skripta energija i okruzenje

2011.

ENERGIJA I OKRUENJE

SKRIPTA

D. D. TRBAC, B. D. GVOZDENAC, Z. D. MIROSAVLJEVI

Skripta iz predmeta Energija i okruenje

Departman za inenjerstvo zatite ivotne sredine i zatite na radu Fakultet tehnikih nauka |1|

SADRAJ

1. FORMIRANJE ENERGETSKIH BILANSA ....................................................................................................... 4 1.1. Zakon odranja energije i energetski bilansi ............................................................................................... 4 1.2. Planetarni i lokalni bilansi ........................................................................................................................... 4 1.3. Globalna klima ............................................................................................................................................ 4 1.4. Globalno zagrevanje .................................................................................................................................... 5

2. POJAM ENERGIJE I ENERGIJSKI RESURSI ................................................................................................. 6 2.1. Pojam i vrste energije .................................................................................................................................. 6 2.2. Energetski resursi......................................................................................................................................... 8

2.2.1. Fosilna goriva ....................................................................................................................................... 8 2.2.2. Ugalj ..................................................................................................................................................... 8 2.2.3. Rezerve uglja ...................................................................................................................................... 10 2.2.4. Nafta ................................................................................................................................................... 10 2.2.5. Osobine i sastav nafte ......................................................................................................................... 12 2.2.6. Prerada nafte ....................................................................................................................................... 13 2.2.7. Rafinacija nafte ................................................................................................................................... 14 2.2.8. Destilacija sirove nafte ....................................................................................................................... 14 2.2.9. Prirodni gas i rafinerijski gas .............................................................................................................. 17

2.3. Zagaenje okoline rafinerija ...................................................................................................................... 18 2.4. Uticaj rafinerija nafte na aerozagaenje .................................................................................................... 19 2.5. Zagaenje vodotoka ................................................................................................................................... 20

3. ULOGA ENERGIJE U FUNKCIONISANJU DRUTVENIH, BIOLOKIH I INDUSTRIJSKIH SISTEMA ................................................................................................................................................................... 21

3.1. Uloga energije u funkcionisanju drutva ................................................................................................... 21 3.2. Ciljevi i mere razvojne energetske politike................................................................................................ 21 3.3. Energija potrebna za proizvodnju energije ................................................................................................ 22 3.4. Populacija i energija .................................................................................................................................. 23 3.5. Energetska politika i strategija ................................................................................................................... 24 3.6. Prioriteti u razvoju energetike u zemljama u tranziciji .............................................................................. 25 3.7. Prioriteti energetskog razvoja kroz faze .................................................................................................... 26 3.8. Energetska snabdevenost ........................................................................................................................... 26 3.9. Energetska zavisnost .................................................................................................................................. 27 3.10. Uvoz i izvoz energije ............................................................................................................................... 27 3.11. Energetska politika u Srbiji...................................................................................................................... 27

3.11.1. Energetska zavisnost Srbije .............................................................................................................. 27 3.12. Energetska postrojenja u industriji........................................................................................................... 28

3.12.1. Energetski sistemi u industriji ........................................................................................................... 28 3.12.2. Elektrina energija u industriji .......................................................................................................... 29 3.12.3. Kotlovsko postrojenje ....................................................................................................................... 29 3.12.4. Turbine.............................................................................................................................................. 30



3.12.5. Parni sistem ....................................................................................................................................... 30 3.12.6. Komprimovan vazduh ...................................................................................................................... 30 3.12.7. Rashladni sistem ............................................................................................................................... 31 3.12.8. Kogeneracija ..................................................................................................................................... 31

4. ELEKTRANE ........................................................................................................................................................ 33 4.1. Termoelektrane .......................................................................................................................................... 33

4.1.1. Princip rada termoelektrane ................................................................................................................ 34 4.1.2. Kogeneracija ....................................................................................................................................... 35 4.1.3. Stanje u Srbiji ..................................................................................................................................... 36 4.1.4. Uticaj termoelektrana na ivotnu sredinu ........................................................................................... 37

4.2. Hidroelektrane ........................................................................................................................................... 41 4.2.1. Tipovi hidroelektrana .......................................................................................................................... 43 4.2.2. Uticaj hidroelektrana na okolinu ......................................................................................................... 44

4.3. Nuklearna postrojenja ................................................................................................................................ 47 4.3.1. Radioaktivni raspad ............................................................................................................................ 47 4.3.2. Nuklearna energija .............................................................................................................................. 48 4.3.3. Primena nuklearne energije i radioaktivnih izotopa, posledice i zatita ............................................. 49 4.3.4. Ekstrakcija urana iz ruda i priprema nuklearnog goriva ..................................................................... 50 4.3.5. Kontrolisana fisija ............................................................................................................................... 51 4.3.6. Rasipanje neutrona, transformacija i fisija jezgra ............................................................................... 51 4.3.7. Moderatori nuklearne reakcije ............................................................................................................ 52 4.3.8. Regulacija lananih reakcija apsorpcijom neutrona ............................................................................ 52 4.3.9. Nuklearno punjenje reaktora ............................................................................................................... 53 4.3.10. Nuklearni reaktori ............................................................................................................................. 55 4.3.11. Pouzdanost opisanih vrsta nuklearnih reaktora ................................................................................. 62 4.3.12. Izvori radioaktivnog zraenja i naini zatite ................................................................................... 63 4.3.13. Zatita od mogunosti izlaska radioaktivnih supstancija iz reaktora ................................................ 64 4.3.14. Gorivi elementi i ipke sa nuklearnim gorivom ................................................................................ 65 4.3.15. Reaktorski sud .................................................................................................................................. 66 4.3.16. ienje zagaene vode i gasa .......................................................................................................... 66 4.3.17. Sigurnosni sud .................................................................................................................................. 67 4.3.18. Rad sistema za hlaenje u sluaju opasnosti ..................................................................................... 68

5. RADIOAKTIVNI OTPAD ................................................................................................................................... 71 5.1. Vrste RAO (radioaktivnog otpada) ............................................................................................................ 72

5.1.1. Nisko aktivni otpad ............................................................................................................................. 73 5.1.2. Srednje aktivni otpad .......................................................................................................................... 73 5.1.3. Visoko aktivni otpad ........................................................................................................................... 74

5.2. Preiavanje srednje- i niskoaktivnih rastvora ......................................................................................... 75 5.3. Posledice rada nuklearnih postrojenja po biosferu i oveka ...................................................................... 76 5.4. Detekcija radioaktivnog zraenja ............................................................................................................... 79

5.4.1. Jonizaciona komora ............................................................................................................................ 79 5.4.2. Gajger-Milerov broja ........................................................................................................................ 80



5.4.3. Scintilacioni broja ............................................................................................................................. 81 5.4.4. Wilsonova komora .............................................................................................................................. 81

5.5. Akcidenti u nuklearnim postrojenjima....................................................................................................... 82 5.5.1. Najpoznatiji akcidenti u nuklearnim reaktorima ................................................................................. 85

6. ENERGETSKA EFIKASNOST U GRAEVINARSTVU ................................................................................ 93 6.1. Modeli energetske efikasnosti ................................................................................................................... 93

6.1.1. Niskoenergetske zgrade ...................................................................................................................... 93 6.1.2. Bezenergetske zgrade ......................................................................................................................... 94 6.1.3. Pasivne zgrade .................................................................................................................................... 94 6.1.4. Zgrade koje proizvode energiju .......................................................................................................... 94

6.2. Ekoloka naselja ........................................................................................................................................ 95 6.3. Energetski-efikasno obnavljanje ................................................................................................................ 95 6.4. Performanse u toku ivotnog ciklusa ......................................................................................................... 96 6.5. Smanjenja potronje energije pri projektovanju objekata .......................................................................... 96

6.5.1. O tehnologiji ....................................................................................................................................... 96 6.5.2. Oblast primene .................................................................................................................................... 97 6.5.3. Mehanizmi ouvanja energije ............................................................................................................. 97 6.5.4. Prednosti projektovanja smanjenja potronje energije u graevinarstvu ............................................ 97

6.6. Tipovi objekata .......................................................................................................................................... 99 6.6.1. Stambene zgrade ................................................................................................................................. 99 6.6.2. Male nestambene zgrade ..................................................................................................................... 99 6.6.3. Poslovne zgrade ................................................................................................................................ 100 6.6.4. Sudovi ............................................................................................................................................... 100 6.6.5. Bolnice .............................................................................................................................................. 100 6.6.6. Laboratorije ...................................................................................................................................... 101 6.6.7. Skladita/prenoenje/popravka ......................................................................................................... 101 6.6.8. Kampusi ............................................................................................................................................ 101

6.7. Integracija koncepta smanjenja potronje energije u projektantski proces .............................................. 102 6.8. Utede energije ........................................................................................................................................ 109

6.8.1. Ostali uticaji ...................................................................................................................................... 110 6.8.2. Studije sluaja ................................................................................................................................... 110

6.9. Budunost tehnologije ............................................................................................................................. 116 6.9.1. Razvoj tehnologije ............................................................................................................................ 116

6.9.2. Tehnoloke perspektive ........................................................................................................................ 116 6.9.3. Resursi .............................................................................................................................................. 117

7. RAUNSKI ZADACI ......................................................................................................................................... 118 7.1. Sagorevanje ............................................................................................................................................. 118 7.2. Zakon odranja mase, nuklearne reakcije, fuzija i fisija .......................................................................... 129 7.3. Atomska jezgra ........................................................................................................................................ 141

8. LITERATURA..................................................................................................................................................... 145



1. FORMIRANJE ENERGETSKIH BILANSA

1.1. Zakon odranja energije i energetski bilansi

Kompletna energetika se zasniva na transformacijama razliitih vidova energije. Pri tome vai da je E=const., odnosno vai zakon odranja energije, koji tvrdi da u sistemu u kome je masa stalna energija se ne moe ni generisati ni unititi, ve sam moe prei iz jednog oblika u drugi.

Transformacija energije se u industriji i energetskim postrojenjima odvija posredstvom maina (toplotnih, elektrinih, nuklearnih) uz vrenje rada, bilo onog koji se vri nad sistemom, bilo onog koji sistem vri, dakle u komunikaciji sistema i okoline.

Mogunost transformacije i procesi vezani za komunikaciju sistema i okoline opisani su I i II principom termodinamike.

Formiranje energetskih bilansa podrazumeva specifinu ststistiku, koja za cilj ima jednostavno i pregledno prikazivanje izvora energije, energetske transformacije, energetske tokove, gubitke energije, odavanje energije, odnosno sve ono to opisuje energiju u toku odigravanja procesa koji se eli prikazati. Energetski bilans treba da obezbedi jednostavno odreivanje svih bitnih veliina, odnosno karakteristika posmatranog sistema.

1.2. Planetarni i lokalni bilansi

ovekova aktivnost ima velik uticaj na delikatan bilans izmeu koliine suneve toplote, koja dospe do povrine Zemlje i toplote koja se izrai nazad u svemir. Da bi se shvatio kakav je uticaj ovekove aktivnost na globalno prenoenje toplote, mora se prethodno poznavati unutranji mehanizam funkcionisanja klimatskog sistema Zemlje. Na Zemlji postoji ivot zbog odgovarajueg rastojanja od Sunca i sastava atmosfere. Ipak, naa klima se moe menjati i na taj nain zapretiti da ugrozi stanje ravnotee na Zemlji.

1.3. Globalna klima

Pod globalnom klimom se podrazumeva stanje klimatskih faktora odreenih za celu povrinu Zemlje i usrednjenih u dugakim vremenskim intervalima. Od svih klimatskih faktora smatra se da je globalna prosena temperatura faktor koji je najbolji za raenje promena klime i predvianje buduih klimatskih promena, jer je ona najstabilniji klimatski parametar. Period veremena po kojem se vri usrednjavanje obino je decenija ili dui vremenski interval.

Tipino je da se temperatura vazduha na povrini Zemlje menja za oko 20C izmeu dana i noi u nekoj posmatranoj oblasti. Usrednjavanjem po celoj povrini Zemaljske kugle zapravo se eliminie ova razlika, budui da je uvek isti procentualni deo Zemlje izloen u datom trenutku zraenju Sunca. Jednostavnije reeno na jednoj polovini planete je dan, kada je na drugoj polovini no, tako da se efekti smene dana i noi u ovakvom usrednjavanju praktino ponitavaju. Prosena globalna temperatura je stoga dobar reprezent ukupne suneve energije koja se apsorbuje od strane Zemlje.



Atmosfera, zemljita i okeani imaju ogromni toplotni kapacitet, odnosno mogu da deponuju velike koliine energije. Iz tog razloga prosena temperatura na Zemlji se odrava i pored fluktuacija u koliini energije koja dolazi do Zemlje ili fluktuacijama gubitaka energije. Ove fluktuacije posledica su Razliitih uslova u Zemljinoj atmosferi, kretanja velikih vazdunih masa, pojave oblaka i padavina.

Klimatska istraivanja bave se globalnom ravnoteom energije. Izvor energije na Zemlji je Sunce. Apsorpcija solarne energije od strane Sunca, protok energije kroz tokove na Zemlji, kao i vraanje energije u svemir su procesi koji obuhvataju globalni transfer energije.

Istraivanja klime danas su zapravo usmerena na globalni bilans energije. Izvor energije na Zemlji je Sunce. Sunce transfomie energiju jezgara od kojih je sastavljeno, u procesima nuklearne fuzije. Fuzija je proces spajanja lakih jezgara u tea, pri emu se oslobaa velika koliina energije. Osnovni proces fuzije koji se deava na suncu jeste fuzija jezgara vodonika u jezgra helijuma.

Ono to se pri razmatranju globalne klime podrazumeva jeste apsorpcija suneve energije od strane Zemlje, protok energije kroz sisteme na Zemlji i emisija energije Zemlje nazad u svemir. Meutim postoji veliki broj faktora koji utiu na transfere energije kako na lokalnom, tako i na globalnom nivou.

1.4. Globalno zagrevanje

Zemljina atmosfera prirodno funkcionie kao staklena bata. Ova pojava je posledica razliite talasne duine zraenja koje se apsorbuje i koje potie od Sunca i ezraenja koje odaje Zemlja. To omoguava postojanje optimalne temperature za ivot na Zemlji, odnosno zadravanje potrebne koliine toplote za funkcionisanje sistema u okviru ivotne sredine.

Pojava koja se naziva globalno zagrevanje predstavlja naruavanje prirodne ravnotee i zadravanje vee koliine toplote u Zemljinoj atmosferi, to za posledicu ima poveanje prosene temperature na Zemlji. Uzrok ovoj pojavi su razliiti gasovi, koji imaju sposobnost proputanja talasnih duina koje dolaze na Zemlju sa Sunca i zadravanja zraenja koje se emituje sa Zemlje. Ovakvi gasovi su:

1. Ugljen-dioksid (CO2) 2. Metan (CH4) 3. Azotni oksidi 4. CFC

Naunici smatraju da udvostruavanje koncentracije ugljen-dioksida dovodi do poveanja prosene temperature na Zemlji od 0.6C do 2.5C i da e se dalje poveanje temperature vie osetiti na kopnu nego na okeanu. To e dalje dovesti do topljenja gleera i delova oblasti veitog leda, to e uzrokovati poveanje nivoa mora. Na slici 1.1. dat je grafiki prikaz predvianja poveanja temperature na Zemlji.



Slika 1.1. Predvianja o promenama temperature u narednih 100 godina. Izvor: IPCC Third Assessment Report (2001)

2. POJAM ENERGIJE I ENERGIJSKI RESURSI

2.1. Pojam i vrste energije

Energija se definie kao sposobnost nekog tela da vri rad.

Jedinica energije u SI je 1 Dul (J).

Postoje razliite vrste energije i svaka vrsta energije se u prisustvu materije moe transformisati iz jednog oblika u drugi.

Vrste energije, koje se javljaju u sistemima ivotne sredine su sledee:

1. Hemijska energija, koju poseduju supstance u svojim atomima i molekulima i koja se oslobaa prilikom odvijanja hemijskih reakcija.

2. Elektrina energija, koju poseduju naelektrisana tela. 3. Kinetika energija, koju tela poseduju usled kretanja. 4. Toplotna energija, koju poseduje telo usled kretanja njegovih atoma i molekula (ona

je zapravo jedan oblik kinetike energije). 5. Potencijalna energija, koju telo poseduje usled svog poloaja u odnosu na neko

drugo telo. 6. Nuklearna energija, koja se nalazi u jezgima atoma.

Svi oblici energije se mogu podeli na prirodne i korisne oblike energije.

Kao prirodni oblici energije mogu se javiti:



Energija Sunevog zraenja Energija goriva Energija hrane Energija vodotokova Energija vetra Energija morskih struja i talasa Energija plime i oseke Energija nuklearnih goriva Energija termalnih izvora Geotermalna energija Energija vulkana

Oblici energije koji koriste potroai nazivaju se korisni oblici energije. To su:

Toplotna energija Mehanika energija Elektrina energija energija Svetlosna energija

Prirodni oblici energije se vrlo retko mogu koristiti bez posebnih transformacija kao korisni oblici energije, a esto se deava da se transformacija jednog oblika energije u drugi mora izvriti vie puta da bi se dobio korisan oblik energije.

Direktno se mogu koristiti samo Suneva toplota, toplota termalnih izvora i geotermalna toplota, dok se svi ostali oblici energije mogu koristiti tek posle transformacije. Budui da su prirodni oblici energije meusobno razliiti bie razliiti i naini njihove transformacije u korisne oblike energije. Najei rezultat tih transformacija je elektrina energija (koja se dalje pretvara u korisne oblike) ili mehanika energija kao koristan oblik energije.

Koa to je ve reeno, transformacije energije u okviru nekog sistema odreene su pomou prva dva zakona termodinamike.

I zakon termodinamike: U sistemu u kome je masa stalna, energija se ne moe ni stvoriti ni unititi; ona se moe samo transformisati iz jednog oblika u drugi.

II zakon termodinamike: Ukupna dovedena energija nekom sistemu troi se na izvreni rad i poveanje unutranje energije sistema.

Mogue je odrediti energijske bilanse za mnoge, pogotovo sisteme u ivotnoj sredini. Prouavanje naina na koji neki sistem dobija, deponuje, koristi i otputa energiju, daje mnogo informacija o tome kako posmatrani sistem funkcionie i kako su komponente sistema meusobno povezane. Odreivanje kako se u konkretnom sistemu menja energija u toku vremena, predstavlja vaan korak u odreivanju stabilnosti i promena datog sistema.



2.2. Energetski resursi

2.2.1. Fosilna goriva

Fosilna goriva su, ako se uzme u obzir njihova upotrebljivost sa stanovita oveka, verovatno najvredniji resurs na planeti. Moderno drutvo bi bilo nemogue zamisliti bez fosilnih goriva, jer ono zavisi od nijh kao glavnih izvora energije.

Fosilna goriva spadaju u neobnovljive izvore energije, zato to ih ovek troi mnogo bre nego to se ona prirodno formiraju i nema sumnje da e jednog dana ove vrste goriva nestati. Zamena za fosilna goriva i alternativni izvori energije se svakodnevno trae i razvijaju. Ovo predstavlja jedan od najurgentnijih zadataka, jer se alternativa za fosilna goriva mora pronai pre no to fosilnih goriva nestane, ili ak pre no to fosilna goriva budu postojala u toliko maloj koliini da e njihova cena biti izuzetno visoka, a fosilna goriva samim tim ne budu vie glavni izvor energije.

Najvanija fosilna goriva su: Ugalj Nafta Prirodni gas

Fosilna goriva nastaju razlaganjem i sjedinjavanjem ostataka biljaka, koje su ivele pre oko milijardu godina. Ona su poznata i kao karbonska ili hidrokarbonska goriva, jer su bazirana na organskim elementima, uz sadraj ugljenika i vodonika. Upotrebom fosilnih goriva uzrokuju se problemi u okviru ivotne sredine, od kojih su neki veoma znaajni i resprostranjeni i sa pravom se mogu smatrati problemima svetskih razmera.

2.2.2. Ugalj

Ugalj obuhvata tri osnovne podvrste: mrke ugljeve kameni ugalj antracit

Mrki ugljevi su postali ugljenisanjem biljaka ispod zemlje pod pritiskom i bez dovoljno kiseonika i predstavljaju smeu huminskih kiselina, njihovih soli, anhidrida kiselina i bitumena.

Mrki ugljevi se dele prema ishodnoj materiji na: humusne sapropel votane mrke ugljeve.

Humusni ugljevi su nastali raspadanjem biljnih materija u toku procesa ugljenisanja. U humusne ugljeve spadaju ligniti, obini mrki ugljevi, zemljasti mrki ugljevi i sjajni mrki ugljevi.

Sapropel ugljevi nastali su transformacijom organskog mulja i dele se na listasti mrki ugalj, glibne mrke ugljeve i gagate.



Votani mrki ugljevi nastali su iz smolastih i votanih materija, koje su bile sadrane u biljkama koje su ishodne materije ugljeva. Ovi ugljevi se dele na humusno-votane mrke ugljeve i piropizite.

Kameni ugljevi su najbolja i najstarija vrsta ugljeva. Kameni ugalj nosi ovaj naziv zbog spoljanjeg izgleda.

Delimo ga na nekoliko podvrsta s obzirom na sadraj isparljivih materija i osobine koksovanja. Prema sadraju ugljenika moemo podeliti kamene ugljeve na:

Suvi ugalj - 75% do 80% C Masni ugalj - 80% do 90% C Mravi ugalj - 90% do 93% C Antracit - 93% do 95% C

Suvi kameni ugljevi nazivaju se jo i peani. Oni su geoloki najmlai, pa imaju najvie isparljivih materija. Koks ovih ugljeva je mek.

Dugoplameni ugalj je vrsta suvog kamenog uglja, koji se upotrebljava za potpalu generatora, keramike pei, simensove pei, gasogeneratore i u svim granama industrije gde se trai dugaak plamen.

Masni kameni ugljevi imaju veliki sadraj ugljenika u isparljivim materijama. Koks ovih ugljeva je vrst i kvalitetan. Ovi ugljevi obuhvataju: masne dugoplamene ili gasne ugljeve, kratkoplamene ili koksne ugljeve, masne kovake, polumasne i posne ugljeve.

Dugoplameni ili gasni ugalj slui za proizvodnju svetleeg gasa i pri tome daje 60% koksa, koji se upotrebljava kao gorivo u domainstvima, u industriji stakla, ciglarskim peima i u gasogeneratorima. Koks dobijen od ovog uglja je srednje tvrdoe.

Kratkoplameni ili koksni ugljevi sporo sagorevaju, imaju veliku sposobnost proizvodnje pare. Upotrebljavaju se u domainstvu, u industrijama gde je potreban nagli porast proizvodnje pare (eerane). Ovi ugljevi daju preko 75% koksa. Boja im je svetlo crna.

Kovaki masni ugljevi slue kao gorivo za kovake vatre, za proizvodnju metalurkog koksa, u industriji stakla, hemijskoj industriji, rafinerijama nafte itd.

Polumasni dobro sagorevaju, daju dugotrajan plamen, proizvodei veliku koliinu toplote. Upotrebljavaju se za parne kotlove i u domainstvu.

Posni gore bez dima. Upotrebljavaju se za loita sa jakom promajom, na lokomotivama i brodovima. Ovi ugljevi se meaju sa kamenim ugljevima, a upotrebljavaju se i samostalno za loenje u domainstvu.

Mravi, antracitni ugljevi gore sa prilino kratkim plamenom. Upotrebljavaju se uglavnom u kombinaciji sa drugim ugljevima i to tamo gde je potrebno sporo i dugotrajno zagrevanje.

Antracit spada u kamene ugljeve no s obzirom na njegova specifine osobine mogue ga je i odvojeno posmatrati kao posebnu vrstu uglja. On predstavlja kompaktnu organsku



stenu, crno sjajne boje i velike tvrdoe. Vrlo su otporni prema hemijskim agensima. Pale se teko i gore slabim plavkastim plamenom. Kada se razgore daju vrlo visoke temperature, koje mogu biti tetne za kotao, radi ega se meaju sa slabijim ugljevima.

2.2.3. Rezerve uglja

Ugalj je po svojim rezervama najznaajnije fosilno gorivo, jer ga ima u mnogo veim koliinama od nafte i prirodnog gasa.

Od ukupne koliine uglja na Zemlji 48% se nalazi na podruju biveg Sovjetskog Saveza, Istone Evrope i Kine. 9% rezervi se nalazi na podruju Zapadne Evrope, 6% na podruju Afrike, 26% na podruju Severne Amerike i 9% na podruju Australije i Azije. Procenjuje se da su zalihe uglja dovoljne za planiranu potronju u narednih 500 godina, ali e ove zalihe biti mnogo bre istroene ako se velike koliine uglja budu troile za dobijanje sintetikih ulja, koja bi bila zamena za naftu.

Iskopavanje uglja ima mnogo uticaja na ivotnu sredinu. U pogledu produkata sagorevanja ugalj je najprljavije fosilno gorivo i negovo sagorevanje daje veliki deo gasova, koji su odgovorni za efekat staklene bate i sumpor-dioksida, koji je odgovoran za nastajanje kiselih kia.

Na slici 2.1. prikazana je raspodela svetskih rezervi uglja.

Slika 2.1. Raspodela svetskih rezervi uglja

2.2.4. Nafta

Od svih mineralnih sirovina nafta i gas spadaju u grupu sirovina koje po prirodi svog nastajanja i fiziko-hemijskih karakteristika imaju znaajan uticaj na ovekovu okolinu. Akumulacije nafte i gasa nalaze se pod zemljom kontinentalnog dela i u podzemlju ispod mora.



U procesu istraivanja mogu nastati slobodne erupcije fluida (nafta, srirodni gas, gasoviti ugljovodonici, ugljenmonoksid, sumpordioksid, slana voda i sl.). Izliveni gasovi i teni fluidi imaju uticaja na okolinu, jer zagauju zemlju, vazduh, vodu, te ugroavju biljni ivotinjskr svet. Stalno prisustvo sumpordioksida (SO2) i ugljendioksida (CO2) u manjim ili veim koliinama uz visoke pritiske i prisustvo slane vode ine sredinu agresivnom. Zbog toga se koriste posebne mere zatite i specijalni konstrukcioni materijali. Prilikom eksploatacije nafte dolazi do zagaivanja vazduha, jer su vrlo esto u produktima sagorevanja gasa u bakljama prisutni CO2 i H2S. Veoma esto dolazi do zagaenja vode ukoliko se proizvedena voda zajedno sa naftom nekontrolisano isputa u vodotoke.

Nalazita nafte, u manjim ili veim koliinama, su vrlo dobro rasprostranjena na svim delovima nae planete. Izmeana sa naslagama soli, nafta esto izbija slobodno na povrinu ili se probija kroz pukotine stena. Gasovi koji se razvijaju iz nafte su pod velikim pritiskom, te pri buenju nafta izbija u vrlo jakim mlazevima.

Nafta se nalazi na raznim dubinama, a moe je biti i u vie slojeva, koji se nalaze jedan iznad drugog. Dananje buotine nafte prelaze i 5000m dubine.

Nafta je danas primarno fosilno gorivo u svetu i poznate rezerve nafte se brzo iscrpljuju. Sirova nafta, gusta zeleno-braon zapaljiva tenost, nalazi se u zemlji i koristi se za dobijanje itavog niza vrednih proizvoda-derivata nafte. U naftne derivate ubrajaju se: benzini, kerozini, dizel goriva, mazuti, ulja, maziva itd. Sama sirova nafta, tj. nafta dobijena neposredno iz zemlje retko se upotrebljava kao gorivo. Prerada sirove nafte deli se uglavnom na tri postupka:

ienje nafte od neistoa i vode Prerada nafte i njenih produkata Rafiniranje ( preiavanja gotovih produkata)

U preradu nafte i njenih produkata spadaju procesi: destilacije, krekovanja, pirolize, hidriranja i polimerizacije.

Proces prerade nafte, kojim se dolazi do ovih proizvoda vri se u postrojenjima, koja se nazivaju rafinerije.

Oko dve treine poznatih rezervi svetske nafte, koju je isplativo iskoristiti, nalazi se na podruju Bliskog Istoka. Procena je da e do sada poznate koliine raspoloive nafte, uz upotrebu trenutno raspoloive tehnologije, biti iscrpene za oko 80 godina, pa se zbog toga oekuje postepen pad ukupne proizvodnje nafte u svetu, poev od 2000. godine. Od 1970 nove tehnologije su omoguile eksploataciju sa naftnih polja, kojase nalaze na dnu mora (oblast Severnog mora), kao i iz oblasti pod veitim ledom na severu Aljaske.

Najvee nalazite nafte na podruju zapadne Evrope nalazi se na podruju Dorseta, u Engleskoj, 1973 i od tada se koristi, iako se u toj oblasti nalazi i najznaajniji prirodni rezervat u U.K.

Na slici 2.2. su prikazane svetske rezerve nafte.



Slika 2.2. Svetske rezerve nafte.

Eksploatacija i korienje nafte ima mnoge posledice po ivotnu okolinu. Sagorevanje benzina predstavlja jedan od osnovnih izvora zagaenja vazduha, a transportovanje nafte, koje se uvek vri velikim tankerima, morskim putevima, uzrokovalo je nekoliko najveih ekolokih katastrofa. Najpoznatiji primeri izlivanja nafte u more su izlivanje 1967. u jugozapadnoj Engleskoj, 1989. u oblastima Aljaske i 1992. u okolini severne kotske.

Nafta se, u celini gledano, slabo rastvara u vodi. Moese smatrati da nafta i voda obrazuju uzajamno nerastvorne i nemeljive tenosti. Iz tog razloga, prilikom izlivanja nafte, dolazi do formiranja naftne mrlje, koja predstavlja najprisutniji oblik nalaenja nafte kao zagaujue supstance.

Naftne mrlje se nikada ne razlivaju do monomolekulskog sloja. Eksperimentalno je utvreno da je minimalna debljina ove specifine naftne opne 0.15m.

Rasprostinjanje naftne mrlje po povrini okeana odvija se pomou dva procesa. prvi je prenos mrlje kao celine, dejstvom vetra, morskih struja i povrinskih talasa. Drugi je njeno razlivanje po mirnoj povrini, to dovodi do poveanja povrine mrlje, srazmerno vremenu proteklom od izlivanja.

2.2.5. Osobine i sastav nafte

Osobine sirove nafte (kako fizike tako i hemijske) variraju zavisno od izvorita. Nafta i njeni derivati sastoje se uglavnom od ugljovodonika (90%-95%), dok ostatak (5%-10%) ine jedinjenja sumpora, azota i nekih metala. Ugljovodonici koji ulaze u sastav nafte mogu biti zasieni, kao to su: parafin i naften, ili nezasieni, kao: olefin, diolefin i aromat. U pojedinim vrstama nafte preovlauje jedna od ovih grupa ugljovodonika, koja je onda osnova te nafte.U sirovoj nafti su obino prisutne i naftenske kiseline, kompleksna azotna jedinjenja, merkaptani-sumporna jedinjenja, smolaste i bitumenske supstance.



Koliina pojedinih jedinjenja prisutnih u sirovoj nafti zavisi od izvorita nafte, te se njihovo prisustvo korisit kao osnova za klasifikaciju sirove nafte na: parafinsku, meanu i bitumensku.

Sirova nafta moe sadravati pored rastvorenih gasova i rastvorene vrste materije i koloidne suspenzije. Prema jednoj od definicija, prema standardu ASTM-288 to je prirodna smea u kojoj preovladavaju ugljovodonici i to jedinjenja sumpora, azota i/ili kiseonika, koja se izdvaja iz dubine zemlje u tenom stanju. Sirovu naftu prate obino i razliite koliine supstanci kao to su voda, neorganske supstance i gasovi.

Uobiajeni sastav sirove nafte prikazan je u Tabeli 2.1.

Tabela 2.1. Sastav sirove nafte u teinskim procentima: Ugljenik, C 83,9-86,8% Vodonik H 11,4-14,0% Sumpor, S 0,06-8,00% Azot, N 0,11-1,70% Kiseonik, O 0,5% Metali (Fe, Ni, V, i dr.) 0,03%

2.2.6. Prerada nafte

Smatra se da je prerada nafte poela 1859. godine sa Drejkovim otkriem. Intenzivnija eksploatacija nafte je poela u periodu I svetskog rata na nekoliko naftnih polja, a svoj puni razvoj doivljava nakon II svetskog rata i u sedamdesetim godinama 20. veka. U naftnom izvoritu su prisutna sva tri fluida koji su rasporeeni prema veliini specifine teine i to: zona gasa, naftna zona i zona vode. U fazi prerade nafte iz buotine odvija se proces degradacije i dehidracije. U prvoj operaciji dolazi do oslobaanja gasa, gde se odvajaju manje isparljive komponente i gas alje za komercijalnu upotrebu, a odvojene tene komponente predstavljaju benzin. Druga operacija se odvija u svrhu eliminacije vode, kao i neorganskih soli koje su rastvorljive u vodi, koje u sluaju da ostanu u nafti uzrokuju ozbiljne korozione probleme u toku procesa rafinacije.

Preradom nafte u rafinerijama dobiva se irok spektar naftnih goriva, maziva, ulja, bitumena i voskova. Sirova nafta se moe preraditi na vie naina a rafinacijom se dobijaju proizvodi na najekonominiji nain.

Sirova nafta jednostavno sagoreva i moe se postaviti pitanje zato se kao takva ne koristi bez dodatnog troka za rafinaciju. Za to postoje etiri razloga:

Benzinski motor radi na specijalno rafinisano gorivo i ne ide na naftni pogon. Gotovo sve sirove nafte sadre ugljovodonike niske take isparavanja to uslovljava

njihovu zapaljivost koja oteava uvanje i rukovanje. Sve zemlje imaju zakone koji reguliu transport nafte, prijem i skladita za naftu.

Restrikcija prema pomenutim zakonima ne obuhvata nafte koje imaju taku zapaljenja iznad 65C, a ta taka se postie uklanjanjem isparljivih materija.

Sirove nafte toliko variraju u osobinama da bi bez procesa rafinacije bilo nemogue da se dobije gorivo eljenog kvaliteta.



2.2.7. Rafinacija nafte

Prerada sirove nafte se vri u rafinerijama i to manjim, kapaciteta oko 40.000 t/dan. Veina rafinerija primaju sirovu naftu tankerima, morem ili cevovodima. Komercijalni tankeri za prevoz nafte imaju kapacitet do 300.000 tona.

Rafinerije se odlikuju po broju i kompleksnosti procesa koje obuhvataju, kao i produkata koje proizvode. Jednostavne rafinerije proizvode benzin, dizel gorivo i teko gorivo. Sirova nafta se destiluje u gasovite ugljovodonike koji se spaljuju u rafinacijsko gorivo, benzin, naftu, dizel gorivo i teko gorivo.

2.2.8. Destilacija sirove nafte

Sirova nafta se sastoji od meavine ugljovodonika. U destilacionim kolonama se vri razdvajanje pojedinih frakcija na razliitim temperaturama. Na temperaturama 30-150C izdvaja se benzinska frakcija, koja predstavlja smeu ugljovodonika sa 4-12 ugljenikovih atoma. Ugljovodonici koji su sadrani u benzinu su parafini, olefini i aromati.

Primarna separacija frakcija iz sirove nafte se izvodi kontinualnom destilacijom na atmosferskom pritisku.

Na slici 2.3. dat je prikaz jednostepene destilacije sirove nafte i produkata destilacije. Na temperaturama od 150-230C se izdvaja kerozinska frakcija, a u opsegu

temperatura 230-340C gasno ulje i na temperaturama preko 340C se izdvaja destilatno gorivo i ostatak.

Pored jednostepene destilacije postoje trostepena postrojenja sa poboljanim odvajanjem frakcija. Primenom vakuum-destilacije izdvajaju se frakcije i sa takama kljuanja do 550C na atmosferskom pritisku.

Teki destilat se koristi kao osnov za dobijanje mazivih ulja, a ostatak za izradu bitumena, mazuta i u druge industrijske svrhe.

Frakcije sirove nafte imaju primenu kao pogonsko gorivo tj. sagorevanjem u kotlovima proizvodi se toplota koja slui za proizvodnju pare i vrele vode i, daljim transformacijama, elektrine energije.

Kotlovi koji koriste tena goriva su eline konstrukcije kao i kotlovi na ugalj s tim to je reenje loita podeeno za teno gorivo. Teno gorivo se raspruje u loitu pomou gorionika i sagoreva sa vazduhom. U pogledu zagadenja okoline ovi kotlovi imaju prednost u odnosu na kotlove na vrsta goriva.



Slika 2.3. Jednostepena destilacija sirove nafte, Izvor: M. onlagi: Energija i okolina

Slika 2.4. Blok-ema jednostavne rafinerije, Izvor: M. onlagi: Energija i okolina



Benzinska frakcija sa niskom takom isparavanja se podvrgava dodatnom hemijskom tretmanu. Frakcija nafte ima veoma nizak oktanski broj, do 40, u odnosu na potrebe trita koje iziskuju vrednost oktanskog broja od oko 90. Takva frakcija se podvrgava katalitikoj reform-obradi i na taj nain postigne oktanski broj oko 100. Ova frakcija se potom mea sa isparljivom benzinskom frakcijom i dobija benzin sa poeljnim sadrajem isparljivih sastojaka i sa visokom vriednou oktanskog broja. Jednostavno postrojenje rafinerije se sastoji iz destilacione jedinice sirove nafte, jedinice za omekavanje benzina i katalitike reform-jedinice, kao to je prikazano na slici 2.4.

Ovakve rafinerije imaju kapacitet prerade sirove nafte od 2000 do 4000 tona sirove nafte dnevno.

Sledei stepen prerade je jedinica za desulfuraciju dizel-goriva. Kod kompleksnijih rafinerija se vri likverifikacija gasova propana, butana i kerozina.

Vee, kompleksnije rafinerije imaju vei broj kompleksnih procesnih jedinica kao to su:

vakuum destilacija za dobijanje tekih destilata za katalitiki kreking ili hidrokreking ili proizvodnju mazivih ulja i dobijanje ostataka za dalju destilaciju i dobijanje bitumena,

hidrokreking jedinica za dizel-gorivo i gorivo sa niskim sadrajem sumpora, katalitiki kreking za proizvodnju gasa za likverifikacija, olefinskih ugljovodonika i

visoko isti benzin, ekstrakcija rastvaraima za rafinaciju kerozina, postrojenje za vosak i odvajanje voska iz nafte i preiavanje voska.



2.2.9. Prirodni gas i rafinerijski gas

Prirodni gas

Prirodni gas predstavlja meavinu gasova, koji se nalaze izmeu slojeva zemljita. On nastaje u procesu stvaranja nafte, te se esto i nalazi uz nalazita nafte. Najzastupljeniji gas u prirodnom gasu je metan CH4, dok ostale primese ine CO2, H, O i N.

Prirodni gas se upotrebljava za dobijanje benzina i dobijanje tzv. tenih gasova, kao to su: propan, butan, propilen i butilen, koji slue kao motorna goriva. Ova vrsta fosilnog goriva je veoma isto i primenljivo gorivo, tako da ini veoma znaajan izvor energije u nekim zemljama. Prmera radi, Sjedinjene Amerike Drave obezbeuju treinu ukupno potrebne energije iz prirodnog gasa.

Najvee rezerve prirodnog gasa nalaze se u Severnoj Americi i Bliskom Istoku (oko 40%), kao i na prostorima biveg SSSR-a (takoe oko 40%).

Na slici 2.4. je data procentualna preraspodela svetskih rezervi prirodnog gasa.

Slika 2.4. Preraspodela svetskih rezervi prirodnog gasa

Prirodni gas je relativno ist i ima primenu u domainstvu kao i u industriji. Oko 33% primarne energije prirodnog gasa se koristi za proizvodnju elektroenergije u zemljama koje imaju na raspolaganju dovoljnu koliinu gasa. Sastav prirodnog gasa koji se izdvaja sa eksploatacijom nafte ili nastaje u procesu prerade nafte varira, od istog vodonika do ugljovodonika, koji su delimino u parnom stanju na sobnoj temperaturi i atmosferskom pritisku. Ovi gasovi nastaju eksploatacijom sirove nafte ili proizvodnjom gasovitih goriva u procesu prerade nafte ili naftinih derivata u rafinerijama. Ovi gasovi se nazivaju prirodni gas koji se dijeli na suvi gas i pratee rafinerijske gasove, propan i butan, to se obino naziva teni petrolej gas (liquefied petroleum gas, LPG). Znaaj prirodnog gasa kao goriva u domainstvu i industriji je veliki.

Najvee rezerve prirodnog gasa su u Rusiji i Severnoj Americi.



Sastav suvog prirodnog gasa varira, ali preovladava sadraj metana uz odreenu koliinu etana i azota, ugljendioksida, ponekad helijuma, a pratei rafinerijski gas sadri znatne koliine propana, butana i pentana, koje se moraju odstraniti iz gasa, jer bi u suprotnom dolo do stvaranja vrstih hidratnih spojeva na niskim temperaturama.

Druge neistoe koje su prisutne u suvom i prateem rafinerijskom gasu su ugljen-dioksid, vodonik-sulfid i vodena para. Procesom preiavanja uklanjaju se ove materije iz gasa.

Poto su nalazita prirodnog gasa znatno udaljena od mesta potronje, dolo je do razvoja ureaja za prenos gasa. Ovaj prenos se ostvaruje gasovodima pod pritiskom, a uz veoma razvijene kontrole protoka na radnim pritiscima. Ovakve mree daljinskog transporta gasa su izvedene u Sjevernoj Americi, Rusiji, Zapadnoj i bivoj Istonoj Evropi. U posljednje vrieme se izvodi likverifikacija gasa i transport takvog tenog prirodnog gasa (Liquefied Natural Gas - LNG) koritenjem tankera, eleznice ili cisterni.

Rafinerijski gasovi

Prerada sirove nafte u rafineriji obuhvata primarnu destilaciju ugljo-vodonine smee to rezultuje odvajanjem frakcija po broju C-atoma, isparljivosti, specifine gustine i drugih karakteristika. Najlake isparljiva frakcija, koja sadri veinu gasova koji su bili rastvoreni u sirovoj nafti, sastoji se iz ugljovodonika - od metana do butana - ili ponekada do izopentana. Ovakav gas varira u sastavu zavisno od porekla sirove nafte. Pored gasova dobijenih destilacijom sirove nafte, gasoviti produkti se dobijaju u daljem toku procesiranja nafte i srednjeg destilata u fazi proizvodnje benzina, kao i u procesu desulfuracije nafte i destilata. Gasni produkti se dobijaju u procesu daljnje termike i kreking obrade gdje se dobijaju etilen, propilen, izobutan i dr. Ovako dobijen gas se mora preistiti, to podrazumeva uklanjanje vodoniksulfida i merkaptana adeorpcijom u rastvaraima.

Pored primene u domainstvu, gasovi iz rafinerije su nali iroku primenu u hemijskoj industriji za proizvodnju amonijaka, metanola i sintetikih ugljovodonika.

Prednosti gasovitih goriva su sledee: jednostavna kontrola sagorevanja u gorionicima brzo paljenje dobro meanje goriva i oksidansa jednostavnost gorionika (nije neophodna pumpa za gorivo) isti gasovi iz procesa sagorevanja

Ovi gasovi se mogu spaljivati u velikom broju standardnih gasnih gorionika. Pogodne karakteristike sagorevanja kao i pogodnosti korienja gasova u odnosu na tena goriva, kao to je istoa kod sagorievanja, odsustvo rezervoara goriva i jeftina oprema za sagorevanje, imalo je za rezultat poveanje korienja ovih goriva.

2.3. Zagaenje okoline rafinerija

Osnovni rizik za okolinu u blizini rafinerija je mogunost izbijanja poara. Visoki trokovi postrojenja za proizvodnju nafte su uglavnom i zbog sigurnosne opreme i potovanja restriktivnih zakonskih normi u cilju zatite. Pored vatre postoji mogunost pojave eksplozija. Svi ugljovodonici sa takom kljuanja ispod 250C postoje u gasovitom stanju i njihove pare u smei sa vazduhom ine eksplozivne smee u prisustvu izvora vatre ili varnice. Ovakve



incidentne situacije se spreavaju podesnim sistemom ventilacije. U veini postrojenja nastaje i gas sumporvodonik (H2S) koji predstavlja osnovni izvor intoksikacije.

Obino se koriste i automatski detektori prisutnosti vodoniksulfida kada njegova koncentracija premai nivo od 10 ppm. Isto tako, pare ugljovodonika u niim koncentracijama od potrebnih za stvaranje eksplozivne smee uzrokuju toksikaciju. U procesu rafinerijske prerade nafte se isputaju odreene materije u vazduh i vodene tokove, to uzrokuje zagaenje vazduha i vode. U veini zemalja je isputanje efluenata iz rafinerije zakonski regulirano.

Sagorevanje teke nafte u rafinerijama rezultuje stvaranjem karakteristinog crnog dima koji ukazuje na nepotpuno sagorevanje. Rafinerijsko gorivo sadri sumpor koji sagorevanjem prelazi u sumpordioksid i delom u sumportrioksid, odnosno anhidrid sumporne kiseline. Poto je potronja rafinerijskog goriva velika stoga i ukupna koliina sumpornih oksida dostie iznose od nekoliko tona dnevno. Postoje postupci kojima se sumpor uklanja iz tekog goriva to u svakom sluaju poskupljuje cenu postrojenja. Ustanovljeno je da se poveanjem visine dimnjaka smanjuje koncentracija gasa na zemlji tako da su izvedeni obrasci kojima se izraunavaju optimalne visine dimnjaka s obzirom na sadraj sumpora u gorivu i dozvoljena emisija sumpornih oksida.

U procesu rafinerijske obrade sirove nafte nastaje i vodoniksulfid i merkaptani koji su karakteristini po neugodnom mirisu. U veim rafinerijama se dnevno proizvede i do 100 t/dan vodonik sulfida, koji se smatra opasnim otrovom. Velika panja se posveuje spreavanju curenja vodoniksulfida i merkaptana, a postoje i osetljivi ureaji za detekciju i automatsko aktiviranje zatitnih ureaja. Danas znaajan deo svetske proizvodnje sumpora potie od prerade nafte.

U nekim sirovim naftama se azot nalazi u obliku izocijanida ili izocijanata, ije koliine u tragovima detektuje ljudsko ulo mirisa, a tragovi sulfidnih jedinjenja daju miris belog luka. Da bi se otklonili ovi nepoeljni efekti vri se zaptivanje postrojenja, a kada se vri ventilacija, prethodno se uklanjaju ove supstance.

2.4. Uticaj rafinerija nafte na aerozagaenje

Emisija iz rafinerija nafte se najvie sastoji od ugljovodonika i sumpornog dioksida. Deo gasova proizvedenih za vreme rafinacije se spaljuje u bakljama, gde sagoreva 50-70% izduvnih gasova, dok se neizgoreni ugljovodonici isputaju u okolinu. Sumpomi dioksid nastaje u procesnim peima i kotlovima u kojima se loi teko loivo ulje i rafinerijski gas.



2.5. Zagaenje vodotoka

Zagaenje vodenih tokova zavisi od koncentracije efluenata i od brzine proticanja vodotoka. Voda ili efluenti iz rafinerije moraju biti bez sadraja nafte (to znai ispod 20 ili 30 delova nafte na milion delova vode ili ak u nekim sluajevima 5 delova na milion delova vode). Ovakvi standardi podrazumevaju primenu skupih postrojenja za tretman efluenata. Otpadne hemikalije iz procesa rafinacije nisu toksine, ve je glavni problem njihova brza oksidacija i oduzimanje kiseonika iz vode, to uslovljava umiranje ivotinjskog sveta. Smanjenje koncentracije kiseonika spreava i bakterijsku oksidaciju otpadnih organskih materija, to predstavlja proces samopreiavanja. Rafinerijski efluenti moraju biti ohlaeni da ne podignu temperaturu recipijenta. Iz ovih razloga se rafinerijskim efluentima kontrolie temperatura, sadraj nafte i bioloki potreban kiseonik (BPK),, koji predstavlja meru do koje e opasti sadraj kiseonika prijemom efluenta.

Odvajanje nafte iz otpadne vode je neophodan proces u svakoj rafineriji i ta oprema predstavlja znatna ulaganja. Nafta je uvek prisutna u rafinerijskim efluentima i verovatnoa curenja nafte je uvek velika. Separatori nafte se koriste za izdvajanje pomou hemijskih jedinjenja. Ukoliko efluent ima visoku vrednost bioloki potrebnog kiseonika, neohodno je da se postavi postrojenje za tretman efluenta, to je sluaj kod prisustva fenola.



3. ULOGA ENERGIJE U FUNKCIONISANJU DRUTVENIH, BIOLOKIH I INDUSTRIJSKIH SISTEMA

3.1. Uloga energije u funkcionisanju drutva

Snabdeavanje energijom preduslov je napredka svakog drutva, bilo u smislu privrednog napredka ili standarda stanovnitva. Energetska privreda predstavlja znaajnu granu privrede, koja je u stalnoj ekspanziji zbog neprestanog poveanja potreba za proizvodnjom energije. Nedovoljan razvoj energetike odnosno takoav razvoj koji ne prati potrebe celokupne potranje energije, moe predstavljati ozbiljan ograniavajui faktor razvoja privrede, dovesti do poremeaja u prizvodnji, pa samim tim i do znatnih gubitaka.

Sa druge strane razvoj nauke i tehnike, kao i napredak tehnologije doveli su do mogunosti korienja novih oblika energije, boljeg iskorienja konvencionalnih oblika energije, kao i manjh gubitaka prilikom procesa transformacije prirodnih vrsta energije u korisnu energiju.

Izbor optimalne strukture eksploatacije prirodnih resursa i transformacije energije zavise od niza faktora. Na prvom mestu ona zavisi od prirodnih potencijala zemlje, od vrste prirodnih oblika energije sa kojima dato podruje raspolae i od oblika korisne energije za kojima postoji potreba. Znaajan faktor predstavljaju i potrebna investiranja za ostvarivanje celokupnog procesa proizvodnje energije, kao i krajnja cena energije. Veliku ulogu ima i lokacija postrojenja za prizvodnju energije, kao i lokacija potroaa, koji impliciraju potrebne oblike transporta, odgovarajue trokove i slino.

Uticaj proizvodnje energije, eksploatacije prirodnih energetskih resursa, distribucija korisnih oblika energije do potroaa, kao i sama potronja energije imaju veliki uticaj i na ivotnu sredinu. Termiko optereenje okoline, zagaenje atmosfere produktima sagorevanja iz energetkih postrojenja, menjanje karakteristika zemljita, vodnih tokova i prirodnih ekosistema usled eksploatacije prirodnih resursa samo su neke od manifestacija ugroavanja ivotne sredine.

3.2. Ciljevi i mere razvojne energetske politike

Uopteno bi se moglo rei da bi osnovni ciljevi energetske politike trebali biti: 1. Pokrivanje potreba za energijom 2. Sigurnost snabdevanja potroaa energijom 3. Postizanje minimalnih trokova 4. Usklaivanje razvoja energetike s razvojem ostale privrede 5. Unapreivanje opteg privrednog razvoja 6. Racionalna potronja i tednja energije

Pokrivanje potreba za energijom moe se jednostavno interpretirati kao preduslov rasta ukupne privrede. U dananjim uslovima industrijske proizvodnje i intenzivnog razvoja saobraaja, nemogue je zamisliti postojanje i normalno funkcionisanje ivota bez osiguranja dovoljnih i odgovarajuih koliina energije.



Problem sigurnosti snabdevanja potroaa energijom je u uskoj vezi sa ciljevima podmirenja energetskih potreba i postizanju minimalnih trokova, a naroito je izraen kada je u pitanju snabdevanje potroaa elektrinom energijom. Poveanje sigurnosti snabdevanja potroaa energijom moe se ostvariti poveanom izgradnjom termoelektrana ili kombinovanih elektro-energetskih sistema. Treba imati u vidu da najee nije optimalno izgraditi takav elektroenergetski sistem koji potroaima obezbeuje 100% sigurnosti isporuke elektrine energije. Naime, kada se postigne relativno visoka sigurnost u snabdevanju potroaa elektrinom energijom, dalje poveanje stepena sigurnosti zahteva velika finansijska ulaganja u izgradnju elektroenergetskih objekata, a stepen rasta sigurnosti je relativno mali. Smatra se da je najpovoljnija energetska struktura postignuta onda kada je ostvareno snabdevanje potroaa takvim prirodnim oblicima energije, kada postoje takve transformacije energije i takvi korisni oblici energije da su ukupni trokovi energije minimalni. U ukupne trokove energije pored trokova izgradnje energetskih postrojenja i proizvodnje korisnih oblika energije spadaju i trokovi transporta prirodnih oblika energije do postrojenja za transformaciju kao i trokovi transporta energije do potroaa.

Lokacija postrojenja za proizvodnju korisnih oblika energije u mnogome zavisi od raspoloivosti prirodnim oblicima energije, njihovih nalazita i podruja potronje. Uvek se mora odabrati lokacija koja je tehniki mogua i ekonomski opravdana.

Stalni porast potreba za energijom zahteva i stalno intenzivna ulaganja u energetsku privredu. Investicije u energetsku privredu ine znatan deo ukupnih privrednih investicija, a cene energije znatno utiu na cenu svih proizvoda, odnosno trokove proizvodnje praktiki svih privrednih grana.

Racionalna potronja i tednja energije logian su cilj svakog drutva, koji priozilazi iz poznavanja svih prethodno navedenih injenica. Visoka cena energije kao prizvoda, velika ulaganja u energetska postrojenja i stalno poveanje potreba za energijom samo su neki od razloga za racionalnu potronju, a u sredinama kao to je naa gde je energetska privreda ima esto veoma velikih potekoa u snabdevanju potroaa potrebnim koliinama energije, znaaj racionalne potronje i tednje energije je jo vei.

3.3. Energija potrebna za proizvodnju energije

Kada se govori o energiji potrebnoj za proizvodnju energije najee se misli samo na neposrednu potronju energije u posmatranom procesu, odnosno smatra se da je u tom procesu utroena energija jednaka potronji za pogon ureaja i postrojenja koja vre posmatranu eksploataciju. To znai da se posmatra samo neposredno utroena energija za taj proces, to svakako ne daje realnu sliku o ukupno potrebnoj energiji za proizvodnju energije. Za realno sagledavanje i proraun potronje energije za energiju potrebno je u razmatranje ukljuiti:

1. Neposrednu potronju energije u samom procesu, 2. potronju energije za proizvodnju i transport energenata koji se u tom procesu

upotrebljavaju, 3. energiju utroenu za proizvodnju ureaja, opreme i objekata koji se u tom procesu

koriste, 4. energiju utroenu za proizvodnju ureaja s kojima su napravljeni oprema i ureaji za

posmatrani objekat.



Iz navedenog se moe zakljuiti da je izraunavanje ukupne potrebne energije za proizvodnju energije veoma kompleksan i obiman posao. Uobiajeno je da se veliki broj faktora koje bi trebalo uraunati zanemaruje radi pojednostavljenja samog postupka izraunavanja i uostalom nemogunosti da se ba svaki utroak energije za dati proces proizvodnje uzme u obzir. Iz tog razloga treba biti svestan da su u ovakvim proraunima uvek prisutne i zapravo neminovne izvesne greke, te da je svaki proraun zapravo procena.

3.4. Populacija i energija

Jedan od osnovnih motiva, pri bavljenju problemima s je odreivanje odrivog razvoja, odnosno odluivanje o tome da li je vie uvek i bolje. More is always better je zapravo princip koji najee favorizuju politiari i ekonomisti, a koji ohrabruje donoenje odluka koje uvek uvaavaju samo aspekt ekonomskog rasta. Osnovni problem odrivog razvoja sadri se u tome da eksponencijalni rast tehnologije i populacije, iji stepen rasta raste u toku vremena, nije praen dovoljnom koliinom dostupnih resursa kao ni produkcijom hrane. Pesimistiki nastrojeni naunici smatraju da e ovakav stepen rasta (naroito populacije i tehnologije), vrlo brzo dovesti do krajnje take odrivosti, odnosno do granica rasta. Sa takvog stanovita, ak i ne preduzimanje nikakvih mera u odnosu na postojee probleme u s, dovelo bi do kolapsa.

Na slici 3.1. dat je grafiki prikaz dosadanjeg ponaanja relevantnih parametara, koji karakteriu ivotnu sredinu, kao i prognozu daljeg ponaanja i take u dvadeset i prvom veku, kada e nedostatak resursa dovesti do pada industrijske proizvodnje, ogranienog snabdevanja hranom i znaajnog pada u brojnosti ljudske populacije usled zagaenja, bolesti i stresa.

Pojedini naunici smatraju da su postojei resursi sasvim dovoljni za naredni vek i da je ovakav tempo eksploatacije odriv, ukljuujui i probleme povezane sa njihovom eksploatacijom (formiranje otpada, emisija polutanata, zauzimanje zemljita). Ovakva teorija, naime predpostavlja da e rast populacije i razvitak tehnologije, pored svih negativnih efekata dovesti i do otkria novih resursa, koji e biti obnovljivi i ekonomini.

Slika 3.1. Granice rasta: Predvianja o globalnoj populaciji, zagaenju i resursima



3.5. Energetska politika i strategija

Savremen privredni razvoj uslovljen industrijalizacijom permanentno zahteva sve veu koliinu energije. Poslednja decenija svetskog razvoja odvija se u znaku prelazak svetske ekonomije sa jeftine energije u stanje skupe energije. Saznanje o relativnoj ogranienosti i iscrpljenosti klasinih energetskih izvora sa jedne strane i ograniene mogunosti snabdevanja energijom iz obnovljivih izvora energije imali su dvostruki efekat na energetski i privredni razvoj, ali i na ivotnu sredinu. Ukazana je potreba hitnog iznalaenja izvora i tehnologija za efikasnije i potpunije korienje energije iz obnovljivih izvora. Potencira se mnogo i na samu tednju energije kao i na ekonomino i racionalno korienje energetskih izvora. Tako posmatrajui situaciju energija predstavlja jedan od ograniavajuih faktora privrednog razvoja. Danas se Zemlja i oveanstvo nalaze u kritinoj taki donoenja odluka o energetsko-ekolokoj politici koje treba da definie i omogue optimizaciju svih procesa, potronje energije i razvoja novih environmental friendly tehnologija koje e zajednikim snagama minimizirati emisuju tednih gasova u atmosferu. Kako se kretao razvoj svetskog privrednog razvoja kretala se i energetika. Potronja energija je tokom 20 veka zabeleila visok rast koji se i dalje nastavlja, a to je uzrokovano:

1. Poveanjem broja stanovnika 2. Poveenjem kvaliteta i standarda ivota 3. Uticaja proizvodnje i potronje energije na ivotnu sredinu 4. Strukturnim promenama koje se deavaju na svetskom energetskom tristu

Energetska politika je definisana kroz naela, ciljeve, zadatke, mere i instumente. Ona je povezana sa svim segmentima koji se tiu energije:

istraivanje, dobijanja/proizvodnje, distribucije (transmisije) i korienja energije.

Uspenost ostvarenje ovog zadatka je mogua ukoliko se odredi jednistvena energetska politika drave, iji e ciljevi biti u skladu sa naelima globalne energetske politike.

Opti ciljevi energetske strategije: Sigurnost snabdevanja energijom Poveanje stepena energetske nezavisnosti drave Maksimiziranje ekonomskih efekata Kontrola energetskih resursa Smanjenje potronje energije Zatita ivotne sredine

Razvijene drave su razvile strateke i operativne planove korienja i upravljanja energijom. Ovakav pristup rezultuje:

smanjenjem potronje energije, veem korienju energetski efikasnih tehnologija, smanjenjem tetnog uticaja na okolinu i drugih postavljenih ciljeva.

Drava koristi sledee instrumente za intervenciju sprovoenja usvojene energetske politike i to putem:



1. Zakonodavne regulative 2. Poreske politike 3. Sistema subvencija 4. Dotacija 5. Kredita 6. Edukacija stunjaka 7. Informisanja javnosti 8. Drugim aktivnostima

3.6. Prioriteti u razvoju energetike u zemljama u tranziciji

Zemlje u tranziciji prolaze kroz teak period u razvoju privrede. Sve zemlje tee profitabilonom trinom poslovanju. Za Srbiju je znaajno na energetskom planu usklaivanje sa energetskom politikom Jugoistone Evrope.

Slinosti energetske situacije Centralne i Istone Evrope: Niska energetska efikasnost sektora proizvodnje prenosa i distribucije elektrine

energije Visoka energetska intenzivnost na potroakom nivou Neodgovarajue cene energenata Nizak nivo ponude zbog tehnikih i komercijalnih razloga Zavisnost od upotrebe uglja u proizvodnji elektrine energije Visok uticaj energetske proizvodnje i potronje na ivotnu sredinu

Kljuna pitanja energetske politike se ogledaju kroz: 1. Donoenje odluka u neizvesnim situacijama formiranje fleksibilnih strategija

razvoja energetike da se drava na nastale nove situacije moe brzo prilagoditi 2. Promena trita- Zasnivaju se na dogovorima glavnih aktera koji vode ka boljoj

proceni i eliminacije odrenenih rizika 3. Sigurnost Sve vlade ak i one koje favorizuju pristup nemeanja, neophodno je da

nadgledaju trita energije u pogledu njegove sigurnosti 4. Razlike u ceni nafte i prirodnog gasa Uraena su razliita studijska scenarija koja

predviaju ove promene. 5. Odnos cene prirodnog gasa i elektrine energije 6. Trokovi proizvodnje 7. Cena energije za proizvoae 8. Trina konkurencija 9. Uloga energetskih kompanija

Znaajne promene koje su se kroz istoriju deavaju na svetskom tritu energije uslovile su potrebu za intenzivnim prouavanjem veka trajanja raspoloivih energetskih rezervi. Intenzivnim istraivanjem energetskih potencijala i razvojem novih tehnologija korienja energije ublaena su strahovanja o skoroj iscrpljenosti konvencijalnih energetskih sredstava. Jo uvek je bri rast novopronaenih rezervi nego to je potronja.



3.7. Prioriteti energetskog razvoja kroz faze

I FAZA Definisanje energetske politike kompanije i institucionalna organizacija Energetska strategija Separacija u odgovornosti Vlade - Politikom se bavi ministarstvo za rudarstvo i

energetiku, regulacijom se bave nezavisne regulatorne agencije, energetskim uslugama nezavisne energetske kompanije

Definisanje odgovornosti organizacija i koordinacija nacionalnih i meunarodnih kompanija

II FAZA Stabilan i efikasan regulatorni okvir Definisanje i usvajanje zakona o energetici (licence, cene, kontrola usluga) Utvrivanje politike cena (nova tarifna struktura)

III FAZA Restruktuiranje energetskih kompanija Prilagoavanje ponude efektivnoj tranji Reorganizacija postojeih kapaciteta Dogradnja prenosne i distributivne mree Komercijalizacija energetskih kompanija Demonopolizacija

IV FAZA Poveanje energetske sigurnosti Diverzifikacija energetskih izvora Ukljuivanje obnovljivih energetskih izvora Diverzifikacija uvoznih izvora

V FAZA Razvoj energetske efikasnosti i zatite ivotne sredine Implementacija programa za racionalano korienje energije Naini smanjenja emisije CO2 iz energetike i njen uticaj na ivotnu sredinu

VI FAZA Tranzicioni izvodi Socijalna zatita i programi

VII FAZA Razvoj regionalne kooperacije

3.8. Energetska snabdevenost

Energetska snabdevenost je vana pretpostavka privrednog i drutvenog razvoja drave. Bazira se na makismalnom zadovoljenju potreba za energijom iz sopstvenih izvora. Vano je instalirati najpovoljnije transportne i transmisione sisteme.



3.9. Energetska zavisnost

Jedan od osnovnih ciljeva energetske politike je da se smanji uvozna zavisnost zemlje. To se moe postii:

Efikasnijim procesom iskorienja raspoloivih energetskih izvora (revitalizacija i rekonstrukcija postojeih kapaciteta)

Smanjenje gubitaka u transportu/transmisiji Smanjenjem potronje finalne energije na nacinalnom nivou Upotrebom novih izvora energije

3.10. Uvoz i izvoz energije

Mora se konstantno pratiti uvozna energetska zavisnost jedne zemlje po svom sadaju (strukturi), obimu i vremenskoj uestalosti. Uvoz i izvoz energije predstavljaju veoma vane stavke energetskog bilansa svake zemlje.

3.11. Energetska politika u Srbiji

Politiku razvoja energetike odnosno njenu strategiju u Srbiji utvruje Vlada RS. Energetska politika treba da utvruje uslove i naine ostvarivanja politike razvoja pojedinih delatnosti. Propisuje nain usklaivanja izgradnje energetskih objekata. Odreuje nacionalne prioritete razvoja. Ima zadatak da obezbedi podsticajne mere za finansijska ulaganja u izgadnju objekata koji koriste obnovljive izvore energije, kao i za racionalno korienje energije.

3.11.1. Energetska zavisnost Srbije

Naa energetika se u znaajnoj meri oslanja na uvozna goriva. Energetska zavisnost Srbije je odreena:

Nepovoljnom strukturom energetskih resursa Nerazvijenou kapaciteta Nedovoljnim investicionim ulaganjima Niskim cenama

Neophodne mere za razvoj energetskog sektora Srbije su sledee: U oblasti kadrova i naunoistaivakog rada U oblasti zakonske regulative U oblasti organizacije i sistema rada (rekonstrukcija, revitalizacija....) Restruktuiranje energetskog sistema Privatizacija energetskog sistema

U skladu sa definisanom Strategijom Ministarstvo utvruje program njenog ostvarivanja. Tim programom se utvruje sledee:

Uslovi, naini i rokovi za ostvarivanje planiranih aktivnosti Za svaki sektor se predlau mere koje se tiu rekonstrukcije, izgradnje objekata i/ili

racionalnog korienja energije Za svaki analizirani sektor se prikazuje prognozirana potronja energije kao i

predviena uteda koja se postie primenom predloenih mera



Realizacija prioriteta razvoja energetike do 2012. godine u Srbiji vodi ka stabilnosti u sferi energetike, ali doprinosi i uspostavljanju ukupne stabilnosti i odrivog i stabilnog ekonomskog razvoja.

Priroriteti razvoja energetike u Republici Srbiji do 2012. godine su: 1. Poboljanje tehnolokih i operativnih performansi energetskih objekata 2. Poveanje energetske efikasnosti 3. Osnivanje fond za energetsku efikasnost 4. Korienje obnovljivih izvora energije 5. Gradnja novih kapitalno intenzivnih energetskih kapaciteta

Ministarstvo donosi i Program efikasnog korienja energije kojim se utvruju: 1. Mere za podsticanje racionalnog korienja energije 2. Standardi za ocenu efikasnosti proizvodnje energije i njenog korienja 3. Mere za podsticanje ostvarivanja razvojnih planova koji se zasnivaju na korienju

obnovljivih energetskih izvora i utedi energije 4. Uspostavljanja sistema obuke 5. Informisanje korisnika energije sa merama za njeno efikasno korienje 6. Mere za zatitu ivotne sredine iz oblasti energetike

3.12. Energetska postrojenja u industriji

3.12.1. Energetski sistemi u industriji

Energetski sistem u industriji se formira na osnovu sledeeg: Energetski sistem same fabrike se formira na osnovu potreba procesa proizvodnje. Proces odreuje neophodne vrste energenata. Zahtevi procesa odreuju i snagu energetskog sistema. Pokretako gorivo se bira u zavisnosti od raspoloivosti, tipa proizvodnje....

U industriji moe da se koristi kombinacija neke od navedenih vrsta energenata: Elektrina energija Toplotna energija (para ili topla voda) Komprimovan vazduh Rashladna energija (7/12 0C, 34 0C) Neko gorivo direktno u samom procesu Voda

Energetski sistem preduzea: Proizvodi energiju da zadovolji sopstvene potrebe (ima izuzetaka) Treba da obezbedi nesmetan rad i proces u svim segmentima rada u preduzeu On ima zadatak da podmiri potrebe ne samo procesa proizvodnje nego i klimatizaciju

radnih prostorija i slino te da omogui kontuinualan rad.

Energetski sistem u industriji moe da obuhvata: Postrojenje za dobijanje toplotne energije (pare i vrue vode) Kombinovano postrojenje za dobijanje elektrine i toplotne energije (kogeneracija) Postrojenje za komprimovani vazduh Transformatore elektrine energije



Rashladne maine Potroae iz procesa koji direktno koriste energent u svom pogonu, pumpne stanice i

elektro motori Sistem osvetljenja

Energetski sistem ubraja i: Parovode Rashladne kule Elektro vodovi Vodovod Razvod komprimovanog vazduha Ventile Odvajae kondenzata...

3.12.2. Elektrina energija u industriji

Elektrina energija u industriji moe da se koristi za: Pogon elektro motora i pumpi Pogon maina na elektrinu energiju (u procesu, mehanikih ilera, ...) Osvetljenje Za kancelarijske poslove Pripremu tople sanitarne vode Grejanje/hlaenje...

3.12.3. Kotlovsko postrojenje

Kotao je postrojenje koje konvertuje hemijsku energiju pogonskog goriva u korisnu toplotu. Kao radni fluid najee se koristi voda. Osim vode se mogu koristiti i druge materije, hemijska jedinjenja i razna termika ulja otporna na visoke temperature. Kako se najee koristi voda kao radni fluid, osnovna korisna toplota koja se dobija iz kotla: para ili topla voda. Mogu biti na:

Prirodni gas Ugalj Mazut Biomasa Elektrina energija (retko u industriji)

Klasifikacija kotlova prema nameni: Energetski kotolovi ili genenratori pare uglavno u termoelektranama. Oni su najvei

po jedininoj snazi, a po ukupnoj instalisanoj snazi nadmauju ukupnu snagu ostalih kotlova.

Industrijski kotlovi slue za snabdevanje raznih industrijskih tehnolokih procesa parom.

Toplifikacioni kotlovi snabdevaju parom ili vrelom vodom stambene zgrade, blokove ili itava naselja, kao i industrijske i druge objekte u cilju grejanja, a esto i obezbeenja sanitarne tople vode.



Kotlovi utilizatori namenjeni su za korienje otpadne toplotne nergije, potpuno ili delimino sagorelih produkata sagorevanja iz procesa u industriji, petrohemiji, crnoj i obojenoj metalurgiji i dr.

Kotao moe biti: Vrelovodni Toplovodni kotao Parni kotao

3.12.4. Turbine

Turbine mogu biti: Parne turbine (kondenzacione i protiv pritisne) Gasne turbine (zatvoren i otvoren ciklus) Kombinovano postrojenje parne i gasne turbine

Industrijske turbine slue za istovremenu proizvodnju tehnoloke pare ili korisne toplote i elektrine energije ili mehanike energije.

3.12.5. Parni sistem

Tipini parni sistem ukljuuje i sledee podsisteme: Kotlove/turbine Parovodi (ukljuujui kontrolne ventile, izolaciju,...) Krajnje korisnike pare (kontrolni sistem, izolacija,odvaja kondenzata ...) Povrat kondenzata (cevovodi, rezervoari i pumpe, odvaja kondenzata)

Para i tolotna energija se u industriji koristi za: Pojedini procesi u proizvodnji iskluivo zahtevaju paru odreenih karakteristika Za blasniranje Kuvanje Pasterizaciju, sterilizaciju Grejanje

3.12.6. Komprimovan vazduh

Komprimovan vazduh se esto koristi u industriji. Zapravo oko 70% od svih preduzea koriste komprimovan vazduh u nekim aspektima svog rada. On se proizvodi na licu mesta (u okviru fabrike).

Komprimovan vazduh se u industriji koristi za: Za pogon maina (pokretanje klipova,...) Za pakovanje (folijom,...) Za rad pneumatskih ureaja Pasterizacija (za pokretanje komandi,..) Lepljenje nalepnica ....



3.12.7. Rashladni sistem

Rashladni sistem je kombinacija komponenti, opreme, cevovoda povezanih tako da proizvode rashladni uinak.

Rashladna energija razliite temperature se koristi za: Zamrzavanje robe Hlaenje proizvoda Klimatizaciju prostorija

Rashladni sistemi se mogu podeliti u dve grupe prema zadatim temperaturama: 1. Od +10 do 0 0C. 2. Od 0 do -40 0C

Rashladni sistem obezbeuje hlaenje u industrijskim procesima ukljuujui i klimatizaciju vazduha.

Ovi sistemi se dele u dve kategorije:

1. Parna kompresiona rashladna maina - esto se nazivaju mehaniki sistemi. Njihove kompresore uglavnom pokreu elektro motori, a retko gasni motori, gasne ili parne turbine.

2. Apsorpcioni sistemi - Rashladni uinak je dobijen koristei toplotnu energiju (direktno sagorevanje fosilnih goriva ili korienje otpadne toplote)

Raspoloive apsorbcione rashladne maine u kombinaciji sa CHP sistemom za pogon mogu da koriste:

Paru, Toplu vodu ili Izduvne gasove.

3.12.8. Kogeneracija

Osnovu procesa kombinovane proizvodnje toplotne i elektrine energije ini jedinstven termodinamiki proces uz korienje samo jednog pogonskog goriva odnosno korienje otpadne toplote koja se stvara kada se generie elektrina energija u cilju stvaranja tople vode i pare. Para ili topla voda mogu se koristiti u tehnolokim procesima, za grejanje prostora, u spravljanju tople potrone vode ili za pogon rashladnih maina pri kondicioniranju (hlaenju)vazduha.

U litetraturi se za kombinovanu proizvodnju elektrine i toplotne energije esto nailazi na termin kogeneracija ili CHP. Akronim CCHP naglaava da se radi o kombinovanoj proizvodnji elektrine, toplotne i rashladne energije, sa obzirom na injenicu da uz CHP sistem osim proizvodnje elektrine i toplotne energije moe ili ne da se koristi dobijena toplota za proizvodnju rashladne energije.

CHP postrojenja imaju svoju primenu u industriji i zgradarstvu:



A. INDUSTRIJA 1. Hemijska i farmaceutska 2. Industrija papira 3. Graevinski materijal, keramika i cement 4. Pivare 5. Prehrambena industrija i eerane 6. Tekstilna industrija 7. Rafinerije nafte 8. elezare, obojeni metali 9. Livnice 10. Drvna industrija 11. Metalska industrija 12. Staklene bate i hortikultura

B. ZGRADARSTVO 1. Centralno grejanje 2. Hoteli i restorani 3. Bolnice 4. Sportski centri i bazen 5. Univerziteti i kole 6. Trni centri 7. Poslovne i upravne zgrade 8. Aerodromi 9. Individualne kue



4. ELEKTRANE

4.1. Termoelektrane

Termoelektrane su energetska postrojenja koje energiju dobijaju sagorevanjem goriva, a glavna primena i svrha termoenergetskih postrojenja je proizvodnja pare koja e pokretati turbinu, a potom i generator elektrine energije.

Tehniko pretvaranje toplotne energije u mehaniku energiju, a potom u elektrinu energiju, odvija se u termoelektranama na ugalj.

S obzirom na pogonski sistem, termolektrane se mogu podeliti na: parne termoelektrane gasne termoelektrane dizel termoelektrane.

U parnim termoelektranama mogu se koristiti: ugalj, tena i gasovita goriva, u gasnim termoelktranama tena i gasovita goriva, a u dizel termoelektranama dolazi u obzir samo teno goriva.

Najvei broj velikih termoelektrana je s parnim pogonom, kod kojih se, uglavnom, koriste parne turbine neposredno spojene sa generatorom (turbogenerator). U ovim elektranama toplota dobijena sagorevanjem goriva predaje se vodenoj pari koja u parnim turbinama proizvodi mehaniku energiju, a koja se u generatoru pretvara u elektrinu energiju.

U gasnim elektranama se mehanika energija pretvara u elektrinu pomou gasnih motora.

Postrojenja za proizvodnju pare i vrele vode, nazivaju se toplanama, a postrojenja za kombinovanu proizvodnju elektrine energije, pare i vrele vode, nazivaju se termoelektranama-toplanama. Postoje javne i industrijske toplane, tj. termoelektrane-toplane.

Hemijska energija sadrana u gorivu najee se pretvara u unutranju toplotnu energiju. Proces pretvaranja hemijske energije u unutranju toplotnu energiju naziva se sagorevanje, to je u stvari, izmena materije u kojoj se hemijska energija sadrana u gorivu pretvara u toplotnu energiju. U procesu sagorevanja goriva razvija se toplota, te pri tome u zavisnosti od hemijskog sastava goriva i uslova sagorevanja nastaju gasovi sagorevanja kao produkti sagorevanja. ti gasovi predstavljaju smeu produkata sagorevanja odnosno:

ugljendioksid (CO2) koji nastaje potpunim sagorevanjem ugljenika (C); ugljenmonoksid (CO) koji nastaje nepotpunim sagorevanjem ugljenika (C); sumpornog dioksida (SO2) koji nastaje sagorevanjem sumpora; sumpornog trioksida (SO3) koji nastaje oksidacijom sumpornog dioksida (SO2); azota (N2) iz goriva i vazduha koji se dovodi u loite (azot ne uestvuje u procesu

sagorevanja, ali poveava ukupnu koliinu gasova sagoravanja); azotnih oksida (NOx) koji nastaju pri specifinim uslovima; kiseonika (O2) preostalog u gasovima sagorevanja usled dovoda vazduha u loite

iznad stehiometrijskih odnosa sagorevanja



vodene pare (H2O) koja nastaje ispravanjem vode sadrane u gorivu i sagorevanjem vodonika.

4.1.1. Princip rada termoelektrane

Proces rada termoelektrane se sastoji od sledeih operacija: snabdevanje gorivom (ugljem, naftom, gasom), parni kotao, mehaniki deo i delovi za odvoenje toplote i gasova.

U naim uslovima su najee termoelektrane na ugalj. ematski prikaz termoelektrane na ugalj dat je na Slici 4.1. U loitu sagoreva gorivo (ugalj, nafta, gas) i proizvodi se toplotna energija koja zagreva kotao. Radi boljeg sagorevanja koriste se ventilatori koji ubacuju kiseonik u loite. Zagrevanjem vode u kotlu dobijamo vodenu paru koja se koristi za pokretanje turbine. Za pokretanje turbine potrebna je potpuno suva vodena para, pa se za njeno suenje koristi pregreja pare. Tako osuena para prenosi se u parnu turbinu, koja pokree generator, koji na svom izlazu daje elektrinu struju.

Slika 4.1. Termoelektrana na ugalj

Konkretno kod termoelektrana na ugalj, pri sagorevanju uglja nastaju gasovi koji iz loita kotla preko cevovoda u kotlu odlaze u dimnjak i okolnu atmosferu.

U parnom kotlu se proizvodi para koja se u pregrejaima pare pregreva na temperaturu 500-600C i pod pritiskom od 90-100 bar. Nastala pregrejana para prolazi kroz parnu turbinu i ekspandira. Tu se toplotna energija pretvara u kinetiku energiju, koja pokree rotor generatora. Para koja izlazi iz turbine dolazi u kondenzator, hladi se i pretvara u tenost-vodu. Tako nastala voda dovodi se u kotao i ponovo se pretvara u paru. Gasovi iz loita kotla idu u filtere koji su smeteni ispod dimnjaka i kroz njih odlaze u atmosferu.

Elektrane na ugalj imaju stepen delovanja dobijanja pare iznad 40%. elektrane se grade u blokovima (osnovna proizvodna jedinica elektroprivrede u savremenim termoelektranama; blok se sastoji od jednog postrojenja za proizvodnju pare, jedne



kondenzacijske turbine, elektrinog generatora i transformatorskog postrojenja), snage do 4000 MW, gde je svaki blok snage 600-700 MW. U ureajima za registrovaanje tetnih izlaznih gasova registruje se sadraj CO, CO2, SO2, NO i NO2.

4.1.2. Kogeneracija

Toplane (TO), kao to je gore ve pomenuto, predstavljaju centralizovana postrojenja za dobijanje tople vode kao potrone vode i vode za grejanje, i tehnoloke procese iz energije goriva. esto se zbog boljeg iskorienja energije, grade termoelektane toplane (TE-TO).

Kogeneracija je termin koji se primenjuje za sisteme koji proizvode i elektrinu energiju kao i korisnu energiju iz goriva koje sagoreva. Znai, proces kogeneracije predstavlja kombinovanu proizvodnju elektrine (ili mehanike) i korisne toplotne energije iz istog primarnog izvora energije. Iz iste koliine goriva dobija se, pored elektrine energije, jo i dodatna toplotna energija, to omoguava podizanje stepena iskoricenja hemijske energije goriva.

Sagorevanjem fosilnog goriva nastaje velika koliina toplote niskog potencijala (tj. niske temperature), koja se mora odvesti rashladnim sistemom (toplotni gubici u procesu transformacije hemijske energije u mehaniki rad). Ovu energiju je pogodno iskoristiti za za

skripta energija i okruzenje

Documents