Skleníkový efekt a energetika, snižování emisí CO, role obnovitelných zdrojů, atd.

____________________________________________________________________________________________________________________VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrumVŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrum

Skleníkový efekt a energetika, snižování Skleníkový efekt a energetika, snižování emisí CO, role obnovitelných zdrojů, emisí CO, role obnovitelných zdrojů,

atd.atd.

Pavel NoskievičPavel Noskievič


Skleníkový efekt je přirozenou a pro život nezbytnou součástí Země

Na skleníkovém efektu se podílí:

vodní pára cca dvěmi třetinamioxid uhličitý 30 %ostatní plyny zbytek


Uhlíkový cyklus

atmosférou a pevninou cca 60 Gt/rok

atmosférou a povrchem oceánu cca 90 Gt/rok

povrchem a hloubkou oceánu cca 100 Gt/rok

příspěvek z fosilních paliv do atmosféry cca 5,5 Gt/rok

Uhlíkové toky mezi:





Tep

lotní

odch

ylka

[°C]


Dé

lka

cy

klu

slu

ne

čn

ích

sk

vrn

[r]

délka cyklu slunečních skvrn teplota


Možnosti snížení emisí CO2

• snížení spotřeby energie zvýšením účinnosti transformace a využití

• posílení role paliv s nízkým obsahem uhlíku

• posílení přirozených procesů vázajících CO2 (lesy,půda,oceán)

• využívání energetických zdrojů neprodukujících CO2 (jaderné a

obnovitelné)

• separace CO2 ze spalování fosilních paliv a jeho dlouholeté ukládání


42-44%

42-44% 44-46% (USA)

44-46%

44%

46-48%

47% 50%

48-50%

35-40% 50%< 50%< 50%<

Parní turbína

FBC

Zplyňování

Přímá přeměna

Podkritické parametry

AFBC

Superkritické parametry

PFBC Topping PFBC

Topping PFBC

LNG 1100°C G/T

LNG 1300°C G/T

LNG 1500°C G/T

LNG 1500°C G/T

IGCC 1300°C G/T

IGCC 1500°C G/T

PAFC MCFC SOFC

Nadkritické parametry

IGFC

Plynová turbína

Zvyšování účinnosti el. bloků


Fosilní paliva

• zabezpečují cca 85 % spotřeby energie

• složení h + a + w = 1

• složení hořlaviny C + H + S + N + O = 1

Produkty spalování

1 kg C 3,7 kg CO2

1 kg H2 9 kg H2O

1 kg S 2 kg SO2


Hodnocení paliv podle produkce CO2

Emisní faktor uhlíku [tC/TJ]Q

C10E

r

i

r

SC


Měrné emise CO2 z energetických zdrojů

/MWh][tCOηQ

C13,2e 2

cri

r

co2

pro konkrétní palivo kQ

C13,2ri

r

1cco ηke

2


Technologie výroby elektřiny z fosilních paliv

• spalování uhlí v práškových a fluidních kotlích (PC, FBC)

• spalování zemního plynu v kombinovaném cyklu (NGCC)

• integrovaný zplyňovací kombinovaný cyklus (IGCC)


Odstraňování CO2 po spalování


Odstraňování CO2 před spalováním

kyslíku


Spalování s kyslíkem


zemní plyn

vzduch plynová turbína

N2, O2, H2O do atmosféry

separace CO2

CO2 k dalšímu použití, uložení

parní generátor

parní turbína


zplyňovač

struska

uhlí

kyslík

odstranění síry

separace CO2

CO2 k dalšímu použití, uložení

plyn bohatý na H2

vzduch plynová turbína

N2, O2, H2O do atmosféry

parní generátor

parní turbína

„shift“ reakce


Technologie záchytu CO2

• vypírání spalin (MEA – monoetanolamin)

• kryogenní technologie

• separační membrány

• adsorpce

• jiné principy


KONDENZAČNÍ TURBÍNA

PAROGENERÁTOR

ČERPADLO

H2

O2

H2O


Generátor Generátor paroplynové směsi směsi


~

O2

CxHy

Separační parogenerátor

Parní generátor

CO2

H2O

mN

m

i2

i1

i3

i4

iK

iS

VT NT

Kondenzátor

El. generátor

Systém CES


elektrárna se zachycením CO2

oceán potrubí

potrubí

vytěžené ložisko ropy nebo plynu

nevytěžitelné uhelné sloje

hlubinné, salinické aquifery

Ukládání CO2


- Současná světová produkce oxidu uhličitého představuje cca 23 Gt ročně

- Podle odhadů IEA (Greenhouse Gas R&D Programme) jsou k dispozici následující globální kapacity pro geologické ukládání CO2 :

• vyčerpaná ropná ložiska 125 Gt

• vyčerpaná ložiska zemního plynu 800 Gt

• hlubinné salinické aquifery 400 – 10 000 Gt

• netěžitelná uhelná ložiska 150 Gt

• oceány > 106 Gt


Přednosti ukládání do vyčerpaných ložisek

• nízké náklady na ukládání

• ověřené zásobníky (sloužily miliony let)

• dobře známé geologické podmínky

• částečná možnost využití těžebních zařízení

• zvýšení výtěžnosti (EOR, ECBM)


Nejistoty

• dlouhodobá spolehlivost podzemních uložišť

• odstraňování CO2 zvýšenými energetickými nároky produkuje další CO2

• vliv CO2 na mořský život (zvýšení kyselosti)

• kontrola uložišť


Ukládání CO2 jako součást obchodování s emisními povolenkami bude vyžadovat spolehlivé měření jeho množství.

• vhodné technologie jsou k dispozici

• náklady nebudou velké (zkušenosti s SO2)

• monitorování potrubní dopravy je běžné

• geologický monitoring (seismické metody) umožní kontrolu v

zásobnících


Srovnání technologií (pro 500 MW)

ProcesSeparace CO2 Účinnost Měrné emise CO2

A / N [%] [g.kWh-1]

NGCCNe 56 370

Ano* 47 – 48 60

PCNe 46 720

Ano* 33 150

IGCCNe 46 710

Ano* 38 130

* včetně komprese CO2 (110 bar)


Zvýšení investičních nákladů

NGCC 2 x

PC 1,8 x

IGCC 1,5 x


Zvýšení ceny elektřiny

NGCC 1,5 x

PC 1,7 x

IGCC 1,7 x


Výrobní náklady


Bílá kniha EU (1997)

OZE mohou přispět ke snížení dovozové závislosti a zvýšení bezpečnosti dodávek energie. Přínosem bude také pozitivní vliv na produkci CO2 a vytváření nových pracovních míst.


Struktura primárních zdrojů EU a ČR

EU


Přehled technologií pro výrobu elektřiny z biomasy

Technologie Účinnost Výkon Stav vývoje

Parní stroj 10 – 12 % 200-2000 kW využívá se

Parní turbína 15 – 40 % 0,5-240 MW využívá se

Organický Rankinův cyklus 10 – 12 % 300-1500 kW připraveno ke komerci

Spalovací motor 27 – 31 % 100-2000 kW demonstrační jednotky

IGCC 40– 55 % › 10 MW demonstrační jednotky

Šroubový parní stroj 10 – 12 % 20-1000 kW demonstrační jednotky

Stirlingův motor 18 – 22 % 0,5-100 kW demonstrační jednotky

Mikroturbína 15 – 25 % 5-100 kW výzkum a vývoj

Palivový článek 25 – 40 % 20-2000kW výzkum a vývoj


Jedná se o významnou perspektivní problematiku?

• prokáže se souvislost emisí CO2 a oteplování – ANO

• neprokáže se – ANO , protože:

1co ηke

2


Závěr

• souvislost obsahu CO2 v ovzduší a teploty na zemském povrchu je prokázána

• vliv antropogenní produkce CO2 na globální klima je pravděpodobný

• opatření, budou-li nutná, budou omezená a nákladná

• racionálním opatřením je zlepšování účinnosti energetického systému a

snižování měrné spotřeby

• růst spotřeby energie lze pouze zmírnit

• je nutno odlišovat snižování měrné produkce CO2 a jeho odstraňování

• technologický vývoj vede k čistým energetickým systémům

• energetiku čeká zajímavé období

Date post:	12-Jan-2016
Category:	Documents
Upload:	rhea
View:	44 times
Download:	7 times

Skleníkový efekt a energetika, snižování emisí CO, role obnovitelných zdrojů, atd.

Documents