенергијаенергијакојакојасесеразмењујеразмењујеизмеђуизмеђу два двасистемасистемасасанеједнакимнеједнакимунутрашњимунутрашњим енергијама енергијама УУономеономештоштообичнообичноназивамоназивамо““горивогориво””јеје енергија енергија““ускладиштенаускладиштена”” УУфосилнимфосилнимгоривимагоривимајејеускладиштенаускладиштенауу основи основисунчевасунчеваенергијаенергија––приприњиховомњиховом сагоревању сагоревањусесе““хемијскахемијска””енергијаенергијаконвертујеконвертује у удругедругеформеформеенергијеенергије 5/9/2011 5/9/2011 55

Увод

човекчовек< < --> > атмосфераатмосфера глобалноглобалнозагревањезагревање––повећањеповећање концентрације концентрацијеСОСО₂2 уунајвећојнајвећојмеримерипоследицапоследицасагоревањасагоревања фосилних фосилнихгоривагорива економскиекономскирастрастиипотребапотребазазаенергијоменергијом – –коликоколикоенергијеенергијенамнамтребатреба?? – –коликиколикисусунамнамизвориизвориенергијеенергије?? – –дадалилипостојепостојејефтинијијефтинијииичистијичистијиизвориизвори енергије енергије?? 5/9/2011 5/9/2011 66

Човек

и

енергија

МишићиМишићи животињеживотиње ватраватра((сагоревањесагоревање материјала материјалаодод целулозе целулозе)) енергијаенергијаводеводе енергијаенергијапарепаре ветарветар енергијаенергијаизиз фосилних фосилнихгоривагорива соларнасоларнаенергијаенергија нуклеарнануклеарна енергија енергија енергијаенергијаплимеплиме

(3)

5/9/2011 5/9/2011 77

Шта

је

енергија

?

КарактеристикаКарактеристикасистемасистема – –меримерисесеспособношћуспособношћутелателададаизвршиизврширадрад УниверзумУниверзумјејезатворенизатворенисистемсистем––укупниукупнизбирзбир енергије енергијеиимасемасемораморабитибитиочуваночувансасавременомвременом СваСваенергијаенергијауууниверзумууниверзумупотичепотичеодод““ВеликеВелике експлозије експлозије””––иисамосамосесеконвертујеконвертујеизизобликаобликауу облик облик ГориваГоривасусумедијумимедијумиуукојимакојимајејеенергијаенергија ускладиштена ускладиштена––имаимапунопунообликаобликагоривагорива ЕнергетскаЕнергетскакризакризананаЗемљиЗемљиненезначизначидаданеманема довољно довољноенергијеенергије. . ЊеЊеимаима, , речречјејеоотометомедаданенеможемоможемодовољнодовољно ефикасно ефикаснодадајејеекстрахујемоекстрахујемо, , конвертујемоконвертујемоии ускладиштимо ускладиштимо 5/9/2011 5/9/2011 88

Облици

енергије

КинетичкаКинетичкаенергијаенергија – –енергијаенергијакретањакретања––механичкогмеханичког транслационатранслациона,, ротационаротациона осцилаторнаосцилаторна ПотенцијалнаПотенцијалнаенергијаенергија – –енергијаенергијаасоциранаасоциранаположајуположајутелателаууфизичкомфизичкомпољупољу електричноелектрично магнетномагнетно гравитационогравитационо ЕлектричнаЕлектричнаилиилимагнетнамагнетна – –струјањеструјањеилиилиакумулирањеакумулирањенаелектрисањанаелектрисања ЕлектромагнетнаЕлектромагнетна((ЕМЕМ) ) енергијаенергија – –енергијаенергијаЕМЕМпољапољаилиилиталасаталаса––обликоблик““чистечисте””енергијеенергијекојакојанијеније асоцирана асоциранамасимаси ХемијскаХемијскаенергијаенергија – –енергијаенергијакојакојасесеослобађаослобађакаокаорезултатрезултаткадакадаатоматомилиилимолекулмолекул награде наградехемијскихемијскистабилнијустабилнијуконфигурацијуконфигурацију––обликобликенергијеенергијекојакојајеје ускладиштена ускладиштена НуклеарнаНуклеарнаенергијаенергија – –обликоблик““хемијскехемијске””енергијеенергијеууслучајуслучајујезгарајезгара УнутрашњаУнутрашњаенергијаенергија – –повезанаповезанасасатемпературомтемпературомтелателакојакојајејепакпакповезанаповезанасасахаотичнимхаотичним кретањем кретањематомаатомаиимолекуламолекула

Ослобађање енергије

при сагоревању

Реч је о енергији која се ослобађа у виду топлоте (реакција је егзотермна) при реакцији горива са кисеоником. Један део енергије хемијске везе се претвара у топлоту Хемијска реакција: хидрокарбонат обично реагује са кисеоником и даје угљен диоксид, воду и топлоту. _{Природни} ₅₄ 27 Угаљ (антрацит) 15,0 Угaљ (лигнит) 15,0 дрво 49,2 бутан 49,9 пропан 29,8 етанол 45 дизел 47 бензин 141,9 водоник kJ/g гориво

(4)

5/9/2011 5/9/2011 1010

Енергија

и

једначине

КинетичкаКинетичка ГравитационаГравитациона потенцијална потенцијална ЕМЕМенергијаенергија НуклеарнаНуклеарна ЕлектричнаЕлектрична потенцијална потенцијалнадвадва наелектрисања наелектрисања ЕлектричнаЕлектричнаенергијаенергија ускладиштена ускладиштенауу кондензатору кондензатору МагнетнаМагнетнаенергијаенергија ускладиштена ускладиштенауукалемукалему ν h EEM= 2 2 1 CU Ep= 2 mc E= mgh Ep= 2 2 1 mv Ek= 2 2 1 LI Ep= r q kq Ep 2 1 = 5/9/2011 5/9/2011 1111

Очување

енергије

и

1.

1. закон

закон

термодинамике

ТоТопплоталотајејеенергијаенергијакојукојуразмењујуразмењујудвадвателатела различитих различитихтемпературатемпература((имајуимајуразличитеразличите унутрашње унутрашњеенергијеенергије) ) којакојасесеналазеналазеуу термалном термалномконтактуконтакту енергијаенергијаненеможеможедадасесествористворининиуништиуништининиуу једном једномпроцесупроцесу––онаонасамосамомењамењаобликеоблике. . МасаМаса се семожеможесматратисматративрстомврстом““кондензованекондензоване енергије енергије”” ОчувањеОчувањеенергијеенергијејејеисказаноисказано1. 1. закономзаконом термодинамике термодинамикекојикојиповезујеповезујерадрад((AA) ) којикојивршиврши систем систем((илиилијејеизвршенизвршеннаднадњимњим) ) иипроменупроменууу његовој његовојунутрашњојунутрашњојенергијиенергији((DDUU) ) крозкроз размену разменутоплотетоплоте((DDQQ)) A U Q=∆ + ∆ 5/9/2011 5/9/2011 1212

Фосилна

горива

фосилнафосилнагоривагорива – – угаљугаљ, , нафтанафта, , природниприродни гас гас НасталиНасталипрепреокооко360 360 милиона милионагодинагодина НекеНекерезерверезервеугљаугља потичу потичуизизвременавремена диносауруса диносауруса(65 (65 милионамилиона година година)) биљкебиљкесусуумиралеумирале, , падале падаленанаднодноокеанаокеанаии тонуле тонулеуумуљмуљ–– прекривале прекривалесесе седиментним седиментнимстенамастенама, , под подпритискомпритискомостајалеостајале без безводеводе, ,

(5)

5/9/2011 5/9/2011 1313

Фосилна

горива

-

угаљ

ПрвиПрвипутпутјејеупотребљенупотребљенууКиниКинипрепреокооко3 000 3 000 годинагодина НајбогатијиНајбогатијииинајјефтинијинајјефтинијиобликобликфосилнихфосилнихгоривагорива––првипрви који којисесекористиокористиовеомавеомаширокоширокоууцеломцеломсветусвету САДСАД, , КинаКинаииРусијаРусијапоседујупоседују75% 75% светскихсветскихрезервирезервиугљаугља ГлавнеГлавнеприменепримене: : грејањегрејање((домовадомоваиииндустријеиндустрије), ), производња производњаелектричнеелектричнеенергијеенергијеуутермоелектранаматермоелектранама ( (парапара) ) ЧврстиЧврстихидрокарбонатихидрокарбонатисусуформираниформиранидепоновањемдепоновањемостатакаостатака биљака биљакауутокутокуКарбонаКарбона((деодеоПалеозоикаПалеозоика (~325 (~325 милионамилионагодинагодина)))) (карбохидрати у хидрокарбонат) парне турбине (унутрашња у механичку и у електричну) соларна у хемијску хемијска у унутрашњу 5/9/2011 5/9/2011 1414

Фосилна

горива

–

сирова

нафта

ТечниТечнихидрокарбонатихидрокарбонатисусуформираниформиранидепоновањемдепоновањемостатакаостатака микроскопских микроскопскихморскихморскихорганизамаорганизама(~325 (~325 милионамилионагодинагодина)) )) ––подпод високим високимпритискомпритискомиитемпературомтемпературом.. ИзИзтетесмесесмесејејеистиснутаистиснутаводаводакојакојајејеишлаишлананагорегорекрозкрозотвореотворе порозних порознихстенастенадокдокнисунисупостпостаалеленепропусненепропусне користикористисесевишевишеодод5000 5000 годинагодина представљапредстављаокооко35% 35% светскесветскеенергијеенергије главниглавнипроизводипроизводисусу – – керозинкерозин, , бензинбензин, , ТНГТНГ, , уљеуље, , пластикапластика окооко85% 85% енергијеенергијекојакојасесекористикористизазатранспорттранспорт

75% 75% резервирезервисесеналазиналазиууземљамаземљамаOPEC (Organization of the OPEC (Organization of the

Petroleum Exporting Countries) Petroleum Exporting Countries)

дестиловање соларна у хемијску хемијска у унутрашњу и механичку

Фосилна

горива

–

природни

гас

НастајеНастајеконверзијомконверзијоммикромикро- -орг оргаанскихнскихматеријаламатеријалакојихкојих има иматамотамогдегдеимаимадругихдругих фосилних фосилнихгоривагорива ТриТриглавнеглавнефракцијефракције:: – – метанметан((уунајвећојнајвећојмеримери)),, – – пропанпропаниибутанбутан највећенајвећесветскесветскерезерверезервесусууу Персијском Персијскомзаливузаливу СагореваСагоревачистијечистијеододугљаугљаии нафте нафте ГлавнаГлавнаприменапримена – – зазапогонпогонелектранаелектранананагасгас – – загревањезагревањекућакућаиикувањекување – – уупочеткупочеткусесекористиокористиосамосамозаза осветљавање осветљавањеулицаулицауу градовима градовима ПопуларноПопуларногоривогоривојерјеруу процесу процесусагоревањасагоревањамаломало загађује загађујеатмосферуатмосферу

(6)

5/9/2011 5/9/2011 1616

Фосилна

горива

-

проблеми

ОчигледниОчигледни – –необновљивинеобновљивисусу – –загађењезагађењеприприпроизводњипроизводњи – –загађењезагађењеприликомприликомтранспортатранспорта – –загађењезагађењетокомтокомкоришкоришћћењаења НеочигледниНеочигледни – –повећањеповећањеконцентрацијеконцентрацијегасовагасовастакленестакленебаштебаште – –другидругизагађивачизагађивачи((оксидиоксидисумпорасумпора, , азотаазота, , разарањеразарање озона озона)) – –киселакиселакишакиша((растворенрастворенсумпорсумпорииоксидоксидазотаазота)) – –ратовиратови 5/9/2011 5/9/2011 1717

Светска

емисија

угљен

диоксида

-

подсетник

10

9

то

н

а

0 1 2 3 4 5 6 7 8 1750 1800 1850 1900 1950 2000 Година Течна горива Течна горива Укупно Укупно Гасна горива Гасна горива Чврста горива Чврста горива 5/9/2011 5/9/2011 1818

Потребе

за

енергијом

НајвишеНајвишекоришћенекоришћеневрстеврстеенергијеенергије – –уувећојвећојмеримерифосилнафосилнагоривагорива природниприроднигасгас нафтанафта угаљугаљ – –уумањојмањој дрводрво биоотпадбиоотпад УУпочеткупочеткууглавномуглавномугаљугаљ одод1950 1950 нафтанафта јединицајединицазазамерумеру==еквивалентнаеквивалентнатонатонанафтенафте((1 toe 1 toe = = 1,331,33kWkW)) УкупнаУкупнапотрпотрooшњашња1990. 1990. годинегодине= 8730 = 8730 милиона милионаtoetoe= 12 = 12 TWTW

(7)

5/9/2011 5/9/2011 1919

Начини

на

које

се

користи

енергија

~

40%

за

грејање

и

хлађење

~

20%

за

загревање

на

високим

температурама

-

изнад

тачке

кључања

воде

(

индустрија

)

~

30%

за

транспорт

~

10%

за

уређаје

на

струју

(

осветљење

,

електронски

уређаји

,

...)

5/9/2011 5/9/2011 2020

Потрошња

енергије

У

чему

је

изражавати

?

– –тонатонаеквивалентнееквивалентненафтенафтепопогодинигодини((1 1 toe/year = toe/year = 1,331,33kWkW)) – –БританскаБританскатермалнатермалнајединицајединица--BTUBTU – –1 1 BTUBTU= = топлотнатоплотнаенергијаенергијапотребнапотребнадада подигне подигнетемпературутемпературуједнеједнефунтефунтеводеводезаза један једанстепенстепенФаренхајтаФаренхајта. . – –Q = c m Q = c m DDTT 11,8,8FF= 1 C= 1 C 1 1 funtafunta= = 0,4536 0,4536 kgkg 1 BTU = 1 BTU = 1055 1055 JJ. . 11BTUBTUјејевеомавеомамаламалајединицајединица. . једнаједнаобичнаобичнадрвенадрвена шибица шибица~ 1~ 1BTUBTUенергијеенергије. . већавећајединицајединица--кквадвад. .

(8)

5/9/2011 5/9/2011 2222

Јединице

за

снагу

:

Терават

Снага 1 103 ₁₀6 ₁₀9 ₁₀12 1 W 1 kW 1 MW 1 GW 1 TW Енергија 1 J = 1 W за 1 s 5/9/2011 5/9/2011 2323

Глобална

потрошња

енергије

, 2001

гас _хидро Укупно: 13.2 TW САД.: 3.2 TW (96 Quads) 5/9/2011 5/9/2011 2424

Потрошња

енергије

по

регионима

Потрошња Потрошњаенергијеенергијеууеквивалентнимеквивалентнимтонаматонама нафте нафтепопочовекучовекууу1990. 1990. годинигодини ( (1 toe = 1 toe = 1,331,33kWkW)) Северна СевернаАмерикаАмерика 7,827,82 Некадашњи НекадашњиСССРСССР 5,015,01 Западна ЗападнаЕвропаЕвропа 3,223,22 Источна ИсточнаЕвропаЕвропа 2,912,91 Латинска ЛатинскаАмерикаАмерика 1,291,29 Средњи Средњиистокисток 1,171,17 Пацифик Пацифик 1,021,02 Африка Африка 0,530,53 Јужна ЈужнаАзијаАзија 0,390,39 Свет Светуусредњемсредњем 1,661,66

(9)

5/9/2011 5/9/2011 2525

Број

људи

на

свету

Достиже максимум јер прираштај опада 5/9/2011 5/9/2011 2626

Прираштај

становништва

Негативан прираштај је повезан са проблемима у обезбеђивању енергије

Потрошња

енергије

има

(

горњи

)

лимит

График има асимптоту на око 350 MBtu по човеку годишње oдносно на 12 kWпо човеку, уз претпоставку да ће број ставновника расти до око 8.3 милијарди. USA: 350 Mbtu/човек/година (12 kW/човек) Друге индустријализоване земље: 200 MBtu/човек/година (7 kW/човек) Свет: 75 Mbtu/човек/година (2.5 kW/човек) Земље у развоју: 35 MBtu/човек/година (1 kW/човек)

(10)

5/9/2011 5/9/2011 2828 Нема нових изворишта нафте!

Производња

сирове

нафте

5/9/2011 5/9/2011 2929

Новооткривени

извори

сирове

нафте

у

свету

Површина испод обе криве је практично иста: ~2x1012 барела (1 барел нафте=42 галона=159 литара). 5/9/2011 5/9/2011 3030 Нема довољно нових извора гаса да би се повећала производња

Производња

гаса

(11)

5/9/2011 5/9/2011 3131

Фосилна

горива

+

уранијум

и

светска

потрошња

енергије

Уранијум није од велике помоћи. Потребни су нови извори енергије. 5/9/2011 5/9/2011 3232

Врсте

енергије

ПримарниПримарниизвориизвори – –обновљивиобновљиви сунцесунце водавода ветарветар биомасабиомаса геотермалнигеотермалниизвориизвори – –необновљивинеобновљиви фосилнафосилнагоривагорива––угаљугаљ, , нафтанафта, , природниприроднигасгас, , нуклеарна нуклеарнаенергијаенергија СекундарниСекундарниизворизвор--електричнаелектричнаенергијаенергија – –онаонасеседобијадобијаизизпримарнихпримарнихизвораизвора

Обновљивост

и

необновљивост

?

СвиСвиизвориизвориенергијеенергијесусууусуштинисуштини необновљиви необновљиви––нпрнпр. . СунцеСунцеимаимасвојсвојвеквек, , итд итд.. Обновљиво – мисли се да неће доћи до приметног смањења тог извора у интервалу од неколико људских генерација

(12)

5/9/2011 5/9/2011 3434

Обновљиви

извори

Њихово

учешће

у

укупној

енергији

данас

је

веома

мало

– –хидроелектранехидроелектране, , окооко6%6% – –биомасабиомаса((сагоревањесагоревањебиљакабиљака), 1,5%), 1,5% – –плимаплима, , соларнасоларнаенергијаенергија, , геотермалнагеотермална – –заједнозаједноокооко0,5%0,5% 5/9/2011 5/9/2011 3535

Хидролошки

циклус

((ХидроХидро))механичкамеханичка енергија енергија--енергијаенергија коју којупоседујупоседујуречниречни токови токови--последицупоследицу природних природнихкретањакретања воде водеподподдејствомдејством топлоте топлотеСунцаСунцаии гравитације гравитације. . обновљивиобновљивиизворизвор - -обнавља обнављасесесталностално падавинама падавинамаснегаснегаилиили воде водеууциклусуциклусу кружења кружењаводеводе.. 5/9/2011 5/9/2011 3636

Принцип

рада

хидроелектране

Потенцијална енергија Кинетичка енергија Електрична енергија Механичка енергија Струја

(13)

5/9/2011 5/9/2011 3737

Највећи

произвођачи

енергије

у

хидроелектранама

5/9/2011 5/9/2011 3838

Највеће

бране

у

свету

Име Име ЗемљаЗемља ГодинаГодина МаксМакс. . снагаснага Годишња Годишња производ производ ња ња Three Gorges Three Gorges ( (тритрикањонакањона- -Јангцекјанг Јангцекјанг)) ChinaChina 20092009 18,200 MW18,200 MW Itaip

Itaipúú Brazil/ParaguayBrazil/Paraguay 19831983 12,600 MW12,600 MW 93.4 TW93.4 TW--hrshrs

Guri

Guri VenezuelaVenezuela 19861986 10,200 MW10,200 MW 46 TW46 TW--hrshrs

Grand Coulee

Grand Coulee United StatesUnited States 1942/801942/80 6,809 MW6,809 MW 22.6 TW22.6 TW--hrshrs

Sayano Sayano

Shushenskaya

Shushenskaya RussiaRussia 19831983 6,400 MW6,400 MW

Robert

Robert--BourassaBourassa CanadaCanada 19811981 5,616 MW5,616 MW

Churchill Falls

Churchill Falls CanadaCanada 19711971 5,429 MW5,429 MW 35 TW35 TW--hrshrs

Iron Gates

Iron Gates Romania/SerbiaRomania/Serbia 19701970 2,280 MW2,280 MW 11.3 TW11.3 TW--hrshrs

Хидроенергија

конвертујеконвертујесесепотенцијалнапотенцијалнаенергијаенергија воде водекојакојасесеналазиланалазилананависинивисиниhh, , уу кинетичку кинетичку густинагустинаводеводеrr=m/V=m/V, , запреминскизапремински проток протокQ=V/t, Q=V/t, брзинабрзинаструјањаструјањаuuии максималнамаксималнаснагаснагаPP₀₀којакојаможеможедадасесе генерише генеришејеје

Q

u

ghQ

P

2

2 0

=

ρ

=

ρ

(14)

5/9/2011 5/9/2011 4040

Пелтонова

импулсна

турбина

млазмлазводеводебрзинебрзинеuu_mmпогађапогађалопатицелопатицебрзинебрзинеuullуудоњемдоњемделуделутурбинетурбине ууидеалномидеалномслучајуслучајулопатицалопатицаскрећескрећемлазмлаззаза18018000_.. уусистемусистемуреференцереференцелопатицелопатице, , брзинабрзинамлазамлазаводеводе, , препреудараудараууњуњујеје u u_mm--uull, , докдокјејенаконнаконудараудараистаистапопоинтензинтенз. . самосамосупротносупротноусмеренаусмерена.. силасилакојомкојоммлазмлазделуједелујенаналопатицулопатицујеје

(

m l

)

l m _Q_u _u V V t u u m t p F = − ∆ − = ∆ ∆ = 2 ( ) 2

ρ

5/9/2011 5/9/2011 4141

Пелтонова

импулсна

турбина

имаимамаксимуммаксимумзаза um=ul/2 тадатадајејеуупотпуностипотпуностипредатапредатакинетичкакинетичкаенергијаенергијамлазамлазатурбинитурбиниии њена њенаефикасностефикасностјеје100%100% реалнореалнојејеодод50% (50% (зазамалемалетурбинетурбине~~1010MWMW) ) додо90% (90% (зазавеликевелике комерцијалне комерцијалнесистемесистеме))

(

m l

)

l l Qu u u Fu P= =2ρ − трансферисанатрансферисанаснагаснага

Френсисове турбина

(15)

5/9/2011 5/9/2011 4343

Плима

и

осека

5/9/2011 5/9/2011 4444

Плима

и

осека

највидљивијинајвидљивијирезултатрезултатделовањаделовања гравитације гравитацијеМесецаМесецананаЗемљуЗемљу упрошћениупрошћениприказприказ • Месец привлачи Земљу јаче него воду са друге стране • Земља ротира око своје осе а места на којима су плиме задржавају свој положај у односу на Месец • откуд плима и са друге стране? • колико пута дневно се дешава? • да ли Сунце, као најмасивније тело у планетарном систему има

Утицај

Сунца

на

плиму

и

осеку

утицајутицајСунцаСунцајејеполовинаполовинаутицајаутицајаМесецаМесеца највећенајвећеплимеплиме––пролећнепролећне––кадакадасусуЗемљаЗемља, , Месец МесецииСунцеСунцеууједнојједнојлинијилинији

(16)

5/9/2011 5/9/2011 4646

Утицај

Сунца

на

плиму

и

осеку

утицајутицајСунцаСунцајејеполовинаполовинаутицајаутицајаМесецаМесеца најниженајнижекадакадајејеСунцеСунцеподподправимправимугломугломуу односу односунаналинијулинијукојакојаспајаспајаположајеположајеЗемљеЗемљеии Месеца Месеца 5/9/2011 5/9/2011 4747

Коришћење

плиме

за

производњу

енергије

БранаБранасесеправиправидада одвоји одвојизаливзаливодод мора мора.. онаонадозвољавадозвољава плими плимидадапрођепрође кроз крозњуњуиинапунинапуни базен базен.. кадакададођедођедодоосекеосеке, , вода водапролазипролазикрозкроз турбину турбину, , покрећепокрећејеје и игенеришегенеришеструјуструју.. 5/9/2011 5/9/2011 4848

Коришћење

плиме

за

производњу

енергије

БранаБранасесеправиправидада одвоји одвојизаливзаливодод мора мора.. онаонадозвољавадозвољава плими плимидадапрођепрође кроз крозњуњуиинапунинапуни базен базен.. кадакададођедођедодоосекеосеке, , вода водапролазипролазикрозкроз турбину турбину, , покрећепокрећејеје и игенеришегенеришеструјуструју..

(17)

5/9/2011 5/9/2011 4949

Коришћење

плиме

за

производњу

енергије

*

ПросечнаПросечнаснагаснагакојакојасесеослободиослободипопоједномједном плимском плимскомциклусуциклусупериодапериодаttјеје

τ

ρ

τ

2 2 g S R E P= p = НекаНекајејеразликаразликауувисинивисиниизмеђуизмеђуплимеплимеииосекеосекеR,R, површина површиназаливазаливаизаизабранебранеS,S,густинагустинаводеводеrr..ЊенаЊена маса масајејеондаондаm= m= rrSR. SR. ЦентарЦентаргравитацијегравитације((нападнанападна тачка тачкасилесилетежетеже) ) сесеналазиналазинанаR/2R/2((нивонивоводеводеизаиза бране браненијенијесталносталноRRкадакадаонаонапочнепочнедадаистичеистиче)) ПотенцијалнаПотенцијалнаенергијаенергијакојакојасесеослободиослободиприприкретањукретању воде водеууједномједномплимскомплимскомциклусуциклусујеје 2 2 2 g S R R mg Ep

ρ

= = 5/9/2011 5/9/2011 5050

Коришћење

таласа

за

производњу

енергије

OOсцилујућисцилујућиводениводениииваздушниваздушни стуб стуб ДолазећиДолазећиталасталасизазиваизазива померање померањеваздушногваздушногстубастубанана горе гореууцевицевииитератературбинутурбинудада се сеокрећеокреће ОдлазећиОдлазећиталасталасвучевучезазасобомсобом ваздух ваздухиитакотакоопетопетокрећеокреће турбину турбину

Таласи

на

мору

-

”

гравитациони

”

*

ТаласеТаласенанаморуморуизазиваизазиваветарветаркадакада прелази прелазипопоповршиниповршиниводеводе ТаласнаТаласнадужинадужинаll, , амплитудаамплитудаААии висина висинаH=2AH=2A ДубокаДубокаводавода((h h > l/2)> l/2), , фазнафазнабрзинабрзина таласа таласајеје ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ = λ π π λ h g c tanh 2 2 ПлиткаПлиткаводавода((h<h<l/20)l/20) gh c= π λ 2 g c= ОпштиОпштислучајслучај--измеђуизмеђуоваовадвадва((l/2l/2 < <h<h<l/20)l/20)

(18)

5/9/2011 5/9/2011 5252

Енергија

таласа

*

РеалниРеалниталаситаласисусусуперпозицијасуперпозицијавишевише таласа таласа--усредњавањеусредњавањеииобрачунобрачунпопо таласној таласнојдужинидужинидаједаје P g HsTs 2 2 64 1 _ρ = ТаласиТаласисусухармонијскихармонијскисистемсистем. . ЕнергијаЕнергијасадржанасадржанауу таласу таласу((попојединицијединицихоризонталнехоризонталнеповршинеповршине) ) можеможедадасесе запише запишекаокао 2 2 8 1 2 1 H g gA E= ρ = ρ гдегдејејеHH_ss––значајназначајнависинависина((просечнапросечнависинависина таласа таласа=4=4хстандарднахстандарднадевијацијадевијацијаелонгацијеелонгације) ) ааTTss значајни значајнипериодпериод––периодпериоддоминантнедоминантнеосцилацијеосцилације ТипичанТипичанталасталаснанаокеануокеануимаимаамплитудуамплитудуокооко1 1 метарметарии садржи садржиуусебисебиокооко70 70 kW mkW m--11 T H g T E P 2 2 16 1 _ρ πλ = = СнагаСнага 5/9/2011 5/9/2011 5353

Предности

плиме

,

осеке

и

таласа

Обновљив

има

је

довољно

(

процена

је

да

може

да

произведе

16%

потребне

енергије

.)

Нема

загађења

(

осим

у

току

изградње

)

Вода

је

бесплатан

извор

Углавном

не

спречава

миграцију

водених

животиња

5/9/2011 5/9/2011 5454

Недостаци

плиме

,

осеке

и

таласа

УтичеУтиченанаприобалниприобалниморскуморскуфлоруфлоруиифаунуфауну скупескупесусу((окооко1.2 1.2 милијардимилијардидоларадолара.).) имаиманегативаннегативанутицајутицајнанатуризамтуризам((мењамења визуелни визуелниизгледизгледобалеобале, , спортскиспортскириболовриболов, , пливање пливање, ..., ...)) одржавањеодржавањејејескупоскупо трансфертрансферпроизведенепроизведенеенергијеенергијејејескупскуп произведенапроизведенаснагаснаганијенијеконстантнаконстантна((збогзбог промене променеталасаталаса))

(19)

5/9/2011 5/9/2011 5555

Енергија

плиме

данас

Плима Плимасесевеомавеомамаломалокористилакористилакрозкроз историју историју. . ДанасДанассусунаправљененаправљене инсталације инсталацијенанавишевишеместаместауусветусвету – –ФранцускаФранцуска ((La La RanceRance, 240 MW, 240 MW)) – –ВеликаВеликаБританијаБританија – –БившиБившиСССРСССР – –КанадаКанада – –САДСАД У Упринципупринципујејемогућемогућедобитидобитивеликувелику количину количинуенергијеенергијенанаовајовајначинначиналиалијеје то то, , сасаданашњомданашњомтехнологијомтехнологијом, , јошјошувекувек релативно релативноскупоскупо 5/9/2011 5/9/2011 5656

Ветар

модернемодернетурбинетурбине––пропелерипропелерисасадведвеилиилитритри лопатице лопатице––пречникпречник33 33 мм генеришугенеришуокооко300 300 kWkWприприбрзинибрзиниветраветраокооко50 50 кмкм на начасчас(6 (6 попоБофоровојБофоровојскалискали)) ОстрвоОстрвоФароФаро, 50 , 50 MW, MW, штошточиничиниокооко90% 90% потребапотреба, , а аценаценајеје4/134/13ценеценеенергијеенергиједобијенедобијене сагоревањем сагоревањемфосилнихфосилнихгоривагорива.. великивеликисистемисистеми––фармефармеветроваветрова.. великевеликефармефармесусунепопуларненепопуларнејерјернарушавајунарушавају природну природнулепотулепоту старастараидејаидеја––1800. 1800. годинегодине, , више вишеодод10 000 10 000 ветрењачаветрењача у уВеликојВеликојБританијиБританији

Производња електричне

енергије ветром

Производња

електричне

енергије

ветром

(20)

5/9/2011 5/9/2011 5858

Ветар

ЗапреминаЗапреминаваздухаваздухакојакојапрођепрођекрозкроз попречни попречнипресекпресекSSзазавремевремеt t јеје КинетичкаКинетичкаенергијаенергија јединице јединицезапреминезапремине ваздуха ваздуха Sut V= 2 3 0 u S P ₌

ρ

2 2 u Ek

ρ

= СнагаСнагајеје 2 2 3 2 0 S u t uSt u P

ρ

= = СнагаСнагапопојединицијединици површине површинејеје 5/9/2011 5/9/2011 5959

Ветар

АкоАковетарветардувадуваподподугломугломкојикојинијенијеправправиитототребатреба узети узетиууобзиробзир ОвоОвојејемаксималнамаксималнаснагаснагаууветруветрукојукојунијенијемогућемогуће екстраховати екстраховатиуупотпуностипотпуности 2 2 1 1v Sv S =

β

ρ

cos 2 3 0 u S P = ЈедначинаЈедначина континуитета континуитета((заза нестишљив нестишљивфлуидфлуид) ) гласи гласи 5/9/2011 5/9/2011 6060

Снага

ветра

-

Бецов

лимит

β

ρ

cos 2 3 0 u C S P p = ТачанТачанизразизраззазаснагуснагусадржисадржиии коефицијент коефицијентперформансеперформансе 1 2 1 )/ (v −v v =

ε

ОдОдсвихсвихобновљивихобновљивихизвораизвораветарветарјејенајконајкоммпетитивнијипетитивнији фосилним фосилнимгоривимагоривима МаксимумМаксимумискоришћењаискоришћењајејезазаee=1/3!=1/3! НаконНаконтурбинетурбине, , ваздухваздухзадржавазадржава неку некубрзинубрзину, , штоштолимитиралимитираснагуснагу која којаможеможедадабудебудеекстрахованаекстрахована ( (БецовБецовлимитлимит)) ) 59 , 0 4 , 0 ( − = P C 2 ) 1 ( 4

ε

−

ε

= P C ОпсегОпсегвредностивредностиовоговог коефицијента коефицијента

(21)

5/9/2011 5/9/2011 6161

Weibull

-

ова

расподела

*

β α β

α

β

(/ ) 1 ) (v v e v f − − ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ = факторфакторскалескалеaa=5,1=5,1m/sm/s. . ПараметарПараметаробликаобликаb=1,5b=1,5 ВероватноћаВероватноћададаветарветаримаимабрзинубрзинуv v јеједатадата двопараметрарском двопараметрарскомрасподеломрасподелом 5/9/2011 5/9/2011 6262

Геотермална

енергија

•из топлоте која потиче из унутрашњости земље. •произведена радиоактивним распадом •најчешћа је хидротермална – подземне воде долазе у додир са загрејаним стенама и испарава 1.3 GW капациет у 1985

Геотермални

резервоари

(22)

5/9/2011 5/9/2011 6464

Биомаса

као

гориво

БиомасаБиомаса--билобилокојакојаорганскаорганскасупстанцасупстанца ( (материјаматеријабиљногбиљногилиилиживотињскогживотињског порекла порекла) ) којакојаможеможебитибитикоришћенакоришћенакаокао извор изворенергијеенергије. . – – дрвећедрвеће, , – – покошенипокошениусевиусеви,, – – морскаморскатраватрава,, – – отпациотпациживотињскогживотињскогпореклапорекла,, – – стајскостајскођубривођубриво, ... , ... БиомасаБиомаса--трансформисанатрансформисанаСунчеваСунчева енергија енергијаускладиштенаускладиштенауубиомасибиомасикрозкроз процес процесфотосинтезефотосинтезе((биљкебиљкекористекористе угљен угљендиоксиддиоксид, , водуводуииодређенеодређене минерале минераледаданаправенаправеугљенеугљенехидратехидрате). ). НајчешћиНајчешћиначинначиндадасесеизизбиомасебиомаседобиједобије енергија енергијајејесагоревањесагоревањебиомасебиомасе.. БиомасаБиомасајејекоришћенакоришћенахиљадамахиљадамагодинагодинаии она онајејенајпознатијинајпознатијиизворизворенергијеенергије. . ТоТојејеобновљивиобновљивиизворизворенергијеенергијејерјерјеје снабдевање снабдевањењомењоменеограниченонеограничено--увекувек може можедадасесезасадизасадииипорастепорастезазарелативнорелативно кратко кратковремевреме.. 5/9/2011 5/9/2011 6565

Биомаса

као

гориво

ПостојиПостоји4 4 главнаглавнатипатипабиомасебиомасе: : – –дрвећедрвећеиипољопривреднипољопривреднипроизводипроизводи, , – –чврстичврстиотпациотпаци, , – –земниземнигасгасии – –алкохолнаалкохолнагоривагорива. . СагоревањеСагоревањедрвећадрвећајејенајчешћинајчешћиначинначин за закоришћењекоришћењеенергијеенергијебиомасебиомасеиинана њега његаотападаотапада90% 90% ододукупнеукупнеенергијеенергије добијене добијенеизизбиомасебиомасе.. СагоревањеСагоревањечврстихчврстихотпадакаотпадака––уу термоелектранама термоелектранама––скупљескупљејејеододугљаугља али алинаснасрешаварешаваотпадаотпада 5/9/2011 5/9/2011 6666

Биомаса

као

гориво

метанметан––биогасбиогас--зазазагревањезагревањестакленихстакленихбаштибашти. . КукурузКукуруз, , пшеницапшеницаиидругедругежитарицежитарицемогумогудадасесекористекористе за запроизводњупроизводњуразнихразнихврставрстатечнихтечнихгоривагорива. . НајчешћиНајчешћисусуетанолетанолииметанолметанол. . ДанасДанассусуовоовојошјошувекувекприличноприличноскупаскупагоривагориваииценацена нафте нафтебибитребалотребалодадабудебудедвадвапутапутавећавећададабибисесе производња производњаетанолаетанолаииметаноламетанолаисплатилаисплатила. . МешањеМешање10% 10% етанолаетанолаии90% 90% бензинабензинадаједајегоривогоривокојекојесесе зове зовегасохолгасохол. . ГасохолГасохолпопоценицениможеможедадасесепоредипоредисасаценомценомбензинабензинаии може можедадасесекористикористикаокаопогонскопогонскогоривогоривозазамоторемоторе. . ОнОнтакођетакођеимаимависокувисокуоктанскуоктанскувредноствредностиичистијечистије сагорева сагореваододбензинабензина..

(23)

5/9/2011 5/9/2011 6767

Енергија

везе

:

да

ли

је

2 + 2 = 4?

Минимална енергија која треба да се доведе стабилном језгру да би се оно разбило на нуклеоне који га чине се зове ЕНЕРГИЈА ВЕЗЕ. Та енергија показује колико су јако нуклеони везани у језгро Маса

a

-честица је МАЊА од збира маса два протона и два неутрона од којих се састоји! Тај мањак је енергија везе He. 5/9/2011 5/9/2011 6868

Енергија

везе

језгра

9 Обично се рачуна енергија везе по нуклеону (да би се упоређивало) 9Максималну енергију везе имају елементи око гвожђа! На том месту крива има максимум! Енергија се ослобађа када се: • мала језгра комбинују у велика (нуклеарна фузија) •Велика цепају у мања фисиј фисиј а а фузија фузија

Нуклеарна

фисија

9 Лиза Мајтнер, Ото Хан и Фриц Штрасман, 1939: Велика језгра могу да се поделе на два мања (до тада су биле избацивање мање честице из језгра). Како овај процес личи на процес дељења ћелија назван је фисија. Пример: Фисија урана. 9Да би се она изазвала потребни су спори неутрони (тешка вода- уместо водоника има деутеријум). 9Догађа се ланчана реакција када неутрон бива захваћен од стране језгра које се након Током другог светског рада САД су направиле прву нуклерану бомбу: Пројекат Менхетн

(24)

5/9/2011 5/9/2011 7070

Нуклеарна

фисија

и

ланчана

реакција

n

Kr

Ba

U

n

Y

X

U

n

_ZA A_Z 1 0 92 36 141 56 235 92 1 0 1 0 1 0 235 92 1 0

3 ...

2 2 1 1

+

→

+

→

+

_{ослобађа се 240 MeV} 5/9/2011 5/9/2011 7171 У природном урану, само 1 атом од 137 је235_{U. Остали су} атоми238_{U, који има} исте хемијске особине. Технологија сепарација 235_{U од} 238_{U зато није} тривијална 5/9/2011 5/9/2011 7272

Улога

модератора:

модератора

:

У Унекимнекимситуацијамаситуацијама, , неутронинеутронимогумогудадасесе крећу крећупревеликимпревеликимбрзинамабрзинама... ... Да Дабибисесетотоизбеглоизбеглокористикористисесемодератормодератор неутрона неутронакојикојиихихуспоравауспораватакотакодадамогумогудада се сесударесударесасајезгримајезгримаииизазовуизазовуњиховоњихово цепање цепање У Упрвимпрвимреакторимареакторима, , тутуулогуулогујејевршиовршио угљеник угљеник..

(25)

5/9/2011 5/9/2011 7373

Критична

маса

Ако Акоимамоимамомалумалуколичинуколичину језгара језгара““родитељародитеља””, , неутронинеутрони које којепроизведемопроизведемонећенећеуспетиуспети да дапоцепајупоцепајујезграјезгравећвећћеће изаћи изаћиванванпрепаратапрепарата. . УУтомтом случају случајурасполажеморасполажемо субкритичном субкритичноммасоммасом.. То Тозначизначидадајејенеопходнанеопходна нека нека““критичнакритичнамасамаса””дадабиби се сереакцијареакцијанаставиланаставила... ... АкоАко је јемасамасамногомноговећавећаодод критичне критичнезовезовесесе суперкритична суперкритична........ 5/9/2011 5/9/2011 7474

Нуклеарне

електране

Користе Користесесезаза генерисање генерисање електричне електричнеенергијеенергије. . У Уствариствариприпри нуклеарним нуклеарним реакцијама реакцијамасесе ослобађа ослобађавеликавелика количина количинатоплотетоплотекојакоја се секористикористидадазагрејезагреје воду водукојакојаондаондаиспарииспари и ипокрећепокрећетурбинетурбине.. Приметимо да постоје два одвојена

(26)

5/9/2011 5/9/2011 7676

Нуклеарне

електране

у

САД

5/9/2011 5/9/2011 7777 ПроценатПроценатнуклеарненуклеарне енергије енергијеууукупнојукупној продукцији продукцијиенергијеенергије (1999. (1999. годинегодинесусу биле биле452 452 електранеелектране у усветусвету, , ододтогатога преко преко100 100 ууСАДСАД)) 5/9/2011 5/9/2011 7878

Нуклеарне

електране

у

свету

(27)

5/9/2011 5/9/2011 7979

Нуклеарне

електране

у

Европи

5/9/2011 5/9/2011 8080

Еквивалентност

масе

и

енергије

При ПрифисијифисијисесеослобађаослобађаОГРОМНАОГРОМНАколичинаколичинаенергијеенергије. . Одакле Одаклетатаенергијеенергије?????? Ако Акобибиизмерилиизмерилиродитељскородитељскојезгројезгроиипотомкепотомке приметили приметилибибидаданемајунемајуједнакуједнакумасумасу... Ова Оваразликаразликауумасимасијејепознатапозната као каодефектдефектмасемасе. . тајтајдеодеомасемасе који којијејенестаонестаојејеууствариствари конвертован конвертованууенергијуенергију E = mc E = mc22 Мала Малаколичинаколичинамасемасеможеможедадасесе конвертује конвертујеуувеликувеликуколичинуколичину енергије енергије

Нуклеарна

фузија

9 Фузионе рекације теку на сунцу, где се лаки елемети (H) комбинују и производе масивније – He… 9На Сунцу се око600,000,000 t600,000,000 tH конвертује у He сваке секунде. Сунце добија енергију на тај начин у такозваном протон-протон циклусу, који је описаоХанс Бете. 9На неким другим звездама се фузионише He или чак и неки други масивнији елементи! 9Термонуклеарна фузиона реакција се одвија и у H-бомби (фузиона бомба).