Trigeneracija.docx

Trigeneracija Trigeneracija (engl. trigeneration ili trigen) je proces istovremene proizvodnje električne, toplinske i rashladne energije iz primarnog izvora energije kao što je kemijska energija,, fosilno gorivo, energija gorivo, ili solarna energija. energija. Kao i kod kogeneracije otpadna toplina je nusprodukt koji  je rezultat proizvodnje električne energije te se na najbolji način želi iskoristiti takav “otpadni”oblik

energije u svrhu povećanja efikasnosti sustava.

Konvencionalne termoelektrane pretvaraju samo 1/3 kemijske u električnu energiju. Ostatak se izgubi na toplinu. Termoelektrani zbog takvog prosipanja topline koji ima nepovoljan utjecaj na okoliš

mora se povećati iskoristivost proizvodnje električne energije ili nekog drugog oblika energije.

Jedna od metoda poboljšavanja proizvodnje električne energije je kogeneracija (Combined Heat and Power ili CHP), gdje se više od 4/5 energije iz fosilnih goriva pretvara u iskoristivu energiju (električnu i toplinsku) , a rezultat je uz ekonomičnost i ekološki prihvatljiviji. U klimatski toplijim područjima ili u vručim ljetnim mjesecima pojavljuje se potreba za hlađenjem

različitih objekata, ali i u različitim proizvodnim industrijskim procesima gdje su potrebne niske temperature. Zbog toga je potrebno proširenje CHP CHP tehnologije.  tehnologije.

Kombiniranjem kogeneracijskog postrojenja s apsorbcijskim rashladnim sistemom moguće je iskoristiti sezonske viškove topline za dobivanje rashladne energije, čime se poboljšava ekonomičnost . Pomoću ovakvog koncepta, moguće je dostići ukupnu efikasnost procesa do 75% (električna I rashladna energija). Takav proces naziva se trigeneracija  (combined Heat, Cooling and trigeneracija (combined Power production ili CHCP CHCP). ).

Topla voda ili zagrijani ispušni plin iz kogeneracijskog postrojenja služi kao pokretačka energija uređaje. Na taj način se može više od 80  % toplinske energije pretvoriti u za apsorpcijske rashladne uređaje. rashladnu vodu koja se zatim dovodi do potrošača.

Jednostavna shema trigeneracije

Prednosti takvih Prednosti  takvih apsorpcijskih rashladnih uređaja: 

Ne emitiraju freone u atmosferu, što je značajan ekološki efekt.

 

Koriste otpadnu toplinu kogeneracijskog postrojenja, što značajno povećava ekonomičnost.  jevaju veoma mala financijska sredstva sredstva za održavanje. Zahti jevaju

 Akronim za trigeneraciju u SAD-u uz CHCP koristi CHCP koristi se I kratica BCHP BCHP(( Building Cooling, Heating and Power). U Njemačkoj odgovarajući akr onimi onimi su KWK KWK,, Kraft-Waerme-Kopplung ili BHKW BHKW,, BlockHeizkraftwerk, Heizkraftwe rk, i KWKK KWKK,, Kraft-Waerme-Kaelte-Kopplung.

Trigeneracija Trigeneracija (engl. Combined heat, cooling and power ili CHCP) je postupak istovremene proizvodnje električne, korisne toplinske i rashladne energije u jedinstvenom procesu, uporabom  jednog energetskog energetskog izvora (energenta). (energenta).

Shema trigeneracije

Trigeneracija (engl. Combined heat, cooling and power ili CHCP) je postupak istovremene proizvodnje

električne, korisne toplinske i rashladne energije u jedinstvenom procesu, uporabom jednog energetskog izvora (energenta). Djelomično dobivena toplina (ispušni plinovi) trigeneracijske elektro-energane se koristi za hlađenje kroz apsorpcijski rashladni ciklus (dodaje se apsorpcijski rashladni uređaj s binarnom smjesom LiBr-voda ili voda- amonijak, koji za svoj rad koristi otpadnu toplinu ispušnih plinova ili sl. iz kogeneracije). U usporedbi s kogeneracijom, energetska učinkovitost trigeneracije se još više povećava zbog uvođenja mogućnosti hlađenja. Trigeneracijsko postrojenje je izvrstan način rješavanja opskrbe električnom, toplinskom i rashladnom energijom većih objekata, bolnica, domova za umirovljenike, rekreacijskih centara s bazenima, hotela, trgovačkih centara, sportskih dvorana i sl. te k od industrijskih procesnih postrojenja, koja uz elek tričnu energiju za svoje funkcioniranje troše i znatne količine toplinske i/ili rashladne energije. Trigeneracijska tehnologija se sve više razvija ra zvija u suvremenom tehničkom svijetu, jer nudi vrlo konkretne financijske uštede po pitanju troškova energenata, iako su takve investicije po pravilu u startu još uvijek vrlo skupe.

U usporedbi s kogeneracijom, energetska učinkovitost trigeneracije se još više povećava  zbog uvođenja mogućnosti mogućnosti hlađenja. Trigeneracija – kogeneracija  – kogeneracija s apsorpcijskim uređajima (ARU)

Kada se kogeneracijsko postrojenje (plinski motor + generator) poveže na apsorpcijske rashladne uređaje (ARU), ostvaren je trigeneracijski sustav za proizvodnju toplinske, rashladne i električne energije unutar  jedinstvenog pogona.

U ljetnom periodu, za potrebe i mogućnosti potpunog energetskog pokrivanja klimatizacije (hlađenja) planirani trigeneracijski sustav (TRS) može iz kogeneracije (plinski motor radom stalno proizvodi električnu struju te odaje otpadnu toplinu), preko dva jednostepena apsopcijska rashladna uređaja (ARU) na vruću vodu, koji kao rashladnu radnu tvar koriste binarnu smjesu litijev bromid -voda (LiBr/H2O)., proizvoditi potrebni i dostatni rashladni učin odnosno rashladnu energiju tijekom ljetne sezone hlađenja. Vruća voda (70-90ºC) za pogon generatora pare apsorpcijskih rashladnih uređaja (ARU) priprema se u dizajniranim izmjenjivačima topline, kojima se potrebna toplina dovodi iz ispušnih plinova i sustava vodenog hlađenja plinskog motora. Kako je za ostvarivanje uk upno potrebnog rashladnog učina potrebno dovesti više topline , plinski motor može raditi s opterećenjem cca. 85%, jer se time može ostvariti potrebna energetska vrijednost komfornog hlađenja iz otpadnih toplina .

Trigeneracijsko postrojenje je izvrstan način rješavanja opskrbe električnom, toplinskom i rashladnom energijom većih objekata, bolnica, domova za umirovljenike, rekreacijskih centara s bazenima, hotela, trgovačkih centara, sportskih dvorana i sl. Apsorpcijski rashladni uređaji (ARU)

Općenito, jednostepeni apsorpcijski rashladni uređaj (ARU) sastoji se od generatora, apsorbera, kondenzatora, isparivača, dva prigušna ventila i crpke, sve to smješteno unutar jednog zajedničkog sklopa. Kao primarni radni medij koriste se dvojne (binarne) smjese voda-amonijak (H2O-NH3) ili litijev bromid-voda (LiBr-H2O). U generatoru pare i kondenzatoru su međusobno jednaki i viši, a u apsorberu i

isparivaču međusobno jednaki i niži radni tlakovi. Generator (pare) se grije izvana dovedenim ogrijevnim medijem (vrela voda iz solarnih kolektora) zbog

čega se jaka otopina binarne radne tvari pretvara u paru bogatu LiBr (ili NH3). Slaba otopina iz generatora preko prvog prigušnog ventila, gdje se tlak prigušuje na nižu vrijednost, odlazi u apsorber. se hladi rashladnom vodom iz rashladnog tornja te dovedena slaba otopina (uz odvođenje topline) apsorbira bogatu paru, koja kontinuirano dolazi iz isparivača. Tako obogaćenu kapljevinu crpka vraća u generator (podižu se tl ak i temperatura). Istovremeno se bogata para razvijena u generatoru vodi u kondenzator, gdje se ukapljuje odvođenjem topline (rashladna voda iz rashladnog tornja s morskom vodom). Kapljevina se vodi na drugi prigušni ventil, gdje se prigušuje na niži tlak isparivača, na sebe

Apsorber

preuzima rashladnu toplinu (rashladna voda za klimatizaciju) i isparava u bogatu paru. Apsorpcijski se

proces stalno ponavlja u zatvorenom radnom krugu. Bolji uređaji dodatno još imaju ugrađene i izmjenjivače topline Rashladni toranj

Rashladni toranj (engl. cooling tower) se najčešće k oristi za preuzimanje topline kod vodom hlađenog kondenzatora sustava hlađenja, klimatizacije i uređaja procesne industrije. Potrošnja vode (morske) u rashladnom tornju je samo oko 5% potrošnje u jednim prolazu izmjene topline, što ovakav sustav čini najjeftinijim za rad s rashladnom vodom (čija se rashladna energija plaća). I gubici zagrijane vode (odmuljivanje) su vrlo mali, čime su smanjene negativne posljedice za okoliš. Rashladni tornjevi mogu

ohladiti rashladnu vodu, koja u suvremenoj tehnici hlađenja ima vrlo važnu ulogu za 3 -6°C. Kogeneracijsko/trigeneracijski sustavi mogu se pogoniti i iz obnovljivih izvora energije, primjerice bioplina ili biogoriva. Kod bioplinskog kogeneracijskog postrojenja, za funkcionalni rad sustava potrebna je topla

voda za zagrijavanje biomase u digestoru (fermentoru) te se u tu svrhu može iskoristiti dio k ogeneracijske toplinske energije (vodeno hlađenje motora/generatora, hlađenje motornog ulja i sl.). Kao biogorivo moguće je koristiti zeleni biodiesel iz kukuruza, uljane repice, posebno uzgojenih algi i sl.

Kogeneracija – trigeneracija – poligeneracija Kogeneracija koristi otpadnu toplinu, koja nastaje uobičajenom proizvodnjom električne energije u termoenergetskim postrojenjima te se najčešće koristi za grijanje građevina ili čak cijelih naselja i sve više u industrijskim proizvodnim procesima.

Istovremena proizvodnja električne i toplinske energije Kogeneracija  (engl. Combined heat and power ili CHP) je postupak istovremene proizvodnje električne i korisne

toplinske energije u jedinstvenom procesu, unutar jednog postrojenja i s jednim energetskim izvorom (energentom).

Kogeneracija koristi otpadnu toplinu, koja nastaje uobičajenom proizvodnjom električne energije u termoenergetskim postrojenjima te se najčešće koristi za grijanje građevina ili čak cijelih naselja i sve više u industrijskim proizvodnim procesima.

Takva se toplinska energija može koristiti za proizvodnju procesne pare, zagrijavanje vode ili zraka, u procesu trigeneracije, gdje se dio energije (ispušni plinovi) koristi i za hlađenje. Kogeneracija je termodinamički gledano vrlo učinkovito korištenje potrošnje osnovnog goriva (energenta). Primjerice, prilikom klasične proizvodnje električne energije, dio toplinske energije nepovratno nestaje u okolišu kao otpadna toplina, dok u kogeneracijskom sustavu upravo takva toplinska energija postaje višestruko korisna. Dakle, osnovna prednost kogeneracije je povećana učinkovitost energenta u odnosu n a konvencionalne elektrane, koje služe samo za proizvodnju električne energije i industrijske sustave koji služe samo za proizvodnju pare ili vruć e vode za tehničke procese.

Ukupna učinkovitost kogeneracije prosječno iznosi 70 -85% (27-45% električne i 40-50% toplinske energije) za razliku od konvencionalnih elektrana, gdje je ukupna učinkovitost  30-51%

Komercijalno danas dostupne kogeneracijske kogeneracijske tehnologije su parne i plinske turbine, mikroturbine, motori s unutarnjim izgaranjem (plinski, Otto, diesel, biop linski), Stirlingov motor i gorivi članci, u širokom rasponu električne snage od 1

kW (Stirling) do 250 MW (plinske turbine) i više (plinski motori). Poznatiji svjetski proizvođači kogeneracijskih energana su Caterpillar, Jenbacher, MWM, York, Trane, McQuay, Deutz, Carrier itd. Ukupna učinkovitost kogeneracije prosječno iznosi 70-85% (27-45% električne i 40 -50% toplinske energije) za razliku

od konvencionalnih elektrana, gdje je ukupna učinkovitost 30-51%, naravno samo električne energije. Kogeneracijske tehnologije imaju značajnu ulogu kao distribuirani izvor energije zbog pozitivnih učinaka, manjih

energetskih gubitaka u mreži, smanjenju zagušenja u prijenosu, povećanju kvalitete napona i pouzdanosti kontinuirane opskrbe električnom energijom. Uz sve navedeno, smanjen je i štetan učinak na okoliš. U razvoju su i decentralizirani kogeneracijski sustav proizvodnje električne i toplinske energije odnosno istovremenom uporabomotpadne topline.  To je sva ona toplina, koje se dobiva iz kompresorskih sustava rashladne

tehnike, vodenim hlađenjem motora, hlađenjem ulja za podmazivanje, plinske smjese i topline ispušnih plinova, a predstavlja određenu i vrlo značajnu energetsku uštedu, a time prihvatljiv oblik obnovljivog izvora energije. Koristi se za osnovno zagrijavanje ili dogrijavanje nekog glavog toplinskog sustava, klimatizaciju klimatizaciju zraka u sustavu

ventilacije, grijanje sanitarne potrošne tople vode (PTV), centralno zagrijavanje objekata ili za industrijske tehnološke potrebe.

Svi članci iz serije "Kogene racija - trigeneracija trigeneracija - poligeneracija" poligeneracija"

Trigeneracija je postupak istovremene proizvodnje električne, korisne toplinske i rashladne energije u jedinstvenom procesu, uporabom jedno g energetskog izvora. Djelomično dobivena toplina trigeneracijske elektro-energane se koristi za

hlađenje kroz apsorpcijski rashladni ciklus. -voda ili vodaDodaje se apsorpcijski rashladni uređaj s binarnom smjesom LiBr -voda amonijak, koji za svoj rad koristi otpadnu toplinu ispušnih plinova ili sl. iz kogeneracije. U usporedbi s kogeneracijom, energetska učinkovitost trigeneracije

se još više povećava zbog uvođenja mogućnosti hlađenja. Trigeneracijsko postrojenje je izvrstan način rješavanja opskrbe električnom, toplinskom i rashladnom energijom većih objekata, bolnica, domova za umirovljenike, rekreacijskih centara s bazenima, hotela, trgovačkih centara, sportskih dvorana i sl. te kod industrijskih procesnih postrojenja, koja uz električnu energiju za svoje funkcioniranje troše i znatne količine topl inske i/ili rashladne energije. Trigeneracijska tehnologija se sve više razvija u suvremenom tehničkom svijetu, jer nudi vrlo konkretne financijske uštede po pitanju troškova energenata, iako su takve investicije po pravilu u startu još uvijek vrlo skupe.

 – kogeneracija s apsorpcijskim uređajima (ARU) Kada se kogeneracijsko postrojenje (plinski motor + generator) poveže na apsorpcijske rashladne uređaje (ARU), ostvaren je trigeneracijski sustav za proizvodnju toplinske, rashladne i električne  energije unutar jedinstvenog pogona. U ljetnom periodu, za potrebe i mogućnosti potpunog energetskog pokrivanja klimatizacije (hlađenja) planirani trigeneracijski sustav (TRS) može iz kogeneracije (plinski motor radom stalno proizvodi električnu struju te   odaje otpadnu toplinu), preko dva jednostepena apsopcijska rashladna uređaja (ARU) na vruću vodu, koji kao rashladnu radnu tvar koriste binarnu smjesu litijev bromid voda (LiBr/H2O)., proizvoditi potrebni i dostatni rashladni učin odnosno rashladnu energi ju  ju tijekom ljetne sezone hlađenja. Vruća voda (70-90ºC) za pogon generatora pare apsorpcijskih rashladnih uređaja (ARU) priprema se u dizajniranim izmjenjivačima topline, kojima se potrebna toplina dovodi iz ispušnih plinova i sustava vodenog hlađenja plinskog motora. Kako je za ostvarivanje ukupno potrebnog rashladnog učina potrebno dovesti više topline , plinski motor može raditi s opterećenjem cca. 85%, jer se time može ostvariti potrebna energetska vrijednost komfornog hlađenja iz otpadnih toplina .

Trigeneracija

Apsorpcijski

rashladni uređaji (ARU) Općenito, jednostepeni apsorpcijski rashladni uređaj (ARU) sastoji se od generatora, apsorbera, kondenzatora, isparivača, dva prigušna ventila i crpke, sve to smješteno unutar jednog zajedničkog sklopa. Kao primarni radni  medij koriste se dvojne (binarne) smjese voda-amonijak (H2O-NH3) ili litijev bromid-voda (LiBr-

H2O). U generatoru pare i kondenzatoru su međusobno jednaki i viši, a u apsorberu i isparivaču međusobno jednaki i niži radni tlakovi.  Generator (pare) se grije izvana dovedenim ogrijevnim medijem (vrela voda iz solarnih kolektora) zbog

čega se jaka otopina binarne radne tvari pretvara u paru bogatu LiBr (ili NH3). Slaba otopina iz generatora preko prvog prigušnog ventila, gdje se tlak prigušuje na nižu vrijednost, odlazi u apsorber. Apsorber se hladi rashladnom vodom iz rashladnog tornja te dovedena slaba otopina (uz odvođenje topline) apsorbira bogatu paru, koja kontinuirano dolazi iz isparivača. Tako obogaćenu kapljevinu crpka vraća u generator (podižu se tlak i temperatura). Istovremeno se bogata para razvijena u generatoru vodi u kondenzator, gdje se ukapljuje odvođenjem topline

(rashladna voda iz rashladnog tornja s morskom vodom). Kapljevina se vodi na

drugi prigušni ventil, gdje se prigušuje na niži tlak isparivača, na sebe preuzima rashladnu toplinu (rashladna voda za klimatizaciju) i isparava u bogatu paru.

 Apsorpcijski se proces proc es stalno ponavlja u zatvorenom radnom radn om krugu. Bolji uređaji dodatno još imaju ugrađene i izmjenjivače topline Rashladni toranj Rashladni toranj (engl. cooling tower) se najčešće koristi za preuzimanje topline

kod vodom hlađenog kondenzatora sustava hlađenja, klimatizacije i uređaja procesne industrije. Potrošnja vode (morske) u rashladnom tornju je samo oko 5% potrošnje u jednim prolazu izmjene topline, što ovakav sustav čini najjeftinijim za rad s rashladnom vodom (čija se rashladna energija plaća). pla ća). I gubici zagrijane vode (odmuljivanje) su vrlo mali, čime su smanjene negativne posljedice za okoliš. Rashladni tornjevi mogu ohladiti rashladnu vodu, koja u suvremenoj tehnici hlađenja ima vrlo važnu ulogu za 3 -6°C. Kogeneracijsko/trigeneracijski sustavi mogu se pogoniti i iz obnovljivih izvora energije, primjerice bioplina ili biogoriva. Kod bioplinskog kogeneracijskog postrojenja, za funkcionalni rad sustava potrebna je topla voda za zagrijavanje biomase u digestoru (fermentoru) te se u tu

svrhu može iskoristiti dio kogeneracijske toplinske energije (vodeno hlađenje motora/generatora, hlađenje motornog ulja i sl.). Kao biogorivo moguće j e koristiti zeleni biodiesel iz kukuruza, uljane repice, posebno uzgojenih algi i sl. Kogeneracija Koge neracija (engl. Combined heat and power ili CHP) je postupak istovremene

proizvodnje električne i korisne toplinske energije u jedinstvenom procesu, unutar  jednog postrojenja i s jednim energetskim izvorom (energentom). Kogeneracija

koristi otpadnu toplinu, koja nastaje uobičajenom proizvodnjom električne energije u termoenergetskim postrojenjima te se najčešće koristi za grijanje građevina ili čak cijelih naselja i sve više u industrijskim proizvodnim procesima.  Takva se toplinska energija može koristiti za proizvodnju procesne pare, zagrijavanje vode ili zraka, u procesu trigeneracije, gdje se dio energije (ispušni plinovi) koristi i za hlađenje. Kogeneracija je termodinamički gledano vrlo učinkovito korištenje potrošnje osnovnog goriva (energenta). Primjerice, prilikom klasične proizvodnje električne energije, dio toplinske energije nepovratno nestaje u okolišu kao otpadna toplina, dok u kogeneracijskom sustavu upravo takva toplinska energija

postaje višestruko korisna. Dakle, osnovna prednost kogeneracije je povećana učinkovitost energenta u odnosu na konvencionalne elektrane, koje služe samo za proizvodnju električne energije i industrijske sustave koji služe samo za proizvodnju pare ili vruće vode za tehničke procese. Komercijalno danas dostupne kogeneracijske tehnologije su parne i plinske turbine, mikroturbine, motori s unutarnjim izgaranjem (plinski, Otto, diesel, bioplinski), Stirlingov motor i gorivi

članci, u širokom rasponu električne snage od 1 kW (Stirling) do 250 MW (plinske turbine) i više (plinski motori). Poznatiji svjetski proizvođači kogeneracijskih energana su Caterpillar, Jenbacher, MWM, York, Trane, McQuay, Deutz, Carrier itd. Ukupna učinkovitost kogeneracije prosječno iznosi 70-85% (27-45% električne

i 40-50% toplinske energije) za razliku od konvencionalnih elektrana, gdje je ukupna učinkovitost 30-51%, naravno samo električne energije. Kogeneracijske tehnologije imaju značajnu ulogu kao distribuirani izvor energije zbog pozitivnih

učinaka, manjih energetskih gubitaka u mreži, smanjenju zagušenja u prijenosu, povećanju kvalitete napona i pouzdanosti kontinuirane opskrbe električnom energijom. Uz sve navedeno, smanjen je i štetan učinak na okoliš.  U razvoju su i decentralizirani kogeneracijski sustav proizvodnje električne i toplinske energije odnosno istovremenom uporabom otpadne topline. To je sva ona toplina, koje se

dobiva iz kompresorskih sustava rashladne tehnike, vodenim hlađenjem motora, hlađenjem ulja za podmazivanje, plinske smjese i topline ispušnih plinova, a predstavlja određenu i vrlo značajnu energetsku uštedu, a time prihvatljiv oblik obnovljivog izvora energije. Koristi se za osnovno zagrijavanje ili dogrijavanje nekog glavog toplinskog sustava, klimatizaciju zraka u sustavu ventilacije, grijanje

sanitarne potrošne tople vode (PTV), centralno zagrijavanje objekata ili za industrijske tehnološke potrebe. www.zelenaenergija.org

Energetski dio projekta (slika u dodacima) osmišljen je uporabom kontejnerske energane s plinskim motorom na unutarnje izgaranje i generatorom, pogonjenim

prirodnim (zemnim) plinom. Ukupni električni učin iz kogeneracije uzet u

proračunsko razmatranje (kod 100% opterećanja motora) iznosi 1136 kW, a toplinski 1716 kW (kombinirano iz nekoliko vrsta izvora otpadne topline). Ovako bi

projektirani centralni energetski izvor moga preko odgovarajućeg pomoćnog sustava izmjenjivača topline, armature, cjevovoda i automatike napajati konvencionalni komforni razvod toplinske i rashladne energije hotela uporabom ventilokonvektorskog (voda) i ventilacijskog (zrak) sustava s klima komorama.

Istovremeno se u jedinstvenom procesu proizvodi i električna energija za potrebe rada tih i drugih električnih uređaja, npr. liftova, unutar nje nje i vanjske rasvjete itd. Potrebna cjelogodišnja toplinska energija zagrijavanja potrošne tople vode (PTV) tako odabranog virtualnog hotela, ukupnog toplinskog učina 275 kW ostvaruje se također iz sustava kogeneracije. Potrošna topla voda se akumulira u spremnicima s rezervnim elektrogrijačima (2x138kW). (2x138kW ). U zimskom periodu, plinska kogeneracijska energana opskrbljuje sustave hotela potrebnom i dovoljnom

toplinskom i električnom energijom, a tijekom ljetnog perioda ista prelazi u trigeneracijski sustav, jer uz kontinuiranu cjelogodišnju proizvodnju električne energije i topline zagrijavanja potrošne tople vode (PTV) omogućava kvalitetno sezonsko komforno hlađenje hotela preko posebno planiranog sustava s apsorpcijskim rashladnim uređajima (ARU) na toplu vodu, a sve to u jedinstvenom pogonskom procesu i samo s jednim energentom (prirodni plin). Troškovi početne investicije za nabavu kogeneracijske kontejnerske energane (KE) te dva

apsorpcijska rashladna uređaju (ARU) relativno su visoki (cca. 755.000,00 Eura). Ipak, isto svakako treba promatrati kroz prizmu energetske vrijednosti i

financijske važnosti takvog sustava, zbog dugoročnih energetskih ušteda uslijed istovremene proizvodnje električne, toplinske i rashladne energije unutar  jedinstvenog procesa i s jednim energentom, a sve to za osiguranje kvalitetne

funkcionalnosti odgovarajućih hotelskih ponuda. Iz rezultata izvršene analize ekonomske isplativosti ugradnje kogeneracijskog/trigeneracijskog sustava virtualnog hotela razvidno je, kako definirani vremensk i period moguće

optimizacije troškova poslovanja i povrata investicije iznosi oko 7.28 godina, što je unutar planiranog perioda razmatranja od 15 godina i karakterističnih trenutnih uvjeta RH. Cijena prirodnog plina pl ina u Hrvatskoj, kao trenutno ekonomski (troškovno) najutjecajnijeg energetskog parametra odabranog sustava kogeneracije/trigeneracije hotela dosta je visoka i nepovoljna u odnosu na

naknadu (prihod), koju zakonom isplaćuje HEP za otkup proizvedene električne energije iz OIE i kogeneracije i u stalnom je porastu. Ta važna činjenica, ovako tehnički koncipiran sustav kogeneracije/trigeneracije virtualnog hotela postavlja u poziciju pokrivanja isključivo i samo vlastitih tehničko-funkcionalnih energetskih potreba. Naime, iz neke dalnje usporedbe proizvedenih i prodanih viškova električne energije HEP-u u statusu povlaštenog proizvođača (npr. za ekstremni slučaj stalnog rada kogeneracije s 100% opterećenja) s troškovima potrošnje prirodnog plina za rad te iste kogeneracije za pretpostaviti je, da dobiveni rezultati

vjerovatno ne bi ukazivali na neko značajnije smanjivanje vremena povrata investicije, kao najzanimljivijeg parametra ovog analitičkog razmišljanja. Zaključak

 je ove jednostavno predstavljene analize, da se u Republici Hrvatskoj energetski i ekonomski gledano trenutno isplati ulagati isključivo u velike sustave

kogeneracije/trigeneracije (hoteli, bolnice, sveučilišta, muzeji, trgovački centri, sportske dvorane, neboderi, muzeji, škole i sl.), dakle one objekte s izrazito velikim energetskim zahtjevima i to za pokrivanje isključivo vlastitih funkcionalnih potreba za godišnjom električnom, toplinskom i rashladnom energijom. Predstavljeni dugogodišnji povrat uloženih investicijskih sredstava, u varijanti povlaštenog proizvođača električne energije kod sustava kogeneracije/trigeneracije na bazi plinskog motora s unutarnjim izgaranjem zasad u RH ekonomski nije isplativ,

prioritetno zbog nesrazmjerne cijene prirodnog plina i otkupne cijene električne energije od strane HEP-a. Isto bi svakako trebalo doda tno istražiti i s osnove uporabe bioplina, kao doslovno obnovljivog i za sustave kogeneracije/trigeneracije s plinskim motorom vrlo prihvatljivog pogonskog energenta, naravno uz dodatno detaljnije sagledavanje i ekonomsku analizu takvih investicijskih i proizvodnih

troškova. Darko

Prebeg

,

dipl.ing.str.

U svijetu se već poduže vrijeme za kogeneracijsku proizvodnju toplinske (rashladne) i električne energije većih objekata koriste tzv. kogeneracijske energane odnosno autonomne kontejnerske jedinice s kompletnim sustavom proizvodnje pomenutih energija uporabom plinskog motora s unutarnjim

izgaranjem

(poznatiji

proizvođači

Caterpilarr,

Jenbacher,

Deutz...)

s

ukomponiranim generatorom. Takve su energane, uz motorni agregat opremljene sa svom potrebnom izmjenji vačkom, upravljačkom, cjevnom i armaturnom tehnologijom za potpuno samostalan rad, a kao osnovni energetski izvor nekog

sustava tehnološkog ili komfornog grijanja, hlađenja te zagrijavanja potrošne tople vode (PTV) uglavnom koriste prirodni (zemni) plin, a u novije vrijeme sve se više upotrebljava i bioplin. Kada je građevinska konfiguracija nekog objekta osmišljena kao velika površinska jedinica ili više njih, za potrebe tehnološkog ili komfornog grijanja, hlađenja i zagrijavanja potrošne tople vode (PTV),  sustav s kogeneracijskom energanom predstavlja vrlo kvalitetno tehničko rješenje. Dovođenjem potrebne količine prirodnog plina (m³/h) preko plinske rampe do plinskog motora s unutarnjim izgaranjem, ostvaruje se dvostruka proizvodnja u  jednom jedinstvenom procesu odnosno se istovremeno iz jednog energenta dobivaju električna i toplinska energija. Ustvari, ovakav oblik plinske kogeneracije  je istovremeno i plinska trigeneracija, jer se proizvedena toplinska energija

uporabom apsorpcijskih rashladnih uređaja u odabranoj sezoni režim rada pretvara u rashladnu energiju (s rashladnim omjerom 0,85- 0,9, što znači da za potrebe hlađenja treba proizvesti više toplinske energije), sve to uz neprekidnu proizvodnju električne energije. To znači, da bilo koji veći objekat (npr. hotel, bolnica, trgovački centar, sveučilište, neboderi i sl...) može kontinuirano koristiti kogeneracijski/trigeneracijski sustav neprekidno tijekom cijele godine. Ovisno o

veličini potrošnji vlastite električne energije, menadžment može donijeti odluku o prodaji proizvedene struje ovlaštenom distributeru kao višak ili kompenzacija svojih potreba. Električna energija se proizvodi uslijed mehaničkog rada, prijenosom pravocrtnog kretanja klipova u V-cilindričnom motoru na radilicu (koljenasto vratilo), čijim se okretanjem ostvaruje zakretni moment, potreban za stalnu vrtnju rotora u asihronom generatoru. Zbog induciranja u zavojnicama, na

statoru dolazi do proizvodnje izmjenične električne struje, koja nema dovoljan napon (10-15000 V) pa se isto povećava uporabom transformatora (trafostanica). Tako dobivena električna energija se putem električne mreže distribuira do potrošača (rasvjeta, električni uređaji sustava, mali kućanski elektrouređaji itd.). Eventualne viškove moguće je pod određenim zakonskim  uvjetima prodavati distributeru. Istovremeno, u kogeneracijskoj energani se zbog rada plinskog

motora s unutarnjim izgaranjem oslobađa velika otpadna toplina iz raznih segmenata uređaja, koja se kroz posebno i sustavno ugrađene elemente (izmjenjivači topline tipa shell&tube, armatura) koristi za zagrijavanje/hlađenje sekundarne radne tvari (voda, zrak i sl.). Najveći doprinos toplinskom t oplinskom učinu (ovisno o opterećenju plinskog motora u radu) daje otpadna toplina iz ispušnih plinova motora (dimovodni sustav ima temperaturu na ulazu cca. 520ºC, izlaz cca. 120 ºC), koja se iskorištava u svrhu grijanja sekundarne radne tvari -vode, u zimskom

periodu namijenjene za potrebe komfornog grijanja i zagrijavanja potrošne tople vode (PTV) objekta. Toplina dobivena iz vodenog hlađenja motora također ima značajnu vrijednost, koja se pridružuje ukupnom toplinskom učinu korisne topline iz kogeneracije, kao i onaj dio toplinskog učina dobivenog iz topline vodenim hlađenjem ulja za podmazivanje obrtnih djelova plinskog motora i generatora. Primjerice, za neki virtualni hotel kapaciteta 600 gostiju moguće je planirati kogeneracijsku energanu ukupne električne snage ΝEL= 1136 [kWe] i toplinskog učina QGR kogen = 1716 [kW] (kod 100% opterećenja rada plinskog motora), što u potpunosti zadovoljava vršne potrebe tehničkog rada hotela. Za potrebe komfornog grijanja takvog hotela, ukupno proračunati toplinski učin iznosi QG=1366 [kW], a zagrijavanja PTV- a Q = 275 [kW], što odabrana kogeneracijska energana može zadovoljiti (Tablica 1.) iz otpadnih toplina ispušnih plinova (1012 kW), vodenog hlađenja motora (582 kw) i hlađenja ulja za podmazivanje (122 kW). Također, prema podacima proizvođača (Caterpilarr) kod 100% opterećenja rada motora, električna snaga generatora isporučena u mrežu iznosi NEL,mrež =1086[kW], a nazivni učin plinskog motora NPM,nazivno=1399 [kW].  Temeljem provedenih proračuna učina za neki virtualni hotel kapaciteta 600 gostiju (kategorija 4*), moguće je izvršiti energetsku i ekonomsku analiza isplativosti uporabe kogeneracijskog/trigeneracijskog sustava komfornog grijanja, hlađenja i zagrijavanja potrošne tople vode (PTV) te proizvodnje električne energije. Energetski dio projekta osmišljen je uporabom kontejnerske energane s plinskim motorom na unutarnje izgaranje i generatorom, pogonjenim prirodnim (zemnim)

plinom. Ukupni električni učin iz kogeneracije uzet u proračunsko razmatranje (kod 100% opterećanja motora) iznosi 1136 kW, a toplinski 1716 kW (kombinirano iz

nekoliko vrsta izvora otpadne topline). Ovako bi projektirani centralni energetski

izvor moga preko odgovarajućeg pomoćnog sustava izmjenjivača topline, armature, cjevovoda i automatike napajati konvencionalni komforni razvod toplinske i rashladne energije hotela uporabom ventilokonvektorskog (voda) i ventilacijskog (zrak) sustava s klima komorama. Istovremeno se u jedinstvenom

procesu proizvodi i električna energija za potrebe rada tih i drugih električnih uređaja, npr. liftova, unutarnje i vanjske rasvjete itd. Potrebna cjelogodišnja toplinska energija zagrijavanja potrošne tople vode (PTV) tako odabranog virtualnog hotela, ukupnog toplinskog učina 275 kW ostvaruje se također iz sustava kogeneracije. Potrošna topla voda se akumulira u spremnicima s rezervnim elektrogrijačima (2x138kW). U zimskom periodu, plinska kogeneracijska energana opskrbljuje sustave hotela potrebnom i dovoljnom

toplinskom i električnom energijom, a tijekom ljetnog perioda ista prelazi u trigeneracijski sustav, jer uz kontinuiranu cjelogodišnju proizvodnju električne energije i topline zagrijavan ja potrošne tople vode (PTV) omogućava kvalitetno sezonsko komforno hlađenje hotela preko posebno planiranog sustava s apsorpcijskim rashladnim uređajima (ARU) na toplu topl u vodu, a sve to u jedinstvenom pogonskom procesu i samo s jednim energentom (prirodni plin). Troškovi početne investicije za nabavu kogeneracijske kontejnerske energane (KE) te dva

apsorpcijska rashladna uređaju (ARU) relativno su visoki (cca. 755.000,00 Eura). Ipak, isto svakako treba promatrati kroz prizmu energetske vrijednosti i financijske važnosti takvog sustava, zbog dugoročnih energetskih ušteda uslijed

istovremene proizvodnje električne, toplinske i rashladne energije unutar  jedinstvenog procesa i s jednim energentom, a sve to za osiguranje kvalitetne

funkcionalnosti odgovarajućih hotelskih ponuda. Iz rezultata izvršene analize ekonomske

isplativosti

ugradnje

kogeneracijskog/trigeneracijskog

sustava

virtualnog hotela razvidno je, kako definirani vremenski period moguće optimizacije troškova poslovanja i povrata investicije iznosi oko 7.28 godina, što je unutar planiranog perioda razmatranja od 15 godina i karakterističnih trenutnih uvjeta RH. Cijena prirodnog plina u Hrvatskoj, kao trenutno ekonomski (troškovno) najutjecajnijeg energetskog parametra odabranog sustava kogeneracije/trigeneracije hotela dosta je visoka i nepovoljna u odnosu na

naknadu (prihod), koju zakonom isplaćuje HEP za otkup proizvedene električne energije iz OIE i kogeneracije i u stalnom je porastu. Ta važna činjenica, ovako tehnički koncipiran sustav kogeneracije/tr igeneracije igeneracije virtualnog hotela postavlja u poziciju pokrivanja isključivo i samo vlastitih tehničko-funkcionalnih energetskih potreba. Naime, iz neke dalnje usporedbe proizvedenih i prodanih viškova električne energije HEP-u u statusu povlaštenog proizvođača (npr. za ekstremni slučaj stalnog rada kogeneracije s 100% opterećenja) s troškovima potrošnje prirodnog plina za rad te iste kogeneracije za pretpostaviti je, da dobiveni rezultati vjerovatno ne bi ukazivali na neko značajnije smanjivanje vremena povrat a

investicije, kao najzanimljivijeg parametra ovog analitičkog razmišljanja. Zaklučak  je ove jednostavno predstavljene analize, da se u Republici Hrvatskoj energetski i

ekonomski gledano trenutno isplati ulagati isključivo u velike sustave kogeneracije/trigeneracije (hoteli, bolnice, sveučilišta, muzeji, trgovački centri, sportske dvorane, neboderi, muzeji, škole i sl.), dakle one objekte s izrazito velikim energetskim zahtjevima i to za pokrivanje isključivo vlastitih funkcionalnih potreba za godišnjom električnom, toplinskom i rashladnom energijom. Predstavljeni dugogodišnji povrat uloženih investicijskih sredstava, u varijanti povlaštenog proizvođača električne energije kod sustava kogeneracije/trigeneracije na bazi plinskog motora s unutarnjim izgaranjem zasad u RH ekonomski nije isplativ,

prioritetno zbog nesrazmjerne cijene prirodnog plina i otkupne cijene električne energije od strane HEP-a. Isto bi svakako trebalo dodatno istražiti i s osnove uporabe bioplina, kao doslovno obnovljivog i za sustave kogeneracije/trigeneracij e s plinskim motorom vrlo prihvatljivog pogonskog energenta, naravno uz dodatno detaljnije sagledavanje i ekonomsku analizu takvih investicijskih i proizvodnih

troškova. Darko Prebeg , dipl.ing.str.

Ponedjeljak, 24 Prosinac 2012 08:33

Kompaktna zračna dizalica topline Kompaktni sustav EHS je rješenje 'sve u jednom' koje koristi tehnologiju dizalice topline visoke učinkovitosti. Time se cijele godine može održavati ugodna temperatura u domu, uz niže troškove za hlađenje i grijanje! Riječ je o

ekonomičnom rješenju koje smanjuje potrošnju energije i emisije CO2. Sustav nudi i razne kombinacije za grijanje i hlađenje zrakom i vodom, koje mogu zadovoljiti različite korisnike tijekom sva četiri godišnja doba.  Ljudske aktivnosti u posljednja dva stoljeća utjecale su na povećanje emisija stakleničkih plinova, a posebice ugljičnog dioksida. Uz to, činjenica je da nafta kao najviše korišteno fosilno gorivo u posljednjih pola stoljeća (ujedno i jedan od glavnih uzročnika ranije spomenutih emisija) polako nestaje, zbog čega raste njezina cijena. Istodobno je podizanje cijena nafte uzrokovalo povišenje troškova za grijanje (ali i hlađenje) kućanstava, uz istodobno okretanje drugim, ponajviše obnovljivim izvorima energije. Kompaktni

sustav

EHS

Sustav EHS je novo ekonomsko i ekološko rješenje na osnovi dizalice topline koje omogućuje grijanje, hlađenje (klimatizaciju) i pripremu potrošne tople vode iz samo  jednog uređaja. Radi se o proizvodu čija se izvedba temelji na načelu 'sve u  jednom' i obuhvaća dizalicu topline visoke učinkovitosti, koja zauzima jednako malo mjesta kao vanjska jedinica klima- uređaja, a ujedno štedi na troškovima pogona. Tijekom zime, sustav EHS u kombinaciji s podnim grijanjem grij anjem brzo i

učinkovito reagira na potrebe za grijanjem, a ljeti omogućava hlađenje kako bi se stvorilo ugodnije životno okruženje. Istodobno se njime, zahvaljujući najvećoj radnoj učinkovitosti u usporedbi sa sličnim rješenjima, rješenj ima, mogu sniziti troškovi pogona za do 1/3 u usporedbi s klasičnim sustavom grijanja koji kao izvor topline koristi zidni

Što

plinski

je

kotao.

dizalica

topline?

Dizalica topline (ponekad nazivana i toplinskom pumpom ili toplinskom crpkom) je

energetski učinkovit sustav koji koristi toplinu iz neposredne okolice (zraka, tla, vode) za grijanje i pripremu PTV-a. Pri tome je već dugo poznata činjenica da primjena dizalice topline kao osnovnog izvora topline za grijanje i pripremu PTV-a u kućanstvu predstavlja energetski učinkovito i ekološko rješenje. Dizalica topline

koja kao toplinski ponor koristi okolni zrak i njegovu energiju prenosi u kuću pomoću odgovarajućeg prijenosnika (vode) i uz primjenu podnog grijanja omogućava se mnogo manja potrošnja električne energije i mnogo veći izlazni toplinski učin nego kod klasičnih plinskih kotlova. Tako za svakih 1 kW h ulazne električne energije dizalica topline može dati i više od 4 kW h izlazne toplinske energije. To znači da energetska učinkovitost izražena omjerom izlazne i ulazne energije iznosi čak 400%, što je mnogo bolje i od visokoučinkovitih sustava koji kao izvor topline koriste plinski kotao. Budući da klasični plinski kotlovi dosežu učinkovitost do 95%, oni troše više energije nego što mogu isporučiti. Osnovne

prednosti

primjene

sustava

EHS Korištenje dizalice topline kao osnovnog izvora topline za grijanje i pripremu PTV -

a u kućanstvu je svakako energetski učinkovito i ekološko rješenje. Najvidljivija prednost pri tome je značajno snižavanje iznosa na računu za električnu energiju.

U skladu s time, u Europskoj uniji su dizalice topline označene kao proizvodi koji iskorištavaju obnovljive izvore energije pa u brojnim zemljama njihovi korisnici mogu zatražiti vladine potpore ili povrat poreza pri ugradnji sustava grijanja s dizalicom

topline.

Dizalice topline koje koriste zrak kao toplinski izvor mogu biti izvedene na dva

osnovna načina: • zrak - voda, što je idealan ekonomični sustav u kojem se toplina zraka iz okolice koristi za zagrijavanje vode koja se potom koristi u sustavu podnog grijanja ili za pripremu PTV-a • zrak - zrak, što je rješenje koje omogućava udobnost brzim namještanjem

stabilne razine temperature, a može se koristiti za hlađenje ljeti i grijanje zimi, pri čemu se kao prijenosnik energije do prostorija koristi zrak. U svakom slučaju, kao ogrjevna tijela sustava grijanja uz primjenu dizalica topline treba koristiti podnog grijanje. Radi se o rješenju koje se već dulje vrijeme smatra optimalnim za grijanje zatvorenih prostora, no uobičajeno je potrebno 4 - 8 h da bi se u cijelosti zagrijala prostorija. To je kod sustava EHS riješeno primjenom rješenja TDM koje se osniva na istodobnom upuhivanju toplog zraka u  prostoriju. Riječ je, zapravo, o 'pametnom' prebacivanju načina rada između zrak - voda i zrak - zrak, pri čemu se vanjskoj jedinici omogućava da upravlja s obje funkcije, čime se snizuju troškove, a jedinice zauzimaju manje mjesta. Inače, sustav EHS se može uklopiti s drugim uređajima i sustavima. Tako je moguće dodati spremnike za PTV, termostate, pumpe, sunčane toplinske pretvornike ili pomoćni zagrijač vode. Isto tako, treba još jednom naglasiti da je sustav poznat po svojoj učinkovitosti koja je na sv jetskoj razini. Tako u kombinaciji s podnim grijanjem i toplinskim učinom 11 kW faktor grijanja (COP) iznosi 4,55, što znači da je moguće sniziti tekuće troškove u usporedbi s klasičnim plinskim kotlom za 33,3%. Uz to, s  jednom vanjskom jedinicom koja omogućava funkcije zrak - voda i zrak - zrak, Samsungovo rješenje omogućava i uštede na početnim troškovima nabave i ugradnje, a zahtijeva i za 1/2 manji prostor za postavljanje, nego kada bi se postavljale dvije jedinice. Također treba napomenuti da sustav EHS sadržava

inverterski kompresor koji optimalno radi, ovisno o vanjskoj temperaturi, pružajući učinkovitost od 90% u izvedbi za grijanje pri temperaturama do -10°C, ali i pouzdanu zaštitu protiv smrzavanja do -20 °C. Konačno, tehnologija pametnog korisničkog sučelja integrirana je u sustav EHS, omogućavajući jednostavnu kontrolu hlađenja i grijanja. Takva kontrola omogućava brz pristup podacima o potrošnji energije i nadzor svih drugih dijelova sustava grijanja i hlađenja (sunčanih toplinskih pretvornika pomoćnog kotla itd). www.energetika-net.com

Hidro elektrane koriste akumuliranu sunčevu energiju u vodenim tokovima.

Zagrijavanjem vodenih površina, mora i jezera dolazi do isparavanja vode koja se nakuplja u atmosferi te se putem padalina vraća na površinu zemlje. Proces pretvorbe energije je da se kinetička energija toka vode koristi za pokretanje lopatica turbine koja potom prenosi okretni moment na osovinu. Osovina je

povezana s generatorom koji stvara električnu energiju, a električna energija se potom usmjerava u baterijski sustav ili u mrežu. Udio hidro elektrana je oko 22% u ukupnoj proizvodnji električne energije u svijetu te je iskorišteno samo 3% ukupnog svjetskog hidropotencijala pa postoji veliko područje širenje primje ne ove tehnologije. Male hidro elektrane imaju jako mali utjecaj na okoliš jer se skoro ne djeluje na promjenu prirodnog vodotoka. Elektrana se može kombinirati u radu sa fotonaponskim sustavima te vjetrogeneratorima u složeniji hibridni sustav koji može osiguravati dovoljno električne energije za malo izolirano naselje.

Francisova turbina (1848. godina James Bicheno Francis) je vodena turbina koja primarno služi za proizvodnju električne energije uz pomoć generatora. Francisove turbine imaju veliki stupanj iskoristivosti kapaciteta s preko 90%, te veliki raspon djelovanja u odnosu na visinu fluida pri protoku kroz turbinu. To je

naročito naglašeno kod sustava koji postižu optimalan rad pri visinskim razlikama od 20 do 700 m, a izlazna snaga može biti od par kilovata do 1000 MW. Francisov tip turbine je najučestaliji tip turbine koja se instalira u pogone za proizvodnju električne energije koji rade na bazi protoka vodene mase kroz pogon za proizvodnju  – najčešće su to   hidro elektrane. Francisova turbina je reakcijska turbina kojoj je za pokretanje i rad potreban protok fluida flui da pod tlakom. Reguliranjem

protoka povećava se se ili smanjuje brzina okretanja turbine a time i iznos kinetičke energije koja se može pretvoriti u električnu energiju.

Kaplanova turbina (1913. godina godi na Viktor Kaplan) ili propelarna turbina se primjenjuje za velike protoke i male geodetske padove od 1-3 do 60-70 m.

Kaplanova turbina ima zakretne lopatice radnog kola kojima se postiže maksimalni učinak na širokom području protoka i h idrostatskih visina. Kaplanova turbina je izvedenica prvotne Francisove turbine jer omogućuje rad s manjim geodetskim visinama. Turbina djeluje na reakcijskom principu te radni medij mijenja tlak dok prolazi preko lopatica i na taj način predaje energiju. Spiralni je ulazak vode u turbinu te se voda tangencijalno usmjerava na lopatice, a protok vode uzrokuje

rotacijski moment. Izlazni element turbine ima funkciju da usporava vodu koja će zbog njega više predavati kinetičku energiju lopaticama. Zbog postojan ja pada tlaka može doći do pojave kavitacije koja će narušiti metalnu strukturu lopatica i oštetiti ih. Učinkovitost turbine može biti i do 90%, ali je i dosta manja kod nižih visinskih razlika vode. Osnovni problem Kaplanove turbine je održavanje unutrašnjeg tlaka turbine koji onemogućuje ulazak ulja podmazivanja u vodotok.

Peltonova turbina  turbina   (1870. godine Lester Allan Pelton) se primjenjuje za velike geodetske padove od 60 do 2000 m i relativno male protoke. Voda tangencijalno dolazi na lopatice te postoje horizontalne i vertikalne izvedbe sustava. Kinetička

energija toka vode se prenosi na lopatice i osovinu turbine. Specifična izvedba lopatica uzrokuje da će izlazna voda imati jako malu brzinu odnosno cijela turbina će imati visoku efikasnost i visoki udio kinetičke energije vode će se pretvoriti u moment vrtnje turbine. Obzirom da je voda nekompresibilna dovoljan je samo

 jedan stupanj da se iz kinetičkog toka vode dobije potrebna energija. Turbina je idealna za primjenu kod malih protoka i velikih visi nskih razlika jer se može dobro iskoristiti impuls mlaza kojeg uzrokuje visinska razlika.

Deriazova turbina (Paul

Deriaz) ili dijagonalna turbina ima mogućnost reverzibilnog rada te može promjeniti smjer toka, raditi kao pumpa i može napuniti spremnik vode tijekom niske potrošnje električne energije. Nakon faze rada kao pumpa se može prebaciti na turbinski model rada i proizvodnju električne energije. Sustav se može kombinirati u radu sa solarnim fotonaponskim sustavima i akumulacijom energije u hidrostatskoj visini vodenog stupca. Deriazova turbina je

slična po konstrukciji Kaplanovoj turbini ali zbog konstrukcije lopatica lop atica ima područje rada od 20 do 100 m visinske razlike vode. Postoji mogućnost namještanja kuta lopatica te je moguće postizanje visokih učinaka na širokom rasponu protoka i

visina vode. Korekcijama nagiba smanjuje se mogućnost pojave kavitacije tijekom rada.

Alden turbina turbina  -  Alden Istraživački Laboratorij je razvio novi dizajn hidroturbine koja je daleko naprednija u smislu ostvarenja sigurnog prolaza za ribe.Turbina se

sporije okreće i ima samo 3 lopatice, čime povećava mogućnost preživljavanja riba pri prolasku kroz turbinu bez gubitka proizvodnje. Cilj Aldenove turbine je b io razviti turbinu koja će dopustiti siguran prolaz riba koje idu  nizvodno, te time smanjiti potrebu za skupim metodama da se postigne isto. Jedna od glavnih razlika

naspram uobičajenih turbina je što ima puno manje lopatica (tri, naspram prosječno šest koliko ima Kaplan turbina, odnosno 14 do 18 koliko imaju Francis turbine), te nema uobičajenu rupu između lopatica i glavnog dijela turbine gdje ribe najčešće zapinju i pogibaju. Još jedan bitni element je da se Alden turbina puno sporije okreće, ali su ujedno stoga i puno većih dimenzija. EPRI, Alden i Voith Hydro će nadalje zajedno razviti Alden turbinu za komercijalno korištenje. Konačni inženjerski dizajn i izvještaj se očekuje u prvom kvartalu 2011. Testiranje u „pravom svijetu" će se napraviti za par godina i to će biti prvi put da će takvo testiranje biti dopušteno. Testno postrojenje će vjerojatno biti Brookfieldov projekt od 38 MW, na rijeci Mohawk sjeverno od Albanya, N.Y. Alden turbina bi se mogla

koristiti na projektima do 1.000 MW ali se očekuje da će se uglavnom koristiti za projekte malih hidroelektrana sa snagom snago m od 1 do 30 MW. Takvih projekata u SAD-

u ima više od 1.000, gdje bi moglo biti postavljeno oko 2.000 Alden turbina. S tim turbinama se očekuje smanjenje troškova za puštanje riba kroz područje hidroelektrane, a u isto vrijeme se očekuje porast proizvodnje električne energije zbog povećanog protoka kroz turbinu jer se ne mora mor a posebno odvajati put za ribe.

Bioplin nastaje usljed biološke razgradnje različitih vrsta otpada biološkog porijekla, na prvom mjestu biomase i organskih materija čvrstog gradskog otpada. Bioplin se obično sastoji od metana (približno 52,5 do 72,5%) i ugljik -dioksida, uz

prisustvo i drugih spojeva. Osnovna komponenta bioplina je metan i njegov sadržaj direktno utječe na ogrijevnu vrijednost plina. Biomasu  je moguće transformirati u bioplin putem bioloških procesa, kao što su anaerobna digestija ili putem gasifikacije koja pripada u grupu termokemijskih procesa. Kod anaerobne an aerobne digestije, bioplin se proizvodi pro izvodi putem p utem fermentacije organske tvari. Bio materija ili sirovina može biti organski materijal kao što su

stajnjak, mulj otpadnih voda, industrijskih otpadnih voda i poljo privrednih i šumskih ostataka. Bioplin iz anaerobnog digestora se sastoji uglavnom od metana, koji se sirovina. može koristiti kao gorivo ili kemijska  Anaerobna digestija pretvara organske materije u metan bez prisustva kisika.

Kada se koristi putem efikasnog sistema, proces anaerobne digestije može uspješno pretvoriti organsku masu (kao što je stajnjak) u bioplin koji sadrži oko 65% metana uz ostatak koji sadrži hranljive materije i koji se također tak ođer može korisno

upotrijebiti. Tehnologija anaerobne digestije se koristi u energetske svrhe od

sredine 19. stoljeća. Međutim, razvoj tehnologije u posljednje vrijeme, velika raspoloživost organske mase, sposobnost da se efikasno i ekološki procesiraju tokovi otpada, kao i značajan potencijal za proizvodnju električne energije doveli su ovaj proces u prvi plan kao obećavajući novi obnovljivi izvor energije.

Gasifikacija je Gasifikacija je termokemijski proces koji se ostvaruje kada se biomasa zagrijava u sredini sa smanjenim udjelom kisika i tada dolazi do proizvodnje plina, niske ili srednje toplinske vrijednosti i koji sadrži ugljik-monoksid i vodik. U zavisnosti od sadržaja ugljika i vodika biomase te karakteristika  gasifikatora, toplinska vrijednost

proizvedenog plina može varirati od 10 do 50% od toplinske vrijednosti prirodnog plina. Toplinska vrijednost nastalog plina uvjetovana je udjelom ugljik-monoksida i vodika koji nastaju tokom procesa gasifikacije. A preostali sastojci plina su prije svega ugljik-dioksid, mala količina metana i drugih nesagorivih plinova.

Gasifikacija biomase nudi određene prednosti u odnosu na direktno sagorjevanje biomase, jer je plin bez pepela i drugih kemijskih spojeva u produktima sagorjevanja, a posebno je pogodan za z a aplikacije kao što su visokoefikasni kotlovi

i peći. Proizvedeni plin može se dalje preraditi (očistiti) što bi omogućilo korištenje za pogon strojeva kao što su brzohodni klipni motori i turbine ili za mala postrojenja za kombiniranu proizvodnju toplinske i električne ele ktrične energije (< 5 MWe). Vrlo čist plin se također može koristiti kao sirovina za kemijske procese. Katalitički i biološki procesi su u fazi razvoja i svrha im je konverzija plina u alkohol, bio-dizel, sintetički prirodni

plin

i

vodik.

Svaka prihvatljivo suha biomasa se može pretvarati u sintetički plin, koji s e također može koristiti kao gorivo ili kemijska sirovina. Proizvodnja bioplina ima širok spektar mogućih primjena, uključujući deponije, postrojenja za preradu gradske otpadne vode, poljoprivredne farme, industriju celuloze i papira te industriju hrane

i pića.

Gradski čvrsti otpad sadrži značajan dio organske materije koja stvara različite plinovite produkte u uvjetima kada je otpad odložen, zbijen i pok riven na deponijama. Anaerobne bakterije djeluju u okruženju bez kisika, što dovodi do razlaganja organskih tvari i proizvodnje ugljik-dioksida i metana. Ugljik-dioksid, koji

 je rastvorljiv u vodi, vjerovatno će migrirati van deponije spontanim prirodnim procesom. S druge strane, metan koji je manje rastvorljiv u vodi i lakši od zraka, također će težiti da migrira iz deponije, ali odgovarajuće od govarajuće energetsko postrojenje na deponiji će ga sakupiti i spaliti u energetske svrhe.

Svjetske naftne zalihe se neprekidno smanjuju, a relativna cijena nafte raste, pa

se prema nekim procjenama, ova sirovina već sredinom 21. stoljeća neće smatrati komercijalnim proizvodom. Izvori nafte se na svjetskom nivou procenjuju na još 50 godina pa se stoga danas ozbiljno razmatra upotreba biomase, naročito u smislu dobivanja biogoriva. Sve veći broj zemalja u svijetu postepeno povećava udio biogoriva u smjesi sa fosilnim gorivom i na taj način formira novu politiku opskrbe gorivom. U svijetu je u fokusu razvoj novih procesa za proizvodnju biogoriva iz biomase.

Plasiranje nusproizvoda proizvodnje biogoriva je također vrlo značajno za krajnju ekonomičnost biogoriva. Na primjer, glicerin koji nastaje tokom proizvodnje biodizela se može pročistiti do farmaceutske kvalitete, a  nusproizvodi proizvodnje bioetanola se mogu koristiti kao stočna hrana obogaćena proteinima.

Trenutno, na tržištu biogoriva dominiraju biodizel i bioetanol. Biodizel je ekološki energent koji se dobiva iz biljnog ulja, uz višestruke koristi i pre dnosti u odnosu na klasične vrste goriva. Njegovim korištenjem smanjuje se emisija plinova i izbjegava se stvaranje efekta staklenika. Sagorjevanjem biodizela nastaje ugljik-dioksid koji  je neutralan. Biodizel ne sadrži sadrži sumpor, olovo. Bolje sagorjeva sa gorjeva u motoru, a

njegovim korištenjem smanjeno je zagađivanje zraka, vode i okoliša za čak 300 posto, jer je biološki razgradiv. Nus proizvodi koji nastaju tokom proizvodnje biodizela (glicerin, masne kiseline, lecitin) također se mogu koristiti, čime se smanjuje potreba za njihovim uvozom. Od glicerina se pravi ekološko sredstvo za hlađenje motora, a ima i mnogostruku primjenu u farmaceutskoj i kozmetičkoj industriji.

Za razliku od konvencionalnog goriva, biodizel ne sadrži sumpor (odnosno sadržaj sumpora je veoma nizak), čime se smanjuje mogućnost pojave kiselih kiša. Biodizel ne sadrži ni toksične spojeve kao što je benzen. Visok sadržaj kisika doprinosi smanjenju sadržaja čestica u ispušnim plinovima, dok potpunije sagorjevanje doprinosi i smanjenoj emisiji ugljik-monoksida. Kao i kod svih goriva, sagorjevanjem biodizela nastaje ugljik-dioksid, međutim, pošto biljke koriste ugljikdioksid iz atmosfere (proces fotosinteze) za svoj rast, ugljik-dioksid formiran sagorjevanjem ovog goriva uravnotežava se sa apsorbiranim ugljik-dioksidom

tokom godišnjeg rasta biljaka koje se upotrebljavaju kao sirovine za dobivanje biljnih ulja. Iako slogan dizel ulazi u njegov naziv, u biodizelu nema naftnih derivata deri vata ili drugih fosilnih goriva. Kod biodizela bio dizela radi se o sirovinama koje nisu toksične, koje su obnovljive.

Standardni postupak za proizvodnju biodizela je transesterifikacija biljnog ulja. Tokom 2006/2007. godine u svijetu je proizvedeno 8,9 miliona tona biodizela, od kojih je 64% proizvedeno u EU, a 11% u SAD-u. Biodizel se proizvodi uglavnom

od uljane repice. Grube kalkulacije pokazuju da se od svakih 100 kg prerađene uljane repice dobije oko 57 kg sirovine za stočnu hranu obogaćenu proteinima i oko 43 kg repičinog ulja. Ekstrahirano i rafinirano ulje se podvrgava procesu transesterifikacije sa metanolom, uz dodatak katalizatora, i dobiva se metilestar masnih kiselina (FAME  – biodizel). Dobiveno gorivo ima sličnu energiju i

viskoznost kao fosilni dizel, i koje se stoga može koristiti u standardnim dizel motorima. Generalno, sva biljna ulja se mogu koristiti za proizvodnju biodizela. U Europi je uljana repica dominantna sirovina za proizvodnju biodizela dok se u SAD-u koristi soja. Ostala biljna ulja koja se koriste kao sirovina za proizvodnju biodizela su palmino ulje, suncokretovo ulje i ulje jatrope. Odlaganje otpada postaje sve veći

problem, te se rješenje problema može naći u upotrebi otpada kao sirovine za dobivanje biogoriva. U razvijenim zemljama biodizel se dobiva i od poljoprivrednog, industrijskog, komunalnog i raznog drugog otpada. Rabljena ulja

i životinjske masti se također mogu koristiti za proizvodnju biodizela, nakon adekvatnog procesa pročišćavanja. Biodizel se može upotrebljavati kao gorivo za motore s unutrašnjim sagorjevanje m u čistom obliku, ali obično se koristi kao aditiv naftnom dizelu radi smanjenja

emisije čvrstih čestica, ugljik -monoksida, aromatičnih ugljikovodika i drugih zagađivača zraka koji nastaju sagorjevanjem konvencionalnog dizela u motoru. Smjesa od maksimalno 20% biodizela (pomješanog s kon vencionalnim fosilnim dizelom) može se upotrijebiti u skoro svim konvencionalnim dizel motorima, i bez promjena na motoru. Veći sadržaj biodizela ili čak čisti biodizel (Europski standard EN 14214) može se upotrijebiti u velikom broju motora napravljenih o d 1994. godine bez većih, ili gotovo nikakvih modifikacija. U Europi se smjesa dizela koji sadrži do 5% biodizela može prodavati bez posebnih naznaka. Utvrđeno je da se upotrebom čistog biodizela smanjuje rizik od raka za 94%, a smjese sa 20% biodizela

za

27%.

Biogoriva su od posebnog značaja zbog mogućnosti zamjene sirove nafte iz uvoza biogorivom proizvedenim iz domaće sirovine. Na taj način se može formirati sigurna i stabilna cijena energije, što je od izuzetne važnosti za privredni rast. Mnoge vlade podržavaju proizvodnju biogoriva putem poreznih olakšica i poticajnih programa ulaganja. Širom svijeta, u više od 30 zemalja, su već definirani ciljevi i zakonska regulativa koje se odnosi na minimum sadržaja biogoriva u vozilima. Osim novih proizvodnih procesa, proce sa, u svijetu se ispituju i alternativne sirovine. Primjer je novi proces proizvodnje biodizela iz algi koje su bogate uljima.

Pilot projekt pokrenut je 2002. godine s godišnjom proizvodnjom od 150 tona biomase algi, i foto-aktivnim neto obimom od 700.000 litara.

Bioetanol se može proizvesti iz raznih poljoprivrednih sirovina. U Europi se koriste žitarice i šećerna repa, u Brazilu je glavna sirovina šećerna trska, dok je u SAD kukuruz. Kao i alkohol, bioetanol se proizvodi alkoholnom fermentacijom šećer a pomoću kvasca, nakon čega slijedi proces pročišćavanja. Ukoliko je žitarica sirovina, škrob se enzimskim putem pretvara u šećer. U toku ovog procesa stvara se nusproizvod koji se može upotrijebiti kao stočna hrana obogaćena proteinima, sa sadržajem proteina od 30%. Bioetanol se koristi u smjesi sa benzinom, u

različitim koncentracijama. U Brazilu se čak koristi u nerazrjeđenom stanju (E100). U Njemačkoj, Europski standard DIN EN 228, omogućuje upotrebu mješavine goriva sa sadržajem bioetanola do 5% (E5). U motorima vozila koja su prilagođena i fleksibilna za različita goriva (flexible fuel vehicles - FFV) mogu se koristiti goriva koja sadrže i do 85% bioetanola (E85). Druga mogućnost je upotreba bioetanola za proizvodnju etil-terc-butiletra (ETBE) koji sad rži 74% bioetanola. ETBE se može koristiti kao zamjena za metil-terc- butiletar (MTBE), koji se dobiva isključivo iz neobnovljivih izvora, i kao aditiv za smanjenje udara (lupanja) u motoru. Od 2004. godine ubrzana je i proizvodnja bioetanola kao goriva. U toku 2007. godine u

svijetu je proizvedeno oko 40 miliona m³ bioetanola. Brazil je vodeći svjetski proizvođač bioetanola iz šećerne trske. Troškovi proizvodnje biogoriva i zahtjev za konkurentnošću utječu na cijene poljoprivrednih sirovina. Osim povećanja efikasnosti u konverziji sirovina u goriva, uvođenje novih sirovina će također generalno potaknuti korištenje biogoriva. Prva generacija biogoriva se zasniva isključivo na biljkama koje sadrže šećer, škrob i ulja. Sirovine koje se koriste u proizvodnji biogoriva se koriste za proizvodnj u hrane

čime se povećavaju cijene sirovina, a sa njima i troškovi proizvodnje. Stoga je trenutačno u fazi razvoja druga generacija biogoriva koja je još uvijek u svojim ranim fazama.

Kada se govori o biomasi kao obnovljivom gorivu, podrazumjeva se materija od biljne mase u vidu proizvoda, nusproizvoda, otpada ili ostataka te biljne mase.

Prema agregatnom stanju, s utjecajem na način energetskog korištenja, biomasa se dijeli na čvrstu, tekuću i plinovitu.

Čvrsta biomasa su ostaci ratarske proizvodnje, ostaci rezidbe iz voćarstva i vinogradarstva, ostaci šumarstva, biljna masa brzorastućih biljaka – u engleskom govornom području poznate pod nazivom Short Rotation Coppice (SRC), a prije svega brzorastućih šuma, dio komunalnog otpada, ostaci iz drvoprerađivačke industrije, ostaci primarne i sekundarne prerade poljoprivrednih proizvoda i drugo.

Tekuća

biomasa podrazumjeva

transesterifikovana

biljna

sva ulja

tekuća biogoriva biodizel  – 

–  biljna i

ulja, bioetanol.

Plinovita biomasa predstavlja bioplin, koji se može proizvesti iz životinjskih

ekskremenata ili energetskih biljaka (silaža trave i kukuruza), ali kao sirovina mogu poslužiti i druge otpadne materije. Plinovitu, pa i tekuću, biomasu, predstavljaju i produkti gasif ikacije, ikacije, odnosno pirolize čvrste biomase.

Direktiva 2001/77/EC daje definiciju biomase: Biomasa predstavlja biorazgradivi

dio proizvoda, otpada i ostataka u poljoprivredi (uključujući biljne i životinjske supstance), u šumarstvu i pripadajućoj industriji,  kao i biorazgradivi dio industrijskog i gradskog otpada. Ova definicija biomase koja je data u Direktivi na

nivou je inicijalne definicije, očekujući da će zemlje članice za sebe definirati znatno preciznije što se podrazumjeva pod pojmom biomase. Također , ova direktiva preporučuje da se mješavina gradskog otpada ne podrazumjeva pod pojmom biomase za potrebe ove direktive.

Obzirom na postojanje vrlo velikog broja otpadnog materijala, koji u određenoj mjeri sadrži biomasu, ali pored biomase sadrži štetne i opasne tvari, razvijene zemlje pod pojmom biomase uglavnom definiraju gorivo koje se može smatrati kao čisto gorivo, bez štetnih i opasnih tvari u sebi.   Pod biomasom kao obnovljivim izvorom energije podrazumjeva se biljna masa, uključujući i proizvode, nusproizvode, otpad i ostatke te biljne mase, ali bez štetnih i opasnih tvari, koje se mogu naći u bojanim i na neki drugi način kemijski tretiranim drvetom, pri procesima u drvoprerađivačkoj industriji. Biomasa je dio zatvorenog ugljičnog kruga. Ugljik iz  atmosfere se pohranjuje u biljkama, prilikom spaljivanja ugljik se ponovno oslobađa u atmosferu kao ugljični dioksid (CO2). Dok god se poštuje princip obnovljivog razvoja (zasadi se onoliko drveća koliko se spali biomase) ovaj oblik dobivanja energije nema značajnog utjecaja na okolinu. Biomasa se smatra obnovljivim izvorom energije i često se naziva ugljično neutralno gorivo, no ono ipak može doprinjeti globalnom zagrijavanju. To se događa kad se poremeti ravnoteža sječe i sađenja drveća, na primjer kod krčenja šuma ili urbanizacije zelenih površina. Kada se biomasa koristi kao gorivo umjesto fosilnih goriva ono ispušta jednaku količinu CO2 u atmosferu. Ugljik iz biomase koji čini otprilike pedeset posto njene mase je već dio

atmosferskog ugljičnog kruga. Biomasa apsorbira CO2 tokom svog životnog ciklusa te ga ispušta natrag u atmosferu kad se koristi za dobivanje energije. Kod fosilnih goriva je to drugačiji proces jer se kod njih ugljik izdvaja iz dugotrajnih spremnika, u kojem bi inače bio zauvijek zarobljen, i ispušta se u atmosferu.

Gorivni članak je elektrokemijski uređaj koji služi za neposrednu konverziju kemijske energije, sadržane u nekom kemijskom elementu ili spoju, u istosmjernu električnu struju. Gorivni se članak, isto kao i baterija, sastoji iz dviju elektroda uronjenih u isti elektrolit. Na anodi oksidira gorivo, tj. neki kemijski element ili spoj

visokog sadržaja unutrašnje energije. Elektroni, proizvedeni oksidacijom goriva, odvode se od anode vanjskim krugom vodiča preko trošila (otpornik, električni motor istosmjerne struje, žarulja i sl.) do katode. Na katodi neki se drugi element ili spoj (oksidans) reducira zahvatom elektrona proizvedenih na anodi. Produkti reakcije, negativni i pozitivni ioni, spajaju se u elektrolitu, a nastali produkt odvodi

se iz uređaja. Često je konačni produkt reakcije isti kao da je gorivo izgorjelo u oksidansu uz direktnu pretvorbu kemijske u unutrašnju termičku energiju. Odatle i potječe naziv gorivni članak, a uređaji su visoko djelotvorni pretvarači energi je bez pokretnih su dijelova i rade bez stvaranja buke.

Princip rada

Princip rada gorivnog članka može se najlakše objasniti na do sada najbolje razvijenom sustavu s vodikom kao gorivom i kisikom kao oksidansom. Kada se vodik i kisik u plinskom stanju dovedu u kontakt i aktiviraju, oni reagiraju, spajaju se u vodu i oslobađaju energiju: 2H2 + O2 -› 2H2O + energija.

Ukupna reakcija sastoji se od dviju reakcija, od kojih svaka teče na jednoj elektrodi. Na anodi se oksidira vodik i oslobađaju se elektroni: H2 -› 2H+ + 2e. Elektroni se vode kroz vanjske vodiče preko trošila na katodu, gdje se reducira kisik: O2 + 2H2O + 4e -› 4OH-. Redukcija kisika je kompleksna, višestruka reakcija, čiji mehanizam ovisi i o naravi elektrodne površine. Ukupna reakcija sastavljena je od nekoliko podreakcija: O2 › O + O (disocijacija), u kojoj se atomski kisik adsorbira na površini metalne elektrode. Reakcija sa vodom: O + H2O - › 2OH (hidroksilacija). Nastaju hidroksilne grupe, adsorbirane kao hidroksid na povr šini šini metala, koje se konačno reduciraju u ione OH + e -› redukcija). OH-(elektonacija, U gorivnom članku s kiselim elektrolitom vodikovi ioni, stvoreni na anodi, putuju kroz elektrolit i spajaju se u reakcijskom sloju katode s hidroksilnim ionima u vodu.

U članku s alkalnim elektrolitom hidroksilni ioni dolaze difuzijom kroz elektrolit u reakcijski sloj anode, gdje se s vodikovim ionima rekombiniraju u vodu. Spomenuti

slijed reakcija jest tzv. oksidni put redukcije kisika. Postoji još čitav niz drugih mehanizama prema kojima se u gorivnim člancima reducira oksidans, o ksidans, a oksidiraju različite molekule koje služe kao gorivo. Spomenuti primjer pokazuje kompleksnost elektrokemijskih reakcija i probleme s kojima se suočavaju

konstruktori. Radi ubrzavanja reakcija elektrode su prekrivene slojem katalizatora.

Vrsta katalizatora ovisi o tipu članka.

Elektrode Na elektrodama se odvijaju elektrokemijske reakcije oksidacije i redukcije.

Elektrode imaju višestruku funkciju. One provode elektrone, pa se izrađuju iz metala ili materijala s poluvodičkim svojstvima. Površina elektrode mora katalizirati elektrokemijsku reakciju adsorbiranjem i disociranjem reaktanata, te brzim

desorbiranjem produkata reakcije. Od elektrode se traže dobra mehanička svojstva, tako da se mogu izr aditi aditi u željenom obliku, s visokom specifičnom površinom i određenom veličinom pora. Elektrode ne smiju korodirati u elektrolitu gorivnog članka, ali su štetni i zaštitni oksidni slojevi, koji pružaju otpor prolazu elektrona. Svim tim zahtjevima odgovaraju samo neki metali: platina, paladij, rodij,

rutenij, te do neke mjere nikal za anode a node i srebro za katode. Grafit je također dobar materijal za elektrode u gorivnim člancima koje rade pri srednjim ili visokim temperaturama. Plemeniti metali su skupi i nema ih dovoljno. Neke od suvremenih elektroda upotrebljavaju plemenite metale u obliku finih disperzija u matrici nekog polimera

(teflon, polietilen) na nosaču od nikla, bakra ili nekog drugog neplemenitog metala. Za takve elektrode s platinom potrebno je 1...20 mg platine za cm2 aktivne

površine i oko 20 mg za svaki wat snage. Tipične su gustoće struje 0,5 A/cm2 uz napon na stezaljkama 0,6....0,9 V. Široka primjena gorivnih članaka u budućnosti ovisiti će o pronalaženju drugih, jeftinijih materijala za elektrode. Rad sa plinovitim reaktantima ovisi o transportu materije i prijenosu naboja na granici triju faza: plinovito - tekuće - čvrsto. Pri tome je najvažnija poroznost

elektroda. Plin ulazi u pore elektroda i mora dospjeti do onog dijela koji je kvašen

elektrolitom. Plin se tada ionizira, a elektrolit prihvaća i odvodi nastale ione. Znatna

gustoća struje i dovoljan transport materije može se ostvariti samo na mjestu, gdje  je put difuzije plina kroz tekućinu kratak, kr atak, a debljina sloja tekućine ipak tolika da je odvod produkata reakcije dovoljno intenzivan. To se mjesto naziva područjem reakcije. Proračun promjera pora, tlaka ulaznog plina, te stanje po vršine elektroda kritični su elementi tehnologije elektroda gorivnih članaka. Tlak plina određuje položaj meniska u porama. Potapanje pora elektrolitom zbog premalog tlaka plina ili istiskivanje elektrolita iz pora prevelikim tlakom obustavlja

elektrokemijsku reakciju u porama, a na taj način i rad gorivnog članka. Najboljim su se pokazale elektrode s različitim veličinama pora. U takvim su elektrodama pore na strani elektrolita uske, pa imaju veliki kapilarni efekt. Na strani plina pore

su široke, te plin u njih lako ulazi. Na taj način položaj meniska, koji se uspostavlja na granici između uskih i širokih pora, može bolje regulirati i nije toliko ovisan o tlaku plina. Karakteristični promjeri uskih i širokih pora u članku tipa vodik – kisik iznose 10....15 µm, odnosno 30....50 µm. U proizvodnji tih elektroda u potrebljavaju se dvije vrste monodisperzivnih metalnih p raškova. Sloj velikih čestica postupno

se

sinterira

na

već

formiranu

podlogu

s

manjim

česticama.

Katalizatori

Tok elektrokemijske reakcije i gustoća struje ovise o katalitičkim pojavama na površini elektroda. Elektroda može biti ujedno i katalizator (elektrokatalizator) ako se određenim postupkom obradi ili ako se na njenu njen u površinu katalizator adsorbira. Izbor katalizatora ovisi o najsporijem elementarnom stupnju ukupne reakcije, koji treba ubrzati ili mu smanjiti otpor. Elektroliti U elektrolitu se prenosi naboj difuzijom iona s jedne na drugu elektrodu.

Upotrebljavaju se tekući i čvrsti elektroliti. Svaka polarna tekućina, koja otapa ionske kristale, može biti tekući elektrolit. To mogu biti i rastaljene soli, ponajviše one alkalijskih metala (kloridi i karbonati). Od čvrstih elektrolita važni su ionski izmjenjivači, membrane građene od polimera (npr. polistirena) s aktivnim skupinama SO3H, COOH, OH ILI NH2. Takve membrane odvajaju katodni od anodnog prostora, te smanjuje dimenzije gorivne ćelije. Djelova nje gorivnog

članka sa čvrstim elektrolitom ne ovisi o gravitaciji, te se oni stoga primjenjuju u svemirskim letjelicama. Visokotemperaturni članci sadrže čvrste č vrste elektrolite (Al2O3, ZrO2 i MgO), koji su dopirani (kontrolirano onečišćeni) dodatkom metala (i ona iz grupe alkalija, zemnoalkalija ili lantanida). U novije vrijeme ispituju se elektrolitički vodljive

membrane

od

nikal-borida

i

bor

-

nitrida.

Goriva

Svaki kemijski element ili spoj visokog sadržaja unutrašnje energije, koji tu energiju može oksidacijom osloboditi i prijeći u ione, može biti gorivo u gorivnom članku.

Oksidansi

Oksidans u gorivnom članku može biti svaka kemijska tvar t var koja ima jaki afinitet za elektrone i koja redukcijom prelazi u ionsko stanje. Kisik je najčešći oksidans. Upotreba zraka kao oksidansa nameće dodatni problem odvođenja dušika koji ne sudjeluje u reakciji. U nekim se reakcijama kao oksidansi upotrebljavaju halogeni elementi (Cl, Br, F) ili oksidirani oblik nekog redoks - sustava, npr. Fe3+ u Fe3+/Fe2+, Ce4+ u Ce4+/Ce3+. Re doks sustavi obično se upotrebljavaju u

sekundarnim gorivnim člancima u kojima se produkti regeneriraju elektrolizom ili sunčevom energijom na poluvodičkim elektrodama.

Podjela prema načinu rada Prema načinu rada gorivni se članci razvrstavaju na primarne  i sekundarne. U primarnim uređajima gorivo i oksidans dovode se iz vanjskih spremnika, a produkt reakcije se odbacuje. U sekundarnim, regenerativnim člancima produkt reakcije se regenerira u polazne reaktante uz utrošak energije (npr. termičke, električne ). Za regeneraciju se može upotrijebiti i Sunčeva energija, te radijacijska energija iz nuklearnih reaktora ili fisionih produkata dugog vremena poluraspad a. Produkti se

mogu regenerirati u gorivnom članku ili izvan njega, kontinuirano ili u ciklusima. Pr imarni imarni članci slični su po principu rada bateriji, po tome što su oba uređaja proizvođači električne energije. Sekundarni članci slični su akumulatoru jer su oba uređaja samo sredstvo za posredno uskladištavanje energije. Podjela prema vrsti elektrolita g orivnih članaka s alkalnim elektrolitom s fosfornom kiselinom (PAFC) s polimernom membranom kao elektrolitom (PEMFC) s rastaljenim karbonatima kao elektrolitom (MCFC)

s čvrstim oksidima kao elektrolitom (SOFC)

Era individualnih energetskih sustava samo što nije započela. Radi se o sustavima

koji omogućuju kućanstvima i malim tvrtkama generiranje vlastite energije za grijanje, hlađenje i napajanje električnih automobila. Sustav gorivnih članaka bi mogao učiniti domove i male tvrtke neovisnima o državnoj el ektroprivredi i benzinskim crpkama. Cilj je pretvoriti svaki dom u samoodrživu stanicu za generiranje energije. Personalizirane energetske jedinice će se moći jeftino proizvoditi, distribuirati, ali i instalirati u kućanstva. Velike zapreke uvođenju gorivnih članaka je njihova učinkovitost i vjerojatno najpoznatiji problem poboljšanja postojećih gorivnih i sunčanih fotonaponskih pretvornika. Takav se sustav sastoji od krovnih fotonaponskih pretvornika koji bi proizvodili električnu struju za grijanje, kuhan je, rasvjetu i napajanje baterije električnog automobila. Uz to električna bi struja prolazila i kroz uređaj za elektrolizu u kojem bi se voda rastavljala na vodik i kisik. Oba bi se plina potom pohranjivala u posebnim

spremnicima. Tijekom noći kada pretvornici više ne mogu proizvoditi električnu struju, sustav će se prebaciti na spremnike s kisikom i vodikom. Tijekom noći bi se električna energija dobivala pretvorbom u gorivnim člancima u koje bi se iz

spremnika polako puštao kisik i vodik prikupljen tijek om dana. Kao nusprodukt dobivala bi se čista voda. Takav bi sustav proizvodio čistu energiju 24 sata dnevno, sedam dana u tjednu, čak i kada Sunca ne bude na vidiku.

Dizalice topline pretvaraju električnu energiju u toplinsku ili rashladnu energiju te pri tome imaju faktor sustava SPF u rangu 2,5 - 5,5 ovisno o vrsti dizalice topline koje imaju faktor dizalice COP 4,5 - 5,5. Uređaji se koriste u kombinaciji s vanjskim zrakom, geotermalnim sondama, zemnim kolektorima ili površinskim  vodama kao

izvorima topline. Akumulirana Sunčeva energija u zraku, vodama ili tlu se koristi kao izvor energije za grijanje zgrada. U režimu hlađenja energija se iz zgrade prebacuje pomoću dizalice topline u zrak, vodu ili tlo. Osnovni princip rada dizalice topline je da iz elektro-energetske mreže uzme 1 kW električne energije te iz okoliša 2-4 kW obnovljive akumulirane energije dok se u zgradu ubacuje zbroj tih energija ili 3-5 kW toplinske energije.

Ovisno o lokaciji zgrade odabire se koji će izvor energije biti najprikladniji za tražene uvjete primjene. Primjenom prirodnih energetskih izvora zgrada se povezuju s okolišem te se tijekom zime vrši izmjena energije u smjeru okoliša prema zgradi dok je tijekom ljeta energetski tok suprotan od zgrade prema zemlji. Za pravilan rad sustava presudan je dualni tok energije i regeneracija toplinskog

izvora tijekom godine. Energija se crpi pomoću dizalica topline iz zemlje, vode ili zraka. Kao stabilni energetski izvor se smatra zemlja i podzemna voda koja tijekom godine ima stabilnu temperaturu između 14 -16°C. Temperatura zraka tijekom godine oscilira te je zrak idealan energetski izvor u sredinama s blagom primorskom klimom. Dizalice topline kao izvor energije koriste energiju vode, zraka

ili zemlje odnosno tri prirodna energetska elementa koji do sada nisu korišteni u masovnoj primjeni za grijanje i hlađenje zgrada. Sunčeva energija se akumulira u biomasi te se izgaranjem odnosno vatrom energija Sunca pretvara u primjenjivu

toplinsku energiju. Također se akumulira kao unutrašnja potencijalna energija koja se manifestira kroz promjenu u temperaturi vode, zraka te zemlje.

Freonska dizalica topline iskorištava stijenu, površinu zemlje, podzemne vode ili

vode u jezeru kao izvor energije za grijanje odnosno kao izvor akumulirane

sunčeve energije. Sunčeva energija se akumulira u okolišu, a primjenom određenog tipa izmjenjivača ta se energija može usmjeriti za grijanje zgrada. Klasične freonske dizalice topline mogu za 1kW električne energije dati 3-5kW toplinske energije. Preporučuje se primjena uređaja u niskoenergetskim i pasivnim zgradama kod kojih postoji malo toplinsko opterećenje pa će biti i mala instalirana snaga električnog priključka. Određeni tipovi dizalica imaju mogućnost grijanja i hlađenja pa postaju konkurentni klasičnim složenim instalacijama te postoji mogućnost kombiniranja uređaja u složenim sustavima istovremenog grijanja i hlađenja.

Transkritična dizalica topline  je nova gen eracija uređaja koji koriste CO2 kao radnu tvar u skladu sa propisima o smanjivanju upotrebe freona. CO2 kao radni

medij je posljednjih desetljeća ponovno postao primjenjiv u tehnici dizalica topline  jer su konstruirani kompresori koji mogu raditi na tlakovima iznad 120 bar. CO2 je

prirodna radna tvar te se u odnosu na CO2 mjere veličine GWP i ODP svih ostalih radnih tvari. CO2 je stabilna radna tvar i može raditi od -40 do 160 °C, nije zapaljiva, nije toksična i nekorozivna je. CO2 dizalice topline toplin e su idealne za zagrijavanje sanitarne vode na visokim temperaturama preko 60°C čak do 90°C u procesnoj industriji. Ako se CO2 dizalica topline koristi istovremeno za grijanje i

hlađenje moguće je postići SPF sustava iznad 8,0 što je izrazito visoko.

Zračna dizalica topline (Digital Variable Multi) koristi kompresore sa DVI tehnologijom (Digital Vapor Injection) koji imaju povećani učinak sustava zbog injekcijskog ubacivanja pare freona u kompr esor, esor, a sam kompresor ima zaštitu od oscilacija napona. Injekcijsko ubacivanje pare povećava kapacitet kompresora za 20%. Ostvariv je faktor grijanja COP 4,57 te faktor hlađenja EER 3,88 dok je godišnji faktor sustava SPF nešto niži. Sustav koristi pločasti međuizmjenjivač koji ostvaruje 50% veći učinak u odnosu na klasične cijevne izmjenjivače. Visinska razlika vanjske jedinice i unutrašnje jedinice je max 110m.

Kompaktne dizalice topline razvijaju topline  razvijaju se posljednjih desetak godina prvenstveno za potrebe malih obiteljskih kuća koje imaju energetske potrebe u razini pasivnih

kuća te se nalaze u energetskom razredu A+. Super izolirane obiteljske kuće sa više od 20-25 cm izolacije imaju i jako male potrebe za energijo m grijanja ispod 15 kWh/m2a što je desetak puta manje od energetskih potreba klasičnih zgrada. Kompaktne dizalice topline u sebi imaju pripremu pri premu sanitarne vode, mogućnost spoja sa sunčanim toplinskim ili fotonaponskim pretvornicima, imaju u sebi rekuperator, filtere zraka te kompresorski k rug za grijanje i hlađenje zraka. Zauzimaju jako malo prostora i dostatne su za pokrivanje potreba za grijanjem i hlađenjem tijekom cijele godine.

Zemni kolektori se izgrađuju od plastičnih cijevi postavljenih na dubini 2,0 m i

dublje. Krugovi plastičnih cijevi se vode do razdjelnika i sabirnika. Cijevi se potom vode do strojarnice i spajaju se na dizalicu topline. U mreži se nalazi glikol koji omogućuje rad do -10°C te osigurava da neće doći do smrzavanja kolektorskog polja tijekom rada dizalice. Sustav ima SPF oko 4,5.

Geotermalne sonde koriste sonde  koriste istu tehnologiju kao i kolektori samo je razlika u tome što se četiri plastične cijevi koje čine sondu postavljaju vertikalno u zemlju. Pri tome se zauzima manje prostora, a dobiva se na instaliranoj snazi sustava. Sonde se

primjenjuju na prostorima na kojima nema dovoljno površine za ugradnju kolektora, a želimo instalirati dizalicu topline. Jedna sonda s onda od 100m može osigurati oko 4-7 kW toplinske snage ovisno o sastavu tla.

Podzemne bunarske vode te riječne, potočne površinske vode se mogu koristiti

kao izvori topline u kombinaciji s dizalicom dizalico m topline. Moguće je ostvariti SPF 5,5 što  je dosta visok toplinski učinak sustava grijanja. Ekonomski ovaj način grijanja je najpovoljniji jer je jedino potreban minimalan trošak električne energije za pokretanje dizalice topline. Ovaj sustav se može koristiti samo na mikrolokacijama koje su bogate vodama.

Površinske vode se na najučinkovitiji način mogu koristiti ako se na dno jezera postavi niz petlji izmjenjivača koji je izgrađen od plastičnih cijevi. Koriste se iste PEHD ili Pe-Xa cijevi kao i za zemni kolektor ili za geo sondu. Temperatura vode

na dnu jezera je dosta stabilna tijekom godine, a ako je riječ o velikoj vodenoj

površini može se očekivati jako mali utjecaj na temperaturu vode. Mogu se očekivati visoki koeficijenti prijelaza topline jer se voda nalazi oko cijevi.

DX Cu direktni bakreni izmjenjivači u kojima radna tvar direktno isparava.

Koncepijski ovaj tip izmjenjivača je zadnja riječ tehnike geotermalnih dizalica topline. Zbog direktnog isparavanja freona u podzemnom izmjenj ivaču povećati će se ukupni faktor sustava te se on kreće na razini SPF od 3,5 do 5,8. Sonde se postavljaju sličnom tehnologijom kao i klasične sonde izrađene od PE-Xa plastike, ali DX Cu sonde imaju promjere 75 mm te dubine do max 30 m zbog karakteristike ka rakteristike rada kompresorskog sustava.

Kotao na pelete  je moderna verzija kotla na biomasu, a odmak od klasičnih kotlova je postignut primjenom automatskog doziranja drvne biomase. Automatski

rad je moguć zbog konstrukcije plamenika kotla na pelete koji automatski dozira potrebnu količinu peleta u kotao. Kotlovi na pelete p elete i sječku su automatski upravljani kotlovi, s automatskim dodavanjem drvne mase, automatskim paljenjem i

gašenjem te upravljanjem izgaranja kontrolom sadržaja dimnih plinova lambda sondom te regulacijom količine zraka koja se dovodi u kotao. Moguće je daljinsko upravljanje radom kotla te njegovo paljenje i gašenje prema regulatoru postavljenom u dnevnoj sobi.

Peleti se izrađuju od drvnog otpada, piljevine nastalog u drvo -prerađivačkoj industriji, a komadići drveta se melju i prešaju u cilindrične komade ili pelete koji imaju mali udio vlage do 10%. 1 0%. Prešanjem drvene mase postiže se veća energetska vrijednost drvne mase nego klasične biomase. Zbog prešanja drvne mase koja je koncentrirana i malog udjela vode peleti će imati 100% veću ogrijevnu snagu od klasične drvene biomase. Tijekom izgaranja peleta može doći do razvoja nešto viših temperatura pa se ne preporučuje upotreba peleta u klasičnim kotlovima. Sječka je drugi oblik biomase koja se koristi u kotlovima, a dobiva se usitnjavanjem otpadnog drveta i dimenzijama je veća od peleta. Peleti se nalaze u spremniku peleta koji se postavlja pored kotla, a dozirnim sustavom se peleti dovode u automatski plamenik. Zbog strukture i oblika peleta jednostavna je distribucija peleta na lokaciju i pretovar u spremnike peleta.

Drvna biomasa nastaje akumulacijom sunčeve energije u drvnoj masi kroz složeni proces fotosinteze te se ovaj izvor energije može svrstavati pod obnovljive izvore

energije, ali ne i u čiste izvore energije jer se u procesu izgaranja oslobađa CO2 u atmosferu. Drvna masa je CO2 neutralna jer je jednaka količina kol ičina CO2 koja se koristi za stvaranje drvne mase i količina CO2 koja se oslobodi tijekom izgaranja. Korištenjem biomase može se osigurati stalni izvor obnovljive ene rgije koja stalno nastaje

u

prirodi.

Kotao na pelete 14 - 50 kW koristi se za ugradnju na toplovodne kotlove za

loženje drvenim peletima. Automatski je sustav dobave drvenih peleta na nove ili već prije ugrađene Cm Pelet-setove. Cm Pelet-set i toplovodni kotao čine jednu funkcionalnu cjelinu, ''mini postrojenje'' predviđeno za loženje drvenim peletima. Radom upravlja digitalna regulacija što korisniku pruža sigurnost i zavidan komfor. Ventilator i elektrogrijač smješteni u plameniku vođeni regul acijom automatski pale pelete te održavaju plamen. Uređaj ne zaostaje za uljnim ili plinskim sustavima grijanja dok su po potrošnji goriva do 40 % isplativija od onih loženih EL loživim uljem.

PELETI PELETI - Najraširenije moderno drvno gorivo koje

nastaje prešanjem piljevine ili usitnjavanjem krupnog drvnog ostatka ili iverja. Ograničavajući faktor je potrebna vlažnost koja ne smije biti iznad 8 -10%, što

znatno poskupljuje proizvodnju u slučaju ako se ne po sjeduje suhi drvni ostatak. Najpovoljniju sirovinu predstavljaju četinjače, a piljevinu listača se uobičajeno pomiješa s dodacima na bazi ljepila. Kubik peleta teži od 650-700 kg, a tona peleta može se uskladištiti u oko 1,5 m3 prostora što, s obzirom na dimenzije, omogućuje i transport u rasutom stanju pa se pelete danas koristi za javno grijanje u većini zemalja EU koje za to koriste značajne financijske potpore.

SJEČKA - U Hrvatskoj se za ostatak nastao usitnjavanjem različite drvne sirovine koja nastaje kao nus-produkt u šumarstvu ili preradi drva koristi i naziv iverje. Sječka se koristi za loženje u velikim indu strijskim sustavima grijanja (tvornice, stambene zgrade) ili za proizvodnju električne energije, a prednost je što se može koristiti i s većim postotkom vlage kod specijalno izrađenih kotlova. Uobičajena mjera za dužinu sječke je 3-4 cm, a često se upravo zbog nejednake dužine pojavljuju teškoće i gubici kod transporta jer je sječka voluminozna te podrazumijeva specijalna prijevozna sredstva s povišenim transportnim prostorom. U pojedinim zemljama se kalkulira da je granica prijevozne isplativosti kamionom od 180 do 250 km, vlakom do 800 km, a brodom do 2.000 km.

BRIKETI - Gorivo koje je po popularnosti prethodilo peletima bilo je vrlo r ašireno ašireno u pojedinim razvijenim zemljama. Posebno su ga

koristili osvješteniji kupci jer u praksi nije bilo prevelike razlike u cijeni u od nosu na klasična drvna goriva. Uobičajeno je okruglog ili pravokutnog oblika promjera 5 -8 centimetara. Prilikom prešan ja od piljevine ili sitnijih strugotina vlaga mora biti

ispod 15%, a od drugih goriva razlikuje se po težini (1m3 briketa teži oko 1.000 kg). Ograničenje se odnosi na distribuciju jer je klasični briket nezgodan za skladištenje, većinom pakovan u vrećama od 5 do 20 kg a najveći problem odnosi odn osi se na punjenje peći jer postupak nije moguće automatizirati.

KRUPNI

OSTATAK -

Nastaje

u

svim

fazama

proizvodnje, a razlikuje se po vlažnosti i dimenzijama koje nisu standardizirane. Transport i distribucija su uve like otežani jer se zbog različitih dimenzija smanjuje transportna količina. U industrijski upravljanim proizvodnjama krupni ostatak se bez dodatne dorade koristi za proizvodnju energije ili kao sirovina za proizvodnju

briketa, a zbog povećanja konjunkture peleta u posljednje vrijeme dio proizvođača ga dosušuje i usitnjava na potrebnu granulaciju. Krupni ostatak se koristi i kao gorivo za kućnu upotrebu, poglavito u tranzicijskim zemljama a u mnogim velikim proizvodnjama predstavlja značajan izvor prihoda koji se povećava uslijed jačanja važnosti energije iz obnovljivih izvora.

OGRJEVNO DRVO DRVO - Povijesna komercijalna mjera za

ogrjevno drvo je prostorni metar a sačinjavaju ga cjepanice dužine jednog metra i prosječnog promjera 8-15 cm. Tradicionalna tržišna distribucija je podrazumijevala prijevoz složaja cjepanica dužine 1 m i visine 1,10 m, a u novije vrijeme se pojavljuje konfekcionirano drvo na paletama dužine 25, 33 cm većinom za loženje kamina i manjih peći, dok se dužine 50 cm koriste za loženje sus tava centralnog grijanja obiteljskog tipa. Najboljom sirovinom za ogrjevno drvo smatra se grab,

potom bukva i druge vrste tvrdog drva. Sušenje se odvija na zraku od svježeg

stanja do vlažnosti cca 20% koja je optimalna za loženje. U mnogim zemljama i dalje je glavno drvno gorivo za krajnje korisnike.

Nedjelja, 03 Srpanj 2011 20:08

Norveška osmotska elektrana Norveška je u utorak predstavila prototip prve osmotske elektrane u svijetu koja proizvodi struju miješanjem svježe i morske vode kroz specijalnu membranu i uopće ne ispušta štetne plinove. Energija dobivena osmozom jedan je u nizu eksperimentalnih projekata o primjeni obnovljivih izvora energije. Financiranje i

razvoj nove tehnologije ovisi o očekivanom postizanju novog klimatskog sporazuma idući mjesec u Kopenhagenu, čime bi se omogućilo odmrzavanje sredstava i subvencija za razvoj nove tehnologije i sman jili troškovi proizvodnje.Predstavljeni prototip elektrane vlasništvo je norveške državne elektroenergetske tvrtke Statkraft a cilj mu je testiranje i razvoj tehnologije

utemeljene na prirodnom fenomenu osmoze, koji drveću omogućuje upijanje vode kroz lišće.U procesu koji služi kao pokretačka snaga za proizvodnju struje u elektrani slatka voda zbog razlike u koncentraciji otopljenih tvari prolazi kroz

polupropusnu membranu i miješa se sa slanom vodom. Taj protok stvara pritisak koji se koristi za pokretanje turbine i proizvodnju električne energije.Elektrana će u početnoj fazi proizvoditi samo dva do četiri kilovata električne energije, što je dovoljno za pogon aparata za kavu. "Možda sol neće sama spasiti svijet ali

vjerujemo da će energija dobivena procesom osmoze u budućnosti postati zanimljiv sastojak nove mješavine obnovljivih izvora", kazao je izvršni direktor Statkrafta Baard Mikkelsen.Statkraft, najveći proizvođač energije iz obnovljivih izvora u Europi s iskustvom u sektoru hidroenergije koja zadovoljava gotovo

cjelokupne norveške potrebe za strujom, želi najkasnije 2015. početi graditi osmotske elektrane za komercijalnu namjenu. Najveći je izazov poboljšanje učinkovitosti membrane sa sadašnjeg jednog vata po četvornom metru na oko pet vata, koliko bi po tvrdnjama norveške tvrtke bilo dovoljno da troškovi proizvodnje budu usporedivi s onima ostalih obnovljivih izvora.Statkraft je kazao da se na početku istraživanja u drugoj polovini 90-ih godina učinkovitost membrane mjerila proizvodnjom 0,01 vata struje po kvadratnom metru membrane dok

najsuvremenija tehnologija omogućuje proizvodnju dva do tri vata po kvadratnom metru. Membrane norveške elektrane smještene u fjordu oko 60 kilometara južno od Osla imaju ukupnu površinu oko 2.000 kvadratnih metara a na laze se u plastičnim cijevima koje ograničavaju korozivan utjecaj soli. Čiste se svakog dana.U budućnosti osmotske elektrane koje će proizvoditi proi zvoditi 25 megavata električne struje, dovoljno za opskrbu 30.000 europskih kućanstava, bit će veličine nogometnog stadiona, s ukupnom površinom membrana oko pet milijuna kvadratnih metara, ističu u Statkraftu. Takav će model zahtijevati dotok slatke vode od 25 prostornih metara u sekundi, te slane vode od 50 prostornih metara u

sekundi.Nakon što se riješi problem 'arhitekture' nove membrane, u svijetu će se godišnje moći proizvoditi 1.600 do 1700 teravatsati električne struje.Europski potencijal za proizvodnju struje procesom osmoze procijenjen je na 180 teravatsati

ili oko pet posto ukupne potrošnje. www.business.hr

Nizozemci planiraju proizvoditi energiju iz slane vode? Nizozemski znanstvenici namjeravaju svojem portfelju obnovljivih izvora energije

dodati jedan novi neiskorišteni izvor, a to je morska voda. S tom namjerom, prošli  je tjedan u rad pušteno testno postrojenje nazvano "Blue Energy". "Blue Energy" ili Plava energija za dobivanje električne energije koristi razliku u salinitetu između morske i slatke vode koja pokreće turbine i proizvodi elektirčnu energiju. Slično testno postrojenje već je 2009. godine pokrenuto u Norveškoj. Jedan od razloga zbog kojeg se i Nizozemska odlučila testirati ovaj izvor energije je zemljopis. Naime, postrojenje je strateški postavljeno na velikoj brani koja je dio Sjevernog mora pretvorila u slatko jezero 1930-ih godina, a u blizini rijeka Rajna također utječe u Sjeverno more. Ovaj višegodišnji projekt financirati će se iz više javnih i privatnih izvora, a cilj mu je poboljšati učinkovitost sustava te ga učiniti komercijalno isplativim izvorom proizvodnje električne energije. Portal croenergo.eu

Tofte

osmotska

elektrana

Tofte je selo u općini Hurum (okrug Buskerud), Busker ud), u južnoj Norveškoj. Tofte ima 3 045 stanovnika (po popisu 1. siječnja 2009.). Tofte je najpoznatiji po tvornici za proizvodnju papira, ali u zadnje vrijeme je sve poznatiji po prvom svjetskom

prototipu osmotske elektrane, u kojoj se električna energija dobiva osmozom (posjeduju dva vodena spremnika ispunjena vodom različitog stupnja sal initeta), a započela je s radom 2009. Osmotska

elektrana Norveška je 2009. predstavila  prototip prve osmotske elektrane u svijetu, koja

proizvodi električnu struju miješanjem svježe i morske vode kroz specijalnu membranu i uopće ne ispušta štetne plinove. Energija dobivena osmozom jedan  je u nizu eksperimentalnih projekata o primjeni obnovljivih izvora energije. Prototip

elektrane vlasništvo je norveške državne elektroenergetske tvrtke Statkraft, a cilj mu je testiranje i razvoj tehnologije utemeljene na prirodnoj pojavi osmoze, koji

drveću omogućuje upijanje vode kroz lišće. U postupku koji služi kao pokretačka snaga za proizvodnju struje u elektrani, slatka voda zbog razlike u koncentraciji

otopljenih tvari prolazi kroz polupropusnu membranu i miješa se sa slanom vodom. Taj protok stvara tlak koji se koristi za pokretanje vodne turbine i proizvodnju

električne energije. Elektrana u početku je proizvodila samo 2 do 4 kW električne energije, što je dovoljno za pogon aparata za kavu. Statkraft, najveći proizvođač energije iz obnovljivih izvora u Europi s iskustvom u području hidroenergije, koja zadovoljava gotovo cjelokupne norveške potrebe za električnom strujom, želi najkasnije 2015. početi graditi osmotske elektrane za tržište. Najveći je izazov poboljšanje učinkovitosti membrane sa sadašnjeg sadašnje g 1 W po četvornom metru na oko 5 W, koliko bi po tv rdnjama norveške tvrtke bilo dovoljno da troškovi proizvodnje budu usporedivi s onima ostalih obnovljivih izvora. Statkraft je kazao da se na početku istraživanja u drugoj polovini 1990-ih godina učinkovitost membrane

mjerila proizvodnjom 0,01 W električne struje po četvornom metru membrane, dok najsuvremenija tehnologija omogućuje proizvodnju 2 do 3 W po četvornom metru. Membrane norveške elektrane smještene u fjordu oko 60 kilometara južno od Osla, a imaju ukupnu površinu oko 2 000 četvornih metara, a nal aze se u plastičnim cijevima koje ograničavaju korozivan utjecaj soli. Čiste se svakog dana. U budućnosti osmotske elektrane koje će proizvoditi 25 MW električne struje, dovoljno za opskrbu 30 000 europskih kućanstava, bit će veličine nogometnog igrališta, s ukupnom površinom membrana oko 5 milijuna četvornih metara, ističu u Statkraftu. Takav će model zahtijevati dotok slatke vode od 25 m3 u sekundi, te slane vode od 50 m3 u sekundi. Nakon što se riješi problem konstrukcije nove membrane, u svijetu će se godišnje moći proizvoditi 1 600 do 1 700 TWh električne struje. Europski potencijal za proizvodnju struje procesom osmoze procijenjen je

na

180

TWh

ili

oko

5%

ukupne

potrošnje

električne

energije.

Način

rada

Elektrane koje rade na pojavi osmoze posjeduju dva vodena spremnika ispunjena

vodom različitog stupnja saliniteta. Uslijed razlike koncentracije natrijevog klorida između dva spremnika ispunjenih tekućinom dolazi do pojave osmoze. Koncentracija natrijevog klorida u odvojenim spremnicima teži izjednačavanju te stoga slatka voda počinje, kroz polupropusnu membranu koja osigurava  jednosmjeran tok vode, protjecati u spremnik sa slanom slanom vodom. Tlak, koji se javlja u spremniku slane vode, jednak je tlaku na dubini od 120 metara pod morem, te ga je moguće iskoristiti za pogon vodne turbine u generatoru. Tehnologija dobivanja energije osmozom u potpunosti se temelji na obnovljivim izvorima. Povijest

Način rada je tijekom 1970-ih razvio profesor Sidney Loeb u SAD- u, međutim ozbiljan razvoj nije planiran zbog niske cijene električne energije. Zasluge za daljnji razvoj tijekom 1980- ih pripadaju istraživačima SINTEF-a dr. Thor Thorsenu i dr. Torleif Holtu, koji su 1996. način rada prikazali norveškoj tvrtci Statkraft. Norveška princeza Mette-Marit 24. studenog 2009. otvara prvi prototip osmotske elektrane u

Toftu, Norveška. Instalirana snaga prototipa elektrane iznosi 10 kWh i primarna svrha prototipa je daljnje istraživanje i razvoj tehnologije.[3] Glavna prepreka do potpune komercijalne elektrane je relativno niska učinkovitost polupropusne membrane koja trenutno iznosi 1 W po kvadratnom metru, cilj istraživača je dosegnuti učinkovitost od 5 W po kvadratnom metru te očekuju da će potpuna komercijalna hr.wikipedia.org

elektrana

biti

u

pogonu

do

2015.

slatka voda daju energiju Norveška: slana i  Norveška princeza Mette-Marit pustila je u utorak u rad prvu osmotsku elektranu na svijetu, kod mjesta Tofte, na morskoj obali. Elektrana, koju je postavila kompanija Statkraft, proizvodi električnu energiju koristeći energiju ko ja se

oslobađa pri miješanju slane i slatke vode. Norveški stručnjaci iskoristili su poznatu fizikalnu pojavu osmozu – kad se slana i slatka voda nađu na različitim stranama neke propusne prepreke, tekućina se spontano kreće i premješta tamo gdje je koncentracija soli veća kako bi se izravnala razlika. Uz pomoć polimernih membrana i djelovanjem tlaka, potom dolazi do obrnute pojave  –  reverzibilne osmoze, pri kojoj kroz membranu prolazi čista voda, a sol i druge nepotrebne tvari zadržavaju se. To kretanje proizvodi energiju energi ju koja se “hvata” i koristi. Do te je ideje došao znanstvenik Sidney Loeb 1973. godine, a za realizaciju reali zaciju su dosad uglavnom preporučivani projekti na ušćima velikih rijeka u more. Ova je energija obnovljiva, bez ikakvih emisija. Uz podršku EU-a, Norvežani rade na projektu još od 90-ih godina i već imaju dosta iskustva s manjim elektranama. Elektrana u mjestu Tofte ima snagu od četiri kilovata, što je dovoljno za zadovoljavanje potreba jednog

kućanstva pod uvjetom da se ne grije na struju. U ovoj su kompaniji uvjereni da će osmotska energija, koja bi mogla zadovoljiti najmanje 10 posto potreba zemalja EU-a, postati konkurentna do 2015.

lazarević

Nedjelja, 02 Lipanj 2013 14:41

Hladna fuzija Godinama se špekulira o tome kako je hladnu fuziju nemoguće napraviti, dok su znanstvenici redom ismijavali entuzijaste koji su se bavili takvim „uzaludnim poslom" . Pa ipak, nakon uspješnog eksperimenta na Sveučilištu Bologna, neovisni fizičari potvrđuju –  hladna fuzija je stvarnost. Nakon eksperimenta sa sonofuzijom, vrsti hladne fuzije kojoj su se priklonili prikloni li znanstvenici Pons i Fleischman sa Sveučilišta Utah, davne 1989. godine, uvelike se polemiziralo je li tradicionalni

pogled na nuklearnu fuziju i njene potencijalne koristi, moguće napraviti s tehnologijom koju danas imamo. Uređaj Fleischmanna i Ponsa je uređaj za elektrolizu teške vode (D2O). Na anodi se oslobađa ki sik, na katodi od paladija, kemijskog srodnika platine, teški vodik ili deuterij. No dio elektrolizom oslobođenog deuterija ostaje zarobljen u paladiju. Tko zna bi li Fleischmann i Pons išta otkrili da elektrolizu nisu radili u kalorimetru pa su otkrili da s e temperatura vode u mjernom

uređaju (toplinski izoliranoj posudi) ponekad podigne s 30 na 50 °C. Kako energija i toplina ne mogu nastati ni iz čega, u kalorimetru je moralo doći do procesa kojim se oslobađa energija. Naknadnim pokusima, je otkriveno da se spomenuti učinak

može pouzdano ostvariti samo tada kada se elektrode paladija "omotaju" deuterijem uz omjer 100 % – jedan atom deuterija za svaki atom paladija. Njegov rad pokazuje da ako se omjer snizi za samo 10 %, na 90 %, proizvedena toplina

će biti samo 1/6 od one kod omjera 100 %. Na žalost nakon prvotnih otvorenih testova i eksperimenata, zajedno s ismijavanjem znanstvenika koji su tvrdili kako

bi hladna fuzija i osiguravanje njenog korištenja trebale postati najvažniji cilj moderne znanosti, ovakva istraživanja su postala ne dostupna javnosti zbog iznimnog interesa vojnog lobija SAD, Japana i Rusije. Hladna fuzija iz Bologne

14. siječnja 2011. godine, dva znanstvenika sa Sveučilišta Sveučili šta u Bologni, fizičar Sergio Focardi i inženjer Andrea Rossi, su izveli pokus s hladnom fuzijom i na taj način održali praktični prikaz rada ovog sustava pred odabranom publikom novinara, istraživača i akademika. Njihov energetski katalizator (E -Cat) je bio veličine stola i proizvodio je temperaturu od otprilike 800 stupnjeva Celzija. Iznos proizvedene

energije je izračunat na temelju mjerenja količine vode koja isparava u jednoj sekundi. Po završetku eksperimenta, Rossi je zaključio kako je potrošeno 600 kWh, a proizvedeno 12 000 kWh. Izumitelj i inženjer Andrea Rossi j e novinarima izjavio slijedeće: "Novost je u tome da se nuklearna reakcija odvija u uređaju koji funkcionira poput kućne električne grijalice." Focardi, Rossijev partner, je talijanski pionir u ovom istraživačkom području, on je priznao da je događaj u Bol ogni prvi eksperiment takve vrste proveden u prisustvu vanjskih promatrača. Prototip j e već zaštićen patentom, Maddalena Pascucci, inače Rossijeva supruga, je osoba na čije ime glasi patentna licenca. Izum je, kako tvrdi Rossi, spreman za proizvodnju i komercijalizaciju. Krajem 2012. godine, grupa ne ovisnih znanstvenika znan stvenika je odlučila provjeriti rad E-Cata (Giuseppe Levi, Evelyn Foschi, Torbjörn Hartman, Bo Höistad, Roland Pettersson, Lars Tegnér, Hanno Essén), svoj rad su objavili na stranicama Sveučilišta Cornell. Nakon serije testova i neprekidnog rada samog

uređaja od 13.12 do 17.12.2012., znanstvenici su se počeli pitati je li moguće da  je princip hladne fuzije toliko tehnološki tehnol oški jednostavan, a nakon toga je napravljena n apravljena  još jedna dodatna studija i to od 18.03. do 23.03.2013., pri tome je uređaj radio neprekidno punih 116 sati. Uz pomoć ova dva eksperimenta je zaključeno kako je odnos unesene energije naspram izlazne energije (topline) potpuno začuđujući, naime izlazna energija je za 10. 000 puta veća od ulazne.

Kritike iz svijeta interesa

Iako su brojni „ozbiljni" znanstvenici Andreu Rossija prozivali strvinarom i lažovom, čini se da dva prototipa E -Cata u kontroliranim uvjetima, zaista proizvode toplinu, uz pomoć procesa koji se naziva nisko energetska nuklearna reakcija ili LENR  – Low Energy Nuclear Reaction. Najveći dosadašnji problem s ispitivanjem Rossijevog izuma je bila njegova tvrdoglavost jer je on tvrdio kako je tehnologija „industrijska tajna koju će predočiti samo uvaženim i neovisn im znanstvenicima

koji nisu povezani niti s jednim interesnim lobijem u svijetu energetike." Kritičari najviše zamjeraju Rossiju što ne dozvoljava znanstvenoj zajednici da pregleda unutrašnjost njegova E-Cata, no u svakom slučaju su imali priliku pratiti u lazne i izlazne količine energije kao i prikaz rada istog energetskog katalizatora. Zbog takvog odnosa, stručnjaci poput Eathana Siegea i Stevena Krivita, su s podsmjehom i krajnjom skepsom dočekali studije vezane za rad E-Cata. Pozitivne kritike Za razliku od njih, znanstvenici koji se okupljaju na web stranici Martin Fleishman

Memorial Project, su otvoreno validirali LENR, smatrajući kako su Levi i Foschi

učinili hvale vrijedan projekt iako s očiglednim nedostacima u tehnologiji. Oni također smatraju kako je ovaj dvojac na najbolji mogući način dokazao da Rossijeva tehnologija zaista radi, te da bi krajnja i otvorena verifikacija imala

povijesno značenje. Web stranica Extreme Tech, je za sada dala najpozitivniji pregled rada E-Cata, i na njoj je otkriveno kako u Rossijevom hladno fuzijskom reaktoru, hidrogen prolazi kroz naslage nikla, te se ova dva elementa pretvaraju u

bakar, stvarajući pri tome velike količine topline. Poznato je kako je NASA sama imala slične eksperimente s hladnom fuzijom, točnije s ionima hidrogena koji su se ubrizgavali u mrežu stvorenu od nikla. Nakon niza kemijskih reakcija nikal je mijenjao atomsku strukturu i penjao se s 28. mjesta periodnog sustava elemenata, na 29-to mjesto, postajući tako bakar. LENR ili nisko energetska nukl earna

reakcija, za razliku od klasične fuzije, stvara vrlo spore neutrone koji ne stvaraju ionizirajuću radijaciju niti nuklearni nukl earni otpad. Prava fuzija, s druge strane, stvara, brze neutrone koji decimiraju sve što im se nađe na putu. Ukratko, LENR je poprilično sigurna tehnologija, a sam plin hidrogen u obliku H2 zajedno s niklom su puno

 jeftiniji izvori energije nego li klasični energenti e nergenti koje nazivamo „fosilna goriva." Ne preostaje nam ništa drugo već čekati na konačne analize i recenzije studija, s nadom da ova tehnologija neće biti sklonjena od očiju javnosti.

Nedjelja, 11 Prosinac 2016 17:45

Wendelstein 7-X fuzijski reaktor

Krajem prošle godine znanstvenici s njemačkog instituta Max Planck za fiziku plazme su pokrenuli gigantski fuzijski reaktor koji, ako proradi pravilno, ima

potencijala postati prekretnica u potrazi za obnovljivim obnovlji vim izvorom energije. Službeno su potvrdili da stroj zaista radi. To u prijevodu znači da bi jednog je dnog dana takav sličan model mogao praktično postati beskonačni izvor čiste obnovljive energije. Ovo je uistinu revolucionaran pomak, a ime eksperimentalnog fuzijskog reaktora je Wendelstein 7-X (W 7-X). Gradili su ga gotovo dva desetljeća i potrošili na njega gotovo milijardu eura. I isplatilo se. Sve je to rezultat neprestanog lova na mokri san svakog fizičara i energetičara – proces nuklearne fuzije koji bi bio od iznimne

važnosti za čovječanstvo. Proces je to koji se događa unutar svih zvijezda, tako i Sunca, a koji energiju stvara spajanjem atomskih jezgri (a ne razbijanjem, što se radi u komercijalnim fizijskim reaktorima). Prednosti bi trebale biti enormne, jer

fuzija kao gorivo može rabiti vodik, koji se može lako i jeftino proizvesti, a ne stvaraju se pritom nikakvi radioaktivni nusprodukti. Na fuziji se radi već dobrih 60 godina, a kao najuspješniji fuzijski reaktori su zasnovani su na „tokamak“ modelu reaktora u obliku uštipka, koji je opasan prstenovima elektromagneta. Rezultat mu nije pretjerano uspješan, jer treba izvor energije izvana, no na njima se i dalje radi. Zato se kod ovog uspješnog reaktora, W 7 -X, koristio zahtjevniji dizajn „stellaratora“. U tom se tipu reaktora plazma drži u   obliku izvrnute trake zbog nepravilno postavljenih magneta. Cilj je enormno ugrijanu plazmu (slično temperaturama u Suncu) neprekidno održavati u stanju potrebnom za nuklearnu fuziju, a prednost pred tokamak modelima je veća komercijalna isplativost zbog mogućih manjih i jeftinijih konstrukcija. Uzbudljive su to vijesti, jer je proces fuzije tehnološki kompliciran, za razliku od procesa fisije koji se već dugo koristi u nuklearkama diljem svijeta. Zato ćemo na san o fuziji pričekati još neko vrijeme, a dotle će se u uspješnosti natjecati reaktori W 7 -X kao predstavnik stellaratora (koji planira koristiti ubuduće deuterij umjesto vodika) i ITER koji se trenutno gradi u Francuskoj kao tokamak model. Predstoje uzbudljive generacije fuzijskih reaktora i veselimo se njihovim budućim rezultatima, prenosi portal Znanost. www.energypress.net

Njemačka:

Fuzijski

reaktor

za

beskonačnu

energiju

Znanstvenici njemačkog instituta "Max Planck" za fiziku plazme objavili su da njihov fuzijski reaktor, koji su pokrenuli 2015 . godine, doista radi, što znači da bi sličan model jednog dana mogao postati beskonačan izvor čiste energije. Tim iz tog instituta objavio je rad u časopisu Komunikacija prirode, u kojem su naveli da ovaj fuzijski reaktor stvara supermoćna, vijugava trodi menzionalna magnetska polja, kakva su bila predviđena projektom. Pokazalo se da je razina greške manja od 1:100.000, što je dovoljno za komercijalnu primjenu tog modela reaktora. Komercijalno isplativa fuzija ne bi zagađivala okoliš radioaktivnim materijama, a imala bi i jeftine i gotovo neiscrpne nei scrpne izvore goriva - morsku vodu. Problem je u tome

što se proces fuzije, odnosno sjedinjavanja atoma pokreće tek na visokim temperaturama, kakve su na Suncu. Da bi postala isplativa, mora se osigurati da

će količina energije stvorena u fuziji premašiti energiju utrošenu na održavanje fuzije, a to do danas nije uspio postići nijedan reaktor. Iako je uspješno prošao prva dva ključna testa, ovaj fuzijski reaktor nije konstruiran za komercijalnu uporabu. Portal croenergo.eu

Fuzijski

reaktor

u

Njemačkoj

zaista

funkcionira

Krajem prošle godine znanstvenici s njemačkog instituta Max Planck za fiziku plazme su pokrenuli gigantski fuzijski reaktor koji, ako proradi pravilno, ima potencijala postati prekretnica u potrazi za obn ovljivim izvorom energije. Službeno

su potvrdili da stroj zaista radi i to, kako kažu, "neočekivanom preciznošću", piše portal Znanost. To u prijevodu znači da bi jednog dana takav sličan model mogao praktično postati beskonačni izvor čiste obnovljive ener gije. gije. Ovo je uistinu revolucionaran pomak, a ime eksperimentalnog fuzijskog reaktora je Wendelstein 7-X (W 7-X). Gradili su ga gotovo dva desetljeća i potrošili na njega gotovo milijardu eura, i isplatilo se. Sve je to rezultat neprestanog lova na proces nuklearne fuzije koji bi bio od iznimne važnosti za čovječanstvo. Proces je to koji

se događa unutar svih zvijezda, tako i Sunca, a koji energiju stvara spajanjem atomskih jezgri, a ne razbijanjem, što se radi u komercijalnim fuzijskim reaktorima. Prednosti bi trebale biti enormne, jer fuzija kao gorivo može rabiti vodik, koji se može lako i jeftino proizvesti, a ne stvaraju se pritom nikakvi radioaktivni nusprodukti. Na fuziji se radi već dobrih 60 godina, a kao najuspješniji fuzijski reaktori su zasnovani su na „tokamak“ modelu reaktora u obliku uštipka, koji je opasan prstenovima elektromagneta. Rezultat mu nije pretjerano uspješan, jer treba izvor energije izvana, no na njima se i dalje radi. Zato se kod ovog uspješnog reaktora, W 7-X, koristio zahtjevnij i dizajn „stellaratora“. U tom se tipu reaktora plazma drži u obliku izvrnute trake zbog nepravilno postavljenih magneta. Cilj je enormno ugrijanu plazmu (slično temperaturama u Suncu) neprekidno održavati u stanju potrebnom za nuklearnu fuziju, a prednost pred tokamak modelima je veća komercijalna isplativost zbog mogućih manjih i jeftinijih konstrukcija. www.energetika-net.com

Potvrđeno

je:

fuzijski

reaktor

u

Njemačkoj

zaista

funkcionira!

Gradili su ga gotovo dva desetljeća i potrošili na njega gotovo milijardu eura. I isplatilo se.Krajem prošle godine znanstvenici s njemačkog instituta Max Planck za fiziku plazme su pokrenuli gigantski fuzijski reaktor koji, ako proradi pravilno,

ima potencijala postati prekretnica u potrazi za obnovljivim izvorom energije.

Službeno su potvrdili da stroj zaista radi. To u prijevodu znači da bi jednog dana takav sličan model mogao praktično postati beskonačni izvor čiste obnovljive energije. Ovo je uistinu revolucionaran pomak, a ime eksperimentalnog fuzijskog reaktora je Wendelstein 7-X (W 7- X). Gradili su ga gotovo dva desetljeća i potrošili na njega gotovo milijardu eura. I isplatilo se. Sve je to rezultat neprestanog lova na mokri san svakog fizičara i energetičara – proces nuklearne fuzije koji bi bio od

iznimne važnosti za čovječanstvo. Proces je to koji se događa unutar u nutar svih zvijezda, tako i Sunca, a koji energiju stvara spajanjem atomskih jezgri (a ne razbijanjem,

što se radi u komercijalnim fuzijskim reaktorima).Prednosti bi trebal e biti enormne,  jer fuzija kao gorivo može rabiti vodik, koji se može lako i jeftino proizvesti, a ne stvaraju se pritom nikakvi radioaktivni nusprodukti. Na fuziji se radi već dobrih 60 godina, a kao najuspješniji fuzijski reaktori su zasnovani su na „tokamak“ modelu reaktora u obliku uštipka, koji je opasan prstenovima elektromagneta. Rezultat mu nije pretjerano uspješan, jer treba izvor energije izvana, no na njima se i dalje radi. Zato se kod ovog uspješnog reaktora, W 7 -X, koristio zahtjevniji dizajn „stellaratora“.  U tom se tipu reak tora plazma drži u obliku izvrnute trake zbog nepravilno postavljenih magneta. Cilj je enormno ugrijanu plazmu (slično temperaturama u Suncu) neprekidno održavati u stanju potrebnom za nuklearnu fuziju, a prednost pred tokamak modelima je veća komercijalna   isplativost zbog mogućih manjih i jeftinijih konstrukcija. Uzbudljive su to vijesti, jer je proces fuzije tehnološki kompliciran, za razliku od procesa fisije koji se već dugo koristi u nuklearkama diljem svijeta. Zato ćemo na san o fuziji pričekati još n eko vrijeme, a dotle će se u uspješnosti natjecati reaktori W 7 -X kao predstavnik stellaratora (koji planira koristiti ubuduće deuterij umjesto vodika) i ITER koji se trenutno gradi u Francuskoj kao tokamak model. Predstoje uzbudljive generacije fuzijskih reaktora

i

veselimo

se

njihovim

budućim

rezultatima.

geek.hr

U NJEMAČKOJ PRORADIO FUZIJSKI REAKTOR Vodi prema beskonačnom i čistom izvoru energije, a radi s 'preciznošću bez presedana' Prošle godine su njemački znanstvenici s Max Planck instituta prvi put uključili ogromni fuzijski reaktor Wendelstein 7-X i stvorili vruću plazmu nalik onoj u kojoj bi se trebao odvijati proces fuzije ili spajanja spaja nja atoma.Godinu dan kasnije znanstveni tim iz SAD-a i Njemačke objavio je u časopisu Nature da reaktor vrijedan 370

milijuna eura i u drugoj fazi funkcionira u skladu s očekivanjima, što znači da proizvodi super snažna i vijugava 3-D magnetska polja kakva je dizajn predvidio, i to s "preciznošću bez presedana", piše sciencealert.com. Znanstvenici kažu da se pogreška u modelu događa samo jednom u 100.000 slučajeva. Ovo je ključno iz razloga jer samo vrlo precizno magnetsko polje može zarobiti vruću plazmu dovoljno dugo da dođe do procesa nuklearne fuzije koja potencijalno može riješiti

sve potrebe našeg planeta za čistom energijom. Proces fuzije se odvija u našem Suncu, a u njemu se tijekom izuzetno visokih temperatura spajaju atomi, a pritom

se oslobađaju velike količine energije. Suprotan proces od fuzije je fisija, koja se odvija u sadašnjim nuklearnim elektranama - u njoj dolazi do cijepanja jezgre atoma u dva fisijska fragmenta, uz emisiju neutrona i oslobađanja velikih količina energije. Za razilku od fisije, fuzija kao nusprodukt ne stvara radioaktivni otpad, a kao gorivo bi zahtijevala morsku vodu. Najvažnije od svega, ako gledamo

dugovječnost Sunca, nuklearna fuzija mogla bi čovječanstvo opskrbljivati energijom www.jutarnji.hr

koliko

god

nam

treba.

Rasplinjavanje je Rasplinjavanje je proces u kojem se drvo pretvara u plinove koji se kasnije mogu izgarati u motorima s unutrašnjim sagorjevanjem. Piroliza je Piroliza je jedna od tri osnovne

faze procesa izgaranja drva dok pirolitički kotlovi u sebi provode proces rasplinjavanja drveta, izgaranja drveta te kasnije izgaranja rasplinutog drveta uz konačni visoki stupanj djelovanja. Piroliza je toplinsko raspadanje drveta kroz promjenu njegovog agregatnog stanja. Na temperaturama iznad 100 °C toplinskim

zagrijavanjem iz drva se počinju oslobađati plinovi. Ova se faza odvija u svim pećima odnosno kotlovima loženim na drvo bez ob zira na njihov tip, njihovu starost i sl. Kod pirolitičkih kotlova, faza pirolize je naglašena zahvaljujući posebnoj konstrukciji kotla, regulaciji i ugrađenom ventilatoru. Kotlovi na pirolizu najčešće imaju dvodjelno ložište i ventilator s promjenjivim brojem okretaja koji dobavlja potrebnu količinu zraka. U gornjem dijelu ložišta dolazi do sušenja drva, njegove toplinske razgradnje i stvaranja žara. Ventilator u gornji dio ložišta dovodi zrak pri čemu u području oko žara dolazi do rasplinjavanja, odnosno intenzivnog stvaranja drvnog plina. Količina dovedenog primarnog zraka u gornji dio ložišta dovoljna je samo za rasplinjavanje ali ne i za potpuno izgaranje. Zbog podtlaka/predtlaka (ovisno o mjestu ugradnje ventilatora) nastali drvni plin prelazi u donji dio ložišta. Prolaskom kroz područje žara i kroz sapnicu, plin se

upali i u potunosti izgara. Potpunost izgaranja osigurana je dovođenjem sekundarnog zraka kroz sapnicu. Kvaliteta i izgled plamena podsjeća na izgaran je ulja ili plina na klasičnim plamenicima. Kotlovi koji rade naglašenim postupkom pirolize imaju stupnjeve iskoristivosti oko 90 %, za razliku od standardnih kotlova na drvo kod kojih se iskoristivost kreće od 65 - 70%. Ovako visoki stupanj iskoristivosti odgovarao bi približno plinskom kotlu loženom na zemni plin. Iz navedenog slijedi da kotlovi na pirolizu mogu godišnje uštedjeti i do 25 % ukupnih potreba za drvetom, a po cijeni energenta ušteda je u odnosu na plin 40 -50%.

Najbolja učinkovitost postiže se loženjem na veće cjepanice dužine c ca 40-50 cm kod manjih kotlova, odnosno dužine 100 cm kod većih. Drvni otpaci (npr. kod stolarskih radiona) nisu prikladni jer može doći do začepljivanja sapnica za dovod sekundarnog zraka. Kotlove odlikuje obično dulje vrijeme između dva punjenja (812 sati), a navedeno je ovisno o veličini kotla, spremniku topline, vlažnosti drva i sl. Zbog visoke kvalitete izgaranja količina nastalog pepela je vrlo mala, tako da nije potrebno njegovo često odlaganje (svakih par dana). Temperature dimnih plinova kreću se u rasponu od 160-200 °C. Većina novih dimnjaka koji se danas ugrađuju, otporni su na prisustvo kondenzata, a kod starih dimnjaka njegovu pimjenjivost na ovu vrstu kotlova najbolje je usaglasiti sa lokalnim dimnjačarom. Promjer dimnjaka tj. njegova visina o dređuje se na osnovu tehničkih grafikona ili proračunom. Rukovanje kotlom je jednostavno, a automatska regulacija daje visoki komfor korištenja. Drva za loženje moraju biti suha tj vlažnosti 15 - 25 %. Navedena vlažnost postiže se ako drva "odleže" cca godinu dana. Drva koja su u istoj godini posječena i ložena nisu odgovarajuće kvalitete. Povećana vlažnost, osim što rezultira manjom raspoloživom toplinom, ima za posljedicu i stvaranje manjih količina drvnog plina tijekom postupka pirolize, a time se smanj uje stupanj iskoristivosti kotla. Pirolitički kotao počinje se "ponašati" kao standardni, a tada postaje i upitna rentabilnost njegove

investicije.

Toplovodni kotlovi za centralno grijanje predviđeni za loženje drvom, sadržaja vlage ispod 25 %. Suvremeni kotlovi u kojima principom pirolize temeljito izgara

gorivo. Temeljitost izgaranja opisuje potreba za čišćenjem koje je potrebno provoditi tek svaka tri do četiri dana ako kotao radi s maksimalnom snagom ili rijeđe ako je kotao manje opterećen. Konstrukcijska rješenja vođenja plinova izgaranja i njihovo dodatno izgaranje osiguravaju visoki stupanj iskorištenja kotla (do 91,0%), što ih čini "iznimno štedljivim". Ekološki su prihvatljivi prih vatljivi jer postižu niske sadržaje štetnih sastojaka u izlaznim dimnim plinovima.

Poznato je da su neke vrste drveta „kaloričnije" nego druge, zapravo je prava istina da energetska vrijednost drva najviše ovisi o količini, odnosno udjelu vode, a manje i o vrsti drveta. Veliki utjecaj imaju smola i lignit te drvo sa više navedenog u sebi ima i veću ogrjevnu moć pa četinjače imaju višu ogrjevnu vrijednost po kilogramu od bjelogorice. Kako bjelogorično drvo ima veću gustoću njegova ogrjevna vrijednost po prostornom metru je veća te tako 1 prostorni metar bukve ima za oko 40% veću ogr   jevnu vrijednost od prostornog metra smreke. Razlog ovome leži u tome što četinjače sadrže više zraka u svojim stanicama, što ne doprinosi težini ali povećava obujam. Loženje sa crnogoričnim drvetom može biti prilično nezahvalno, jer smola stvara gusti dim, pa ložište i dimnjak treba češće čistiti. Vrsta drveta Ogrjevna vrijednost 1 pm drva [kWh/pm*] Javor Breza Bukva Hrast Jelsa Bijeli Jablan Bagrem Vrba 1.440

jasen

1.675 1.810 1.850 1.890 1.400 1.870 1.110 2.040

Drvo koje se koristi za ogrjev u obiteljsk im kućama ne bi smjelo imati udio vode

veći od 25%. Svako drvo sa većim postotkom vlage dovodi do pada temperature ispod optimalne što uzrokuje povećanu količinu dima te je moguće i oštećenje samog dimnjaka. Korištenjem prevlažnog drveta opada i njegova og rjevna vrijednost, a samim time i proizvedena toplina budući se dio energije sadržane u drvetu troši na isparavanje vode (0,68 kWh/kg vode). Cjepanice su još uvijek najpopularniji i najtradicionalniji oblik ogrjevnog drveta kojeg susrećemo. Zadnjih godina uočen je porast potražnje za kalijevim pećima na drva, a samim time i potražnje za ogrjevnim drvetom -cjepanicama. Za grijanje se u nas najčešće koristi drvo bukve, graba, javora, hrasta, jasena i breze. Poznato  je da bukovo drvo proizvodi jaki žar, te zbog zb og toga ujednačeno i dugotrajno emitira toplinu, te uz atraktivni plamen gori gotovo bez iskri što je pogodno za sve vrste kalijevih peći a posebno one sa staklenim otvorom. Cjepanice se obično kupuju po prostornom metru i treba znati da cjepanice najčešće ne leže u potpunom dosjedu (jedna do druge) što zapravo znači da kupujete 70% drveta i 30% zraka. Količina drveta u prostornom metru ovisi i o obliku drveta te o kakvoći uklanjanja grana. Također, postoji i mogućnost kupovanja po težini, ali tu treba voditi računa o vlažnosti drveta. Izuzetno je važno kupovati suho drvo, jer sa svježim i mokrim drvetom kupujete i vodu sadržanu u drvetu, a i ogrijeva vrijednost je niža nego kod suhog drveta. Postotak vlage u drvetu ima izuzetno veliku ulogu na ogrjevnu vrijednost drveta.

Svježe pripremljena drva sadrže čak i do 50% vode u svojoj težini pa je sukladno tome i njihova ogrjevna vrijednost vrlo mala. Smatra se da ogrjevno drvo postiže potrebnu suhoću, ovisno o vrsti drveta, tek nakon jedne do dvije godine skladištenja. Procjenjuje se da je iz cjepanice prosječne veličine s početnim sadržajem vlage od otprilike 50% potrebno prije upotrebe izvući 475 ml vode, odnosno, gotovo pola litre. Kako je drvo prirodni materijal podložno je prirodnom procesu raspadanju stoga  je potrebno u što kraćem roku postići optimalni udio vode u iznosu od 20%. Može se računati da drvo, suho i uskladišteno, zbog prethodno navedenog procesa godišnje može izgubiti čak i do 3% ogrjevne vrijednosti. Prilikom loženja nikako se ne savjetuje koristiti trulo, onečišćeno ili drvo tretirano kemikalijama budući da bi isto brzo zagušilo vatru, stvorilo naslage čađe u dimnjaku i samom sustavu grijanja te u slučaju korištenja tretiranog drveta može doći i do proizvodnje toksičnih i kancerogenih spojeva i  emisija pri izgaranju. Neki od savjeta za pravilno skladištenje cjepanica su: Cijepati drvo na što manje cjepanice jer se time povećava površina u dodiru sa okolišnim zrakom pa se time pospješuje i ubrzava postupak sušenja. Drvo po mogućnosti uskladištiti na sunčanim mjestima izloženim vjetru i obavezno na

suhoj

podlozi.

Osigurati zračnost između drveta i tla od najmanje 20cm kako bi se spriječilo prelazak

vlage

iz

tla.

Nikako ne skladištiti svježe cjepanice u zatvorenim, a posebice ne u vlažnim prostorijama (npr. podrumu), te ih ne umatati materijalima koji bi usporili ili prekinuli

proces Nakon ljetnog perioda sušenja drvo je poželjno zaštiti od oborina.

sušenja.

Rekuperatori su uređaji koji se ugrađuju u niskoenergetske i pasivne građevine

te im je osnovni cilj smanjivanje ventilacijskih gubitaka građevine pomoću integriranih pločastih izmjenjivača topline zrak-zrak. Jedinice imaju integrirani sustav filtracije zraka u kojem se iz zraka odvajaju čestice peludi, prašine, pore plijesni te se sustavom osigurava higijenski ispravan zrak. Sustavi su idealni za

primjenu u kućama u kojima žive astmatičari jer je moguće osigurati higijenski ispravan zrak tijekom cijele godine. Osnovni element uređaja je saćasti izmjenjivač kroz koji prolaze dvije struje zraka te se preko stijenki izmjenjivača vrši izmjena topline. Topli otpadni zrak dolazi iz građevine te prelazi preko izmjenjivača, predaj e toplinu te se potom izbacuje u okoliš. Na drugom ulazu je svježi zrak koji je j e tijekom zime hladan, prolazi preko izmjenjivača, prima toplinu na sebe te se zagrijava, a tako zagrijan ubacuje se u građevinu. Sličan je princip rada i tijekom ljeta kada se topli okolišnji zrak hladi povratnim unutrašnjim zrakom. Ovim uređajem je moguć povrat energije oko 70% iz otpadnog zraka.

Rekuperator je jedinica konstruirana za primjenju u

pasivnim i niskoenergetskim građevinama. Sukladno aktualnom naglasku na izgradnji niskoenergetskih objekata koji se izvode sa sustavima niskotemperaturnog grijanja, javlja se potreba izmjene zraka uz minimalne

toplinske gubitke. Sustav za ventilaciju koji dovodi svježi zrak, a odvodi otpadni uz prijenos topline i filtraciju. Unutar uređaja integriran je aluminijski izmjenjivač topline s visokim stupnjem iskoristivosti do 70%.

Kompaktna dizalica topline koja u sebi ima integrirani rekuperator, spoj na

geotermalni izvor (sonda ili kolektorsko polje), filtere zraka te hidrauličke grupe. Jedinica je namjenjena za primjenu u pasivnim i niskoenergetskim građevinama u

zračnim sustavima grijanja i hlađenja. Distribucija topline je putem savitljivih plastičnih kanala koji se dovode do pojedine prostorije. Filtriranje zraka smanjuje količinu peludi i prašine koja ulazi u građevinu, dok rekuperator smanjuje za 90% ventilacijske gubitke građevine. Jedinica je kompaktna te zauzima malo prostora u odnosu na klasične strojarnice.

Sustav ventilacije pasivnih i niskoenergetskih građevina kao osnovni element ima podzemni izmjenjivač zemlja-zrak. Potrebno je koristiti sustav ventilacije jer su građevine gotovo hermetički zatvorene te imaju jako malu infiltraciju prirodnog zraka na razini od 0,3 do max 0,6 i/h pa da se osigura higijenska izmjena zraka

ugrađuju se ventilacijski sustavi. Korištenjem ventilacijskih sustava podiže se kvaliteta života u građevini jer se stalno dovodi svježi zrak te se na taj način izbjegava pojava ustajalog i vlažnog zraka, smanjuje se mogućnost pojave gljivica i plijesni unutar same građevine. Sustav također smanjuje ventilacijske gubitke građevine jer korišteni rekuperator ima mogućnost povrata i do 70% energije iz otpadnog zraka. Kanal se postavlja na dubini od 1,5 pa do 2,0 m ispod razine zemlje gdje je temperatura zemlje tijekom cijele godine stabilna. Kanal za zrak je

obložen česticama srebra koje usporavaju razvoj gljivica glji vica i plijesni unutar kanala te se pravilnom distribucijom kanala može smanjti stvaranje kondenzata. Srebro ima antibakterijsko djelovanje te onemogućuje razvoj bakterija na n a stijenkama cijevi. No tijekom procesa hlađenja može doći do kondenzacije na stijenci cijevi te se na kraju cjevovoda nalazi sakupljač kondenzata koji ima revizijski otvor putem kojeg se može pristupiti kondenzatu. Kod građevina koje imaju podrum može se spoj iti odvod kondenzata u podrum. Tijekom ljetnog razdoblja vlažni zrak se hladi u kanalu, a u najnižoj točki se svaki dan može akumulirati 5-8 litara vode. Voda se izbacuje iz šahte pomoću automatske uronske pumpe sa plovkom. Ulaz zraka se izvodi kroz zračnicu koja se postavlja iznad razine zemlje da se onemogući ulazak padalina te nanošenje čestica u podzemni kanal. Mreža podzemnih zračnih kanal a može biti različitih dimenzija ovisno o potrebnom protoku zraka i dimenzijama same građevine. Podzemne cijevi se postavljaju pod minimalnim nagibom od 2% prema sakupljaču kondenzata. Najčešća je primjena ovih sustava u malim obiteljskim građevinama kada se postavlja samo jedan zračni kanal, ali postoje primjeri primjene i u većim građevinama. Sustav se koristi za dog rijavanje zraka

tijekom zime te za hlađenje zraka tijekom ljeta. Primjenom kontrolirane ventilacije moguće je ostvariti velike uštede u sustavu grijanja i hlađenja građevine. Tijekom zime moguće je zagrijati zrak za 9° C dok je moguće tijekom ljeta ohladit i zrak za 14° C pomoću besplatne energije zemlje. Prednosti kontrolirane ventilacije: - dovođenje svježeg zraka kontroliranim sustavom - površina podzemnih cijevi sa srebrnim česticama osigurava higijenski čisti zrak  - reducira se pojava propuha u građevinama građevi nama - kontrolira se vlažnost zraka unutar građevine - smanjuje se utjecaj buke vanjskog prostora - filtrira se zrak koji ulazi u građevinu - vrlo je mala potrošnja električne energije rekuperatora

Ako imate veliki prostor kojeg morate ohladiti (recimo nekoliko tisuća kvadratnih metara industrijskog prostora) onda ste u velikim problemima. Svaki stupanj temperature preko 25C umanjuje radnu učinkovitost osoblja za 3 -7% pa onda osim gubitka u učinkovitosti imate i

problema s učestalim pogrešakama. No da bi ohladili tako veliki prostor potrebni su vam ogromni klima uređaji koji koštaju stotine tisuća kuna. Dvije najčešće tehnike su hlađenje vode uređajem za hlađenje vode (chillerom) koji je tipično električni i koji potom hladnu vodu

razvodi po instalaciji (a koja mora biti i zolirana da se ne bi cijevi rosile). Problem ove tehnike

 je u tome što morate imati izoliranu instalaciju i puno, puno električne energije na raspolaganju pa ova tehnika iako kod nas vrlo popularna (i praktički jedina na tržištu) ima ozbiljnih problema s postojećim zgradama odnosno s vršnom snagom kod velikih potrošača gdje će vam penali na snagu biti vjerojatno veći od energije koju stvarno utrošite.

tinija u potrošnji energije ali je Druga varijanta je plinska klimatizacija, ona je pak daleko jef tinija isto tako puno skuplja u nabavi, pa treba odvagnuti da li je u nekom razumnom roku jeftinije ipak krenuti na električne chillere ili na plinski sustav. Amerikanci puno koriste plinsku klimatizaciju, no ono što oni također  rade je da ne hlade vodu koju potom razvoze po objektu nego hlade zrak koji onda kanalima razvode okolo. Kanali za klimatizirani zrak također moraju moraj u biti izolirani kako se ne bi rosili, ali su donekle jeftiniji i lakše ih je za postavljati od cijele instalacije koja je potrebna za razvod vode. Zajednička karakteristika oba sustava (u obje varijante razvoda energije) je u tome što koriste dizalicu topline u koju treba uložiti puno energije kako bi iz nje iscrpili silnu snagu hlađenja koja vam je potrebna.

Jednostavno mora postojati jeftiniji način hlađenja, i doista postoje barem dva. Prvi način je geotermalno hlađenje i grijanje. Princip je vrlo jednostavan, ako kopate u zemlju, temperatura zemlje na dva metra i dublje je konstantna tijekom cijele godine i možete taj medij koristiti kao neograničeno veliki hladnjak ili grijalicu. To znači da ako zakopate cijevi kroz koje propuštate vodu i na jednom kraju priključite dizalicu topline onda možete grijati ili hladiti prostor po cijeni električne energije potrebne za pogon pumpe. Cijevi možete ili zakopati na neku dubinu i "obmotati" oko zgrade ili čak ispod temelja (dakle položiti cijevi vodoravno) ili

pak možete iskopati malene bunare do recimo 30 -40 metara dubine i vodu pumpati do dna i potom natrag (tu ste j oš nešto malo učinkovitiji). Hladnu ili toplu vodu onda razvodite dalje po

zgradi.

Drugi sustav koji je u našim krajevima praktički nepoznat je evaporativno ili adijabatsko hlađenje prostora. Ovo je iznimno jednostavan sustav koji koristi temeljne zakone fizike da bi funkcionirao. Ukratko, zakoni termodinamike između ostaloga kažu da ako tekućina prelazi u plinovito stanje tada iz okoline preuzima (toplinsku) energiju. Ako to prevedemo na jezik

evaporativnog hlađenja to bi značilo da ako fino raspršimo vodu u vrućem zraku onda će se

ona pretvoriti u plinovito stanje i pritom ohladiti prostor. Razlog zbog kojeg idemo na more ili

volimo prošetati oko jezera je dobrim dijelom upravo evaporativni efekt velike količine

vode. Ako uzmete primjerice sobni ventilator i na mjestu na kojem uzima zrak prostrete

mokru krpu, struja zraka koja prelazi preko krpe će isušivati krpu i pritom smanjiti temperaturu zraka. Ako isti taj princip skalirate do ogromnih razmjera, tada ćete nabaviti evaporativni hladnjak koji ima membr anu (najčešće kartonsku) preko koje prelijevate velike količine vode i ogromni ventilator koji će upuhivati zrak koji je prešao preko te membrane u prostor koji želite hladiti. Ovaj sustav je iznimno jednostavan jer sve što vam treba je kartonska membrana, malo plastičnih cijevi i veliki ventilator. No ljepota cijele priče je da koristi vodu koja je vrlo jeftini energent i nešto malo struje koje je potrebno da pokrene pumpu za vodu i elektromotor koji pokreće ventilator. Problem adijabatskog hlađenja je što  jako ovisi o vremenskim uvjetima. Ukratko, zrak kao medij može primiti samo određenu količinu vlage i to se zove relativna vlaga. Relativna je zato što na temperaturi od 0C 50% vlage nije niti blizu količini vlage koju možete "pospremiti" u zrak na 35C. Što je veći postotak vlage u zraku i/ili što je temperatura manja to je mogućnost hlađenja evaporativnim postupkom proporcionalno manja. Primjerice, ako je u Zagrebu 27C i relativna vlaga je 57% što znači da prostor možemo ohladiti za nekih 4 -5 stupnjeva celzijusa, no kada bi temperatura bila 32C i 50% vlage, onda bi mogli ohladiti za 7- 8 stupnjeva. Učinkovitost adijabatskog

hlađenja je maksimalna u pustinjskim predjelima gdje nema vlage u zraku, a najmanje je učinkovit na močvarnim lokacijama (ponekada se evaporativno hlađenje zove i swamp cooling). Naravno, ovaj sustav nije primjeren lokacijama gdje uvjeti moraju biti vrlo dobro

kontrolirani, no za velike industrijske prostore koji su nerijetko smješteni u velikim betonskim halama koji nisu ništa drugo nego ogromni radijatori ovo je više nego sjajno rješenje (naravno, dok ne padne kiša i dok vlaga u zraku ne naraste na 100% i evaporativni hladnjak  jednostavno ne funkcionira) funkcionira)

Adijabatsko Adijabatsk o hlađenje i ovlaživanje zraka

Sistem adijabatskog hlađenja i ovlaživanja zraka, osim za atraktivno hlađenje terasa i plaža, koristi se i za učinkovito predhlađenje klima uređaja, hlađenje staklenika i nastambi sa životinjama, ovlaživanje hala i vinskih podruma, suzbijanje mirisa i prašine. Princip adijabatskog hlađenja odavna  je poznat u našim krajevima, još iz vremena kada su težaci nosili vodu u ćupovima sa propusnim stijenkama, kroz koje bi voda lagano hlapila i tako hladila površinu ćupa. Upravo na tom principu baziraju se moderni sistemi adijabatskog hlađenja zraka, bazirajući se na činjenici da je za tako raspršenu vodu potrebna energija za njeno ishlapljivanje. Za rad se koristi toplinska energija iz zraka, čime se zrak pothlađuje, oduzimajući mu oko 700W topline po 1 litri ishlapljene i shlapljene vode. Time su ovi sistemi vrlo učin koviti u snižavanju temperature zraka, odnosno povećavanju vlage u zatvorenim prostorima. Sastoje se od visokotlačne pumpe za vodu, sapnica pomoću kojih se voda raspršuje i posebnih visokotlačnih cijevi (fleksibilnih ili krutih), kroz koje se voda pod tlak om dovodi do sapnica. Visokotlačne pumpe opremljene su sa vremenskim programatorom za isprekidani rad sistema si stema prema želji korisnika, zaštitom od nestanka vode, kao i automatskom drenažom sistema.

70 bara, a veličina raspršenih čestica vode ovisi o promjeru same sapnice. To je posebno važno kod sapnica, koje moraju biti veličinom što manje, s vrlo malom tolerancijom otvora sapnice. Za hlađenje terasa i otvorenih prostora koristi se sapnica promjera otvora 0.2 mm, čime se dobivaju raspršene čestice vode veličine manje od 6 mikrona. Time se postiže puni efekt hlađenja, jer je površina čestica veća od volumena vode, pa se njeno ishlapljivanje, a samim sa mim time i hlađenje zraka, znatno ubrzavaju. Raspon promjera otvora sapnica k reće se od 0.1 mm pa sve do 0.7 mm, kako bi se zadovoljile razne primjene ovog sistema. Važni dijelovi sistema su i cijevi da bi se najbolje uklopile na svakom objektu. Uz vrlo fleksibilne 10 mm cijevi, novost su i 5 mm cijevi sistema, koje također maks. tlak od 140 bara. izdržavaju Radni tlak u takvim sistemima je 60 -

Hlađenje

terasa

i

plaža

Dolaskom proljeća počinju pripreme za otvaranje brojnih terasa hotela, ugostiteljskih objekata, ali i privatnih kuća i stanova. s tanova. To je ujedno najbolje vrijeme za postavljanje sistema si stema hlađenja, kako bi se povećala atraktivnost terasa te njihova iskoristivost i profitabilnost u vrijeme najvećih vrućina. Najveći efekt hlađenja terasa postiže se postavljanjem cijevi sa sapnicama po vanjskom rubu otvorenih dijelova tende, kako bi se postigao višestruki efekt: sprječavanje ulaska vrućeg zraka na terasu, uz pothlađivanje istog, bez podizanja vlage u zraku. Sapnice se podešavaju prema svakom objektu zasebno, s time da je j e uobičajni razmak između sapnica 0,75 m.  Kod pokretnih jednostranih tendi sistem se postavlja po vanjskom rubu iste, dok se kod dvostranih pokretnih tendi sistem postavlja ispod tende. Premda se

takav način montaže izbjegava, zbog povećanja vlage ispod tende, u ovom slučaju je to moguće jer su dvije strane terase otvorene, pa postoji cirkulacija zra ka. Naravno, tada se sapnice postavljaju na kraćem razmaku od cca. 45 cm, te se sapnice naizmjenično zakreću na lijevu i desnu stranu. Sistem pritom radi isprekidano, koristeći vremenski programator pumpe.

Predhlađenje

klima

Uz tu primjenu, sustav  je

uređaja

iiznimno znimno učinkovit i kod predhlađenja klima uređaja. Naime, zbog povišenja vanjskih temperatura tijekom ljeta, znatno raste njihova potrošnja energije, a dodatno povišenje tlaka u sistemu skraćuje vijek trajanja klima uređaja. Uslijed visokih temperatura ugrađeni sigurnosni elementi često blokiraju njihov rad, čineći ih neupotrebljivima upravo kada su najpotrebniji. Taj problem se izvrsno rješava sistemom adijabatskog predhlađenja klima uređaja. Sistem se sastoji od fleksibilne cijevi sa sapnicama i visokotlačne pumpe pomoću koje se voda raspršuje u finu maglu, hladeći pritom zrak na usisnoj strani klima uređaja. Na taj se način hladi kondenzator, čime rad klima uređaja postaje znatno ekonomičniji i u vrijeme najvećih ljetnih vrućina, uz značajne energetske uštede i povećanje pouzdanosti njihovog rada. Hlađenje

i

ovlaživanje

staklenika

Visoka temperatura zraka tijekom ljetnih mjeseci loše utječe na rast i razvoj biljaka u staklenicima. Korištenjem ventilacije, odnosno ubacivanjem vanjskog zraka, eventual no se može postići izjednačavanje temperature u objektu sa vanjskom temperaturom. No, to nije dovoljno. Važno je održavati odgovarajuću vlažnost zraka. Pri relativnoj vlažnosti zraka ispod 40%, biljke dodatno isparavaju vodu. No, kako je pritom tlak zraka manji nego tlak u listovima

i cvjetovima, biljka ne može primiti dovoljno vode iz korijena. Stoga dolazi do aktiviranja

prirodnog obrambenog mehanizma biljke, koja usporava ili obustavlja proces rasta kako bi nadoknadila gubitak vode. Kod vrlo visoke vlažn osti zraka, uglavnom preko 90% r.v., razlika

u tlaku je tako mala da praktički nema isparavanja. Pritom ne dolazi niti do kolanja hranjivih tvari u biljci, čiji plodovi počinju odumirati. Sistem adijabatskog hlađenja i ovlaživanja zraka služi za hlađenje z raka u stakleniku tijekom ljetnih mjeseci ali i postizanje optimalne vlage zraka tijekom cijele godine. Automatskim radom uređaja upravlja higrostat odnosno

termostat. Time se osiguravaju optimalni uvjeti za kvalitetan rast i razvoj biljaka.

Hlađenje

nastambi

sa

životinjama

Temperatura znatno utječe i na životinje smještene u nastambama, na njihovu dnevnu proizvodnju i utrošak hrane. Tako su razna mjerenja pokazala da kod mliječnih krava povećanje temperature od 5 -10ºC od optimalne temperature u staji, uzrokuje porast od 1520% potrošnje hrane, uz pad dnevne proizvodnje za 10 -20%. Situacija je slična i u peradarnicima. Prema jednoj studiji, u hlađenom objektu nesilice su nesle do 15% više jaja, peradarni ka. Brojl erima je prirast bio 5- 8% veći, koja su bila 5-6% veća od jaja iz nehlađenog peradarnika. uz 6-7% bolju konverziju hrane za istu težinu. Pritom je smrtnost smanjena za čak 25%. Raspršivanjem vode dolazi i do smanjenja s manjenja prašine i mirisa u zraku, koji se s e vežu za sitne čestice vode i padaju na tlo. Ovlaživanje

vinskih

podruma

Preniska relativna vlažnost zraka u vinskim podrumima sa drvenim bačvama, uzrokuje značajne gubitke, koji mogu iznositi do 15% u dvogodišnjem periodu. Sistem adijabatskog ovlaživanja idealan je za postizanje adekvatne, visoke vlage zraka.

U zadnja dva desetljeća termini kao što su čisti zrak, zdrava hrana, čista voda i čista energija sve se češće spominju u javnim medijima. Globalni porast brojnosti i ugodan život stanovništva s jedne strane zasnovan je upravo na neupitnoj r aspoloživosti aspoloživosti navedenih dobara, a s druge strane dovodi do iscrpljivanja praktički ograničenih resursa. Paradoksalno, postojeće tehnologije zbog svoje nesavršenosti u procesu osiguravanja navedenih dobara ujedno stvaraju i probleme: iscrpljuju se ograničeni izvori ugljikovodičnih goriva, stvaraju se staklenički plinovi koji doprinose promjeni klime, zagađuju se obradive površine, proizvodi opasni otpad tj. općenito uzevši ugrožen je ne samo razvoj nego i opstanak ljudske vrste. Rađa se pojam održivog rasta, održive proizvodnje, održive poljoprivrede, održive energije i tome slično. Izvanredna knjiga „Granice rasta", grupe znanstvenika pod okriljem međunarodne think-tank organizacije „Rimski klub", ovakav scenario predvidjela je još prije 40 godina na temelju  kompleksnog računalnog modela. Granice rasta prema toj knjizi bile bi dosegnute d osegnute 2030. godine.

Najveći problem je problem energije. Bez energije nema ovakvog tipa civilizacije kakvu sada imamo. Porast broja ljudi na Zemlji direktno je zavisan o raspoloživoj energiji. Bez ulaženja u vrlo kompliciranu diskusiju o tome što nas zapravo čeka u sljedećih 10 – 20 godina, može se zaključiti da će u bliskoj budućnosti bud ućnosti biti potrebno primarnu energiju fosilnih goriva postupno zamjenjivati raznim oblicima obnovljive

i čiste energije. Kako sada stvari stoje radi se prvenstveno o masovnijem korištenju sunčeve ener gije gije i energije vjetra, ali i drugih obnovljivih izvora energija poput

geotermalne energije ili energije morskih valova zavisno o geografskoj

raspoloživosti pojedinog tipa energije. Iskorištavanje svakog od nabrojenih oblika obnovljivih izvora energije izn jedrilo je i raznovrsne njima prilagođene tehnologije. U pravilu radi se o tehnologijama konverzije određenog tipa obnovljive energije u električnu energiju, budući da je taj oblik energije najpraktičnije dalje koristiti u bilo kojoj grani privrede, transportu ili kućanstvima. Obnovljivi izvori energije su u pravilu intermitentni (slučajno ili periodički promjenjivog intenziteta) pa je i proizvedena električna energija intermitentna. Potrebe korisnika električne energije su u pravilu također intermitentne pa je između proizvođača i korisnika potreban spremnik energije po mogućnosti takav koji bi se istovremeno mogao puniti i prazniti. U sadašnjoj su praksi to akumulacijska jezera kod hidroelektrana i rezervoari mazuta ili skladišta ugljena kod termoelektrana . U transportu su to rezervoari s gorivom (tekućim ili plinovitim ugljikovodicima). Prelaskom na obnovljive izvore energije u spremniku se u pravilu pohranjuje toplinska ili električna energija, a sve više i vodik. Primjer su toplinski sunčevi kolektori ko ji

sunčevo zračenje konvertiraju u osjetnu toplinu radnog medija koji tu toplinu prenosi do spremnika gdje se toplina prenosi putem izmjenjivača topline na medij u spremniku, a zatim po potrebi preko drugog izmjenjivača prenosi na radni medij koji prenosi tu toplinu do mjesta korištenja. Vidi se da je i tu moguće istovremeno punjenje i pražnjenje spremnika toplinom. Druga je situacija s fotonaponskim modulima koji sunčevo zračenje direktno pretvaraju u istosmjernu električnu struju. Nju je moguće pohranjivati u električnim baterijama (akumulatorima). Istovremeno punjenje i pražnjenje baterija nije moguće iako je u određenim uvjetima moguće istovremeno punjenje baterije i pogon nekog uređaja iz istog fotonaponskog modula. Korištenje baterija na velikoj skali nije za sada niti praktično niti ekonomski prihvatljivo. Najveći centralizirani baterijski kapacitet na svijetu ne prelazi 36 MWh (dovoljno struje za potrebe 12000 kućanstava za vrijeme od 1 sat). Korištenje baterija kao spremnika električne energije u transportu (npr. za pogon električnih automobila, brodova i aviona) danas je u ranoj fazi razvoja i opterećeno je značajnim nedostacima od kojih su svakako dva najznačajnija niska gustoća pohranjene energije po jedinici mase što znači relativno mali putni dos eg (u prosjeku 150-200 km) i relativno dugotrajno punjenje strujom (6-7 sati).

Iako su tokom vremena razvijene i druge tehnologije pohranjivanja električne energije (npr. indirektno preko mehaničke energije u rotirajućim zamašnjacima ili direktno u supraprovodljivim magnetnim spremnicima SMES  –  Superconducting Magnetic Electrical Storage) indirektna pohrana električne energije u formi vodika zapravo predstavlja tehnologiju od koje se najviše očekuje.

U svemiru vodik u formi jednoatomne substance predstavlja 75% baryonske mase,

ali na Zemlji ne postoji u slobodnom slobod nom obliku. Najviše ga ima u u vodi čije su molekule sastavljene od dva atoma vodika i jednog atoma kisika. Također ga ima u ugljikovodicima i organskim tvarima (nafta, ugljen, prirodni plin, biomasa). U uvjetima normalnog tlaka i temperature sve su to stabilni kemijski spojevi, ali ako

se ti uvjeti promjene može doći do njihovog razlaganja. Ako npr. vodu zagrijemo na 3000 °C više od polovine molekula razložiti će se na vodik i kisik. Uz prisustvo katalizatora to je moguće i na mnogo nižim temperaturama (elektrolizom je moguće vodu razložiti na vodik i kisik već i kod sobnih temperatura). Vodik i kisik se mogu ponovno spojiti u vodu uz otpuštanje energije bilo u obliku toplinske (kemijsko izgaranje) ili električne i toplinske energije (elektrokemijsko „izgaranje"). Pri tom se uložena energija u dekompoziciju vode (po jedinici mase) ne može u potpunosti vratiti kod ponovne tvorbe iste količine vode. Ako se za dekompoziciju vode koristi sunčeva energija  (ili energija vjetra ili morskih valova koje su njene izvedenice) onda se zapravo može govoriti o svojevrsnom održivom i potpuno čistom ciklusu proizvodnje i korištena energije koji bi takav ostao dok god bude sunčeve energije, dakle još 5 milijardi godina. Opisani ciklus proizvodnje i korištenja energije koji koristi dva praktično neiscrpna resursa, vodu i sunčevu energiju, predstavlja znanstveno-tehnološki izazov sam po sebi, a posebno u današnjim uvjetima predstojećeg iscrpljivanja rezervi ugljikovodičnih goriva. Drugačije rečeno, za njegovu realizaciju potrebno je ovladati tehnologijama konverzije sunčeve energije u toplinsku i električnu, tehnologijama za direktno korištenje ovih oblika energije, tehnologijama za pohranjivanje tih oblika energije korištenjem vode odnosno njezinom razlaganju na vodik i kisik i tehnologijama za korištenje pohranjene potencijalne energije u formi vodika. Tako danas raspolažemo uznapredovalom fotonaponskom tehnologijom (čija je učinkovitost kod komercijalnih fotonaponskih modula dosegnula 19.5%) za direktnu konverziju

sunčeve energije u električnu energiju, tehnologijama elektrolize vode koje mogu koristiti električnu energiju za dekompoziciju vode s učinkovitošću od preko 60%, tehnologijama za pohranu proizvedenog vodika u komprimiranom, tekućem i u krutom obliku (kisik se obično ne pohranjuje nego otpušta u atmosferu) i tehnologijama za ponovnu konverziju vodika u električnu energiju, zasnovanu na gorivnim člancima različitih tipova čija učinkovitost također dosiže 60%. Uku pna učinkovitost ciklusa tako dosiže 18%. Ovaj postotak će dalje rasti jer postoje dovoljni potencijali za daljnje usavršavanje svih spomenutih tehnologija posebno u svijetlu nadolazeće primjene nanotehnologije.

Trenutno stanje i Proizvodnja vodika Vodik se danas proizvodi u glavnom na dva načina, reformiranjem ugljikovodika vodenom parom i elektrolizom vode. Reformiranje je 3 puta jeftinije od elektrolize, koristi toplinsku energiju na oko 800 °C, učinkovitost je 70 –  80 %, ali se kao

popratni proizvod u okoliš emitira CO2. Tim se postupkom u svijetu proizvodi

većina vodika. Čistoća vodika u pravilu je veća kad je dobiven elektrolizom vode. Vodik se proizvodi za potrebe prvenstveno industrije prerade nafte (reformiranjem), prehrambene industrije (elektrol izom), elektroničke industrije i svemirske industrije.

Da bi se jasnije razumjelo o kojim se količinama radi, treba reći da je 1 kg vodika = 11,3 Nm3, a da automobili s vodikovim gorivnim člancima kao izvorom struje imaju rezervoare kapaciteta 4 do 5 kg vodika i putni doseg od 400 do 700 km.

Distribucija vodika

Vodik se može transportirati cjevovodima kao npr. prirodni plin (metan). U velikim svjetskim industrijskim bazenima u Europi i USA postoje stotine kilometara cjevovoda za vodik. Može ga se kompri mirati u velike nadzemne ili podzemne spremnike pod tlakom, ukapljivati ga i pohranjivati u kriogenim spremnicima. U biti

postoje veći spremnici neposredno uz postrojenje gdje se vodik proizvodi, a postoje i manji spremnici na specijalnim vozilima za transport vodika u

komprimiranom ili tekućem obliku. Automobili na pogon vodikom imaju još manje rezervoare i to je zbog njihovog velikog udjela u globalnoj potrošnji energije za transport posebno područje interesa.

Spremnici za vodik Vodik je s atomskom maso m 1,0 najlakši od svih elemenata. Niska atomska težina

ima svoje prednosti, ali i nedostatke. Prednost je da vodik ima 2,6 puta veću energiju po jedinici mase u usporedbi s benzinom, a nedostatak je da komprimirani

vodik na 200 bar treba oko 16 puta veći volumen za određenu količinu energije u usporedbi s benzinom (volumetrička gustoća energije: plinoviti vodik (200 bar) – 0,53 kWh/l; benzin – 8,76 kWh/l). To znači da vodik mora biti komprimiran na jako visoke tlakove da bi se povećalo njegov sadržaj energi je  je po jedinici volumena.

Najveći spremnici za vodik su podzemni prostori nastali vađenjem prirodnog plina ili nepropusne slane kaverne. Postoji mnoštvo takvih prostora u svijetu u kojima se pohranjivao ili pohranjuje vodik u plinovitom komprimiranom stanju. U zadnje

vrijeme spominje se veliki podzemni spremnik u ležištu soli u Texasu (volumena 636 000 m3), USA, kompanije Praxair, koji je dio cjevovoda dugog 500 km koji

povezuje velike proizvođače i potrošače vodika u Meksičkom zaljevu i koji je

namijenjen vršnom pokrivanju potreba za vodikom naftne industrije. Maksimalni tlak je oko 140 bar, a kaverna se nalazi na oko 800 m dubine.

Neki metali i legure (npr. paladij, magnezij, vanadij, lantan, nikal i drugi) imaju osobinu da formiraju reverzibilne veze s atomima vodika što vodi do formiranja

metalnih hidrida. Hlađenjem ili grijanjem na relativno niskim tlakovima, vodik se ili absorbira ili desorbira iz metala. Metali se pohranjuju p ohranjuju u praškastoj formi u metalnim spremnicima, a vodik se utiskuje u njih povišenjem tlaka uz istovremeno hlađenje spremnika. Kad se vodik želi ispustiti iz takvog spremnika mora ga se zagrijavati i osigurati niži tlak od onog u spremniku. Takvi spremnici za vodik su komercijalizirani i mogu težiti od par dekagrama do desetak tona. N pr. u Italiji je u regiji Puglia u projektu spremnik vodika takvog tipa, s magnezijevim hidridom,

ukupnog kapaciteta 39 MWh. Spremnik će biti modularan, a koristiti će se upravo za kompenzaciju intermitencije proizvodnje i korištenja električne energije iz vjetroturbina i fotonaponskih elektrana. U regiji je već sada instalirano više od 3,5 GW snage iz fotonaponskih polja, vjetroturbina i energetskih postrojenja na

biomasu. Spremnike će isporučiti francuska kompanija McPhy energy. To je najsigurniji način pohrane jer se vodik ne može brzo osloboditi ako dođe do oštećenja rezervoara, dakle minimalizira se mogućnost eksplozije veće količine vodika. Za sada ovaj koncept ima primjenu za stacionarne spremnike, dakle i za vodikove crpke uz autoputeve, no ne i za vozila jer je koncentracija vodika u ovakvim spremnicima svega 5-7% ukupne težine pa bi oni bili preteški.

Za potrebe budućih crpki za vozila na vodik izvedeni su i podzemni rezervoari većih kapaciteta bilo za komprimirani bilo za tekući vodik. Međutim, od najvećeg su interesa spremnici vodika za pogon automobila. au tomobila. U njima se mora pohraniti takva

količina vodika koja će omogućiti komparabilni putni doseg s automobilima na pogon tekućim ili plinovitim ugljikovodicima. Za sada su certificirani rezervoari za komprimirani vodik na tlaku od 350 i 700 bar.

Oni su izrađeni od aluminija preko kojeg su unakrsno motana ugljikova vlakna i ujedno lijepljena epoksidnim smolama. Testirani su i rezervoari za tekući vodik. Tekući vodik ima veću gustoću i od vodika komprim iranog na 700 bar. Vodik u njima mora biti stalno održavan na temperaturi –  252,5 °C, ako se radi s atmosferskim tlakom, kako bi se osiguralo da vodik ostane u tekućoj formi. Poznata je primjena takvih spremnika u vozilima tvornice BMW (BMW Hydrogen 7, 2007. god.). Zbog nesavršene toplinske izolacije vodik pomalo isparava, pa

nakon 7 dana stajanja u spremniku više nema vodika. Ako bi se spriječilo isparavanje, narastao bi tlak i spremnik eksplodirao jer nije napravljen za visoke tlakove. Kod svih oblika skl adištenja vodika promatraju se gustoća energije

uskladištenog vodika po težini (gravimetrijska gustoća) i po volumenu (volumna gustoća) podsustava za pohranu. Drugim riječima, teži se da određena potrebna masa vodika koja osigurava zadani putni doseg, bude pohranjena u što lakšem i što manjem podsustavu spremnika.

Korištenje vodika (gorivni članci) Vodik se može kemijskom reakcijom spajati s kisikom iz zraka tvoreći vodenu paru (kemijsko izgaranje) i pri tom oslobađati toplinsku energiju. Može se dakle koristiti kao plinovito gorivo u motorima s unutrašnjim izgaranjem i plinskim turbinama (dobiva se mehanička energija), a može ga se i miješati s prirodnim plinom i spaljivati na gorionicima generatora pare (kotlovima). Uz određene dodatke koji mu plamen čine vidljivim i određenu konstrukciju plamenika može se koristiti i za kuhanje u kućanstvima. Mehaničku energiju na osovini motora s unutrašnjim izgaranjem ili turbine moguće je dalje koristiti za proizvodnju električne energije u klasičnim električnim generatorima. Međutim, daleko primamljivije je korištenje vodika u vodikovim gorivnim člancima. U njima se vodik spaja s kisikom na način da se odmah osim topline i vode dobija i električna energija. Izbjegnut je dakle međukorak s mehaničkom energijom. Teorijska učinkovitost vodikovog gorivnog članka je 83%, a različiti tipovi gorivnih članaka zavisno o ti pu elektrolita, katalizatoru i radnoj temperaturi u praksi dosižu i 60%. Gorivni članak se sastoji od dviju elektroda na kojima su nanešeni katalizatori, razdvojeni elektrolitom (krutim, želatinoznim ili tekućim). Elektrode su mikro porozne kako bi reaktanti (vodik i kisik) imali dovoljno veliku površinu za kontakt s katalizatorom i elektrolitom koji je najčešće skupa platina. Članak se nalazi u kućištu koje je tako izvedeno da se na  jednu elektrodu može cijevima dovesti vodik, a na drugu kisik (ili zrak u kojem ima kisika) i odvesti proizvedena voda odnosno toplina. Elektrode su međusobno povezane električnim vodovima preko trošila. Kad vodik i kisik počnu doticati na elektrode počinje uz pomoć katalizatora dekompozicija molekule vodika na atome vodika i dalje na protone i elektrone. Na strani kisika, također uz pomoć katalizatora, dolazi do rascjepa molekule kisika na dva atoma kisika. Usljed toga formira se razlika potencijala na elektrodama, vodikova elektroda postaje negativna (višak elektrona), a kisikova pozitivna (manjak 2 elektrona u ljusci atoma

kisika). Budući da je elektrolit takav materijal koji je električki vodljiv za protone (H+), a izolator za elektrone (e-) i nepropustan za kisikove atome, dola zi do gibanja elektrona s vodikove elektrode na kisikovu, a protona vodika kroz elektrolit isto

tako na kisikovu elektrodu. Time se ovdje stiču uvjeti za formiranje molekule vode. Članak dakle proizvodi istosmjernu struju i vodu, a zbog toga što ništa nije savršeno i toplinu.

Gorivni članak ima najveći mogući potencijal kad na njega nije priključen p riključen potrošač. Tada napon (otvorenog kruga) iznosi oko 1 V. Kada se priključi potrošač, napon naravno pada, električni krug članak-potrošač najčešće se konstruira tako da napon bude oko 0,6 do 0,7 V. Članci se k ao i baterije mogu spajati u seriju i time dobivati visoki naponi, npr. 40 članaka u seriji dalo bi 40 V. Više spojenih članaka naziva se svežanj. Međutim da bi svežanj proizvodio struju mora mu se dovoditi vodik i kisik (zrak) i odvoditi voda, a treba ga i hladiti, za što su potrebni uređaji poput ventilatora, kompresora i izmjenjivača topline. Sve to je potrebno i nadzirati pa je u taj podsustav potrebno uključiti regulacijske krugove s osjetnicima temperature, tlaka i protoka, struje i napona. napon a. Tako podsu stav koji najčešće zovemo  jednostavno gorivni članak zapravo predstavlja vrlo komplicirani uređaj. Prvi komercijalni svežanj s gorivnim člancima snage 1,2 kW proizvela je kanadska kompanija Ballard Power System 2001. god. Gorivni članak se može izraditi u raznim dimenzijama, od onih na razini centimetra

do onih na razini metra. To znači da se uz istu gustoću električne energije moguće trošiti više vodika i proizvoditi više električne energije, topline i vode ako se samo poveća površina elektroda članka. Man je jedinice mogu se povezivati u velika postrojenja za generiranje električne energije, pa ako se neka pokvari ostale nastavljaju s radom. Elektrolit može biti vrsta polimera (PEMFC – PEM fuel cell) pa tada članak radi na temperaturi do 70 °C, a može biti i od specijalne keramike (SOFC – Solid oxide fuel cell) pa tada radi na 800 – 1000 °C. SOFC može koristiti prirodni plin kao nosilac vodika, a zbog rada na visokim temperaturama ne treba skupu platinu kao katalizator. Postoje i gorivni članci s rastopljenim karbonatom (MCFC  – Molten Carbonate Fuel Cell) kao elektrolitom ili tekućim lužnatim elektrolitom (AFC  –  Alkaline Fuel Cell) ili fosfornom kiselinom kao elektrolitom (PAFC  –  Phosporic Acid Fuel Cell). Svi oni imaju svoje posebne prednosti i posebne nedostatke koji se ovdje neće posebno spominjati.

Primjena gorivnih članaka Zbog opisane raznovrsnosti gorivnih članaka posve je jasno da je njihova primjena moguća u svim područjima gdje postoji potreba za energijom. Gorivni članci imaju primjenu u transport u na kopnu, vodi i u zraku, te kao stacionarni izvori električne i toplinske energije u kućanstvima i industrijskim postrojenjima, ali i u prenosnim uređajima poput tableta ili mobitela. Iako su primjenjeni i na podmornicama i invalidskim kolicima, njihova najvažnija primjena je u automobilima. PEM gorivni članci snage nekoliko desetaka kW danas pokreću nekoliko stotina vodikovih automobila širom svijeta. Ti su automobili u predkomercijalnoj fazi, ali praktički spremni za masovniju proizvodnju. Najnoviji el ektrični automobili koji električnu

energiju za pogon elektromotora dobijaju iz PEM gorivnih članaka imaju putni doseg s jednim punjenjem spremnika od 400 (Honda Clarity FCX) do 700 km (Toyota FCV-R), što daleko nadmašuje električne automobile na baterije.  Brzina punjenja automobilskog spremnika vodikom iznosi 2-3 minute što je u usporedbi s

trajanjem punjenja baterija elektroautomobila od nekoliko sati također velika prednost. Težina spremnika za vodik u usporedbi s težinom baterija je nekoliko puta manja, samopražnjenje spremnika je manje kod spremnika vodika nego kod baterija, automobili na vodik danas mogu startati i na temperaturi od - 30°C što je bio veliki tehnički problem kad znamo da je „ispušni plin" zapravo voda. Gdje je onda prepreka masovnijoj pr oizvodnji oizvodnji i korištenju vodikovih automobila? U prvi plan je došao problem nedostatka dovoljnog broja stanica za napajanje automobil a na vodik. Zbog toga upravo ovih dana dan a četiri velike svjetske tvornice automobila idu u udruženu akciju (Daimler, Honda, Hund ai i Toyota; European Hydrogen Road Tour 2012) koja bi trebala dovesti do masovnije gradnje vodikove infrastrukture prvo po gradovima, a onda i po autoputevima. Sve one predviđaju da bi do 2014 15 godine započele s masovnijom serijskom komercijalnom proizvodnjom

električnih automobila na pogon strujom dobivenom dobi venom ne iz baterija nego spremnika s vodikom. Danas u EU funkcionira ili je u planu graditi 143 crpke za vodik u okviru raznih nacionalnih projekata postavljanja crpki za vodik uz autoputeve. Da se te crpke već i koriste pokazuje i nedavna vožnja dva automobila na vodik (Hundai iX35, putni doseg s jednim "tankanjem" vodika 520 km) preko cijele Europe  – od Osla do Monte Carla (travanj 2012., 2260 km, uz prekide putovalo se 5 dana).

Pa ipak, prva prava kom ercijalna niša za PEM gorivne članke su viljuškari vilj uškari u velikim

trgovačkim skladištima i aerodromima (Sl. 9). Viljuškare je daleko lakše opskrbiti vodikom nego automobile jer rade u okviru predvidivog, ograničenog, prostora. U USA je preko 1000 viljuškara s električnim pogonom koji je baziran na vodiku zamijenilo viljuškare koji su koristili baterije, a još ih je toliko u fazi naručivanja.

SO gorivni članci na pogon prirodnim plinom za stacionarne primjene također pronalaze svoj put prema široj komercijaliza ciji. U zadnje vrijeme je najpoznatiji prodor učinila kompanija Bloom Energy (www.bloomenergy.com) koja je svoje  jedinice („energy server") od 100 i 200 kW (Sl. (Sl. 10) isporučila kompanijama kao što su Adobe, Banc of America, Coca Cola, eBay, Google, FedEx, Walmart itd.

Javljaju se i druge kompanije poput popu t australske Ceramic Fuel Cells Limited (CFCL).

Njezin proizvod je namjenjen individualnim kućanstvima, BlueGen proizvodi

električnu energiju (35 kWh/dan) i toplu vodu (200 l/dan) iz prirodnog plina (Sl. 11). Godišnja proizvodnja ove kompanije otprilike se udvostručuje svake tri godine.

Perspektiva

Praktički nema područja u kojem nema znatnog rasta primjene tehnologija vodika. U zadnjih desetak godina značajno su napredovale sve tri ključne tehnologije vodika: proizvodnja, pohrana i korištenje. Sigurna pohrana vodika je međutim najtvrđi orah i tu se trebaju napraviti najveći pomaci da bi se vodik počeo masovno koristiti, a time i obnovljivi izvori energije. Također je važno proizvesti ogromne količine vodika bez popratne emisije CO2 po što nižim cijenama. U tom smislu možda je rješenje i bliže nego što se misli. Naime, polovinom ove godine ministarstvo za energiju USA objavilo je da su USA i Japan razvili metodu za ekstrakciju metana iz metan hidrata. Metan hi drat je zapravo metan obložen ledom

(molekula metana se nalazi okružena molekulama vode, naziva ga se i led koji gori.

Može ga se naći na kopnu i na dnu mora ako su uvjeti tlaka i temperature odgovarajući. Postoje ogromne količine metan hidrata na Zemlji, čak ga se smatra potencijalno izuzetno opasnim ako bi se u okviru globalnog zatopljavanja iz njega

počeo oslobađati metan (što je zapravo nekim mjerenjima već i dokazano), ali ga  je teško eksploatirati. Naime ako se led otopi s ciljem da se s e dobije metan, dakle prirodni plin, postoji mogućnost da se kod masovne proizvodnje na nalazištima otpusti dio metana u atmosferu, a on ima 20 puta jači stakleni čki efekt od CO2, pa bi to izazvalo više štete nego koristi. Novo -objavljena metoda se sastoji u tome da se u sloj s metan hidratom utiskuje mješavina CO2 i N2 što oslobađa metan, a CO2 molekula ostaje zarobljena u ledu na njegovom mjestu. Izgaranje dobivenog

metana u klasičnim energetskim postrojenjima i motorima proizvodilo bi CO2, ali bi se ovaj vraćao u led da bi se dobio dobi o novi metan. To bi značilo i simultanu pohranu CO2. Međutim, još bi bolje bilo dobiveni metan reformirati vodenom parom i toplinskom energijom dobivenom iz tog istog metana, tako proizvesti vodik pa

vodik koristiti u gorivnim člancima uz dvostruko veću energetsku učinkovitost. Istu količinu CO2 kao u prethodnoj varijanti opet bi se pohranjivalo u led.

Kratkoročno gledano, sigurno i dugotrajno skladištenje vodika u većim količinama u jeftinom metalnom hidridu, uz stalni razvoj sve boljih fotonaponskih modula i

niskoenergetskih kuća i zgrada – koje će trošiti sve manje energije, osigurati će sezonsku pohranu sunčeve energije, a time i kroz cijelu godinu energetski potpuno

nezavisne kuće i zgrade. Lokalna proizvodnja vodika u samostojećim nisko energetskim kućama mogla bi osigurati i gorivo za vlasnikov automobil. Takav koncept Honda razvija već desetak godina.

Perspektive tehnologija za proizvodnju i korištenje vodika su sigurno dobre s obzirom da idu ruku pod ruku s čistim tehnologijama korištenja sunčeve energije i da se sve skupa zbiva pod pritiskom očekivanog rasta potreba za energijom cijelog čovječanstva i potrebom smanjenja čovjekovog utjecaja na globalne klimatske promjene.

Termotehnička ili Toplinska učinkovitost objedinjuje smanjivanje toplinskih gubitaka u zgradama koje se provodi postavljanjem dodatne izolacije na zidove,

na cjevovode koji provode fluide temperatura različitih od okoline te postavljanjem boljih prozora i vrata. Da bi zadovoljili današnje propise i gradili u skladu sa suvremenim smjernicama energetske učinkovitosti, sve vanjske konstrukcije potrebno je toplinski zaštititi. Toplinska izolacija smanjuje toplinske gubitke zimi, pregrijavanje prostora ljeti, te štiti nosivu konstrukciju o d vanjskih uvjeta i jakih temperaturnih naprezanja. Toplinski izolirana zgrada je ugodnija, produžuje joj se životni vijek i doprinosi zaštiti okoliša. Dobro poznavanje toplinskih svojstava građevinskih materijala jedan je od preduvjeta za projektiranje energetski efikasnih zgrada. Toplinski gubici kroz građevni element ovise o sastavu elementa, orijentaciji i koeficijentu toplinske vodljivosti. Što je koeficijent prolaska topline manji, to je toplinska zaštita zgrade bolja. Kamena i staklena vuna  vuna   dobar je toplinski izolator s toplinskom provodljivosti

između 0,035 i 0,045 W/mK, što je uvrštava među najbolje toplinske izolatore. To  je izolacijski materijal mineralnog porijekla za toplinsku, zvučnu i protupožarnu izolaciju u graditeljstvu, industriji i brodogradnji. Kamena vuna ima visoku

otpornost na požar, paropropusna je i djelomično vodootporna. Otporna je na starenje i raspadanje, te na mikroorganizme i insekte. Koristi se u svim vanjskim

konstrukcijama za toplinsku zaštitu, te u pregradnim zidovima za zvučnu zaštitu. Jedino mjesto gdje se ne preporuča je za izolaciju podrumskih zidova pod zemljom.

Polistiren ili stiropor ima dobra izolacijska svojstva lam= 0,035-0,040 W/mK, te  je niske cijene i jednostavne ugradnje, danas je to jedan od najpopularnijih

izolacijskih materijala. Koristi se najviše kao toplinska zaštita, u svim vanjskim konstrukcijama, te kao plivajući pod u podnim međukatnim konstrukcijama. Ima znatno slabija protupožarna svojstva od kamene vune, te nije otporan na teperature više od 80°C. Često se koristi za toplinsku zaštitu podrumskih zidova – ekstrudirani polistiren.

Poliuretanska pjena također se dosta koristi, naročito pri sanacijama krovova.

Ima još bolja toplinsko izolacijska svojstva pa lam iznosi između 0,020 i 0,035 W/mK. Ima dobra svojstva na vlagu i temperaturne promjene. Međutim, znatno je skuplja od prva dva navedena materijala, te zbog toga nije u široj primjeni. Na tržištu se polako pojavljuju i drugi izolacijski i zolacijski materijali kao što su celuloza, glina, glin a, perlit, vermikulit, trstika, lan, slama, ovčja vuna i drugi. Imaju nešto slabija izolacijska svojstva, pa su potrebne veće debljine. Ovi se materijali u svijetu koriste lokalno, prema porijeklu i izvoru sirovine za proizvodnju. Za pravilan izbor materijala za toplinsku izolaciju potrebno je dobro poznavati njegova fizikalno kemijska svojstva, te prednosti i mane primjene.

Za postizanje dobre toplinske zaštite vanjskog zida, preporučljivi koeficijent prolaska topline iznosi U=0,35 W/m2K. Za to nam je potrebno prosječno 10 cm kamene vune, ili 9 cm polistirena, ovisno o deklariranoj vrijednosti toplinske

provodljivosti materijala. No što se postavi više izolacije to će se više smanjiti toplinski gubitci zgrade. Optimalna debljina izolacije je ona kod koje se povrat investicije postigne unutar 10 godina te se u tom to m razdoblju ostvaruje stalna ušteda

kroz smanjenje računa grijanja. TOPLINSKO IZOLACIJSKIMATERIJAL

TOPLINSKA PROVODLJIVOST (W/mK)

KAMENA VUNA STIROPOR  EKSTRUDIRANA POLISTIRENSKA PJENA TVRDA POLIURETANSKA PJENA DRVENA VUNA EKSPANDIRANI PERLIT EKSPANIDIRANI PLUTO

0,035 do 0,050 0,035 do 0,040

POTREBNA DEBLJINA(cm)ZA U=0,35 W/m2K  9-11 9-10

0,030 do 0,040

8-10

0,020 do 0,040

7-9

0,065 do 0,09 0,040 do 0,065 0,045 do 0,055 0,040 0,090 do 0,130

16-20 10-16 11-14 10-11 20-35

OVČJA VUNA SLAMA

Prozori i vrata su vrata  su otvori na zgradama kroz koje se ostvaruje i do 50% ukupnih

toplinskih gubitaka. Toplinska učinkovitost zgrade se dodatno povećava ugradnjom energetski efikasnih prozora sa dva ili tri stakla. Umjesto ispune

prozora suhim zrakom međuprostor se može ispuniti inertnim plinovima kao što je argon. Na suvremenim nisko energetskim i pasivnim kućama koeficijent prolaska topline prozora kreće se između 0,60 -1,20 W/m2K. U ukupnim toplinskim gubicima prozora sudjeluju i prozorski profili koji neovisno o vrsti materijala od kojeg se

izgrađuju moraju osigurati: dobro brtvljenje, prekinuti toplinski most u profilu,  jednostavno otvaranje i nizak koeficijent prolaska topline. Low-e premaz na unutrašnjoj strani stakla reflektira toplinu natrag u prostoriju, a na staklo se nanosi

nanosloj vanadijevog oksida koji ima ulogu da propušta termalno ili infracrveno zračenje pod određenim kutem upada sunčevog zračenja. Tijekom ljeta pod visokim kutem reflektira zračenje, a tijekom zime propušta zračenje kod niskog kuta Sunca. Low- e staklo može ostvariti redukciju gubitaka prozora i do 50% što  je značajna ušteda.

Rekuperacijski sustavi imaju funkciju smanjivanja ventilacijskih gubitaka zgrada

do čak 70% tijekom godine. Ventilacijski sustavi se ugrađuju kao obavezne  jedinice u pasivnim i niskoenergetskim zgradama, a svrha uređaja je da uzima iz okoliša svježi zrak, provede ga preko filtera i očisti, a nakon toga zrak prolazi preko rekuperatora ili izmjenjivača na kojem se zrak dodatno zagrijava i tako obrađen se ubacuje u zgradu. Istovremeno se iz zgrade odvodi ustajali otpadni zrak koji

također prelazi preko filtera i potom preko rekuperatora i topli otpadni zrak predaje toplinu svježem zraku i grije ga. Nakon što se otpadni zrak ohladio u uređaju izbacuje se iz zgrade.