Proizvodnja električne energije

Proizvodnja električne energije koristi električnu potencijalnu energiju koja nastaje odvajanjem elektrona iz elektronskih omotača atoma. Odvajanje se može postići elektromehaničkim energetskim pretvaranjem (elektromagnetska indukcija), termoelektričnim (termoelektrični efekat), termojonskom, fotoelektričnim pretvaranjem (fotoelektrični učinak ili fotoefekt kao na primer kod fotonaponske ćelije), direktnim pretvaranjem hemijske u električnu energiju u gorivnom članku, magnetohidrodinamičkim generatorom.[2][3] Jedna je od bitnih karakteristika električne energije je da se ona ne može uskladištiti, nego se mora proizvoditi onda kada je potrebna. Zbog toga se Elektrane i elektroenergetske mreže|elektrane i celi elektroenergetski sistem izgrađuju tako da mogu trenutno zadovoljiti potražnju za električnom energijom. [4]

Izvori električne struje u svakodnevnom životu dakle mogu biti:

Turbogenerator01
Turbo generator[1]
Electricity grid simple- North America
Dijagram elektroenergetskog sistema, sistem proizvodnje je u crvenom
Drehstrom-Synchron-Generator
Naizmenični sinhroni električni generator sa četiri para polova na rotoru.

Izvori električne struje

Električna struja je kretanje slobodnih elektrona, to jest negativno naelektrisanih čestica. Do takvog kretanja dolazi u nekom električnom prvodniku, ako je on svojim krajevima priključen na polove nekog izvora struje između kojih postoji električni napon. Kako napon između polova nastaje zbog razlike količine elektrona, to elektroni nastoje da tu razliku izjednače tako da se kreću od pola, gde ih ima previše, prema polu gde ih ima premalo. Ako između dve provodno spojene tačke nekoga izvora struje vlada stalni električni napon, u električnom provodniku će teći električna struja. Onaj pol izvora struje koji ima viši električni potencijal označava se sa plus (+), a pol koji ima niži potencijal sa minus (-).

Za svako kretanje postoji neki uzrok. Tako je na primer uzrok kretanju vode u vodovodnim cevima razlika pritisaka, a uzrok kretanja elektrona je elektromotorna sila (EMS), to jest ona sila koja stvara razliku električnih potencijala, to jest električni napon. Uređaji koji stvaraju elektromotornu silu zovu se izvori struje. Takav je na primer izvor struje džepna baterija. Da bi struja mogla da teče, strujno kolo mora da bude zatvoreno. Strujno kolo se sastoji od izvora struje i električnih provodnika koji su priključeni na njegove polove. Za otvaranje i zatvaranje strujnih krugova služe različiti prekidači ili sklopke. Otvori li se strujno kolo, na primer kod džepne baterije, elektromotorna sila će i dalje terati elektrone, pa će na negativnom polu nastati višak, a na pozitivnom manjak elektrona. Između polova vladaće, dakle, napeto stanje koje se zove električni napon (električna napetost), što je posledica elektromotorne sile.

Električna struja, to jest elektroni, struje od mesta gde ih ima više (minus pola) prema mestu gde ih ima manje (plus pola), to jest smerom koji je suprotan smeru električnog polja. Taj se smer zove elektronski smer. Međutim, u elektrotehnici obično se uzima protivni smer, to jest od pozitivnog prema negativnom polu. Taj se smer zove tehnički smer. Ovakav smer struje bio je usvojen još onda kada se nije znalo za elektrone. U stručnoj literaturi smer se nije promenio do danas jer bi se zbog toga morale menjati izvesne definicije usvojene u elektrotehnici. Najjednostavnija je jednosmerna struja koja uvek teče u istom smeru i naglo ne menja svoju jačinu. U današnje vreme se mnogo više upotrebljava naizmenična struja, koja neprestano menja jačinu i svoj smer.[5]

Produkcija

Ene Flow Pow Plt uni
Protok energije elektrane

Ukupna bruto proizvodnja električne energije u svetu je bila 25.082 TWh 2016. godine. Izvori struje su bili ugalj i treset 38,3%, prirodni gas 23,1%, hidroenergija 16,6%, nuklearna energija 10,4%, nafta 3,7%, solarna/vetar/geotermalna/plimska/drugo 5,6%, biomasa i otpad 2,3%.[6]

Izvor električne energije (Ukupne vresdnosti za ceo svet 2008. godine)
- Ugalj Nafta Prirodni
gas
Nuklearna Obnovljiva drugo Total
Prosečna električna snaga (TWh/godina) 8.263 1.111 4.301 2.731 3.288 568 20.261
Prosečna električna snaga (GW) 942,6 126,7 490,7 311,6 375,1 64,8 2311,4
Proporcija 41% 5% 21% 13% 16% 3% 100%
izvor podataka IEA/OECD

Istorijski rezultati proizvodnje električne energije

Annual electricity net generation in the world
Annual electricity net generation from renewable energy in the world

Annual electricity net generation in the world
Annual electricity net generation from renewable energy in the world

Proizvodnja po zemljama

Sjedinjene države su dugo bile najveći proizvođač i potrošač električne energije, sa globalnim udelom od bar 25% u 2005. godini, čemu su sledile Kina, Japan, Rusija, i Indija. U januaru 2010, ukupna proizvodnja električne energije za dva najveća proizvođača bila je sledeća: SAD: 3.992 milijardi kWh (3.992 TWh); Kina: 3.715 milijardi kWh (3.715 TWh).

Spisak zemalja sa izvorima električne energije 2008. godine

Izvor podataka o vrednostima (proizvedene električne energije) je IEA/OECD.[7] Navedene zemlje su prvih 20 po broju stanovnika ili prvih 20 po BDP (PPP) i Saudijska Arabija na osnovu CIA svetske činjenične knjige iz 2009. godine.[8]

Kompozicija električne energije po resursima (TWh godišnje, 2008)
Elektroenergetski sektor zemlje Fosilno gorivo Nuklearno rang Obnovljiva Bio
drugo*
ukupno rang
Ugalj Nafta Gas sub
total
rang Hidro Geo
Termalna
Solarna
PV*
Solarna
Termalna
Vetar Plima sub
total
rang
Svetski total 8,263 1,111 4,301 13,675 - 2,731 - 3,288 65 12 0.9 219 0.5 3,584 - 271 20,261 -
Proporcija 41% 5.5% 21% 67% - 13% - 16% 0.3% 0.06% 0.004% 1.1% 0.003% 18% - 1.3% 100% -
Кина Kina 2,733 23 31 2,788 2 68 8 585 - 0.2 - 13 - 598 1 2.4 3,457 2
Индија Indija 569 34 82 685 5 15 12 114 - 0.02 - 14 - 128.02 6 2.0 830 5
Сједињене Америчке Државе SAD 2,133 58 1011 3,101 1 838 1 282 17 1.6 0.88 56 - 357 4 73 4,369 1
Индонезија Indonezija 61 43 25 130 19 - - 12 8.3 - - - - 20 17 - 149 20
Бразил Brazil 13 18 29 59 23 14 13 370 - - - 0.6 - 370 3 20 463 9
Пакистан Pakistan 0.1 32 30 62 22 1.6 16 28 - - - - - 28 14 - 92 24
Бангладеш Bangladeš 0.6 1.7 31 33 27 - - 1.5 - - - - - 1.5 29 - 35 27
Нигерија Nigerija - 3.1 12 15 28 - - 5.7 - - - - - 5.7 25 - 21 28
Русија Rusija 197 16 495 708 4 163 4 167 0.5 - - 0.01 - 167 5 2.5 1,040 4
Јапан Japan 288 139 283 711 3 258 3 83 2.8 2.3 - 2.6 - 91 7 22 1,082 3
Мексико Meksiko 21 49 131 202 13 9.8 14 39 7.1 0.01 - 0.3 - 47 12 0.8 259 14
Филипини Filipini 16 4.9 20 40 26 - - 9.8 11 0.001 - 0.1 - 21 16 - 61 26
Вијетнам Vijetnam 15 1.6 30 47 25 - - 26 - - - - - 26 15 - 73 25
Етиопија Etiopija - 0.5 - 0.5 29 - - 3.3 0.01 - - - - 3.3 28 - 3.8 30
Египат Egipat - 26 90 115 20 - - 15 - - - 0.9 - 16 20 - 131 22
Немачка Nemačka 291 9.2 88 388 6 148 6 27 0.02 4.4 - 41 - 72 9 29 637 7
Турска Turska 58 7.5 99 164 16 - - 33 0.16 - - 0.85 - 34 13 0.22 198 19
Демократска Република Конго DR Kongo - 0.02 0.03 0.05 30 - - 7.5 - - - - - 7.5 22 - 7.5 29
Иран Iran 0.4 36 173 209 11 - - 5.0 - - - 0.20 - 5.2 26 - 215 17
Тајланд Tajland 32 1.7 102 135 18 - - 7.1 0.002 0.003 - - - 7.1 23 4.8 147 21
Француска Francuska 27 5.8 22 55 24 439 2 68 - 0.04 - 5.7 0.51 75 8 5.9 575 8
Уједињено Краљевство UK 127 6.1 177 310 7 52 10 9.3 - 0.02 - 7.1 - 16 18 11 389 11
Италија Italija 49 31 173 253 9 - - 47 5.5 0.2 - 4.9 - 58 11 8.6 319 12
Јужна Кореја Južna Koreja 192 15 81 288 8 151 5 5.6 - 0.3 - 0.4 - 6.3 24 0.7 446 10
Шпанија Španija 50 18 122 190 14 59 9 26 - 2.6 0.02 32 - 61 10 4.3 314 13
Канада Kanada 112 9.8 41 162 17 94 7 383 - 0.03 - 3.8 0.03 386 2 8.5 651 6
Саудијска Арабија Saudijska Arabija - 116 88 204 12 - - - - - - - - - - - 204 18
Тајван Tajvan 125 14 46 186 15 41 11 7.8 - 0.004 - 0.6 - 8.4 21 3.5 238 16
Аустралија Australija 198 2.8 39 239 10 - - 12 - 0.2 0.004 3.9 - 16 19 2.2 257 15
Холандија Holandija 27 2.1 63 92 21 4.2 15 0.1 - 0.04 - 4.3 - 4.4 27 6.8 108 23
Zemlja Ugalj Nafta Gas sub
total
rang Nuklearna rang Hidro Geo
Termalna
Solarna
PV
Solarna
Termalna
Vetar Plima sub
total
rang Bio
drugo
Total rang

Solarna PV* je solarna fotonaponska energija Bio drugo* = 198 TWh (biomasa) + 69 TWh (otpad) + 4TWh (drugo)

Reference

  1. ^ „The turbogenerator – A continuous engineering challenge” (PDF). Архивирано из оригинала (PDF) на датум 21. 8. 2010.
  2. ^ Croft, Terrell; Summers, Wilford I. (1987). American Electricians' Handbook (Eleventh изд.). New York: McGraw Hill. ISBN 978-0-07-013932-9.
  3. ^ Fink, Donald G.; Beaty, H. Wayne (1978). Standard Handbook for Electrical Engineers (Eleventh изд.). New York: McGraw Hill. ISBN 978-0-07-020974-9.
  4. ^ Električna energija, [1] "Hrvatska enciklopedija", Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2017.
  5. ^ Velimir Kruz: "Tehnička fizika za tehničke škole", "Školska knjiga" Zagreb, 1969.
  6. ^ International Energy Agency, "Electricity Statistics", Retrieved 8 December 2018.
  7. ^ IEA Statistics and Balances retrieved 2011-5-8
  8. ^ CIA World Factbook 2009 retrieved 2011-5-8
Biomasa

Biomasa (eng. biomass, njem. Biomasse) odnosi se na živuću ili donedavno živuću materiju, biljnog ili životinjskog porijekla, koja se može koristiti kao gorivo ili za industrijsku proizvodnju. Najčešće se koristi direktno u konačnoj potrošnji energije za grejanje, kuvanje ili zagrevanje tople vode, ali se može koristiti i za proizvodnju električne energije i toplote, te se odnedavno sve više koristi za proizvodnju biogoriva. Takođe se može koristiti u industriji za proizvodnju vlakana i hemikalija. Biomasa je obnovljivi izvor energije, a uopšte se može podeliti na drvnu, nedrvnu i životinjski otpad, unutar čega se mogu razlikovati:

Drvna biomasa

Ostaci i otpad nastao pri piljenju, brušenju, blanjanju...

Često je to otpad koji opterećuje poslovanje drvno-prerađivačke firme

Služi kao gorivo u vlastitim kotlovnicama, sirovina za proizvode, brikete, pelete

Jeftinije je i kvalitetnije gorivo od šumske biomase

Ostaci i otpaci iz poljoprivrede

Slama, kukuruzovina, oklasak, stabljike, koštice, ljuske...

To je heterogena biomasa različitih svojstava

Ima nisku ogrjevnu vrednost zbog visokog udela vlage i različitih primesa (hlor!)

Prerađuje se presovanjem, baliranjem, peletiranjem

Danska: instalirana je elektrana na ostatke žitarica od 450 MW!

Životinjski otpad i ostaci

Anaerobna fermentacija (izmet – sve vrste životinja + zelena masa)

Spaljivanjem (stelja, lešine – peradarske farme)

Bioplin (60% metana, 35% CO2 te 5% smeše vodonika, azota, amonijaka, vodonik sulfida, CO, kiseonika i vodene pare)

Biomasa iz otpada

Zelena frakcija kućnog otpada

Biomasa iz parkova i vrtova s urbanih površina

Mulj iz kolektora otpadnih vodaNajčešće se koristi drvna masa koja je nastala kao sporedni proizvod ili otpad te ostaci koji se ne mogu više iskoristiti. Takva se biomasa koristi kao gorivo u postrojenjima za proizvodnju električne i toplotne energije ili se prerađuje u gasovita i tekuća goriva za primenu u vozilima i kućanstvima.

Biomasa ne uključuje organske materije koje su promenjene raznim geološkim procesima u materije poput nafte i uglja.

Geotermalni izvor energije

Geotermalna elektrana je kao svaka druga elektrana, osim što se para ne proizvodi izgaranjem fosilnih ili drugih goriva, već se crpi iz zemlje. Daljnji je postupak sa parom isti kao kod konvencionalne elektrane: para se dovodi do parne turbine, koja pokreće rotor električnog generatora. Nakon turbine para odlazi u kondenzator, kondenzuje se, da bi se tako dobivena voda vratila nazad u geotermalni izvor. Reč geotermalna dolazi od grčkih reči geo (zemlja) i therme (toplota). Pod pojmom geotermalna energija smatra se ona energiju koja se može pridobiti iz Zemljine unutrašnjosti i koristiti u energetske ili neke druge svrhe.

Godine 2015, svetski kapacitet geotermalne snage je iznosio 12,8 gigavata (GW), od čega je 28 % bilo instalirano u Sjedinjenim Državama. Međunarodno tržište je raslo sa prosečnom godišnjom stopom od 5 procenata tokom tri godine koje su prethodile 2015, i očekuje se da će globalni geotermalni kapacitet dosegnuti 14,5–17,6 GW do 2020. Na temelju postojećeg geološkog znanja i tehnologije koju je GEA objavila, Geotermalna energetska asocijacija (GEA) procenjuje da je samo 6,9 procenata ukupnog globalnog potencijala iskorišteno do sada. Prema podacima organizacije IPCC, koja deluje u okviru UN, potencijal geotermalne energije je u rasponu od 35 GW do 2 TW. Zemlje koje generišu više od 15 procenata njihove struje iz geotermalnih izvora su El Salvador, Kenija, Filipini, Island, Novi Zeland i Kostarika.

Geotermalna energija se smatra održivim, obnovljivim izvorom energije zato što je ekstrakcija toplote mala u poređenju sa toplotnim sadržajem Zemlje. Emisije stakleničkih gasova geotermalnih elektrana su u proseku 45 grama ugljen-dioksida po kilovat-satu struje, ili manje od 5% količine konvencionalnih elektrana u kojima se sagoreva ugalj.

Pametna mreža

Pametna elektroenergetska mreža je mreža koja koristi analogne i digitalne

informaciono-komunikacione tehnologije u cilju prikupljanja

informacija o snabdevanju i potrošnji električne

energije. Glavni cilj pametnih elektroenergetskih mreža je poboljšanje efikasnosti, pouzdanosti, ekonomičnosti i održivosti proizvodnje i distribucije električne energije.Pametne elektroenergetske mreže koriste digitalna (pametna) brojila za praćenje potrošnje električne energije u realnom vremenu. Pametna brojila su elektronski uređaji koji beleže potrošnju električne energije u intervalima od jednog sata ili manje, i vraćaju informaciju centrali radi kontrole i naplate. Omogućavaju jednostavno merenje potrošnje električne energije. Potrošači imaju mogućnost

upravljanja potrošnjom električne energije. Prednosti pametne elektroenergetske mreže su niža cena električne energije, odgovorno i održivo korišćenje izvora energije, mogućnost za rast društvenog proizvoda, poboljšanje pouzdanosti snabdevanja energijom, racionalnije investiranje u infrastrukturu, poboljšanje kontrole i dijagnostike problema i mogućnost izbora potrošačima da prave i distribuiraju sopstvenu struju ili mogućnost izbora između različitih dobavljača, proizvoda i usluga.

Solarna fotonaponska energija

Ako se električna energija dobije direktnim pretvaranjem energije sunčevog zračenja tada govori o sunčevoj fotonaponskoj (FN) energiji. U fizici ovakvo pretvaranje energije je poznato pod nazivom fotoelektrični efekt. Uređaji u kojima se odvija fotonaponsko pretvaranje energije zovu se solarne ćelije.

Sunčeva FN energija ubraja se u obnovljive izvore energije.

На другим језицима

This page is based on a Wikipedia article written by authors (here).
Text is available under the CC BY-SA 3.0 license; additional terms may apply.
Images, videos and audio are available under their respective licenses.