____________________________________________________________________________________________________________________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
____________________________________________________________________________________________________________________VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrumVŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrum
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
____________________________________________________________________________________________________________________VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrumVŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrum
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:
____________________________________________________________________________________________________________________VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrumVŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrum
____________________________________________________________________________________________________________________VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrumVŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrum
____________________________________________________________________________________________________________________VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrumVŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrum
____________________________________________________________________________________________________________________VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrumVŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrum
Tep
lotní
odch
ylka
[°C]
____________________________________________________________________________________________________________________VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrumVŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrum
Dé
lka
cy
klu
slu
ne
čn
ích
sk
vrn
[r]
délka cyklu slunečních skvrn teplota
____________________________________________________________________________________________________________________VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrumVŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrum
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
____________________________________________________________________________________________________________________VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrumVŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrum
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
____________________________________________________________________________________________________________________VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrumVŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrum
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
____________________________________________________________________________________________________________________VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrumVŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrum
Hodnocení paliv podle produkce CO2
Emisní faktor uhlíku [tC/TJ]Q
C10E
r
i
r
SC
____________________________________________________________________________________________________________________VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrumVŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrum
Měrné emise CO2 z energetických zdrojů
/MWh][tCOηQ
C13,2e 2
cri
r
co2
pro konkrétní palivo kQ
C13,2ri
r
1cco ηke
2
____________________________________________________________________________________________________________________VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrumVŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrum
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)
____________________________________________________________________________________________________________________VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrumVŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrum
Odstraňování CO2 po spalování
____________________________________________________________________________________________________________________VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrumVŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrum
Odstraňování CO2 před spalováním
kyslíku
____________________________________________________________________________________________________________________VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrumVŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrum
Spalování s kyslíkem
____________________________________________________________________________________________________________________VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrumVŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrum
zemní plyn
vzduch plynová turbína
N2, O2, H2O do atmosféry
separace CO2
CO2 k dalšímu použití, uložení
parní generátor
parní turbína
____________________________________________________________________________________________________________________VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrumVŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrum
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
____________________________________________________________________________________________________________________VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrumVŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrum
Technologie záchytu CO2
• vypírání spalin (MEA – monoetanolamin)
• kryogenní technologie
• separační membrány
• adsorpce
• jiné principy
____________________________________________________________________________________________________________________VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrumVŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrum
KONDENZAČNÍ TURBÍNA
PAROGENERÁTOR
ČERPADLO
H2
O2
H2O
____________________________________________________________________________________________________________________VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrumVŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrum
Generátor Generátor paroplynové směsi směsi
____________________________________________________________________________________________________________________VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrumVŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrum
~
O2
CxHy
Separační parogenerátor
Parní generátor
CO2
H2O
mN
m
i2
i1
i3
i4
iK
iS
VT NT
Kondenzátor
El. generátor
Systém CES
____________________________________________________________________________________________________________________VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrumVŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrum
elektrárna se zachycením CO2
oceán potrubí
potrubí
vytěžené ložisko ropy nebo plynu
nevytěžitelné uhelné sloje
hlubinné, salinické aquifery
Ukládání CO2
____________________________________________________________________________________________________________________VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrumVŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrum
- 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
____________________________________________________________________________________________________________________VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrumVŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrum
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)
____________________________________________________________________________________________________________________VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrumVŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrum
Nejistoty
• dlouhodobá spolehlivost podzemních uložišť
• odstraňování CO2 zvýšenými energetickými nároky produkuje další CO2
• vliv CO2 na mořský život (zvýšení kyselosti)
• kontrola uložišť
____________________________________________________________________________________________________________________VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrumVŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrum
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
____________________________________________________________________________________________________________________VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrumVŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrum
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)
____________________________________________________________________________________________________________________VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrumVŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrum
Zvýšení investičních nákladů
NGCC 2 x
PC 1,8 x
IGCC 1,5 x
____________________________________________________________________________________________________________________VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrumVŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrum
Zvýšení ceny elektřiny
NGCC 1,5 x
PC 1,7 x
IGCC 1,7 x
____________________________________________________________________________________________________________________VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrumVŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrum
Výrobní náklady
____________________________________________________________________________________________________________________VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrumVŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrum
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.
____________________________________________________________________________________________________________________VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrumVŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrum
Struktura primárních zdrojů EU a ČR
EU
____________________________________________________________________________________________________________________VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrumVŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrum
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
____________________________________________________________________________________________________________________VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrumVŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrum
Jedná se o významnou perspektivní problematiku?
• prokáže se souvislost emisí CO2 a oteplování – ANO
• neprokáže se – ANO , protože:
1co ηke
2
____________________________________________________________________________________________________________________VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrumVŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrum
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