Det Globala Energisystemet

Relevanta dokument
Energibok kraftvärmeverk. Gjord av Elias Andersson

LUFT, VATTEN, MARK, SYROR OCH BASER

Jino klass 9a Energi&Energianvändning

6 Högeffektiv kraftvärmeproduktion med naturgas

GASOL. Biogas Fordonsgas Gasol Naturgas Vätgas

TEMA: UKRAINAKRISEN och ENERGI OCH NATURRESURSER. (

Inledning: om att vi skapar miljöproblem när vi utnyttjar naturen

Bergvärme. Biobränsle. Biogas. Biomassa. Effekt. X är värmen i berggrundens grundvatten. med hjälp av värmepump.

VÄTGAS. Biogas Fordonsgas Gasol Naturgas Vätgas

Miljöfysik. Föreläsning 4

Biobränsle. Biogas. Effekt. Elektricitet. Energi

Förnybara energikällor:

Miljöfysik. Föreläsning 3. Värmekraftverk. Växthuseffekten i repris Energikvalitet Exergi Anergi Verkningsgrad

Energiläget i världen - en kvantitativ överblick

Energiförsörjningens risker

Omställningen har redan börjat

MSB har tagit fram råd om insats vid solelanläggning.

TENTAMEN I ENERGITEKNIK OCH MILJÖ (KVM034 och KVM033) i V-huset

Organisk kemi Kolets kemi

Biogaskunskaper på stan

Biobränsle. Biogas. Biomassa. Effekt. Elektricitet

solenergi Tim Holmström EE1B, el och energi kaplanskolan, skellefteå

Energibegrepp och deras relationer, i fysiken och i samhället

Biobränsle. Effekt. Elektricitet. Energi. Energianvändning

Framtidens Energi: Fusion. William Öman, EE1c, El och Energi linjen, Kaplanskolan, Skellefteå

Sunt med gas i tankarna!

Termodynamik Av grekiska θηρµǫ = värme och δυναµiς = kraft

Farsta fakta. Yta: 15,4 km²

itçä zt YÜüzÉÜ Év{ fätü

Kap 10 ångcykler: processer i 2-fasområdet

Vatten och avlopp i Uppsala. Av: Adrian, Johan och Lukas

Skatteverket 1(7) INFORMATION Förändringar avseende beskattning av bränsle och elektrisk kraft som träder i kraft den 1 januari 2011

Exempeluppgift Delprov A2 Granska information, kommunicera och ta ställning

Oktahamn Vårat koncept Energi

Henrik Johansson Miljösamordnare Tel Energi och koldioxid i Växjö 2013

Varför kan kolatomen bilda så många olika föreningar?

Bergvärme & Jordvärme. Anton Svedlund EE1C, Kaplanskolan, Skellefteå

Baskemi Av Truls Cronberg, Version 01b Utskrifts datum:

Icke-teknisk sammanfattning

VÅR VÄRLD VÅRT ANSVAR

Utbyggnad av infrastruktur för flytande natur- och biogas

KRAFTVÄRMEVERKET TORSVIK

Energigaser bra för både jobb och miljö

Anna Nordling, ÅF SKIFFERGAS

FACIT TILL FINALEN GRUNDBOK

Område: Ekologi. Innehåll: Examinationsform: Livets mångfald (sid ) I atomernas värld (sid.32-45) Ekologi (sid )

Hållbar utveckling tema Energi och Miljö. Petra Norman

atomkärna Atomkärna är en del av en atom, som finns mitt inne i atomen. Det är i atomkärnan som protonerna finns.

GASKLART. Hur kan vi få smartare energisystem i Sverige? INFRASTRUKTUR FÖR RENARE, EFFEKTIVARE & SMARTARE ENERGI

Preem - Sveriges största drivmedelsleverantör och Nordens största raffinör...

Rening vid Bergs Oljehamn

Ämnen runt omkring oss åk 6

Vrid och vänd en rörande historia

Yttrande från Stockholmsregionen till EU-kommissionens samråd om en hållbar bioenergipolitik efter 2020

Lamellpumpar från Blackmer. Pålitlig och robust konstruktion

Oceanen - Kraftvärmeverk

a sorters energ i ' ~~----~~~ Solen är vår energikälla

** Bil med bränslecell

Brandsäker rökkanal. Skorstensfolkets guide till en trygg stålskorsten

Båtliv i sjö och hav

CLASSIC KASSETT INSATS BRUKSANVISNING

Projekt samhällsomvandling - Gällivare

Växthuseffekten. Kortvågig solstrålning passerar genom glaset i växthuset (jordens atmosfär).

Skapa systemarkitektur

Solkraft. Solceller och värmepump ger noll värmekostnad. Projekt i partnerskap:

Växande marknader för LNG i norra Europa

Förvaltningens förslag till beslut. Tunga fordon (totalvikt över 3,5 ton) a) Enbart drivmedel el. Denna kategori omfattar elfordon.

KRAFTVÄRMEVERKET TORSVIK FÖR VÅR LOKALA MILJÖ

MILJÖBEGREPP OCH KRETSLOPP

Värmelära. Värme Fast Flytande Gas. Atomerna har bestämda Atomerna rör sig ganska Atomerna rör sig helt

Vilket väder?! Pär Holmgren

Trots att det är farligt bor många människor nära vulkaner. Det beror på att det är bra att odla i askan, det växer bra.

Instuderingsfrågor för godkänt i fysik år 9

Ur karta Lantmäteriverket Gävle Medgivande I 2007/0589. Miljökonsekvensbeskrivning. Ledning för naturgas från Norge till den svenska västkusten

Temperatur. Värme är rörelse

Och vad händer sedan?

Pellets i kraftvärmeverk

Öresundsverket. Ett av världens effektivaste kraftverk

Kristinehamns hetaste nyhetsblad Mars 2004 Vad har vi på gång? 5 Slutpumpat i Pumpen 6 Vinn vår tävling! 8

Samrådsmöte enligt MB med anledning uppförande av vindkraftverk på Dal 1:1 i Kungsbacka kommun. Den 14/6 kl 18.00

Visste du att... Igelsta kraftvärmeverk blev utsedd till Årets byggnad 2009 av Byggmästareföreningen.

Innehållsförteckning. Framtid för Fusionsreaktor Källförteckning 14-15

Studiebesök årskurs 6 Kraftvärmeverket

Utsläpp av fossil koldioxid från avfallsförbränning

Pellets. naturlig värme. Information från Pellsam om bekväm, kostnadseffektiv och miljövänlig villavärme.

ENKEL Geografi 7-9 ~ del 2 25

Vattenrening nr 53400

Repetition. Termodynamik handlar om energiomvandlingar

Ekosystemets kretslopp och energiflöde

Klimat- bokslut 2010

Miljöprövning av bioenergikombinatet i Hedensbyn, Skellefteå Kraft AB

Tjältinare. Tjältinarna ser till att projekten blir klara i tid. Oavsett väderlek. VÅRA TJÄLTINARE JAGAR BORT FROSTEN.

Grundläggande energibegrepp

SÄTT DIG NER, 1. KOLLA PLANERINGEN 2. TITTA I DITT SKRIVHÄFTE.

Föreläsning 1. Vad är en elektrisk spänning? Ta en bit neutral materia

Avfallsplan för Upplands-Bro kommun

Miljöinformation Skara Energi AB 2012

Facit till 38 No-försök

Miljörapport 2015 PC Lastaren, Avesta

Karin Eliasson. Hushållningssällskapet/ Rådgivarna.

Transkript:

Det Globala Energisystemet Sommarkurs, Föreläsning 5: Energiproduktion I Ångströmlaboratoriet, Uppsala, 2012-06-18 Dr Mikael Höök, universitetslektor Globala Energisystem, Uppsala Universitet

Energiproduktion? Själva ordet är egentligen felaktigt Enligt Termodynamikens Första Lag så kan ju inte energi produceras, bara omvandlas Energiomvandling vore mer korrekt Dock producerar man nyttig energi genom att omvandla en oönskad energiform till en efterfrågad energiform

Förbränning dominerar Det mesta av världens energi kommer från förbränning i olika former Alla typer av fossil energi förbränns, liksom biomassa Totalt är nära 90% av världens primärenergi baserad på förbränningsteknik Viktigt att förstå hur förbränning fungerar för att förstå energiproduktionen

Lite förbränningslära

Vad är förbränning? En sorts oxidationsreaktion, vanligtvis med syre De molekylära bindningarna struktureras om och energi frigörs i processen Naturen strävar efter att molekyler ska befinna sig i tillstånd med så låg bindningsenergi som möjligt Material med hög bindningsenergi kan därför reagera med varandra i en förbränning för att frigöra bindningsenergi som värme

Förbränningsprocessen Metan och syrgas har hög molekylär bindningsenergi Genom att bli koldioxid och vatten minskas bindningsenergin och överskottet frigörs som oordnad rörelseenergi hos produkterna (dvs. värme)

Varför brinner inte vatten? Vatten, H2O, har redan oxiderats och är redan förbränd vätgas När någon Uppfinnar-Jocke pratar om att använda vatten som energikälla kan man direkt utesluta det eftersom vattnet redan har brunnit och inte kan be mer energi i en förbränning Dessa floppade inte helt oväntat...

Förbränning Den förenklade förbränningsreaktionen: Eller beskriven i ord Koldioxid är en oundviklig produkt från förbränning

Förbränning i luft Normalt sker förbärnning i luft istället för ren syrgas Luft består av 78% kvävgas, 21% syrgas små andelar av andra gaser Kvävgasen har redan låg bindningsenergi och reagerar sällan i normala förbränningsprocesser, men späder däremot ut allting Cirka 80% av rökgaserna efter en förbränning är harmlöst och ointressant kvävgas

Mer om förbränning Flera föroreningar kan vara närvarande i bränslet och rökgaserna som svaveloxider (SOx) eller kväveoxider (NOx) beroende på temperaturen Sot och aska skapas beroende på brist på syre Att välja rätt förbränningsområde är väldigt viktigt för att minska föroreningarna när man designar förbränningsanläggningar

Rökgaser Förbränning i luft ger i storleksordning 1. Kvävgas 2. Koldioxid 3. Vattenånga 4. Oförbrända föreningar (sot, flygaska) 5. Kolföreningar (kolmonoxid, PAHs, etc.) 6. SOx, NOx och andra smärre biprodukter

Sammanfattning: förbränning Dominerande process i mänsklighetens energiförsörjning Omvandlar kemisk bindningsenergi i molekyler till värme Bränslen med o-oxiderad (reducerad), det vill säga brännbar, kemisk struktur En rad biprodukter bildas beroende på förbränningstekniken man använder

Att hitta brännbara bränslen Innan man kan elda något så måste det hittas Fossil energi måste först hittas Därefter måste den utvinnas innan den når konsumenter för förbränning

Olja och gas-letning Petroleumgeologer letar efter olja i Afrika

Lite repetition

Vad letar man efter? I början hittades oljefält genom att själva fällan läckte, vilket nästan alla oljefält gör naturligt i någon utsträckning Små oljeläckage skvallrade om att det fanns en större mängd olja under marken så att det fanns något att borra efter Metoden används fortfarande ibland

Naturliga läckage Kan ses med blotta ögat ibland Spåras lätt av geologer Kräver dock att inte väder och vind suddar ut dem

Med satellit över Mexikanska Golfen Högupplösta satellitbilder kan se oljeläckage från reservoarer under havsytan och sedan spåra dem tillbaka till källan

Tillkortakommanden Många reservoarer läcker så pass lite att det knappt märks av Djurliv, väder och vind sveper bort det lilla som läcker ut naturligt Dessa reservoarer måste hittas med andra metoder Då används seismik istället framgångsrikt!

Seismikens grunder Genom att använda seismiska vågor kan man hitta de där skålliknande strukturerna som reservoarerna ligger under Seismiska vågor är egentligen bara ljudvågor som skickas ned i marken Ekot studeras och analyseras av geofysiker som tolkar det och listar ut hur strukturen under marken ser ut

Seismisk undersökning

Seismiska undersökningar Kan även göras från land via olika bilar Thumper-trucks och sprängladdningar används för att generera ljudvågorna

Seismik Olika lyssningsapparater placeras ut och mäter när ekot når dem så att vad de studsade på kan återskapas Fungerar precis som ett ekolod eller en sonar

Seismisk data Seismisk profil

Seismogram

Datatolkning Komplex hantering nödvändig för att pussla ihop ekona till bilder av strukturerna Precis samma typ av hantering som i ultraljud av foster eller 3D-röntgen av människokroppen

Att borra efter olja

Borrning När en intressant struktur har hittats via seismologi gäller det att provborra Först då vet man om strukturen innehåller olja eller om den var fylld med något annat Seismik kan inte se vad det är för vätskor som finns i reservoaren, bara själva strukturen som kan tänkas innehålla olja

Till sjö och till land Borrning kan göras både till land och till havs Borriggar är enormt viktiga för oljeprospektering

Borriggens delar Normalt sätter man stålrör och cementerar man insidan på borrhålen för att hindra dem från att gå sönder En blow-out vill man undvika

Vad är en blow-out? Oljan/gasen har ofta högt tryck Påminner mycket om en skakad läskflaska När man borrar hål på strukturen gäller det att undvika okontrollerade utflöden blow-outs Deepwater Horizon i Mexikanska Golfen råkade ut för en blow-out

Roughnecks Det tunga arbetet på borriggen utförs av arbetare som kallas roughnecks De hanterar borrandet i praktiken

Ny teknologi Directional Drilling styrbar borrning Motorer på borrhuvudet kan ändra riktning långt nere under marken

Djuphavsolja Oljefältet Jack 2 vs Kebnekaise och Mount Everest 8.848 meter 2.100 meter 8.588 meter Jack 2

Produktion När borrhålet är färdigt installeras pumpar och annan utrustning för att få upp vätskan/gasen Nickande åsnan -pump Rotaflex pump

Produktion Syftet med produktionen är att få upp den utvinningsbara oljan från reservoaren till markytan så att den kan säljas eller konsumeras Detta görs genom att manipulera de krafter som påverkar flödet av vätskor nere i reservoaren Primär, sekundär och tertiär utvinning kallas de olika stegen

Dominerande krafter Utarmning (leder till en minskning av reservoartrycket) Kompressabiliteten hos sten/vätskesystemet Mängden löst gas i vätskan Formationens lutning Kapillärkrafter i de mikroskopiska porerna Extra energi som kommer från en akvifär eller från överliggande gas Extern injektion av vätskor Termiska eller viskös manipulation av vätskan Källa: Satter et al. (2008) Practical Enhanced Reservoir Engineering

Primär utvinning I början är trycket i reservoaren tillräckligt högt för att pressa upp vätskan till markytan av sig själv för att tryckutjämna Detta kallas primär utvinning Annars används andra metoder Enklaste utvinningstypen 10-30% kan utvinnas

Sekundär utvinning När inte reservoarens eget tryck räcker till för att få upp oljan används sekundära metoder Injektion av andra vätskor kan upprätthålla trycket och därigenom flödet 30-50% av reservoarens innehåll kan fås upp på detta sätt

Tertiär utvinning Kallas också Enhanced Oil Recovery (EOR) Försöker få upp flödet genom att injicera lösningsmedel, bakterier, termisk energi, ultraljud eller något annat som får oljan att flöda lättare Dyrt och inte så utbredd användning ännu

Produktionskurvan Källa: Höök et al. (2009) The evolution of giant oil field production behaviour, Natural Resources Research, Volume 18, Number 1, March 2009, Pages 39-56

Några exempel

Thistle-fältet i Nordsjön

Minskningsfasen Till slut kommer vätskeflödena att minska och fältet när alltid en punkt med maximal produktion som följs av en lång minskningsfas Detta tillstånd kan pågå mycket länge men upphör normalt när den ekonomiska/energetiska gränsen nås, det vill säga när oljefältet kostar mer i drift än vad man tjänar på det som pumpas upp mätt i pengar eller energi

Processering Det är sällan oljan kan användas till något vettigt direkt vid oljefältet Normalt skickas den iväg via tanker, tankbil eller pipeline för vidare hantering och omvandling Ibland lagras den i stora tankar eller lager Processering sker oftast vid stora, centraliserade raffinaderier

Exempel från Syrien Pipelines och en lagringstank för 40 000 fat olja

Raffinering Råolja kan brännas direkt i kraftverk men det görs sällan då oljan är värd mer efter förfining Bättre och effektivare motorer kräver mer specialiserade bränslen som diesel eller bensin Därför måste oljan delas upp och renas till sina beståndsdelar Detta görs på ett raffinaderi

Raffinering 2 Olja och naturgas består av en mängd kolvätekedjor av olika längd Dessa måste sorteras ordentligt för att kunna användas på bästa sätt Olika kokpunkter för de olika kolvätekedjorna utnyttjas för att destillera petroleumet Svavel och andra oönskade biprodukter kan även tas bort vid raffinaderiet

PreemRaff, Lysekil Sveriges största raffinaderi PreemRaff vid Lysekil

Destillationstorn

Raffinerade produkter Flytande petroleumgas (LPG, tändargas, butan) Bensin Nafta (används mest som baskemikalie) Flygfotogen och jetbränsle Dieselbränsle Eldningsoljor och villaolja Smörjoljor Paraffinvax (värmeljus, isolation, industri) Asfalt and tjära (trögflytande vätskor) Petroleumkoks (fast bränsle)

Kolutvinning

Kolprospektering Påminner om letandet efter olja och gas, men andra geologiska strukturer eftersöks Normalt letar man efter större sedimentära områden som varit gamla träskmarker Borrning är viktigt för att kontrollera tjockleken på kollagret och kunna uppskatta hur mycket man har tillgängligt i marken

Kolborrning Görs normalt av små mobila borrar som påminner om de som används för letning av andra malmer och mineraler

Kolproduktion Kol är ett fast material som ligger i lager med varierande tjocklek Dessa kan brytas från dagbrott eller från underjordiska gruvor Kolutvinning handlar framför allt om att flytta jord, berg och sten det är inte mer high tech än så

Dagbrott Kallas även open pit eller strip mining Fungerar om kollagret ligger nära markytan Överliggande jord/material avlägsnas så att kolet blottläggs och kan utvinnas Tunga maskiner används ofta

Mer om dagbrott Dagbrott i Wyoming, norra USA Mountaintop removal mining I Appalachierna, östra USA

Hjulgrävmaskin Hjulgrävmaskin för brunkol i östra Tyskland

Underjordisk brytning Används då kolet ligger för djupt för att kunna nås via dagbrott Två huvudtyper: rum och pelar-metoden samt långväggsmetoden Associerad metangas kan orsaka ras eller explosioner (vanligaste faran!) Kan utvinna upp till 80% av kolet, eftersom lite alltid måste lämnas i pelare för att hålla uppe taket

Rum och pelar-metoden

Långväggsmetoden Använder hydrauliska och rörliga stöttor som håller upp taket medan en kolskärare tar bort kolet Taket får senare kollapsa bakom stöttorna samtidigt som hela långväggen flyttar sig Billigare och effektivare än rum-och-pelarmetoden, men kräver speciella kollager för att fungera Komplexa strukturer kan inte exploateras

Långväggsmetoden

Långväggsmetoden

Koltransport Beror främst på avståndet Transportband eller lastbil används på korta avstånd Tåg eller pråm används vid medelavstånd, alternativt kol/vattenblandning i pipeline Fartyg används vid de längsta avstånden Runt 90% av global handel går via skepp

Kolhamnen i Riga Kolet kommer med tåg från Ryssland och Ukraina för att lastas på fartyg

Tömning av en kolpråm

Biomassa Skördas med olika typer av maskiner och förs ofta till centrala anläggningar eller eventuellt förbränns småskaligt Fastbränslehantering likt den för kol

Förbränningsanläggningar När man väl har fossil energi eller biomassa kan detta eldas i förbränningsanläggningar för att leverera värme eller elektricitet till konsumenter Anläggningarna ser lite olika ut beroende på vilket bränsle som används, men har ändå mycket gemensamt

Förenklad skiss Rökgasförluster, etc. Överhettad ånga Värme tillförs i pannan Olika förluster medför att en del av bränslets energi tappas Bränsle Matarvatten Energirik vattenånga eller varmvatten kommer ut från pannan samtidigt som rökgaserna skickas iväg

Pannstorleken Relativ pannstorlek för samma effekt beror på använt bränslet

Tidiga förbränningstekniker Bränslet förbränns på en simpel bädd eller ett galler Påtagliga mängder blir oförbrända Låg verkningsgrad Askproblem

Stokerförbränning

Pulverförbränning Om bränslet går att mala till ett fint pulver kan denna teknik användas Är då mer lik gasformig förbränning med dess goda omblandning och utbränning Långt ifrån alla bränslen kan malas på ett passande sätt (askhalt, plasticitet, caking, etc.) Används främst för kol och cirka 90% av allt kol eldas i pulverform

Förbränning Värme från förbränningen tillförs något medium, oftast vatten, som blir till energirik vätska eller ånga med högt tryck och hög hastighet Ibland används mediet direkt för uppvärmning via värmeväxling/fjärrvärme men ibland omvandlas det till elektricitet Ångan/gasen med hög rörelseenergi kan även stoppas in i turbiner som omvandlar den till rotation som senare kan omvandlas till el

Turbiner & generatorer Turbin Omvandlar rörelsenergi hos vätskor/gaser till mekanisk rotationsenergi Generator Omvandlar rotationsenergi till elektrisk energi genom elektromagnetisk induktion

Tack för uppmärksamheten! Läs mer om forskningen här: Globala Energisystem: http://www.fysast.uu.se/ges/ ASPO: http://www.peakoil.net eller http://www.asposverige.se