2011.
ENERGIJA I
OKRUŽENJE
SKRIPTA
D. D. ŠTRBAC, B. D. GVOZDENAC,
Z. D. MIROSAVLJEVIĆ
Skripta iz predmeta Energija i okruženje
Departman za inženjerstvo zaštite životne sredine i zaštite na radu
│
Fakultet tehni
č
kih nauka
|1|
SADRŽAJ
1. FORMIRANJE ENERGETSKIH BILANSA ....................................................................................................... 4
1.1. Zakon održanja 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. Zaga
ñ
enje okoline rafinerija ...................................................................................................................... 18
2.4. Uticaj rafinerija nafte na aerozaga
ñ
enje .................................................................................................... 19
2.5. Zaga
ñ
enje vodotoka ................................................................................................................................... 20
3. ULOGA ENERGIJE U FUNKCIONISANJU DRUŠTVENIH, BIOLOŠKIH I INDUSTRIJSKIH
SISTEMA ................................................................................................................................................................... 21
3.1. Uloga energije u funkcionisanju društva ................................................................................................... 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. Elektri
č
na energija u industriji .......................................................................................................... 29
3.12.3. Kotlovsko postrojenje ....................................................................................................................... 29
3.12.4. Turbine.............................................................................................................................................. 30
Skripta iz predmeta Energija i okruženje
Departman za inženjerstvo zaštite životne sredine i zaštite na radu
│
Fakultet tehni
č
kih nauka
|3|
5.4.3. Scintilacioni broja
č
............................................................................................................................. 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 GRA
ð
EVINARSTVU ................................................................................ 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. Ekološka naselja ........................................................................................................................................ 95
6.3. Energetski-efikasno obnavljanje ................................................................................................................ 95
6.4. Performanse u toku životnog ciklusa ......................................................................................................... 96
6.5. Smanjenja potrošnje energije pri projektovanju objekata .......................................................................... 96
6.5.1. O tehnologiji ....................................................................................................................................... 96
6.5.2. Oblast primene .................................................................................................................................... 97
6.5.3. Mehanizmi o
č
uvanja energije ............................................................................................................. 97
6.5.4. Prednosti projektovanja smanjenja potrošnje energije u gra
ñ
evinarstvu ............................................ 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. Skladišta/prenošenje/popravka ......................................................................................................... 101
6.6.8. Kampusi ............................................................................................................................................ 101
6.7. Integracija koncepta smanjenja potrošnje energije u projektantski proces .............................................. 102
6.8. Uštede energije ........................................................................................................................................ 109
6.8.1. Ostali uticaji ...................................................................................................................................... 110
6.8.2. Studije slu
č
aja ................................................................................................................................... 110
6.9. Budu
ć
nost tehnologije ............................................................................................................................. 116
6.9.1. Razvoj tehnologije ............................................................................................................................ 116
6.9.2. Tehnološke perspektive ........................................................................................................................ 116
6.9.3. Resursi .............................................................................................................................................. 117
7. RA
Č
UNSKI ZADACI ......................................................................................................................................... 118
7.1. Sagorevanje ............................................................................................................................................. 118
7.2. Zakon održanja mase, nuklearne reakcije, fuzija i fisija .......................................................................... 129
7.3. Atomska jezgra ........................................................................................................................................ 141
8. LITERATURA..................................................................................................................................................... 145
Skripta iz predmeta Energija i okruženje
Departman za inženjerstvo zaštite životne sredine i zaštite na radu
│
Fakultet tehni
č
kih nauka
|4|
1. FORMIRANJE ENERGETSKIH BILANSA
1.1. Zakon održanja energije i energetski bilansi
Kompletna energetika se zasniva na transformacijama razli
č
itih vidova energije. Pri
tome važi da je E=const., odnosno važi zakon održanja energije, koji tvrdi da u sistemu u
kome je masa stalna energija se ne može ni generisati ni uništiti, ve
ć
sam može pre
ć
i iz
jednog oblika u drugi.
Transformacija energije se u industriji i energetskim postrojenjima odvija
posredstvom mašina (toplotnih, elektri
č
nih, nuklearnih…) uz vršenje rada, bilo onog koji se
vrši nad sistemom, bilo onog koji sistem vrši, dakle u komunikaciji sistema i okoline.
Mogu
ć
nost transformacije i procesi vezani za komunikaciju sistema i okoline opisani
su I i II principom termodinamike.
Formiranje energetskih bilansa podrazumeva specifi
č
nu ststistiku, koja za cilj ima
jednostavno i pregledno prikazivanje izvora energije, energetske transformacije, energetske
tokove, gubitke energije, odavanje energije, odnosno sve ono što opisuje energiju u toku
odigravanja procesa koji se želi prikazati. Energetski bilans treba da obezbedi jednostavno
odre
ñ
ivanje svih bitnih veli
č
ina, odnosno karakteristika posmatranog sistema.
1.2. Planetarni i lokalni bilansi
Č
ovekova aktivnost ima velik uticaj na delikatan bilans izme
ñ
u koli
č
ine sun
č
eve
toplote, koja dospe do površine Zemlje i toplote koja se izra
č
i nazad u svemir. Da bi se
shvatio kakav je uticaj
č
ovekove aktivnost na globalno prenošenje toplote, mora se prethodno
poznavati unutrašnji mehanizam funkcionisanja klimatskog sistema Zemlje. Na Zemlji
postoji život zbog odgovaraju
ć
eg rastojanja od Sunca i sastava atmosfere. Ipak, naša klima se
može menjati i na taj na
č
in zapretiti da ugrozi stanje ravnoteže na Zemlji.
1.3. Globalna klima
Pod globalnom klimom se podrazumeva stanje klimatskih faktora odre
ñ
enih za celu
površinu Zemlje i usrednjenih u duga
č
kim vremenskim intervalima. Od svih klimatskih
faktora smatra se da je globalna prose
č
na temperatura faktor koji je najbolji za ra
ć
enje
promena klime i predvi
ñ
anje budu
ć
ih klimatskih promena, jer je ona najstabilniji klimatski
parametar. Period veremena po kojem se vrši usrednjavanje obi
č
no je decenija ili duži
vremenski interval.
Tipi
č
no je da se temperatura vazduha na površini Zemlje menja za oko 20
°
C izme
ñ
u
dana i no
ć
i u nekoj posmatranoj oblasti. Usrednjavanjem po celoj površini Zemaljske kugle
zapravo se eliminiše ova razlika, budu
ć
i da je uvek isti procentualni deo Zemlje izložen u
datom trenutku zra
č
enju Sunca. Jednostavnije re
č
eno na jednoj polovini planete je dan, kada
je na drugoj polovini no
ć
, tako da se efekti smene dana i no
ć
i u ovakvom usrednjavanju
prakti
č
no poništavaju. Prose
č
na globalna temperatura je stoga dobar reprezent ukupne
sun
č
eve energije koja se apsorbuje od strane Zemlje.
Skripta iz predmeta Energija i okruženje
Departman za inženjerstvo zaštite životne sredine i zaštite na radu
│
Fakultet tehni
č
kih nauka
|6|
Slika 1.1. Predvi
ñ
anja 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 definiše kao sposobnost nekog tela da vrši rad.
Jedinica energije u SI je 1 Džul (J).
Postoje razli
č
ite vrste energije i svaka vrsta energije se u prisustvu materije može
transformisati iz jednog oblika u drugi.
Vrste energije, koje se javljaju u sistemima životne sredine su slede
ć
e:
1.
Hemijska energija, koju poseduju supstance u svojim atomima i molekulima i koja
se osloba
ñ
a prilikom odvijanja hemijskih reakcija.
2.
Elektri
č
na energija, koju poseduju naelektrisana tela.
3.
Kineti
č
ka energija, koju tela poseduju usled kretanja.
4.
Toplotna energija, koju poseduje telo usled kretanja njegovih atoma i molekula (ona
je zapravo jedan oblik kineti
č
ke energije).
5.
Potencijalna energija, koju telo poseduje usled svog položaja 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:
