exergia- és energiahatékonyság - .az exergia hatékonyság nyújt mélyebb betekintést az ilyen

Download Exergia- és energiahatékonyság - .az exergia hatékonyság nyújt mélyebb betekintést az ilyen

Post on 18-Sep-2018

221 views

Category:

Documents

0 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

  • Dr. Bezegh Andrs5, Dr. Bezeghn Dr. Jelinek Klra s Bezegh Barbara Bezekon Kft., Budapest

    KIVONAT

    A mrnki feladatoknak fontos osztlya, amikor kt vagy tbb rendszer

    Az ipari kolgiban is fontos szerepet jtszik az exergia s az exergia elemzs, pldul kzponti fogalmak az energia-talakt rendszerek termodinamikai rtkelsnl, az irreverzibilitsok meghatrozshoz, s az exergia hatkonysg nyjt mlyebb betekintst az ilyen folyamatok gazdasgossgba.

    Kulcsszavak: exergia, energia hatsfok, energiaminsg, exergia fajtk, exergiahatkonysg, referencia krnyezet, exergia elemzs

    ABSTRACT It is an important class of engineering problems where two or more

    systems are not in equilibrium. The quantity exergy is a property of systems and are defined as the maximum work available while they reach equilibrium. Exergy is the potential of systems to cause changes during the equilibration process, i.e. it is the energy available for use. Exergy is zero, when systems are in equilibrium, i.e. when they are indistinguishable.

    Exergy is a concept in the first and second laws of thermodynamics, however, both these laws have sustainability significance as well and can Exergy and exergy analysis play central role in in thermodynamic evaluation of energy conversion systems, e.g. in localisation of irreversibilities, and exergy efficiency provide deeper insight to the economics of such processes.

    4 Kzlemnynk megrsakor tmaszkodtunk a Pannon Egyetem TMOP-4.2.2.A-

    11/1/KONV-2012-0072 szm projektje szmra kszlt tanulmnyunkra.

    5 Levelezsi cm: andras@bezegh.hu

    Ipari kolgia pp. 3654. (2015) 3. vfolyam, 1. szm

    Magyar Ipari kolgiai Trsasg MIPOET 2015

    nincs egyenslyban. Az exergia mennyisge rendszereknek az a tulajdonsga, amit gy hatroztak meg, mint a maximlis munkt, amely rendelkezsre ll az egyensly elrsnek folyamatban. Az exergia rendszerek azon kpessge, hogy vltozsokat okozzanak az egyenslyhoz vezet folyamat sorn, vagyis ez az az energia, ami felhasznlhat. Az exergia nulla, amikor rendszerek egyenslyban vannak, azaz, ha nem lehet ket egymstl megklnbztetni.

    Exergia- s energiahatkonysg4

  • (2015) 3. vfolyam, 1. szm ___________________________________________________________________________

    Exergia- s energiahatkonysg

    37

    Keywords: exergy, energy efficiency, energy quality, types of exergy, exergy efficiency, reference environment, exergy analysis

    BEVEZETS Az ipari kolgia hrom slyponti terlete (Bezegh, A 2012) 1) az

    anyagramok, 2) az energiaramok s 3) e kett vllalatkzi kapcsoldsai. Clja mindezek optimalizlsa, a fenntarthatsg (UN-WCED 1987), mint clfggvny szerint.

    gy az energia ellts s felhasznls az utbbi nhny vtizedben a klnsen fontos krdsek listjnak legtetejre kerlt. Az energiaellts biztonsgt az orszgok vezetse stratgia krdsknt kezeli (Obama, B 2014), mert a gazdasg szmra nlklzhetetlen input s a trsadalom szmos agglya szintn vele kapcsolatos. A krnyezetszennyezs, a klmavltozs s az erforrsok kimerlse fokozd mrtkben foglalkoztatja a szakembereket s laikusokat egyarnt.

    Az energiahatkonysg javtsa folyamatosan aktulis mrnki feladat, lland s kiemelt tmja a hazai s eurpai unis energetikai szakpolitikknak, amit egyidejleg tbb motivci tmaszt al. Ezek

    az energiabiztonsg, az energiaforrsok korltozott mennyisge s a kimerlben

    lv kszletek, az energiarak, mint a gazdasgossg s versenykpessg

    tnyezi, tovbb a krnyezet- ill. klmavdelem problmi.

    Magyarorszg az vtizedeken keresztl kialakult nagy tehetetlensg

    energetikai rendszere kvetkeztben igen jelents kihvsokkal szembesl, energiaimport-fggsge egyike legnagyobbaknak Eurpban, az energiaforrsok szksen llnak rendelkezsre, a gazdasg energiaintenzitsa tbbszrse a legfejlettebb EU tagllamoknak, jelentsek az ghajlatvltozs mrsklse rdekben az orszgra rtt korltozsok s vllalt ktelezettsgek, mikzben ki kell lbalnia a gazdasgi vlsgbl s fel kell zrkznia a szerencssebb orszgokhoz. A fenti problmk kezelsnek rtkes eszkze lehet az energiahatkonysg javtsa. Az energiahatkonysgnak ksznheten ugyanis cskken a primerenergia-fogyaszts s az energiaimport, ami javtja az orszg elltsbiztonsgt.

    Az energiahatkonysg javtsa hozzjrul tovbb az veghzhats gz (HG) kibocsts kltsghatkony cskkentshez s ezltal az ghajlatvltozs hatsainak enyhtshez is.

    Az energiahatkonyabb gazdasgra val ttrs vrhatan felgyorstja az innovatv technolgiai megoldsok elterjedst s javtja az ipar versenykpessgt, ezltal elmozdtja a gazdasg nvekedst, s munkahelyeket teremt az energiahatkonysghoz kapcsold gazatokban.

  • 38 Ipari kolgia 3654

    ___________________________________________________________________________ Bezegh Andrs, Bezeghn Jelinek Klra, Bezegh Barbara

    AZ EXERGIA- S EXERGIAHATKONYSG ELMLETI ALAPJAI

    nem ismernk egy dolgot, amg a mirtjt meg nem rtettk, vagyis hogy mi az oka. Arisztotelsz

    A mrnki termodinamikai problmk nagyon fontos osztlyt kpezik

    azok a rendszerek s anyagok, amelyek nincsenek a krnyezetkkel klcsnsen stabil egyenslyban. Pldul, a Fldn a tzelanyag kszletek nincsenek klcsnsen stabil egyenslyban a lgkrrel s az cenokkal. A klcsns kmiai egyensly kvetelmnyei nem teljeslnek. Brmely rendszer krnyezete feletti vagy alatti hmrskleten nincs a krnyezettel klcsnsen stabil egyenslyban. Ezekben az esetekben a klcsns termikus egyensly kvetelmnyei sem teljeslnek. Brmilyen klcsnsen stabil egyensly hinya egy rendszer s krnyezete kztt alkalmas hasznos munka ellltshoz, mint pldul a 2009 ta Oslo kzelben mkd ozmzis-erm az desvz s a ss tengervz koncentrciklnbsgbl termel villamossgot (New Scientist 2009).

    Az exergia az a mennyisg, amely segtsgvel lehet a maximlis nyerhet munkt meghatrozni, amely a termodinamika msodik ftteln nyugszik, s segt az energetikai s egyb rendszerek folyamatai elemzsben. Az exergia bemutatshoz az energihoz kapcsold fogalmak ttekintse s pontostsa szksges. Az energia mennyisge s minsge Tudott, hogy az energia a vilg sszes mozgsnak, vltozsnak, trtnsnek s klcsnhatsnak forrsa. Az energia ltalnos rtelemben a vltoztat kpessget jelenti, fizikai rtelemben a dolgok olyan tulajdonsga, amelyet egyms kzti klcsnhatsok rvn tadhatnak. Az energia szmos, klnbz formban jelentkezhet. A fbb energiaformk: mechanikai, villamos, sugrzsi, nukleris s h energia.

    Richard Feynman, amerikai fizikus a neki vilghrnevet szerz Feynman Lectures in Physics knyvkben (Feynman, RP & Leighton, RB & Sands, M 1970) az energia legjellemzbb s szinte egyetlen vonsaknt a megmaradst rja le, amely az ott szerepl szmpldjban ppen 28 (nem 42): Fontos, hogy felismerjk: a fizika mai llsa mellett valjban nem tudjuk, mi is az energia. Nincs szemlletes kpnk arrl, hogy az energia kicsiny, meghatrozott adagokban terjedne. Nem is ez a helyzet. Ellenben van nhny szmszer mennyisg kiszmtsra szolgl kpletnk, melyeknek sszege 28 mindig ugyanaz a szm. Ez pedig elvont dolog annyiban, hogy nem mond semmit a kplet mechanizmusrl, sem a klnbz tagok megjelensnek okairl."

    Az energia mennyisge: az els fttel Az energia sok megjelensi formjt ismerjk: mozgsi, helyzeti,

    nukleris energia, fny, h stb. A mozgsi energia a gyakorlat szmra kzvetlenl hasznlhat

    energiaforma.

  • (2015) 3. vfolyam, 1. szm ___________________________________________________________________________

    Exergia- s energiahatkonysg

    39

    Az energinak az a tulajdonsga, hogy egyik energiaformbl talakthat msik energiaformv, de nem hozhat ltre, s nem is semmisthet meg, az energia-megmarads trvnye, a fizika egyik alapvet lltsa s a termodinamika els ftteleknt is ismert. Brmikor, amikor tudsok az energia-megmarads trvnynek megsrtst vltk felfedezni, vgl mindig j energiaformt azonostottak s azzal korrigltk az eltrst.

    Az energia mennyisgnek SI rendszerbeli mrtkegysge a joule, amely defincija szerint az a mechanikai munkamennyisg, amit 1 newton er 1 mter ton vgez. A munka eredetileg a mechanikai munkt jelentette. Ksbb az energia-megmarads ttelnek felismerse, majd az 1840-es vekben a munka s a h egyenrtksgnek felismerse utn a h is bevonult az energia elismert megjelensi formi kz. Fontos lnyegi klnbsget azonban a termodinamika msodik fttelnek felismerse trt fel. Az energia minsge: a msodik fttel

    Az energiaformk kztti talakulsra az energia-megmarads trvnye mindig rvnyes, de ez nem azt jelenti, hogy minden energiaforma korltlanul talakthat msik energiaformv. Az energia klnbz formi nem alakthatk t korltlanul msik energiaformv. Ez klnsen a termikus energira rvnyes, a h soha nem alakthat t teljes mrtkben mechanikai munkv. A termodinamika msodik fttele (h magtl a melegebb testbl a hidegebb fel ramlik) korltozza azt a munkamennyisget, amely a henergibl hasznosthat. A msik irnyban, a mechanikai munka s tbb ms energiaforma korltlanul alakthat t hv.

    Korszakalkot kzlemnyben Z. Rant rja (Rant, Z 1955): Az energia rtket csak akkor jelent, ha talakthat egyik formjbl a msikba, raktrozott formjbl technikai clokat szolgl energiaramm alakthat. A mechanikai munka s az elektromos energia mivel egyenrtkek a leghasznosabb energiatpusok. Az energiafajtk mechanikai munkv alakthatsguk alapjn rtkelhetk.

    Hnek munkv alaktsa sorn, amikor az egy hmrsklet hforrsbl szrmazik, azt egy alacsonyabb hmrsklet rendszer fel kell tovbbtani. Az erre a clra rendelkezsre ll legalacsonyabb hmrsklet a krnyezet hmrsklete, . Adott mennyisg hbl reverzibilis folyamatban nyerhet maximlis munka:

    A hnyadost Carnot hatsfoknak nevezik. A folyamat sorn a krnyezetbe hasznostatlanul juttatott h:

  • 40 Ipari kolgia 3654

    ___________________________________________________________________________ Bezegh Andrs, Bezeghn Jelin

Recommended

View more >