OBNOVNJIVI I NEOBNOVLJIVI IZVORI ENERGIJE I ZNAČAJ
GEOTERMALNE ENERGIJE
Uvod
Mnogostruke povezanosti energetike, privrednog razvoja i uslova života
stanovništva upućuju na pojačani interes države u oblasti energetike.
Praktično svaka zemlja u određenoj meri sprovodi državnu politiku razvoja energetskog
sektora da bi obezbedila potrebne količine energije uz što manje neposredne i posredne
troškove.
Obezbeđenje energije na efikasan način je višedimenzionalni problem i uključuje:
definisanje neophodnih količina energije sa stanovišta objektivnih mogućnosti i uslova
razvoja zemlje, te agregatne energetske efikasnosti, tehničke, tehnološke i ekološke
aspekte proizvodnje, konverzije, transporta i potrošnje energije, izbor društveno i
ekonomski prihvatljive cene, sigurnosti i kontinuiteta u snadbevanju energijom.
Državnom energetskom politikom i njenim instrumentima potrebno je obezbediti
ambijent za optimalno zadovoljenje postavljenih zahteva, često i međusobno oprečnih.
Karakteristike energetike, a posebno potrebno vreme za izgradnju kapaciteta, upućuju na
sagledavanja u produženom vremenskom horizontu.
Energetika je, mnogo više nego ostale delatnosti, naročito tokom prethodne dve decenije,
poprimila globalne razmere, i tu činjenicu mora da uvažava svaka energetska strategija.
Energetski resursi su ograničeni, u najvećem delu neobnovljivi i neravnomerno
raspoređeni. Svetsko tržište energije delom je kontrolisano od strane multinacionalnog
kapitala, ali je i podložno nepredvidivim uticajima drugih, prevashodno političkih
faktora. Svetske cene su u velikoj meri postale reper za vrednovanje domaćih energetskih
resursa. Proizvodnja i korišćenje energije su veliki zagađivači životne sredine, a ekološke
posledice ne mogu se lokalizovati na državnu teritoriju. Međunarodne konvencije i
propisi zaštite okoline postali su obavezujući za nacionalne energetike.
3
Neobnovljivi izvori energije
Ugalj
Ugalj je gorivi sediment. Sastoji se pretežno od ostataka, odnosno produkta
raspada biljaka, a nastao je od tresetišta iz daleke prošlosti. Proces pougljenjivanja
ostvaruje se postepenim povećavanjem relativnog sadržaja ugljenika(C) uz istovremeno
smanjivanje relativnog sadržaja kiseonika (O2), azota (N2), vodonika (H2). Imamo niz
sukcesivnih pretvaranja: bijni ostaci i drvo-->trest-->lignit-->mrki ugalj-->kameni ugalj.
Taj proces je trajao stotinama miliona godina.
Rezerve uglja
Dva velika pojasa nalazišta kamenog uglja obavijaju Zemlju. Jedno je na severnoj
polulopti i polazi od severnoameričkog kontinenta, preko srednjeg dela Evrope i bivšeg
SSSR-a do Kine. Drugi pojas polazi od južnog Brazila, preko južne Afrike do istočne
Australije. Pripadaju mu i nalazišta u Indiji.
Najveće svetske rezerve
mrkog uglja i lignita nalaze se između 35. i 70. stepena
geografske širine na Severnoj i Južnoj polulopti.
Svetske rezerve kamenog i mrkog uglja iznose oko 510 milijardi tona. Najveće rezerve
nalaze se u SAD, Rusiji, Kazahstanu, Australiji, Kini i Indiji (oko 73% svetskih rezervi).
Svetske rezerve lignita iznose oko 470 milijardi tona, a najveće rezerve se nalaze u SAD,
Nemačkoj, Rusiji, Australiji, Kini (oko 80% svetskih rezervi lignita).Na slici grafik dat je
pregled o rezervama.
Postoje razni podaci o energetskoj vrednosti uglja. Prema BP jedna tona ekvivalentne
nafte u energetskom pogledu iznosi oko 1.5 tona kamenog i mrkog uglja i oko 3 tone
lignita. Takođe, važi približan odnos između tone ekv. nafte i tone uglja: toe/t=0.5-0.6.
4
okoline pri vađenju iz rudnika, transportu i skladištenju. Ona se može smanjiti sušenjem
na vazduhu. Higroskopska vlaga se nalazi u porama uglja i naziva se unutrašnja vlaga.
Zavisi od osobina uglja, a može se odstraniti zagrevanjem na temp. od oko 100C. Sadržaj
pepela definisan je kao količina nesagorivih sastojaka po 1kg uglja. On u kamenom uglju
može iznositi od 5 do 15%, dok u mrkom uglju i lignitu u veoma nepovoljnim
slučajevima mogu iznositi i do 60%. Sastav pepela utiče na njegovo vladanje za vreme
sagorevanja jer od sastava zavisi temperatura izdvajanja pepela što se odražava na
upotrebljivost uglja i na konstrukciju kotlova.
Rasplinjavanje uglja (dobijanje generatorskih gasova)
To je hemijski proces u kome se gorivi sastojci uglja pretvaraju u gasove. Tako se
goriva malih toplotnih moći (drvo, lignit) pretvaraju u tehnički pogodnija gasovita goriva.
Ugalj pretvaramo u gas zbog lakšeg transporta, osim toga kotlovi koji kao gorivo koriste
gas su lakši i jednostavniji, a kao produkte sagorevanja nemamo sumpor.
Postrojenje za dobijanje ovakvih gasova zovemo generator gasova. U njega stavljamo
gorivo koje zapalimo, pa dovodimo vazduh, vodenu paru ili njihovu smešu. Tako
možemo dobiti vazdušni gas, vodeni gas ili generatorski gas. Osnovna razlika u odnosu
na destilaciju je ta što se ovde dešavaju hemijske promene pa je glavni proizvod gas, dok
je kod destilacije najčešće glavni proizvod koks.
Vazdušni gas dobijamo ako u generator gasova dovodimo suvi vazduh ili smešu
kiseonika i azota.
Nastaje hemijska reakcija oksidacije ugljenika iz uglja uz oslobađanje toplote:
C + O2 -> CO2 + Q (2.2.4.1)
Ako je temperatura dovoljno visoka (1000K) imamo delimičnu redukciju CO2 uz
trošenje toplote:
C + CO2 + Q1 -> 2CO (2.2.4.2)
Zatim se deo CO redukuje u ugljenik uz trošenje toplote Q2.
Na kraju imamo sušenje uglja i trošenje toplote Q3. Na izlazu iz generatora gasova
dobijamo smešu CO i N2 tzv. vazdušni gas. Toplotna moć prečišćenog vazdušnog gasa
iznosi oko 3.4-4.7MJ/Nm3.
Vodeni gas nastaje hemijskom reakcijom između vodene pare koju dovodimo u
generator gasova i užarenog uglja na temperaturi od oko 1000K:
3C + O2 + H20 -> 3CO + H2 + Q (2.2.4.3)
Donja toplotna moć mu je oko 7.5MJ/Nm3. Retko se upotrebljava kao gorivo osim u
industriji kod postrojenja za hemijsku sintezu (dobijanje sintetičkog benzina i
amonijaka). Ako upotrebimo mešavinu kiseonika i vodene pare dobijamo tzv.
niskokalorični vodeni gas toplotne moći do 11MJ/Nm3.
Dobijanje visokokaloričnog vodenog gasa je slično ali uz velike pritiske (do 100 bara).
Toplotna moć mu je do 18MJ/Nm3. Konačnu u procesu metanizacije ako koristimo
smešu vodonika i vodene pare dobijamo sintetički prirodni gas toplotne moći do
37.3MJ/Nm3.
6
Podzemna gasifikacija
Uduvavanjem vazduha ili smese vazduha i kiseonika u rudnike uglja dobijamo
gas. Cilj je racionalizacija eksploatacije uglja sa energetskog, ekološkog i ekonomskog
stanovišta. Dobijeni gas možemo koristiti kao gorivo u TE, za proizvodnju tople vode u
kotlarnicama, za sušenje u rotacionim sušarama, za proizvodnju građevinskih materijala.
Podzemnu gasifikaciju možemo primeniti kod onih nalazišta koje ne možemo racionalno
eksploatisati ili kod onih napuštenih rudnika koji se klasičnim putem više ne eksploatišu.
Time povećavamo korišćenje vanbilansnih rezervi uglja. U odnosu na površinsku i
podzemnu eksploataciju imamo manja ulaganja po jedinici toplote, kraće vreme za izradu
postrojenja, veću produktivnost (20-400%).
Nafta i gas
Sirova nafta i prirodni (zemni) gas su smeše različith ugljovodonika čiji se
molekuli najčešće sastoje od ugljenika (C), vodonika (H), a ponekad od azota (N),
kiseonika (O) i sumpora (S). U nalazištima mogu biti u tečnom, gasovitom pa i u čvrstom
stanju što zavisi od temperatura i pritiska.
Nastali su od belančevina, ugljenih hidrata i masti kao ostataka niskorazvijenih biljnih i
životinjskih planktona i bakterija koje su živele u vodi ili moru. Ti organski ostaci mogu
se u posebnim geohemijskim procesima pretvarati u sirovu naftu i prirodni gas. Taj
proces se odvija u mirnoj vodi sa malim količinama kiseonika. Takve prilike danas
postoje npr. u Crnom moru na dubini od oko 150m gde u istaloženom mulju ima i do
30% organskih sastojaka. Taj je mulj polazna osnova za sirovu naftu i prirodni gas. Zbog
manjka kiseonika, organske materije se raspadaju i delovanjem bakterija, masti se
pretvaraju u lakše ugljovodonike, polaznu osnovu za stvaranje ugljovodonika koji čine
sirovu naftu.
Nalazišta sirove nafte i prirodnog gasa nisu poput uglja u slojevima, već su to samo
slojevi više ili manje impregnirani sirovom naftom ili prirodnim gasom. Da bi se
eksploatisala nafta ili gas nije dovoljno bušenjem doći do smese slane vode nafte i gasa
(uz naftu i gas redovno dolazi slana voda), već pre toga treba odvojiti naftu i gas od slane
vode. Odnos gasa i nafte u pojedinom nalazištu u prvom redu zavisi od pritiska pod kojim
se oni nalaze. Nema mnogo nalazišta sirove nafte bez prirodnog gasa. U onima koja su
najsiromašnija gasom ima po nekoliko Nm3 gasa po toni nafte, a neka nalazišta daju i
stotinak Nm3 (Venecuela, Irak).
Prirodni gas je smeša gasova gde najveću ulogu imaju ugljovodonici. Osim gasovitog
metana (CH4) dolazi etan (C2H6), propan (C3H8), butan (C4H10), kao i teži
ugljovodonici, koji su pri atmosferskom pritisku u tečnom stanju, dok je za propan i
butan potreban nešto veći pritisak. Samo je metan u gasovitom stanju i pri velikim
pritiscima. Prirodni gas delimo na suvi i vlažni. Vlažni prirodni gas je onaj sa više od 60g
po Nm3 kondenzovanih ugljovodonika. Prirodni gas nastaje zajedno sa naftom na već
opisani način ili se pojavljuje kao metan za vreme stvaranja uglja. Uz ugljovodonike u
7
