ENERGIJA

1. Energetika je naučna disciplina koja se bavi razvojem postojećih i pronalaženjem novih izvora energije, transformacijom jednog oblika energije u drugi, prenosom i raspodelom energije, primenom energije u njenim korisnim oblicima i krajnjeg uticaja upotrebe energije na prirodno okruženje. ENERGIJA MEHANIČKA UNUTRAŠNJA • Potencijalna • Kinetička • Toplotna • Hemijska • Nuklearna • Električna

2. mv2 Ek = 2 Potencijalna energija je mehanička energija koju telo poseduje usled svog položaja EP = mgh Kinetička energija je mehanička energija kojom telo raspolaže usled svog kretanja

3. A Q µ = Unutrašnju energiju telo poseduje kao energiju hemijskih veza unutar molekula ili kao posledicu unutrašnjeg kretanja čestica i njihovog medjusobnog privlačenja ΔU = U2 – U1 Ukupna toplotna energija dovedena nekom sistemu delimično se troši na porast unutrašnje energije a delom na rad koji je taj sistem izvršio Q =ΔU + A Odnos koji postoji izmedju izvršenog rada i energije koja je utrošena na vršenje tog rada naziva se koeficijent korisnog dejstva

4. PRIMARNI ENERGETSKI IZVORI: • Neobnovljivi izvori energije su izvori čiji je potencijal i obim ograničen utvrdjenim rezervama (ili pretpostavljenim, još neotkrivenim rezervama) • Obnovljivi energetski izvori su izvori čiji se potencijal procenjuje prema količini energije koju mogu da daju u nekom vremenskom periodu • Konvencionalni izvori energije su oni izvori čija se upotreba može smatrati uobičajenom i čiji su postupci transformacije poznati • Nekonvencionalni izvori energije su oni čija je upotreba još uvek ograničena a postupci transformacije i upotrebe u nedovoljno ispitani

5. PRIMARNI IZVORI ENERGIJE • KONVENCIONALNI • ugalj • nafta • prirodni gas • fisiona nuklearna energija • geotermalni izvori • vodeni tokovi • drvo i drugi biljni materijali • energija biomase • NEKONVENCIONALNI • bituminozni škriljci • bituminozni pesak • geotermalna energija • sunčeva energija • energija vetra • energija plime i oseke • unutrašnja energija mora i okeana • biogas • upotreba vodonika neobnovljivi obnovljivi

6. Goriva su prirodne i veštačke materije iz kojih se na racionalan i ekonomičan način procesima sagorevanja može dobiti veća količina toplotne energije. • Da bi se neka supstanca koristila kao gorivo mora da ispunjava nekoliko uslova: • da se sagorevanjem oslobadja velika količina energije • da se u prirodi nalazi u što većim količinama i da su nalazištapristupačna • da je stabilna pri skladištenju i transportu • da joj tačka paljenja nije ni suviše niska ni suviše visoka • da proizvodi sagorevanja ne deluju korozivno na uredjaje zasagorevanje niti da izazivaju negativne posledice po stanježivotne sredine

7. PODELA GORIVA

8. Toplotna moć goriva je ona količina toplote koja se oslobadja pri potpunom sagorevanju jedinice mase i izražava se u kWh/kg ili MJ/kg. Gornja toplotna moć goriva je teorijska vrednost i odgovara onoj količini toplote koja bi se oslobodila pri potpunom sagorevanju jedinice mase u idealnim uslovima i bez prisustva vlage u gorivu. Donja toplotna moć goriva odgovara vrednosti toplotne moći umanjene za onu količinu toplote koja je potrebna da se vlaga prisutna u gorivu i vlaga koja nastaje u procesu sagorevanja prevede u parno stanje.

9. ELEMENTARNI SASTAV I TOPLOTNA MOĆ PRIRODNIH ČVRSTIH GORIVA

10. Kvalitet uglja • Toplotna moć • Isparljive materije predstavljaju ukupnu količinu isparljivih supstanci koje se oslobadjaju sagorevanjem uglja. Karakterišu termičku postojanost uglja • Vezani ugljenik (ugljenik koji potiče iz organskih supstanci) • Pepeo je neorganska materija u uglju koja zaostaje nakon potpunog sagorevanja (procenat pepela se kreće od 8-60%) • Sumpor se nalazi u organskom delu i oslobadja toplotu pri sagorevanju, medjutim produkti sagorevanja veoma su štetni po okolinu (pojava kiselih kiša) • Vlaga • - gruba vlaga se može ukloniti sušenjem već na 20-30oC • - higroskopna vlaga (uklanja se sušenjem na 105oC) • Prema sadržaju vlage ugljevi se dele na: • sirove (sadrže i grubu i higroskopnu vlagu) • suve (sadrže samo higroskopnu vlagu) • apsolutno suve (bez vlage)

11. Postupci prerade uglja • Mehanička prerada • Prosejavanje • Mlevenje uglja (povećava se aktivna površina i skraćuje vreme sagorevanja a dobijeni prah se najviše koristi u termoelektranama) • Briketiranje (briketi ravnomerno sagorevaju, oslobadja se manja količina toplote u jedinici vremena ali je proces sagorevanja duži i imaju prednost pri transportu) • Hemijska prerada • Duboko sušenje uglja (oplemenjivanje, najčešće lignita) • Koksovanje (postupak topljenja uglja (zagrevanje bez prisustva kiseonika i do 1000oC) pri čemu se očvršćavanjem istopljene mase dobija koks, a u toku topljenja se kao sporedni proizvodi izdvajaju koksarski gas, amonijačna voda, benzol i katran) • Gasifikacija uglja (postupak u kojem se dobija SNG (supstituent prirodnog gasa) različitog kvaliteta) • Likvefakcija uglja (noviji postupak kojim se dobijaju tečna goriva, maziva, rafinisan ugalj i katran)

12. NAFTA Nafta je prirodno tečno gorivo biogenog porekla. Godišnja proizvodnja iznosi oko 3·109 tona. Nafta predstavlja najsloženiju smešu ugljovodonika u prirodi. Dobija se iz bušotina sa dubina od oko 3000 metara (neka nalazišta su na dubinama i do 9000 metara), a sve više se istražuju nalazišta pod morem što zahteva posebne uslove eksploatacije.

13. CH3 – CH – CH2 – CH3 CH3 Podela nafte prema sastavu: • Parafinske nafte sadrže zasićene ugljovodonike opšte formule CnH2n+2 (izomerni oblici ovih ugljovodonika utiču na kvalitet goriva) CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH3 • Cikloparafinske nafte sadrže aliciklične ugljovodonike opšte formule CnH2n (ugljovodonici sa cikličnom strukturom) • Aromatične nafte u svom sastavu imaju i do 30% aromatičnih ugljovodonika, odnosno jedinjenja koja u osnovi imaju benzolov prsten C6H6

14. Rafinerijski gas Sirovi benzin Petroleum Gasno ulje OSTATK (MAZUT) VAKUUM DESTILACIJA Vretensko ulje Maziva ulja Cilindars. ulje OSTATK (BITUMEN) Aditivi • Postupci prerade nafte: • Primarna prerada nafte obuhvata postupke kojima se sirova nafta razdvaja na nekoliko frakcija u zavisnosti od tačke ključanja pojedinih komponenti (pod vakuumom ili u atmosferskim uslovima): • - gasoviti proizvodi do 50oC • - sirovi benzin 40-200 • - petroleum 150-300 • - gasno ulje 200-350 • - ostatak (mazut) od 350 ATMOSFERSKA DESTILACIJA

15. Postupci prerade nafte: • Sekundarnom preradom nafte se hemijski menja struktura ugljovodonika dobijenih primarnom preradom • Procesi sekundarne prerade • Krekovanje je proces cepanja viših ugljovodonika u niže i izvodi se na visokim temperaturama uz prisustvo katalizatora. Na taj način se više frakcije prevode u niže čime se omogućava dobijanje većih količina kvalitetnih benzina • Reforming je proces kojim se ciklični (nafteni) i alifatični ugljovodonici prevode u aromate i čini osnovu daljeg procesa petrohemijske proizvodnje aromatičnih ugljovodonika (ukoliko se kao katalizator koristi platina poznat je pod nazivom platforming) • Alkilovanje je proces u kojem se dobijaju derivati aomatičnih ugljovodonika u cilju povećavanja oktanskog broja benzina • Izomerizacija je proces u kojem se ugljovodonici normalnog niza prevode u razgranate strukture čime se takodje povećava oktanski broj • Rafinacija (blending) je postupak oplemenjivanja benzina i uklanjanja nepoželjnih komponenti radi dobijanja visoko kvalitetnih goriva

16. Tečna goriva na bazi nafte (veštačka tečna goriva) Toplotna moć tečnih goriva je, u proseku, veća za oko 50% u odnosu na toplotnu moć čvrstih goriva, postoji mogućnost transportovanja cevovodima, sagorevaju bez čvrstog ostatka, a proces sagorevanja se lakše kontroliše i automatizuje. Nedostaci su velika emisija CO2 pri sagorevanju i ograničene rezerve nafte kao osnovne sirovine.

17. Tečna goriva na bazi nafte (veštačka tečna goriva) • Motorni benzin spada u grupu srednjih benzina sa tačkom ključanja od 50 – 200oC. Dobija se iz sirovog benzina sekundarnom preradom. Predstavlja smešu ugljovodonika. Zbog načina rada motora SUS veoma bitna karakteristika kvaliteta benzina je otpornost prema samozapaljenju koja se izražava oktanskim brojem. • Dizel gorivo dobija se iz viših petroleumskih frakcija i gasnih frakcija pri atmosferskoj destilaciji nafte. Sagoreva u smeši zagrejanog vazduha pod povišenim pritiskom. Kvalitet se odredjuje na osnovu niza osbina kao što su viskozitet, gustina, stepen prerade prema čemu razlikujemo četiri grupe dizel goriva, D1 (veoma lako), D2 (lako), D3 (srednje) i D4 (teško). • Lož ulje je namenjeno upotrebi u domaćinstvima. Po sastavu je veoma slično veoma lakom i lakom dizel gorivu. • Petroleum je srednja frakcija atmosferske destilacije nafte. Daljom preradom dobija se petroleum za osvetljenje, običan motorni petroleum, a posebnim postupkom prerade dobija se specijalno gorivo za mlazne motore – kerozin.

18. Prirodna gasovita goriva – zemni gas • Prirodni gas je visokokvalitetno gorivo velike toplotne moći (34,9-39,9 MJ/Nm3), sagoreva bez ostatka, ekološki je najprihvatljivije od svih prirodnih goriva, lako se transportuje cevovodima i ne zahteva skladišni prostor. Korišćenjem gasa mogu se ostvariti znatne uštede u energetici. • U prirodi se nalazi kao pratilac nafte ili u posebnim gasnim ležištima. • Prirodni gas sastoji se u najvećem procentu (i preko 90%) od metana (CH4), zatim etana (C2H6), butana (C4H10) i u manjem procentu ostalih lakih ugljovodonika. Prema sastavu se deli na: • suvi gas (uglavnom od metana sa malim procentom propana i butana, • mokri gas (veći procenat butana, a sadrži i pentan i heksan), • korozivni gas (sadrži i okside sumpora).

19. Nuklearna energija Nuklearna energija je energija atomskog jezgra koja se oslobadja spontanim (prirodni radioaktivni raspad) ili iniciranim procesima koji mogu biti kontrolisani (nuklearni reaktor) ili nekontrolisani (nuklearno oružje). Nuklearna fuzija je proces spajanja jezgara nekih lakših atoma (vodonika, litijuma). Način iskorišćenja ove energije je još uvek u fazi razvoja. Ova reakcija je do sada primenu našla samo u vodoničnoj bombi. Nuklearna fisija je proces u kojem se pod dejstvom tzv. termičkih neutrona (čestica jezgra odgovarajuće energije) odvija raspad jezgara radioaktivnih (težih) elemenata uz emisiju nove serije neutrona, -čestica (jezgro helijuma), β-čestica (elektrona) i -zraka (elektromagnetni talasi velike energije i velike prodorne moći).

20. Nuklearna goriva Od velikog broja radioaktivnih elemenata mali broj se može smatrati nuklearnim gorivom zbog posebnih zahteva koji su usmereni ka mogućnostima kontrolisanog i kontinualnog odvijanja nuklearne reakcije i ekonomičnosti eksploatacije. Zbog toga se pod nuklearnim gorivima podrazumevaju izotopi urana (naročito 92U233), torijum i plutonijum. Nalazišta ovih elemenata u prirodi nisu retka ali je njihov procentni udeo u rudama veoma mali (od 0,01 do 4%). Nuklearna goriva su goriva velike toplotne moći

21. Nuklearni reaktori • Energetski nuklearni reaktori su uredjaji u kojima se izvodi kontrolisana lančana nuklearna reakcija, a oslobodjena toplotna energija se pretvara u električnu energiju. • Osnovni delovi reaktora su: • Moderator (usporivač) je uredjaj u kojem se usporavanjem čestica obezbedjuje da veliki broj neutrona bude energetski podoban za odvijanje reakcije • Uredjaj za kontrolisanje lančane reakcije se sastoji od šipki koje su načinjene od elemenata koji “upijaju” neutrone čime se lančana reakcija može kontrolisano usporiti ili prekinuti • Sredstvo za hladjenje • Zaštitni oklop (beton sa grafitom i olovnim ili čeličnim štitom)

22. Radioaktivni otpad je iskorišćeno (osiromašeno) nuklearno gorivo sa visokim stepenom radioaktivnosti. Odlaganje radioaktivnog otpada zahteva posebne mere predostrožnosti, posebne lokacije i obezbedjen transport. Vreme poluraspada radioaktivnih elemenata je ono vreme za koje se kolčina posmatranog elementa smanji na polovinu.

23. SOLARNA ENERGIJA 1,4 kW/m2s

24. Korišćenje solarne energije SVETLOSNA ENERGIJA TOPLOTNA ENERGIJA Statički prijemnik Foto ćelija Voda temperature do 90oC Električna energija Heliostatički prijemnik Biokonverzija Gasovita i tečna goriva Voda temperature preko 90oC

25. Biogas Biogas je smeša gasova koju u najvećoj meri čine metan i ugljendioksid, a dobija se postupcima anaerobnog (metanskog) vrenja. Sirovine za proizvodnju biogasa mogu biti organske materije iz otpadnih voda, biljna masa koja se javlja kao otpadak u poljoprivredi, itd. Sirovine za proizvodnju biogasa treba da budu dostupne u toku cele godine, da se lako mikrobiološki razgradjuju i da daju dovoljne količine gasa. U sebi ne smeju sadržati štetne i opasne materije. Toplotna moć biogasa kreće se izmedju 20 i 25 MJ/kg.

26. Električna energija HE voda TE mazut, ugalj prirodni gas NE nuklearno gorivo biomasa biogas geotermalna energija fisija sagorevanje toplotna energija vetar plima i oseka energija talasa mehanička energija Solarna energija (fotoćelija) Električna energija