Textbook: Energy and the Environment, James A. Fay, Dan S

... konulu sunumlar: "Textbook: Energy and the Environment, James A. Fay, Dan S"— Sunum transkripti:

1 Textbook: Energy and the Environment, James A. Fay, Dan S
Textbook: Energy and the Environment, James A. Fay, Dan S. Golomb, Oxford University Press, 2002. Enerji ve Çevre Bölüm -1 Gelişmiş ülkeler, enerji sistemlerini çalıştırarak halklarının su, yiyecek, taşıma, haberleşme,ısıtma, elektrik ve haberleşme gibi her türlü ihtiyaçlarını sağlamak için genellikle fosil, ve nükleer yakıtları, su kuvvetini gerektiği kadar kullanmaktadırlar.

2 Dersin Amacı Dersin Amacı:
Ülkemizde elektrik enerjisi üretimi, nüfus başına enerji kullanımı, elektrik enerjisi üretim kaynakları ve bu kaynakların ülkemizde elektrik enerjisi üretimine katkıları, enerji ihtiyacı artışı ve gelecek yıllar için alınacak tedbirler, çeşitli yenilenebilir enerji kaynaklarının ülkemizde ve AB devletlerinde kullanımı, gelecek için yapılması gerekli planlar, sentetik yakıtlar, yakıt pilleri ve esasları, çeşitli alanlarda kullanımı, çeşitli elektrik enerjisi üreten güç teknolojilerinin ısıl verimi, enerji depolama, fosil yakıt santralleri, bileşenleri, karbon dioksit emisyonları, küresel ısınma, ülkemizde ve AB de durum, Nükleer güç reaktörleri, fiz yon, reaktör çeşitleri, yakıt çevrimi, kullanılmış yakıtlar ve depolama, çevreye etkileri, yakıt pilleri çeşit ve esasları, enerji sistemlerinin ekonomisi bu derste konuya bir giriş olarak öğretilecektir

3 Amaç Bu derste örgenciler, enerji üretim temleri çevreye etkileri ve küresel ısınma problemlerinin ile yakın ilişkilerini öğrenecek, Elektrik enerjisi üretim kaynakları, bu kaynakların elektrik enerjisi üretimine katkıları, dünyada ve özellikle AB ülkelerindeki durum ile karşılaştırma yaparak, enerji stratejisi için ülkemizde yapılabilecek enerji planlaması hakkında fikir sahibi olacaktır. Ülkemizde, yenilenebilir enerji kaynaklarının bu günkü ve gelecekteki durumu incelenerek, bir ülkede enerji üretiminde çeşitli kaynakların birlikte kullanılmasının önemini kavrayacaktır. Fosil yakıt santralleri nükleer enerji, doğal gazdan elektrik üretiminin ekonomik mukayesesini yapacak, hidrojen enerjisi ve yakıt pilleri hakkında bilgi sahibi olacaktır.

4 DERS Planı DERS PLANI Hafta1Enerji ve çevre problemlerine giriş, küresel enerji kullanımı, kaynaklar ve çevre2Enerji dönüşümünün termodinamik esasları3Elektrik enerjisi üretimi, ve dağıtımı, enerji depolama4Fosil yakıt kullanan güç santralleri, bileşenleri, emisyon kontrolü5İleri çevrimler, elektrik güç ve faydalı ısı üretimi ( cogeneration)6Nükleer güç santraları, reaktör tipleri, nükleer yakıt çevrimi7Yenilenebilir enerji kaynakları ve çevre8Vasıtalarda enerji kullanımı, verimleri, çevreye atılan emisyonlar9Yakıt pilleri, çeşitleri, çalışma esasları, gelişmeler10Fosil yakıtların çevreye etkileri, emisyonlar,su kirlenmesi11Küresel ısınma, sera gazları, kontrolü12Çeşitli enerji sistemlerinin ekonomisi

5 Enerji Genel olarak, enerji bir sistemin iş yapma yeteneğidir.
1-Enerji depolanmış olabilir: Fosil yakıtların kimyasal enerjisi,bir sistemin, maddenin iç enerjisi,bir kütlenin belli bir seviyede sahip olduğu potansiyel enerji(yer çekimi) 2- Isı-İş çevrimleri olduğu gibi,geçici enerji formu.Termodinamik de gördünüz.

6 GİRİŞ Termodinamik de, Enerji bir sistemin iş yapma yeteneğidir. Bir sisteme, enerji, sistem sınırlarından, iş enerjisi veya ısı enerjisi olarak ve birlikte akar, ve sistemin, sıcaklık, basınç gibi özeliklerinde değişimler yapar; termodinamik de, verilen enerji ile bu özelik değişimleri arasında bağlantı kurar.

7 Enerji Enerji çeşitleri: 1-Elektromağnetik radyasyo enerjisi
2-Kimyasal enerji 3-Nükleer enerji 4-Mekanik enerji(potansiyel, ve kinetik enerji, iş 5-İç enerji,6-Elektrik enerjisi 7-Termal enerji-Isı

8 Enerji Enerji, konvansiyonel enerji,alternatif enerji, yenilenebilir enerji,birincil enerji,faydalı enerji gibi enerji çeşitlerinden de bahsedilir.Örneğin, fosil yakıtlardan elde edilen enerji konvansiyonel enerjidir. Birincil enerji,mevcut enerji kaynaklarından üretilen enerjidir, ve ikincil enerji ise, enerji sistemlerinde, birincil enerjiden üretilen enerjidir (ısı makineleri,HES gibi)

9 Enerji Genel olarak işaret etmiş olduğum bu konuları, ileriki derslerimizde derinliğine inceleyeceğiz. Enerji birimi Joule(J) dur. 1J=1Nx1m 1kj= 103 J

10 GİRİŞ Enerji= yapılan iş= W(J/s).dt= J Enerji muhtelif formlarda olur,
Elektriki güç, W=V.I (Watt)= J/s Elektrik enerjisi kWh ile ölçülür. 1kWh=3.6MJ 1MJ= kWh

11 GİRİŞ-Enerji Esas enerji şekilleri: yukarıda işaret etmiş olduğum gibi
Elektrik enerjisi Kinetik enerji Potansiyel enerji Isıl enerji Kimyasal enerji

12 GİRİŞ-Enerji Elektrokimyasal enerji: bir aküde, elektrik ve kimyasal enerji birlikte depolanmıştır. Elektromanyetik enerji ve ışık enerji Ses enerji veya akustik enerji Nükleer enerji, nükleer reaksiyonlar neticesi açığa çıkar,ya ağır atomlar parçalanır(fission) veya hafif atomların çekirdek birleşimi (Fusion) sonucu açığa çıkar.

13 ENERJİ Kaynakları Fosil yakıtlar, alışılmış yakıtlar ( uzun zamanda meydana gelirler), bu yakıtlar yerine konulamaz yakıtlardır (nonrenewable), kömür, doğal gaz,petrol, nükleer… Yenilenebilir enerji kaynakları-Güneş, hidro,jeotermal,biyokütle, rüzgar,..bunları ileride inceleyeceğiz.

14 Giriş Sanayi devriminden (Nedir?) önce, insanlar enerjiyi çeşitli yollardan elde etmişlerdir.İlk önce insan gücü hakim olmuş, sonra yeni alternatifler aramışlar, ve hayat standardını artırmak için çeşitli çarelere başvurmuşlardır: Atlar ve çeşitli hayvanları mekanik kuvvet ve taşıma için kullanmışlar; ayni zamanda su akımı ve kuvveti

15 Giriş Bilgi:Ortalama ,uzun vadeli insan gücü 70W, bir atın gücü ise 200W. İmparator Qin Shihuang, Çin settinin inşası için emir verdi; bu projede, 200BC de, kişinin 10 sene yalnız insan gücü ile çalışarak duvarı inşa etmişlerdir(estimated output? A power plant capacity?

16 Bilgi Buhar makinesi: Thomas Savery ilk buhar makinesinin patentini 1698 de “ an engine to raise water by fire” olarak almıştır. Thomas Newcomen, bir demirci ustası, Savery yanında demirci olarak işe başlayıp, onun izni ile makineyi geliştirerek,”Atmospheric steam engine olarak patentini 1712 de almıştır.

17 Giriş Bilgi: Buhar Makinası
İskoçyalı James Watt( ), buhar makinesinin geliştirilmesinde, daha pratik ve daha faydalı bir buhar makinesinin çalışmasını sağlayarak ve 1765 de bu makineyi çalıştırmayı başarmış ve patentini 1769 almıştır. Bu makineler başlangıçta maden ocaklarından suyu pompalamak için kullanılmıştır.

18 Giriş Rüzgar enerjisi kullanarak, su yüzünde yüzen çeşitli taşıma araçları icat etmişlerdir. Daha sonra; odun, ve çeşitli hayvan artıkları (biyo kütle) ısınma, pişirme de kullanmışlardır. Akdeniz kültüründe geliştirilen yüzen sandallar, 1700 yıllarında Avrupalıların ticari gemilerine dönüşmüştür.

19 Giriş Asya ve Çin denizcileri de nehir ve denizlerde yüzen daha ileri sistemler geliştirmişlerdir. Sonra kömür yanmada, biyo kütlenin yerine geçmiştir. Orta Doğu da rüzgar değirmenleri 1800 den önce kullanılmıştır. Sonra, su ve rüzgar gücü yerini buhar gücüne bırakmış, elektrik motoru, elektrik pompaları bütün uygulamalarda görülmeye başlanmıştır.

20 Giriş 1800- den beri , buhar makineli motorlar, trenler, içten yanmalı motorlar, otomobiller, uçaklar, ve uzay araçları ile hızlı bir gelişme olmuştur. Endüstriyel devrim 1769 da başarı ile üretilen buhar makinesi endüstriyel devrimin gelişmesinde çok önemli bir rol oynamıştır.

21 Giriş Teknolojinin gelişmesi, gelişmiş ülkelerde, hayat standardının artması, gelişmekte olan ülkelerin, hızlı gelişme çabalarında, enerji ihtiyacı başlıca unsur olmuştur. Enerji kullanımı, milli geliri yani zenginliği, nüfusu arasında ülkeler için ve dünya için bir ilişki vardır.

22 Giriş Bir ülkenin zenginliği ( GDP-GSMH) milli hasılat,bütün üretim malların, üretim için hizmetlerin toplamının yıllık parasal değeri. Uluslararası karşılaştırma için $ olarak ifade edilir. Bir ülkenin zenginliği ile, GDP/şahıs, ve Enerji kullanımı/ şahıs, arasında sıkı ilişki vardır, ve ülkeler bu şekilde karşılaştırılır.

23 Giriş Özellikle büyük şehirlerde, gelişmiş ülkelerin aşırı enerji tüketimi çevre sorunları doğurduğu gibi, insanların sağlığına büyük zararlar vermektedir.Enerji sistemlerinden çıkan CO2 yer küresinde meydana getirdiği ısınmadan dolayı çok zararlı sonuçlar doğuracak iklim değişikliklerine sebep olacaktır.

24 Giriş Diğer taraftan, gelişmekte olan ülkelerde, kendi halklarının yaşam seviyesini yükseltmek için enerji kullanımlarının artırarak, bu problem gittikçe büyümektedir. Bu gün dünya ulusları, siyasi güçler beraberce, insan sağlığına ve eko sisteme bu gün ve gelecekte daha vahim sonuçlar verecek bu probleme çözüm bulma çabasındadırlar (Ne gibi ?)

25 Giriş Ekonomi ve çevre iç içedir. Ekonomik gelişme ve ekolojiyi koruma dengeli bir şekilde gerçekleştirmek gerekir. İnsanların kullandığı enerji çok önemlidir. Dünyada insanların enerji kullan ılımını anlamak için insan hayatını devam ettirmek için, yani sıhhatli bir diyet için yediğimiz yiyeceğin kalori değeri nedir.

26 Giriş Dünya nüfusu arttıkça,ilk zamanlarda, ziraat için kullanılan alanlar,tabii ormanlar daha çok kullanılmaya başlandı ve çevrenin bozulması bundan ibaret idi. Sanayi devriminden sonra, insanların yiyecek ihtiyacını karşılayan araziler azaldı ve daha fazla enerji ihtiyacı, odun ve tezek (biyo yakıt) ek olarak, artan miktarlarda, kömür, daha sonra doğal gaz nükleer yakıtlar kullanılmaya başlandı.

27 Giriş Bir taraftan şehirleşmenin hızla artması, enerji sarfiyatı da ihtiyaçlara paralel olarak hızla arttı ve artmaya devam etmektedir. Büyük şehirlerde hava kirlenmesi sağlık sorunları yaratmaya başladığı gibi,

28 Giriş küresel ısıma belirtileri, iklim değişiklikleri ve bunun bir çok bölgelerde negatif sonuçları belirmeye başladı. Sera gazlarının artması yer kürenin yüzey sıcaklığının artmasına sebep olmaktadır. Sera gazları asırlardan beri vardır ve genellikle fosil yakıtlardan çıkan karbon dioksit emisyonu ile sürekli olarak artmaktadır.

29 Giriş Gelişmiş ülkeler bunun başlıca sorumlusudurlar,
ve çare bulmak ve CO2 salınımını azaltmak için tedbirler almaktadırlar; fosil yakıt kullanan enerji sistemleri yerine, yenilenebilir enerji kaynaklarını geliştirmek, nükleer enerji santralleri kurmak gibi çabalar içindedirler.

30 Giriş Çin ve Hindistan gibi gelişmekte olan ülkeler, ekonomilerini öncelikle geliştirmek çabası içerisinde olduklarından, bu konuda gelişmiş ülkeler ile hem fikir olarak çevre için çaba sarf etmede daha yavaş davranmaktadırlar. Zira, emisyonları kontrol etmek, mevcut santralleri yenilemek, yeni yatırımları gerektirir, ve ekonomik gelişmeyi yavaşlatır.

31 Giriş Görüldüğü gibi, çevre sorunları, kullanılan enerji sistemleri, enerji ihtiyacının karşılanması, artan nüfusun refahı ile sıkı sıkıya ilişkilidir. Burada bilim ve teknoloji işin içine girer ve çevreyi kontrol edecek sistemlerin kullanılmasını gerektirir.

32 Enerji kaynakları Yer küresinde esas enerji kaynakları: Fosil yakıtlar
Nükleer yakıtlar Hidrolik potansiyel Hidrolik kaynaklar dışında, yenilenebilir enerji kaynakları: Biyokütle

33 Kaynaklar Rüzgar Jeotermal Güneş Enerjisi Med-cezir
Güneş Piller ( PV güç) Bunlarin enerji üretiminde esas kaynaklara göre şimdilik katkıları çok düşüktür

34 Kaynaklar Bütün madenlerde olduğu gibi, fosil ve nükleer yakıtlar yer küresinin belli bölgelerinde toplanmıştır, yani eşit bir dağılım yoktur. Fosil yakıtlardan, özellikle gaz ve petrol siyasi bakımdan istikrarlı olmayan bölgelerde bulunmakta ve uluslar arasında çatışmalara sebep olmaktadır.

35 Kaynaklar Enerji, fosil yakıtlarda ve nükleer yakıtlarda depo edilmiştir, sonsuza dek bu şekilde kimyasal ve nükleer formda depo edilir. Bu yakıtlardan, santrallerde, Elektrik enerjisi üretilir ve kullanıcıya elektrik olarak ulaştırılır, yani,ihtiyaç bölgelerine taşınması gerekir sistemde bir depolama yoktur.

36 Makineler Çeşitli, mekanik ve elektik depolama sistemleri özel ihtiyaca göre geliştilmektedir. Yakıtlar direkt yakılarak ısı enerjisi elde edilir, fakat güç elde etmek için, makinelere ihtiyaç vardır: Tarihi buhar makinesi- bir devrim İçten yanmalı motorlar

37 Makineler Dizel motorları Gaz Türbinleri Yakıt Pilleri (Fuel-Cells)
Termodinamiğin kanunları, yanan yakıtlardan ne kadar mekanik enerji elde edilebileceğini söyler, ve makinenin verimine bağlıdır; verimde sınırlıdır.

38 Konvensiyonel Sistem Fosil yakıtlar- buhar kuvvet santralleri:
Kazan- Türbin- Kondensör: Ürünler: Enerji, Karbon, sülfür, nitrojen oksitler, Katı tanecikler, kül, toksitler…. Bunları ayırmak ek ve pahalı sistemleri gerektirir.

39 Konvensiyonel Sistem Dolayısı ile, sistemin, yatırım, işletme ve enerji fiyatını artırır. Kül ve artıkların depolanması ve atılması çevre problemleri yaratır. Nükleer güç kuvvet santralı da fosil yakıt santrali gibi aynı şekilde çalışır, kazan yerine Nükleer reaktör vardır. Temiz enerji kaynağıdır.

40 Nükleer Reaktörlere Giriş (PWR)
Video*

41 Nükleer Fakat, emniyet tedbirleri önemlidir. Çünkü çok tehlikeli radyoaktif elementler vardır ve bunların, kaza durumunda çevreye dağılmamaları gerekir. Pahalıdır, sistem daha komplikedir, fakat enerji fiyat, kuruş/kWh, düşüktür.

42 Yenilenebilir Kaynaklar
Hidro-Güç Rüzgar Enerjisi Med-cezir Güneş Enerjisi- PV Jeotermal Biyo kütle

43 Yenilenebilir Eğer, fosil yakıt fiyatları arttıkça, ve çevre sorunları önem kazandıkça, bu kaynaklara eğilmek sürekli artacaktır. Fosil yakıtlara kıyasla, yatırım masrafları fazladır.

44 Ulaşım (Transportation)
Enerjini kullanıcıya ulaştırılması önemlidir. Hükümet tarafından düzenlemeleri ve kanun ve yönetmelikleri gerektirir. Taşıtlar(arabalar,kamyonlar, trenler,uçaklar, hava alanları,gemiler, limanlar..) önemli enerji kullanan bir sektördür.Enerji verimliliği, ve halkın sağlığı önde gelen problemlerdir. Emisyonlar!

45 Ulaşım Ulaşim vasıtaları, her ülkede artmakta genel olarak petrol ürünleri kullanılmaktadır. Her ülkede petrol olmadığından, emisyonlar yanında, petrol açığı ekonomik sorunlar doğurmaktadır (Ne yapılmalı?)

46 Enerji kullanımı Taşıma, Isınma, Elektrik
Endüstriyel tesisler-imalat….. Ziraat Her türlü elektronik cihazlar

47 Enerji Genel olarak enerjinin 36% dünyada elektrik enerji üretiminde kullanılmıştır; Amerika'da bu rakam % 44 olmuştur. ABD’de taşıma da eklenirse bu rakam % 70 olmuştur. Bu rakamlar, zamana bağlı olarak değişmektedir, fakat fikir versin diye belirtiyorum.

48 Enerji Dünyada enerji kullanımının %36 elektrik üretiminde, yıllık ortalama elektrik üretimi için kullanılan güç 1.4 TW. Elektrik enerjisi büyük santrallerde, MW genel olarak üretilir. Fosil yakıtlar %63 ve Nükleer katkısı ise % 17 dir, Hidro güç + yenilenebilir=% 19

49 Enerji Alım-Satımı Energy as commodity
Enerji fiyatı kullanılan yakıtların fiyatına bağlıdır. Petrol fiyatlar son iki yıldır sürekli artmış ve dünya ekonomisinde çok büyük dalgalanmalara sebep olmuştur, petrol varili $ olarak sürekli değişmektedir. Bu gün varili $ ? USA de $ 1.84/galon ödüyordum, sonra, iki yıl önce $3.78/galon ödedim. Bu gün?

50 Enerji- Alım, Satım Kömürü çıkarmak kolaydır, eğer kömür madeni yüzeye yakın ise. Kolayca depo edilebilir, taşınabilir. Temiz ve çevreyi bozmadan kullanılması problemdir. Petrolü çıkarmak zor ve pahalıdır. Fakat boru hatları, süper tankerlerle ile taşınması kolaydır. Doğal gaz, kıtalar arası kolayca nakledilemez ve depo edilemez, edilir fakat yatırımlar gerektirir.

51 Enerji Buna karşılık, yenilenebilir enerji kaynakları taşınamaz, fakat elektrik enerjisi olarak taşınır, nakledilir. Sentetik yakıtlar,Hidrojen, etanol, metanol: bunlar fosil yakıtlardan, biyo kütleden üretilir; ikinci ürün olarak depolanır, kolayca kullanılır.

52 Enerji Asırlar geçtikçe, fosil yakıtlar, nükleer yakıtlar, tükenecek veya kalanlarda o kadar derinlikte olabilir ki, bunları çıkarmak imkansız hale gelir. O zaman, enerji kaynakları olarak Nükleer Füzyon ve yenilenebilir enerji kaynaklarına bağlı kalınır.

53 Çevre Sorunları Şimdiye kadar söyledik, yine tekrar ediyoruz:
Teknoloji hızla gelişiyor, insanların hayat seviyeleri yükseldikçe, kWh/insan yükseliyor; geri kalmış ülkeler gelişmelerini daha geliştirmek istiyorlar, bunun için enerji üretiminin kaynağını düşünmeden, her imkandan faydalanıyorlar.

54 Çevre Dolayısı insanların bu faaliyet ve gayretleri, bilim insanı olsun, sokakta yürüyen birisi olsun, tabiatın bozulduğunu hissediyorlar, gözlemliyorlar: Denizler, hava, ve yer yüzü, enerjinin yan ürünlerinden kirleniyor, yokluk, pahalılık, ve sıhhat problemleri ortaya çıkıyor. En tehlikeli olanı Küresel değişimdir.

55 Çevre Tabii ekosistemin değişmesidir.Ozon azalması! Bunun en büyük sebebi, chlorofluorocarbon endüstriyel üretimidir ( stratospheric ozone azalması önlenir) Sera gazları, küresel ısınmaya sebep olmaktadır. Bu konuya ayrıca değineceğiz. Bu problemler küresel olarak halledilmelidir ve her ülkenin sorumluluğu içindedir.

56 Enerji-Çevre Şimdiye kdar, enerji sistemlerinin önemini ve tarihsel gelişimini kısaca inceledik. Belirtmiş olduğumuz gibi, muhtelif ülkelerde enerji kullanımı, nüfus, ve ekonomik faaliyetlerle sıkı sıkıya ilişkilidir. Bazı grafikler ile bu durumu biraz daha yakında inceliyeceğiz.

57 Enerji Sistemlerinde Birimler
Bilinen bu konuyu tekrar etmekte fayda vardır: Kuvvet: Newton 1N= 1kg.m/s ( F= ma) Enerji Birimi: 1J=1N.m W= ∫ Fdx

58 Birimler Güç( Power): Birim zamanda enerji akımıdır:
1W=1J/s, saniyede 1 J enerji üretir. 1Watt hour(Wh), 1kWh=1000 Wh 1Wh= (3600s/h) (1J/s/W)= 3600 J

59 Birimler Wh, Joule çevirmek için 3600 ile çarp, Joule, Wh yapmak için 3600 ile böl! 1W= 1VA Şunlar önemli: M= 1E(6) Giga= 1E(9), Tera= 1E(12), Peta=1E(15)

60 Birimler 1 kW= 1kJ/s= 3.6 MJ/h 1kWh=3.6 MJ 110MJ kaç kWh?
110MJ/3.6 kWh/MJ=30.6kWh

61 Birimler 1 Quadrillion BTU= one “quad”=1(E)15BTU
1BTU/s=1.055 kW BTU=1055J= 1.055kJ 1BTU/h= MW 1700 de James Watt beygir gücünü tarif etmiştir: “3300 Lb bir ağırlığı 1 ft yüksekliğe 1 dakikada kaldırma gücü bir beygir gücüdür.” 1hp= 746 W

62 Problem-Örnek Problem: Bir iş de, kesme için, 2.5 hp gücünde bir makine, elektrik motoruna bağlı olarak çalıştırılmakta ve verimi 70% olduğuna göre, a) Elektrik motorunun gücü kW olarak nedir? b) Elektrik voltaj 240 V ise akım(A) ? c)Eğer motor yeni bir motor ile değiştirilirse, %75 verimli,yılda enerji tasarrufu? 3920h/sene

63 Çözüm = W/Wix100= 0.70=2.5hPx746W/Hp/Wi Wi= 2664.3W= 2.67 kW
b) I= Wi/V= 11A c) W/Wi x100= 0.75=2.5Hpx746W/Hp/Win Win=2986kW= 249kW Güç kazancı= = kW, senede? Enerji tasarrufu?

64 Birimler Petrol için Barrel( varil) 1Barrel= 42 US gallon petrol
Imperial gallon=1.2 US gallon Ton olarak petrol eşdeğeri “toe” işareti ile gösterilir. 1 ktoe=1000 toe

65 Birimler 1 barrel petrol= 0.136 toe
1 “toe”=42.6 GJ enerji değeri vardır. Birimler kısaca bunlardır ve enerji ile ilgili ve makalelerde bu terimlere sık sık rastlanır, iyi anlamak ve Tablolara bakmak gerekir.

66 Sustainable Development
Bu deyim, çok sık kullanılmaya başlandı “Sürekli Gelişme” Bu terim ilk defa, Norveç Başbakanı Gro Harlem Brundtland 1980 yılında yapılan WCED toplantısı raporunda kullanmıştır: “Brundtland raporu”

67 Süreklilik Bu rapor aslında çevrenin korunması ile ilgilidir.
Süreklilik nasıl tarif edilmiş, İngilizcesini tam yazayım ve sonra beraberce açıklayalım:

68 Süreklilik “ Sustainable development is the
Development that meets the needs of the present without compromising the ability of future generations to meet their own needs” WCED, 1987, Page 43

69 Süreklilik Bunun manası Nedir?
Gelecek nesillerin haklarını korumaktır: Yalnız, şimdi yaşayan insanların çok iyi bir hayat sürmeleri bir tarafa, gelecek nesillerin temel ihtiyaçlarının karşılanması tehlikeye düşürülmeyecektir” Gelecek nesillerin temiz bir dünyaya sahip olmak hakları da var. Bu Çevrede sürekliliktir.

70 Ekonomik Süreklilik Ekonomik süreklilik: İnsanlar ve onları idare eden hükümetler,o şekilde faaliyet göstersinler, kararlar alsınlar ki, insanlar sürekli olarak mutlu olsun, insanlara kabul edilemeyen zararlar gelmesin.

71 Sosyal Süreklilik Sosyal/Kültürel insan faaliyetlerini o şekilde düzenlemeli ki, değişik kültürler içerisinde harmoni içerisinde yaşamalı ve bu sürekli olmalı. Bir ülkenin sustainable(sürekli) olabilmesi için bu üç bileşenin kararlı, sürekli olması lazımdır.

72 İki ülkenin karşılaştırılması
Japonya Hindistan Nüfus M M GDP/p E/GDP 5.21=GJ/$ CO2/E=0.053 ton/GJ

73 Endüstriyel Kirlenme Yönetimi
Endüstriyel ülkeler başta olmak üzere, ülkeler su, hava ve her türlü arazinin kirlenmemesi ve zararsız bir seviyede tutulması için önlemler almak zorundadırlar. Emisyon seviyeleri o şekilde kontrol edilecek ki sağlığa zarar vermeyecek ve eko sistemi bozmayacak.

74 Emisyon Yönetimi Belli bir kaynaktan çıkan emisyon miktarları, çevreye yayıldığında, çevredeki hava ve su insan sağlığına zarar vermeyecek kriter sınırını aşmamalıdır. Karbon dioksitin atmosferde kalma zamanı bir asır mertebesindedir.

75 Emisyon Yönetimi O halde, atmosferde CO2 miktarı nesiller boyunca artar ve izah ettiğim gibi, yer kürenin sıcaklığı sürekli artar. Sonuç: İklim değişiklikleri, heyelanlar, buzulların erimesi, deniz seviyesinin yükselmesi, çöller,afet, felaket!

76 BÖLÜM- 2 Küresel Enerji Kullanımı ve Kaynak

77 Küresel Enerji Kullanımı ve Kaynak
Endüstri devrimi, enerji ihtiyacını hızla artırmaya başladı. İnsan gücü, rüzgar ve su kuvveti dışında insanlar, ihtiyacı olan mekanik enerjiyi üreten makineler ürettiler, ve hızlı olarak gelişti. Fosil yakıtlı ve nükleer santraller kurarak, insanların ihtiyacı olan enerjiyi temin ederek ekonomik gelişmeyi sağladılar.

78 Enerji-Kaynaklar Bol enerji temini, bir çok ülkede, özellikle, endüstriyel ülkelerde refah seviyesini yükseltti. Nüfus artışı, ileri teknolojinin gelişmesi, meydana gelen çevre sorunları, insanları yeni kaynaklar bulmaya yöneltti.

79 Enerji-Kaynaklar Daha evvel işaret ettiğim gibi, bu kaynaklar dünyada belli bölgelerde yoğunlaşmış durumdadır. Bu kaynakların neler olduğunu daha evvel inceledik. Bu bölümde, genel olarak, dünyada enerji kullanımı ve kaynaklara değineceğiz.

80 Enerji-Kaynaklar Ders kitabımızda, Sekil 2.1 de, arasında enerji kullanımı, ve arasında enerji kullanımı tahminleri verilmektedir. Sekil 2.1, enerji kullanımını “quad” BTU olarak, gelişen ülkeler, endüstriyel ülkeler ile EE ve FSU ülkeleri için vermektedir.

81

82 Enerji kullanımı ve Endüstriyel Gelişme
: Endüsriyel gelişme, demir yollarının dünyanın bir çok ülkesinde başlaması….. : Nüfuz artımı ile enerji kullanımıda artıyor, halklar modern cihazlar,ve petrol,gaz, kullanımı ile enerji kullanımı artıyor, Şekil 1.1.

83

84 GSMH/şa- E/şa Aşagıdaki Şekil 1-2 inceleyiniz.
Enerji kullanımı-zenginlik: GSMH/kişi E/GSMH Enerji/ şahıs

85

86 Ülkeler-Toplam Enerji Kullanımı
Sanayisi gelişmiş ülkeler: AB ülkeleri Doğu Avrupa Kuzey Amerika Japonya Avusturalya, Yeni Zelanda Geri kalanlar, gelişmekte olan(Emerging)

87

88

89

90 Enerji Kullanımı ABD dünya nüfusunun % 4.6 olmasına karşılık, dünya enerjisinin %23.2’sini kullanmıştır. GDP başına enerji kullanımının karşılaştırılması çok öğretici bilgiler verir: (kBtu/$GDP) Bu rakam, Norveç de 16.7, Canada’da 24.5, ABD’de 16.2, Almanya da 9.1,

91 Enerji Kullanımı Fransa'da 9, İngiltere'de 12.5, ve Rusya'da dur. Tesirleri: Daha soğuk hava şartları Araba kullanımları Evlerde lüks hayat Halkın GSMH üretimine katkıları

92 Enerji Kullanımı Enerjinin verimli kullanılması
Kullanılan ısıtma, soğutma da verim düşüklüğü Ve diğer hususlar.

93 Enerji Kaynakları Petrol % 39 Şekil 2.2 Kömür % 25 Doğal gaz % 21.5
Nükleer elektrik % 6.3 Hidroelektrik % 7.5 Jeotermal ve diğerleri % 0.7

94

95

96 Elektrik Enerjisi Nükleer, hidro, jeotermal ve diğer yenilenebilir enerji kaynakları 2020 yılında dünya elektrik üretiminin 21 trilyon kWh olacağı tahmin edilmektedir. Sekil 2.5 Trend of world`s electricity consumption from 1990 to 1997 and to 2020

97 Elektrik Enerjisi Elektrik enerjisi üretimine çeşitli kaynakların katkıları ülkeden ülkeye değişir. Bazı ülkelerde, hidro potansiyel, Norveç,Türkiye ve Brezilya gibi. Hidro-elektrik göreli olarak daha temiz, dünyada ve ülkemizde halen kullanılmamış potansiyel mevcuttur. Barajlar inşa etmek problemdir ve pahalıdır, halkın itirazları bazen çok kuvvetli olur.

98 Elektrik Zira, baraj alanında, oturma bölgelerinin, köy ve kasaba gibi, tarihi yerler gibi kuruluşların yer değiştirmesi gerekir. Çevreyi de bozar! Bazı ülkelerde, jeotermal enerji potansiyeli vardır. Örnek olarak, El-Salvadore (%28.5), Nicaragua (%18.5), Iceland (%5.3)

99 Elektrik Enerjisi Nükleer enerji; Fransa (%76), Güney Kore (%36), Almanya(%29), Tayvan (%27) ve Japonya (%26), ABD (%21.9) elektrik enerjisini nükleer santrallerden sağlamaktadırlar. Temiz enerji, Emisyonlar yok! Yalnız Nükleer kaza korkusu, bazı kesimleri nükleer karşıtı yapmıştır!

100 Elektrik Enerjisi Türkiye'de durum: 2004 de
Termik santrallerden ,9 GWh, Hidrolik Üretimden ,7 GWh Rüzgar ,7 GWh Elektrik ithali ,5 GWh Ülkemizde 2004 de Tüketim: GWh Problem: kWh/ şahıs ?

101 Enerji üretiminde Çeşitlilik
Çeşitlilik, bir Ülkenin Enerji Kaynaklarına bağlıdır, ve her kaynaktan yararlanmalıdır: Örnek (Kanada): Elektrik Enerjisi (2011) Doğal gaz % 3.2 Nükleer % 15 Kömür % 19.6 Hidro % 61.5

102 Elektrik Enerjisi Ülkemizde kurulu Elektrik Enerjisi üretim kapasitesi MWe olup (2011) , % 48 doğalgazdan (sorun!), %29 kömür ve %17 Hidrolik kaynaklardan temin edilmektedir (HES).

103 Türkiye 2004 de kurulu Güç (MWe) Termal: 24144,7 Hidro: 12645,4
Jeotermal: 15,0 Rüzgar: ,9 Toplam kurulu güç:2010 da yaklaşık 44000MWe Ortalama artış: %7-8

104 Hidrolik Güç - Türkiye TEİAŞ-Türkiye Elektrik Enerjisi Üretim Plan: yıl sonu değerleri-DSİ Potansiyel : MWe (1644 HES) İşletme : MWe (364 HES) İnşaat halinde : MWe (216 HES) İnşaa edilecek : MWe(1066 HES) Ülkemizde hidrolik potansiyelin % 41’i geliştirilmiştir.

105 Küresel Karbon Emisyonu
Kitabınızda Tablo 2.2 de çeşitli ülkelerde Karbon emisyonlar(MtC/y), Şahıs başına (kg/cap.y), Birim GDP başına (kg/$GDP) Unutulmamalıdır ki bunlar zamana bağlıdır; bu değerler kitabınızdaki bu Tabloda 1996 yılın için verilmiştir. Mt=metrik ton

106

107 Karbon Emisyonları Bu tablo değerleri, ülkenin kullandığı enerji kaynaklarına bağlıdır. Örneğin, Nükleer reaktörler elektrik enerjisinde daha fazla kullanılıyorsa, elektrik enerjisi hidrolik santrallerde, veya Jeotermal enerji kullanıyorsa karbon emisyonları azalır. Diğer taraftan, bir ülke, bir birim GSMH için daha fazla enerji kullanıyorsa, Karbon üretimi artar.

108 Karbon Emisyonları Eğer, Kanada ve Amerika'da olduğu, büyük evler, soğuk iklim şartları, ısıtma, soğutma ve taşımacılıkta daha fazla enerji elektrik enerjisi kullanmayı gerektirir. Bir ülkede, fosil yakıtlar çok verimli kullanılmıyorsa, karbon emisyonları artar, Rusya, Çin, Hindistan, Endonezya ve Meksika gibi.

109 Küresel Enerji Kaynakları
Bu bölümde yalnız fosil yakıtlar, yani kömür,petrol ve doğal gaz rezervlerinden söz edeceğiz. ABD hakkında, kömür cinsleri hakkında bilgi veriliyor. Bunları geçiyorum. Yalnız, kömür çeşitleri, komposizyon bakımından çok çeşitlidir, bizde olduğu gibi.

110 Küresel Enerji Kaynakları
Yalnız şunları, genel bilgi bakımından, mertebelerini olsun, bilmek faydalıdır. % de olarak: ABD (26), Eski Sovyetler Birliği (25), Çin (12), Avustralya (10), Almanya (7), Güney Afrika (7), Polonya (4) ve diğer ülkeler (9).

111 Dünya Enerji Kaynakları
Bu belirttiklerimiz, rezervlerdir. Başlıktaki, kaynak kelimesinde, bu günkü bilinen metotlar ile ekonomik olarak çıkarılabilen kaynakları bahis ediyoruz( Rezervler). Birde “kaynaklar” var ki, bunların varlığı jeolojik ve mühendislik açısından varlığı bilinen, fakat çıkarılması ekonomik ve işletme şartlarına bağlıdır.

112 Dünya Enerji Rezervleri
Bazıları kömür rezervlerinin yaklaşık Q olduğunu tahmin etmektedirler. Bu günkü enerji kullanımı ile bu kaynakların 1500 sene süreceğini hesaplamaktadırlar. Bu kaynaklar, çok derinlerde, Çin, Eski Sovyetler birliğinde, ABD ve Avustralya'da bulunmaktadır; bunları çıkarmak bugünkü şartlarda ekonomik değildir.

113 Dünya Petrol Rezervleri
Petrol veya Oil, crude oil, dünyanın bir çok bölgesinde dağılmış olarak bulunur. ABD’de Jeolojik Etütler Dairesi, toplam petrol rezervlerini 1.6E(12) varil olarak tahmin etmektedir. % de olarak: Orta Doğu (42), North Amerika (15), Rusya (14), Kuzey ve Bati Afrika (7.2), Güney Amerika (6.1), Asya(5.5),Hazar Denizi (3.5), Batı Avrupa ve Kuzey denizi (3.1)

114 Petrol Rezervleri Sekil 2.14 Dünya petrol rezervleri % olarak verilmektedir.

115 Doğal Gaz Reservleri Doğal gazın önemli kısmı metan CH4 dır ve biraz da etan, propan ve bütandır. Fakat içerisinde yanmayan CO2 ve N2 gibi gazlarda bulunabilir. Ortalama olarak, DG ağırlık olarak % 74.4 karbon, %24.8 hidrojen, %0.6 nitrojen ve %0.2 oksijen ihtiva eder.

116 Doğal Gaz DG’ın ısınma ısısı ortalama olarak 23500 Btu/lb = 38.5 MJ/m3
Gaz olduğu için hava ile kolayca karışır ve yanma hemen tamamlanır; bu bakımdan çok değerli bir yakıttır. Kazan ve fırınlarda kullanıldığında, kömür ve fuel oil yakmaya kıyasla daha küçük hacimlerde gerçekleşir.

117 Doğal Gaz Yanmış gazlar, direkt olarak Gaz Türbinlerinde kullanılarak elektrik enerjisi üretilir. Yanma sonunda tanecikler ve sülfür gibi kirleticiler yoktur. Isıtma değeri başına CO2 üretimi,kömür’e oranla yarısı kadar. Dünya gaz rezervlerinin 6.75E(15) ft –küp olarak

118 Doğal Gaz Tahmin edilmektedir, ve enerji değeri 6966Q olup yaklaşık olarak petrole eşittir. 1995 de dünya doğal gaz kullanımı 77.5 Q olmuş; bu ölçüde kullanım devam etse, bu rezervler senede biter. Eğer dünya DG kullanımı yılda % 2,45 artarsa 50 senede bu rezervler bitebilir.

119 Doğal Gaz Rezervler: % olarak Orta Doğu (24.3) Rusya (23)
Kuzey Amerika + Kanada (17.4) Asya ve Pasifik (7.9) Orta ve Güney Amerika (3.6) Diğerleri (6.4)

120 Dünyada bilinen Fosil Yakıt Rezervleri
Tablo 2.4 The world’s proven fossil Fuel Reseves, Rates of Consumption, and lifetimes Ömrü: Kömür 140 sene Petrol sene DG sene

121

122 Illinois No. 6 Bituminous Montana Subbituminous
Problem 2.8 From Table 2.3 calculate the higher heating value (HHV) for US coals in kJ/kg. 1 Btu=1.055 kJ 1lb= kg 1 Btu/lb=2.326 kJ/kg HHV Penn. Anthracite Pitt. Seam Bituminous Illinois No. 6 Bituminous Montana Subbituminous N. Dakota Lignite TURKEY Lignite HHV, Btu/lb 12,750 13,620 11,080 10,550 7,070 10,497 (~1200 kcal/kg) HHV, kJ/kg 29,656 31,680 25,772 24,539 16,445 24,417

123 Problem 2.10 The world’s oil reserves are estimated at close to 10,000 Q. The present consumption rate is 140 Q/y. What will be the lifetime of oil reserves if the present consumption rate continues into the future and if the consumption rate increases by 1%/y, 1.5%/y, and2%/y? 10,000 Q x 1y/140 Q= 71 years First year = 140 Q/y 2nd year = 140 x r Q/y 3rd year = 140 x (r)2 Q/y … n-th year = 140 x (r)n-1 Q/y … Total consumption = 140 (1+r+r2+…+r(n-1)) Total consumption = 140 (1-rn)/(1-r)

124 For an increase of 1 %/y  r=1.01
10,000 Q = 140 Q/y x (1-1.01n)/(1-1.01)  n=54 years For an increase of 1.5 %/y  r=1.015 10,000 Q = 140 Q/y x ( n)/( )  n=49 years For an increase of 2 %/y  r=1.02 10,000 Q = 140 Q/y x (1-1.02n)/(1-1.02)  n=45 years

125 Önemli Sonuçlar Gelişmiş olan ülkeler daha çok enerji kullanır ve gelişmekte olan ülkelerden, kişi başına daha çok CO2 üretir; fakat, gelişmiş ülkelerde E/GSMH daha düşüktür. İspat edilmiş ve ekonomik bakımdan kullanabilinen kaynaklar, bu günki kullanma artışları dikkate alındığında,

126 Önemli Sonuçlar Kömür yatakları: 250-300 sene Petrol : 65-70 sene
Doğal Gaz : sene de tükenebilir! -Bu yatakları mecbur olmadıkça kullanmak, kullanımını azaltmak,çevreyi koruyarak CO2 salınmını azaltmak, -Enerji verimini artırmak gerekir. Yenilenebilir Enerji Kaynakları!

127 Örnek Bir dizel motoru ile çevrilen bir jeneratör 7kWh enerji üretiyor. Bunun MJ olarak değeri nedir. Cevap: 7x3.6MJ Bir yakıtın enerji miktarı 110MJ ise, kWh cinsinden enerjisi nedir? Cevap: 30.6 kWh

128 Problemler Problems: 2.4, 2.8, 2.9

129 ÖDEVLER Ülkemizde: 1) Kömür rezervleri ve kaynakları, kömür yanma ısıları (kJ/kg) MTA-Enstitüsü, Enerji Bakanlığı,yıllık kömür sarfiyatı... 2) Kömürle çalışanTermik santraller - nerelerde kurulu? kapasiteleri? toplam termik santral gücü (MWe)

130 3) Hidrolik santraller nerelerde kurulu, başlıca büyük HES ler, büyüklü-küçüklü kaç tane vardır, toplam hidro-güç santrallerinin gücü(MWe) 4) Doğal gaz elektrik santralleri, nerelerde kurulu, toplam güç (MWe) olarak ne kadardır. Bu santraller Kombine mi, yoksa co-generation mi?

131 Ödevler 5) Güç santralleri için mevzuat, işletme, dağıtım nasıl yapılmaktadır, özel şirketler veya devlet tarafından mı? Bu şirketleri belirleyiniz ve görevlerini analiz ediniz. 6) arasında Güç santrallerinin artışı nasıl olmuştur? Elektrik enerjisi ihtiyacı senelere göre bu yıllar arasında % artışi nedir?

132 Ödevler 7) Enerji verimliliği kanununu inceleyiniz; bu kanunun yaptırımları nelerdir? Binalarda enerji verimliliği nasıl sağlanır, AB ülkelerinde ve Ülkemizde, binalarda kullanılan güç kW/m2,

133 Ödevler Bu ödevler, PP olarak hazırlanıp, sunum yapılacaktır.
Sunum tarihi: Şubat 21 , 2014 Bu bilgiler herkes tarafından paylaşılacak , ve tartışılacak. Kaynaklar: MTA, TTM, EEI, INTERNET,IEA.. Uluslar arası Enerji Milli Komitesi raporları

134 Bölüm 3: Enerji Dönüşümünün Termodinamik Prensipleri
Birinci kanun esaslarına göre, yakıtların kimyasal ve nükleer enerjisi mekanik enerjiye dönüşür. Yani iş üretilir ve makinenin işi, eldeki enerjiyi geçemez. Tecrübelerimiz gösteriyor ki, yapılan iş, makine içerisinde açığa çıkan enerjiden (Q) çok daha azdır. Ne kadar azdır?

135 Enerji Dönüşümünün Termodinamik Prensipleri
Termodinamiğin ikinci kanunu bunu tesbit eder, söyler ve elde edilebilecek işin sınırlarını belirtir ve bu işi üreten makinenin nasıl geliştirilmesi gerektiğini söyler. Bu kitabımızda da, kimyasal enerjiyi mekanik enerjiye dönüştüren icat edilmiş makine ve sistemleri inceleyeceğiz.

136 Enerji Termodinamik bir Enerji bilimidir. “Enerji” nedir, nasıl tarif edilir? Hepimizin ne olduğuna dair bir fikrimiz var, ama tam bir tarifini vermek zordur: Enerji, bir sisteme verildiği zaman sistemde değişikliklere sebep olan bir kavram olarak düşünmek en doğru olanıdır.

137 Termodinamik Kanunları
Tabiatın esas kanunlarından birisi Enerjinin sakınımı prensibi: Bir işlem esnasında enerji şekil değiştirir, fakat toplam enerji daima sabittir. İkincisi,Termodinamiğin ikinci kanunu: Tabiatta, esas işlemler bir yönde,cereyan eder( tersinmez işlemler!)

138 Enerji, Termodinamik Termodinamik kanunları tabiatın var oluşu ile vardır. Buhar makinesinin, İngiltere de 1697 de Thomas Savery, 1712 de Thomas Newcomen tarafından icadı ve James Watt ile geliştirilmesi sonucu bir bilim dalı olarak ortaya çıkmıştır. Fakat, 1. ve 2. kanunlar, ancak 1850 erde ortaya atılmıştır.

139 Termodinamik Daniel Gabriel Fanrenheit(1686-1736)
Sadi Carnot ( ) James Prescott Joule ( ) Rudolph Clausius Lord Kelvin ( William Thomson), 1859 da Glasgow Üniversitesinde Prof. iken ilk termodinamik kitabını yazmıştır. William Rankine,

140 JOULE James Prescott Joule (d. 24 Aralık 1818, Manchester – ö. 11 Ekim 1889). İngiliz fizikçi. Isının mekanik iş ile olan ilişkisini keşfetti. Bu keşif, enerjinin korunumu teorisine ve oradan da termodinamiğin birinci kanunu'nun eldesini sağladı. SI sistemindeki iş birimi Joule, onun adına ithafen verilmiştir. Lord Kelvin ile mutlak sıcaklık skalasını geliştirmiştir.

141 Joule Joule, yaptığı deneyler sonucunda, ısının mekanik eşdeğeri olarak; bir pound suyun sıcaklığını bir derece Fahrenheit arttırmak için 838 ft·lbf luk bir iş gerektiğini bulmuştur.[1] Joule, bu sonuçları 1843'de düzenlenen "British Association for the Advancement of Science" toplantısında açıkladı fakat beklediği ilgiyi göremedi.

142 Mekanik Enerji Mekanik Enerji ∂W= Fdx Kinetik Enerji (KE)
Potansiyel Enerji (PE) pozitif (+) veya negatif (-) olabilir PE= mgz

143 MAK 486- BÖLÜM-3 Newton’un hareket kanununa göre kinetik ve potansiyel enerji toplamı, sabittir. E=KE+PE=Sabit

144 İç Enerji Bir sistem, mikroskobik molekül ve atomlardan meydana gelmiştir ve gaz ve sıvılarda moleküller hareket halindedir.Gazlarda, moleküller biri birlerin den uzakta, serbest hareket edebilirler, ve her birinin bir enerjisi vardır. Sıvı ve katılarda,her molekül, komşu moleküllerin kuvvet tesirleri altında bir enerjiye sahiptir.

145 İç Enerji Bu enerjiye iç enerji olarak adlandırıyoruz, ve U sembolü ile gösteriyoruz. Bu enerjiyi direkt olarak gözlemlemek mümkün olmayıp, ancak sistemin sıcaklık, basınç ve yoğunluk değişimleri ile ölçeriz, yani sistemin termodinamik özellikleri belirler.

146 Kimyasal ve Nükleer Enerji
Bir kimyasal bileşenin molekülleri atomlardan teşekkül eder ve bunları bir arada tutan kuvvetler var olup, bu atomların ayrılmasına engel olur. Atomlarına ayırmak için dışardan bir enerji gerekir. Demek ki, molekülleri şekillenmesi içinde bir enerji gerekir ve moleküllerin bir enerjisi vardır.

147 Kimyasal ve Nükleer Enerji
Eğer iç enerji değişir ve moleküllerde bir değişme yoksa, kimyasal enerjide bir değişiklik olmaz; fakat, atomlar ayrılır ve kendi aralarında yeni moleküller teşekkül ederse, yani yeni şekillenme ile kimyasal bir değişim olursa,kimyasal reaksiyondan dolayı iç enerjide bir değişme olur.

148 Nükleer Enerji Füzyona uğrayabilen U(235) gibi, elementlerin, veya füzyonda, atom çekirdeğini bir arada tutan kuvvetler, molekülleri bir arada tutan kuvvetlerden o kadar fazladır ki,ağır atomların parçalanması ve hafif atomların birleşmesi ile, bu nükleer reaksiyonlar sonucu enerji açığa çıkar ve nükleer enerji adını alır.

149 Toplam Enerji E= U+ KE+ PE Yazılır.
E ≡ KE + PE + U +Echem + Enuc + Eel + Emag Eğer magnetik, elektrik, nükleer, kimyasal tesirler mevcut değilse, E= U+ KE+ PE Yazılır.

150 Sistemin Isı ve İş Alış- verişi
Sistem ile çevresi arasında ısı ve iş alış-verişi vardır. Bunun neticesi olarak sistem ve çevresi fiziki ve kimyasal değişikliklere uğrar. Isı ve iş alış-verişi beraber olabildiği gibi ayrı ayrı da olabilir. Böylece sistemde ve çevresinde değişiklikler olur. Her ikisi de enerji birimi ile ifade edilir.

151 İş alış-verişi : Termodinamiğin Birinci Kanunu
Kuvvet istikametinde s kadar yer değiştirildiğinde yapılan iş

152 İdeal İş

153 Elektrik İş Bir elektrik alanda, elektronlar, N Coulomb elektronlar bir V potansiyel fark ile akarsa, yapılan iş veya birim zaman için bir zaman aralığında

154 Isı alış-verişi Sistem ile çevresi arasında sıcaklık farkı varsa ısı sisteme veya sistemden çevresine akar. Bilindiği gibi, termodinamiğin 2. kanununa göre ısı yüksek sıcaklıktan alçak sıcaklığa doğru akar. Sistemin ısı kapas itesi C ise ve sıcaklık artması da dTsistem ise sisteme transfer edilen ısı miktarı Q=cpmdT Q=C dTsistem C=ısı kapasit.

155 İş ve Isı Termodinamikte geleneksel olarak sisteme akan ısı pozitif, sistemden çevreye akan ısı miktarı negatif olarak alınır. Buna karşılık, sisteme sistemin çevresine yapmış olduğu iş pozitif, sisteme çevresi tarafından verilen iş negatiftir.

156 Termodinamiğin Birinci Kanunu
Enerjinin korunumu prensibidir. Eğer bir sistemin bir işlem esnasında toplam enerji değişimi dE ve sisteme verilen ısı miktarı dQ, sistemden alınan iş dW ise termodinamiğin birinci kanunu matematiksel olarak şu şekilde ifade edilir. dE=dQ-dW

157 Termodinamiğin İkinci Kanunu
Planck statement: It is impossible to construct an engine which will work in a complete cycle and produce no effect except to raise a weight and exchange heat with a single reservoir.

158 Termodinamiğin İkinci Kanunu
Inequality of Clasius

159 Sürekli Rejim Enerji Denklemi
Sürekli rejimde bir kontrol hacmi için ise elde edilir.

160 Termodinamiğin Birinci Kanunu
Kapalı bir sistem için termodinamiğin birinci kanunu (birim zaman için) (birim kütle için)

161 Termodinamik Özellikler

162 Diğer bir özellik Gibbs free energy
limiting performance at electrochemical cells. Sabit sıcaklık ve sabit basınçda cereyan eden bir işlemde, sistemce yapılan iş, serbest enerjideki azalmadan daha azdır, yani f deki azalmadan fazla olamaz!

163 Termodinamiğin İkinci Kanunu
For a reversible process

164 Açık Sistem Güç santrallarında bileşenlerin analizinde termodinamiğin birinci kanunu “kontrol hacim” için yazılır.

165 Adiabatik işlem Bazı bileşenlerde q=0 alınabilir, adiabatik
Örneğin: Türbin, pompa, kompresör gibi Bazılarında, ısı değiştirgeçleri, q=0

166 Isı Transferi ve Isı Değişimi
Birim zamanda ısı transferi U: Toplam ısı transferi katsayısı [ W/m2K ]

167 Yanma Metan CH4 Genel olarak

168 Yanma Demek ki her hidrokarbon molekülü için n+m/4
oksijen molekülü gerektirir ve n molekül CO2 ile m/2 molekül H2O elde edilir. Dolayısı ile

169 Yanma Fosil yakıtlar hava ile yakılı, hava kütlesinin havadaki oksijenin kütlesine oranı olduğundan

170 Yanma Bu orandan az hava olursa, tam yanma olmaz ve yanma moleküllerinde CO, katı C ve H2 de olabilir. Dolayısı ile tam yanma olmaz ise, yakıtta mevcut kimyasal enerji tam açığa çıkmaz.

171 Yakıt Yanma Isısı Yanma sonunda yakıttan kg başına açığa çıkan enerji, bu yakıtın yanma ısısıdır. (FHV=MJ/kg) Eğer yanma ürünlerinde buharlaşmış halde H2O varsa, yakıtın (LHV) düşük yanma ısısından bahsedilir. Bazı yakıtların (FHV) değeri Tablo 3.1’de verilmektedir.

172

173 Problem 3.1 Santralin Gücü MW olarak veriliyor, ve senenin %70 günü çalıştırıldığı belirtiliyor.Kazan da yakılan yakıtın cinsi ve FHV problemde belirtiliyor. a) Isıl verimi= W(net)/ Heat input=We/Qh, bunun için, yakıttan açığa çıkan enerji, elektrik enerjisi olarak açığa çıkan enerji miktarları hesap edilir: çözüm:

174 Problem 3.1 Yakıtın ısıl değeri: Elektrik üretimi:

175 Problem 3.1 Isıl verimi:

176 Problem

177 Önemli Sonuçlar Gelişmiş olan ülkeler daha çok enerji kullanır ve gelişmekte olan ülkelerden, kişi başına daha çok CO2 üretir; fakat, gelişmiş ülkelerde E/GSMH daha düşüktür. İspat edilmiş ve ekonomik bakımdan kullanabilinen kaynaklar, bu günki kullanma artışları dikkate alındığında,

178 Önemli Sonuçlar Kömür yatakları: 250-300 sene Petrol : 65-70 sene
Doğal Gaz : sene de tükenebilir! -Bu yatakları mecbur olmadıkça kullanmak, kullanımını azaltmak,çevreyi koruyarak CO2 salınmını azaltmak, -Enerji verimini artırmak gerekir. Yenilenebilir Enerji Kaynakları!

179 Genel Tartışma SORULAR, KATKILAR?