The paper presents a comparison of selected power technologies from the point of view of emissions of greenhouse gases. Such evaluation is most often based only on analysis of direct emissions from combustion. However, the direct analysis does not show full picture of the problem as significant emissions of GHG appear also in the process of mining and transportation of fuel. It is demonstrated in the paper that comparison of power technologies from the GHG point of view has to be done using the cumulative calculus covering the whole cycle of fuel mining, processing, transportation and end-use. From this point of view coal technologies are in comparable level as gas technologies while nuclear power units are characterised with lowest GHG emissions. Mentioned technologies are compared from the point of view of GHG emissions in full cycle. Specific GHG cumulative emission factors per unit of generated electricity are determined. These factors have been applied to simulation of the influence of introduction of nuclear power units on decrease of GHG emissions in domestic scale. Within the presented simulations the prognosis of domestic power sector development according to the Polish energy policy till 2030 has been taken into account. The profitability of introduction of nuclear power units from the point of view of decreasing GHG emissions has been proved.
W języku potocznym słowem "energia" określa się zwykle tylko energię podwyższonej jakości. Jakość tę określa egzergia, nie podlegająca prawu zachowania. Straty egzergii są proporcjonalne do entropii generowanej. Należy dążyć do ich zmniejszania w granicach opłacalności ekonomicznej i możliwości technologicznych. Znajomość analizy egzergetycznej jest niezbędna przy projektowaniu i udoskonalaniu procesów energetycznych.
EN
In a colloquial speech the word "energy" is used for the kinds of energy characterized with a higher quality. In a scientitic speech the quality of energy is expressed by means of exergy, exempt from the law of conservation. The losses of exergy are proportional to the generated entropy. For the reduction of these losses it should be striven in the limits of economic profitability and technological possibilities. The knowledge of the exergy analysis is indispensable in the design and improvement of energy processes.
Wprowadzono mnożnik oszczędności energii, wyrażający stosunek zaoszczędzonej energii paliwa do wykorzystanego spadku entalpii spalin. Jest on większy od jedności i dobrze charakteryzuje efektywność energetyczną spalinowego podgrzewacza powietrza doprowadzanego do kotła parowego. Jeszcze większy jest mnożnik oszczędności egzergii, wyrażający stosunek zaoszczędzonej egzergii paliwa do wykorzystanego spadku egzergii spalin. Efekt ten wynika z uwzględnienia zróżnicowanej jakości rozpatrywanych postaci energii.
EN
Energy efficiency of a flue gas air preheater in a steam power plant boiler Energetyka 2010, nr 11, s. 709 Introduced is an energy saving factor expressing the ratio of a fuel saved energy to the utilized flue gas enthalpy drop. Its value is greater than one and characterizes well the energy efficiency of a flue gas heater of a steam boiler inlet air. StilI greater is an egzergy saving factor expressing the ratio of a saved fuel egzergy to the utilized flue gas egzergy drop. This effect results from taking into account the differentiated quality of considered energy forms.
Każdy proces cieplny, zasilany paliwem węglowodorowym lub nośnikiem energii wytworzonym z tego paliwa, generuje emisję CO2 w systemie energetycznym. Jest ona tym większa, w odniesieniu do jednostki produktu użytecznego, im większa jest nieodwracalność działania ogniw procesu. Analiza egzergetyczna pozwala obliczyć, jak wielka emisja CO2 jest spowodowana przez działanie poszczególnych ogniw. Przeprowadzono przykładowe obliczenia.
EN
Every thermal process fed with hydrocarbon fuel or with an energy carrier produced from that fuel, generates CO2 emission in energy system. That emission, per unit of the useful product, increases with the growth of irreversibility of the process links. Exergy analysis enables to determine the CO2 emission caused by particular links of the process. Included are examples of calculations.
Zamiast obowiązującego dotąd podatku VAT, nie wynikającego z żadnych obiektywnych kryteriów, zaproponowano wprowadzenie podatku proekologicznego proporcjonalnego do skumulowanego zużycia egzergii nieodnawialnych bogactw naturalnych, obciążającego wszystkie etapy wytwarzania danego wyrobu. Podatek byłby odprowadzany do urzędów skarbowych tylko przez zakłady wydobywające z przyrody krajowe surowce nieodnawialne oraz przez importerów wyrobów i surowców zagranicznych. Zwrot podatku dotyczyłby tylko wyrobów eksportowanych. Przykładowo wyznaczono podwyższenie ceny rynkowej nośników energii.
EN
Instead of the existing VAT, which does not result from any objective criterion, a new proecological VAT proportional to the cumulative exergy consumption of non-renewable natural resorurces, burdenig all the production steps of the considered product has been suggested. The new VAT would be transmitted to the state office only by the plants extractig raw materials from domestic natural resources or importing the products or raw materials. The reimbursement of VAT would concern only the exported products. Exemplary calculation of the increase of market price of energy carriers has been included.
W celu zmniejszenia strat egzergii w kotle odzyskowym siłowni parowo-gazowej przeanalizowano układ w którym parowacz jest umieszczony w komorze spalania turbiny gazowej. Układ taki powinien również zapewnić zmniejszenie nadmiaru powietrza w komorze spalania, a więc zmniejszenie mocy sprężarki powietrza. Przeprowadzono optymalizację termodynamiczną i ekonomiczną proponowanego układu. Uzyskane wyniki porównano z wynikami optymalizacji układu klasycznego z jednym poziomem ciśnienia pary i parametrami takimi, jak uzyskane po optymalizacji układu proponowanego. Okazało się, że proponowany układ nie zapewnia poprawy sprawności siłowni. W celu zmniejszenia niekorzystnego wpływu ograniczenia stopnia suchości pary rozprężonej i dużego udziału części parowej, zbadano dodatkowo układ wyposażony w międzystopniowy przegrzewacz pary.
EN
In order to decrease the exergy losses within the waste-heat boiler of a steam-and-gas power plant, a system with an evaporator shifted to the combustion chamber of the gas turbine has been analyzed. That system should also decrease the air excess in the combustion chamber and so reduce the driving power of the air compressor. Calculations of the thermodynamic and economic optimization have been performed and the results have been compared with those obtained for a classic system with one level of steam pressure. The new system has not a better efficiency than the classic one. It results mainly from the limitation of the wet steam quality after expansion and an increased fraction of the steam part in the combined plant. Therefore, an interstage steam superheater has been introduced. That change improved considerably the efficiency of the combined plant.
Metoda egzergoekonomiczna została zastosowana do oceny ekonomicznej strat spowodowanych przez nieodwracalność termodynamiczną analizowanych procesów. Przytoczone wyprowadzenie różni się od znanego z literatury i prowadzi do odmiennych wniosków. Wykazuje ono, że metoda egzergonomiczna opiera się na licznych umownych założeniach, nie powinna więc pretendować do ścisłości naukowej. Z drugiej jednak strony, dostarczone przez nią informacje mogą ułatwić wybór dróg udoskonalania rozpatrywanych procesów.
EN
Exergonomic method has been applied to evaluate the economic losses caused by irreversibility. The presented derivation differs from that known from literature and leads to differing conclusions. It demonstrates, that the exergonomic method bases upon numerous conventional assumptions, hence, is not scientifically exact. On the other hand, it provides information, which can facilitate the choice of ways leading to the improvement of the considered process.
The paper presents some examples of application of exergy analysis to selecting such improvements of thermal schemes, which decrease the losses due to the irreversible heat transfer.
Obliczono wskaźnik zrównoważonego rozwoju wyrażający stosunek zużycia egzergii nieodnawialnej do egzergii produktu użytecznego w procesach wykorzystania energii odnawialnej. Wskaźnik ten jest wyraźnie mniejszy od jedności dla elektrowni wiatrowych i przepływowych elektrowni wodnych, jednak nieco większy od jedności dla kolektorów słonecznych i znacznie większy dla pomp cieplnych.
EN
For processes of utilization of renewable energy the sustainability factor has been determined expressing the ratio of non-renewable exergy consumption to the useful exergetic effect. The analyzed factor is considerably smaller than unit for wind and hydro power stations, slightly larger than unit for solar collectors and considerably larger for heat pumps.
Oszacowano intensywność odnawiania zasobów słodkiej wody dzięki działaniu promieniowania słonecznego. Obliczono minimalne zapotrzebowanie egzergii do wytwarzania wody słodkiej z wody morskiej oraz sprawność egzergetyczną typowych procesów odsalania wody morskiej.
EN
The intensity of the renovation of the natural resources of fresh water caused by the solar radiation has been evaluated. A minimal demand for exergy necessary to produce the fresh water from seawater and the exergy efficiency of the typical desalination processes has been calculated.
Obliczono naturalne straty egzergii związane z napromieniowaniem Ziemi przez Słońce. Rozpatrzono strumień egzergii reliktowego promieniowania przestrzeni kosmicznej. Wyróżniono naturalne straty egzergii użytkowalnej powstające w pobliżu powierzchni Ziemi i porównano je ze stratami antropogenicznymi spowodowanymi przez działalność człowieka. Wskazano na pozytywne efekty strat naturalnych, które były główną przyczyną ukształtowania ziemskiego środowiska naturalnego.
EN
Natural exergy losses connected with the absorption of solar radiation by the Earth have been calculated. The exergy flow of the relict radiation of cosmic space has been considered too. The natural losses of the utilizable exergy occurring near the Earth's surface have been distinguished and compared with anthropogenic exergy losses caused by the activity of humankind. The positive impact of the natural exergy losses has been pointed out: they were a main cause of the formation of the terrestrial natural environment.
Opracowano przykłady obliczania podatku proekologicznego obciążającego konsumpcję i proporcjonalnego do skumulowanego zużycia nieodnawialnych naturalnych zasobów egzergii. Opracowano metodę obliczania składnika podatku wynikającego z nakładów inwestycyjnych poniesionych przez producenta. Przedyskutowano skutki ewentualnego wprowadzenia proponowanego podatku.
EN
Examples of determining a pro-ecological tax have been elaborated. This tax should burden the consumption of final products proportionally to the depletion of non-renewable natural exergy resources connected with the fabrication of particular products. A calculation method of the component of tax resulting from the investment expenditures of the producer has been elaborated too. The expected result of the introduction of the proposed tax have been discussed.
Sformułowano funkcję celu do minimalizacji zużycia nieodnawialnych bogactw naturalnych. Zużycie to wyrażono za pomocą wskaźnika skumulowanego zużycia tych bogactw, jednak bez uwzględnienia egzergochłonności pracy ludzkiej. Jako przykład rozpatrzono optymalizację rurowego podgrzewacza wody sieciowej. Porównano przedstawioną metodę z minimalizacją generowania entropii.
EN
Objective function is formulated ensuring a minimal depletion of non-renewable natural exergy resources. A cumulative consumption of non-renewable exergy has been accepted as a measure of the ecological cost of deleteterious waste products rejected to the environment. The features of the considered method have been compared with those of the method of minimization of entropy generation.
Podatek powinien obciążać negatywne skutki ludzkiej działalności. Dlatego zaproponowano wprowadzenie podatku proekologicznego, który powinien być proporcjonalny do skumulowanego zużycia egzergii nieodnawialnej.
EN
The tax should burden the negative results of human activity. Therefore the introduction of an proecological tax has been proposed. This tax should be proportional to the cumulative consumption of non-renewable exergy.
Do zdefiniowanych poprzednio cząstkowych sprawności termodynamicznych określających wpływ nieodwracalności poszczególnych procesów cząstkowych na efektywność energetyczną pompy grzejnej parowej sprężarkowej dodano sprawność instalacji zewnętrznej. skorygowano pozostałe sprawności.
EN
The previosly defined partial thermodynamic efficiencies have been supplemented with the efficiency of the extermal installation. The remaining partial efficiencies have been corrected.
Zaproponowano uproszczone obliczanie adiabaty spalin za pomocą tablic uśrednionego wykładnika stosunku ciśnień w równaniu izentropy powietrza, CO2 i H2O. Tablice te pozwalają obliczać temperaturę końcową i spadek entalpii w przemianie adiabatycznej odwracalnej i nieodwracalnej.
EN
It has been proposed to perform the calculations of the adiabatic process of combustion gases using the tables of mean exponent of the pressure ratio appearing in the equation of isentrope of air, CO2 and H2O. The mentioned tables make it possible to determine the final temperature and enthalpy drop in the reversible and irreversible adiabatic process.
Zdefiniowano cząstkowe sprawności termodynamiczne określające wpływ nieodwracalności poszczególnych procesów cząstkowych na efektywność energetyczną pompy grzejnej parowej sprężarkowej.
EN
Partial thermodynamic efficiencies have been defined which determine the influence of the particular irreversible processes of the coefficient of performance of the considered heat pump.
Opisano układ turbiny gazowej na wilgotne powietrze i wskazano na jego dużą przydatność do skojarzonej produkcji ciepła, ze względu na niewystępowanie wpływu produkcji ciepła na moc elektryczną. Określono stosunek rocznej produkcji elektryczności do rocznego zapotrzebowania na ciepło. Rozpatrzono cztery wartości granicznej temperatury zewnętrznej, przy której zaczyna działać szczytowe źródło ciepła. Określono moc szczytowego źródła ciepła i ilość ciepła szczytowego. Wyznaczono mnożniki skumulowanej oszczędności energii chemicznej i skumulowanego zmniejszenia emisji szkodliwych gazów. Wyznaczono koszt jednostkowy ciepła i skontrolowano jego zależność od granicznej temperatury zewnętrznej.
EN
The scheme of humid air turbine has been presented. Its great ability of cogeneration of network heat results from the independence of electrical power from the production of heat. The ratio of the annual production of electricity to the annual demand of heat has been determined assuming four values of the limiting ambient temperature at which the operation of the peak source of heat begins. The thermal power of the peak source and the amount of peak heat has been calculated. The mulltipliers of the cumulative economy of chemical energy and of the reduction of emission of deleterious gases have been determined. The cost of heat has been calculated and its dependence on the limiting ambient temperature has been checked.