Energetski sistemi • FMF

Vpis v letnik študija. Opravljen pisni izpit je pogoj za pristop k ustnemu izpitu. Obvezna je vsaj 80 % prisotnost pri organiziranem izvajanju vaj.

1. Predavanje: Uvod:

- Energetika kot družbeno ekonomski podsistem;

- Energetski sistemi in širša (globalni, regionalni in lokalni) energetska omrežja;

- Energetski sistemi med primarnimi viri energije in porabniki – odjemalci;

- Obseg potreb po energijskih tokovih v številkah.

2. Predavanje: Energetski sistemi in sektorska sklopitev:

- Povezovanje sektorjev energetike, transporta, kemijske in procesne industrije;

- Optimizacija energetske infrastrukture;

- Stroškovna analiza;

- Primeri dobrih praks z izračunanimi cenilkami.

3. Predavanje: Desni krožni procesi v realnih sistemih:

- Izračun realnih krožnih procesov;

- Carnotizacija krožnih procesov, srednja temperature dovoda in odvoda toplote, termični izkoristek;

- Optimizacija.

4. Predavanje: Klasične tremoelektrarne:

- Parni krožni process;

- Tehnološka shema, masne in energijske bilance posameznih strojev in naprav;

- Kemična priprava vode in razplinjanje;

- Okoljski vidiki.

5. Predavanje: Parni krožni procesi z organsko delovno snovjo:

- Primerjava med vodo in ogljikovodiki kot delovno snovjo;

- Nizkotemperaturni viri toplote;

- Tehnološka shema, masne in energijske bilance posameznih strojev in naprav;

- Okoljski vidiki.

6. Predavanje: Jedrske elektrarne:

- Jedrske reakcije, radioaktivni izotopi, radioaktivni razpad - sevanja, razpolovna doba, kritična masa;

- Jedrsko gorivo in tehnologija izdelave gorivnih elementov;

- Osnove delovanja termičnih reaktorjev in kontrola kritičnosti;

- Zaustavitev jedrske reakcije in odvod zaostale toplote;

- Tipi termičnih jedrskih reaktorjev;

- Tehnološke sheme, masne in energijske bilance posameznih strojev in naprav, primerjava s klasičnimi termoelektrarnami;

- Osnove jedrske varnosti;

- Jedrski odpadki in okoljski vidiki.

7. Predavanje: Plinske elektrarne:

- Plinski krožni proces, delovni mediji (zrak, dimni plini, helij);

- Tehnološke sheme, masne in energijske bilance posameznih strojev in naprav, primerjava s klasičnimi termoelektrarnami;

- Termodinamska optimizacija plinskega krožnega procesa;

- Hlajenje termično najbolj obremenjenih delov postroja;

- Glavni sestavni deli.

8. Predavanje: Kombinirani krožni procesi:

- Temperaturni nivoji dovoda in odvoda toplote v posamezih krožnih procesih;

- Plinsko-parni krožni proces;

- Plinski krožni proces z uparjalnikom vode;

- Parno-plinski krožni proces;

- Utilizator, eno- in večtlačni;

- Tehnološke sheme, masne in energijske bilance posameznih strojev in naprav;

- Okoljski vidiki.

9. Predavanje: Sistemi hidroelektrarne:

- Hidrologija rečnih sistemov, diagrami pretokov in izračun projektnih podatkov za dimenzioniranje posameznih komponent energetskega sistema;

- Pretočne, zajezne in črpalnoakumulacijske elektrarne;

- Vodne elektrarne v verigi;

- Okoljski vidiki.

10. Predavanje: Vključevanje razpršenih virov energije v energetski sistem - sončne elektrarne v energetskem omrežju:

- Zajem podatkov za dimenzioniranje komponent sistema, izbira tehnološke rešitve;

- Tehnološke sheme, masne in energijske bilance posameznih strojev in naprav;

- Okoljski vidiki.

11. Predavanje: Vključevanje razpršenih virov energije v energetski sistem – vetrne elektrarne v energetskem sistemu:

- Pridobivanje podatkov o meteorološkh pogojih, izbira tehnološke rešitve;

- Diagrami energijskih tokov posameznih generatorjev in polja vetrnih elektrarn;

- Periferna infrastuktura;

- Okoljski vidiki;

- Sistemi za izrabo energije morja: notranja energija, morski tokovi, bibavica, valovanje gladine;

- Energija biomase;

- Jedrska fuzija.

12. Predavanje: Sočasna proizvodnja toplote in električne energije:

- Termodinamične zakonitosti: energijska in eksergijska bilanca toplarne, toplarniško število, grelno število, toplarniški in elektrarniški izkoristek, prihranek primarne energije;

- Primerjava z ločeno proizvodnjo toplote in električne moči;

- Potrebna infrastruktura;

- Časovna, energijska razpoložljivost in stroškovna učinkovitost;

- Tehnologije SPTE: motorji z notranjim zgorevanjem, plinske in kombinirane elektrarne, parne turbine, mikro turbine, gorivne celice.

13. Predavanje: Vodikove tehnologije:

- Tehnologije pridobivanja vodika: elektroliza, parni reforming CxHy, termoliza, stranski kemijski procesi;

- Tehnologije shranjevanja in transporta vodika;

- Uporaba v gorivnih celicah.

14. Predavanje: Sistemi za shranjevanje energije, tehnologije ‚shranjevanja‘ mehanskega dela:

- Vztrajniki;

- Črpalno-akumulacijske vodne elektrarne;

- Črpalno-akumulacijske plinske elektrarne;

- Elektrokemični hranilniki energije.

15. Predavanje: Virtualne elektrarne in pametna energetska omrežja:

- Izravnava energijskih tokov;

- Sistem trgovanja z energijskimi tokovi;

- Aktivni odjemalci;

- Prodjemalci (prosumerji).

[1] Tuma M., Sekavčnik M.: Energetski sistemi, preskrba z električno energijo in toploto, 3. izpopolnjena in predelana izdaja, Univerza v Ljubljani, Fakulteta za strojništvo, 2004 - v celoti
[2] Kehlhofer R., Hannemann F. Stirnmann F., Rukes B.: Combined-Cycle Gas & Steam Turbine Power Plants,3. izd. Penn Well, 2008 – v celoti
[3] Kiemeh P.: Power Generation Handbook – Selection, Application, Operation, Maintenance, McGraw Hill, 2002 v celoti
[4] Hore-Lacy I.: Nuclear Energy in the 21st Century, World Nuclear University press, 2006
[5] Leon A (ed.): Hydrogen Technology, Springer, 2008

Študenti:
• razumejo vlogo energetskih sistemov pri oskrbi z električno energijo in toploto iz različnih primarnih virov;
• znajo določiti učinke različnih tehnologij z vidika razpoložljivosti, gospodarnosti in okoljske vzdržnosti;
• znajo uporabiti temeljna znanja o krožnih procesih pri snovanju in optimizaciji toplotnih postrojenj za proizvodnjo električne energije in toplote industrijskih in širših energetskih sistemih;
• razumejo vlogo posameznih strojev in naprav v kompleksnih postrojenjih za proizvodnjo električne energije in toplote;
• poznajo glavne značilnosti in izzive na področju razvoja novih tehnologij za oskrbo z električno energijo in toploto
• znajo kritično presojati različne paradigme energijske oskrbe z vidika trajnostnega razvoja družbe.

Znanje in razumevanje Po uspešno dokončanih študijskih obveznostih bo študent sposoben:
• izračunati energijske in masne bilance za različna energetska postrojenja
• razlikovati vloge različnih energetskih postrojenj za trajno in zanesljivo oskrbo z električno energijo in toploto;
• izvrednotiti gospodarnost različnih tehnologij za proizvodnjo električne energije in toplote
• izvrednotiti energijsko učinkovitost energijskih pretvorb ter kritično oceniti kritične točke z vidika energijskih in eksergijskih izgub ter vplivov na okolje
• uporabiti sodobna računalniška orodja za modeliranje energetskih sistemov in simulacijo različnih obratovalnih stanj.
Uporaba

Po uspešno dokončanih študijskih obveznostih bo študent sposoben:
• izračunati energijske in masne bilance za različna energetska postrojenja
• razlikovati vloge različnih energetskih postrojenj za trajno in zanesljivo oskrbo z električno energijo in toploto;
• izvrednotiti gospodarnost različnih tehnologij za proizvodnjo električne energije in toplote
• izvrednotiti energijsko učinkovitost energijskih pretvorb ter kritično oceniti kritične točke z vidika energijskih in eksergijskih izgub ter vplivov na okolje
• uporabiti sodobna računalniška orodja za modeliranje energetskih sistemov in simulacijo različnih obratovalnih stanj.
Refleksija Pridobljeno znanje temelji na kreativnem povezovanju osnovnih teoretičnih in praktičnih vsebin in je usmerjeno k reševanju značilnih, v tehniški praksi pogosto uporabljenih problemov, ter omogoča študentu kritično presojo različnih konceptov, kot tudi praktičnih aplikacij v energetskem strojništvu z vidika energijske učinkovitosti, razpoložljivosti, gospodarnosti in okoljske vzdržnosti.
Prenosljive spretnosti - niso vezane le na en predmet Uporaba širokega spektra teoretičnih predznanj in njihova uporaba v primerjavi izmerjenimi vrednostmi realnih aplikacij. Samostojno izvajanje laboratorijskih vaj, obdelava podatkov, izdelava poročil ter predstavitev rezultatov.

Predavanja, vaje, seminar, individualne naloge, konzultacije

Izpiti so pisni in/ali
ustni
Metode ocenjevanja in ocenjevalna lestvica je določena v točki 4.8 vloge za pridobitev soglasja k univerzitetnem prvostopenjskem študijskem programu STROJNIŠTVO - RRP.
5 - 10, pri čemer velja, da je pozitivna ocena od 6 - 10

Mihael Sekavčnik

[1] LOTRIČ, Andrej, SEKAVČNIK, Mihael, POHAR, Andrej, LIKOZAR, Blaž, HOČEVAR, Stanko. Conceptual design of an integrated thermally self-sustained methanol steam reformer : high-temperature PEM fuel cell stack manportable power generator. International journal of hydrogen energy. [Print ed.]. Jun. 2017, vol. 42, iss. 26, str. 16700-16713, ilustr. ISSN 0360-3199. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0360319917319225, Repozitorij Univerze v Ljubljani – RUL. [COBISS-SI-ID 15546139]

[2] STROPNIK, Rok, SEKAVČNIK, Mihael, FERRIZ, Ana María, MORI, Mitja. Reducing environmental impacts of the ups system based on PEM fuel cell with circular economy. Energy. 2018, vol. 165, part b, str. 824-835, ilustr. ISSN 0360-5442. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0360544218319790?via%3Dihub, Repozitorij Univerze v Ljubljani – RUL, DOI: 10.1016/j.energy.2018.09.201. [COBISS-SI-ID 16276763]

[3] STROPNIK, Rok, MLAKAR, Nejc, LOTRIČ, Andrej, SEKAVČNIK, Mihael, MORI, Mitja. The influence of degradation effects in proton exchange membrane fuel cells on life cycle assessment modelling and environmental impact indicators. International journal of hydrogen energy. [Print ed.]. 2022, vol. 47, iss. 57, str. 24223-24241, ilustr. ISSN 0360-3199. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0360319922014768, Repozitorij Univerze v Ljubljani – RUL, DOI: 10.1016/j.ijhydene.2022.04.011. [COBISS-SI-ID 105811203]

[4] MORI, Mitja, GUTIÉRREZ, Manuel, SEKAVČNIK, Mihael, DROBNIČ, Boštjan. Modelling and environmental assessment of a stand-alone micro-grid system in a mountain hut using renewables. Energies. 2022, vol. 15, iss. 1, str. 1-21, ilustr. ISSN 1996-1073. https://www.mdpi.com/1996-1073/15/1/202, Repozitorij Univerze v Ljubljani – RUL, DOI: 10.3390/en15010202. [COBISS-SI-ID 91685379]

Mitja Mori

[1] STROPNIK, Rok, SEKAVČNIK, Mihael, FERRIZ, Ana María, MORI, Mitja. Reducing environmental impacts of the ups system based on PEM fuel cell with circular economy. Energy. 2018, vol. 165, part b, str. 824-835, ilustr. ISSN 0360-5442. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0360544218319790?via%3Dihub, Repozitorij Univerze v Ljubljani – RUL, DOI: 10.1016/j.energy.2018.09.201. [COBISS-SI-ID 16276763]

[2] STROPNIK, Rok, MLAKAR, Nejc, LOTRIČ, Andrej, SEKAVČNIK, Mihael, MORI, Mitja. The influence of degradation effects in proton exchange membrane fuel cells on life cycle assessment modelling and environmental impact indicators. International journal of hydrogen energy. [Print ed.]. 2022, vol. 47, iss. 57, str. 24223-24241, ilustr. ISSN 0360-3199. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0360319922014768, Repozitorij Univerze v Ljubljani – RUL, DOI: 10.1016/j.ijhydene.2022.04.011. [COBISS-SI-ID 105811203]

[3] MORI, Mitja, GUTIÉRREZ, Manuel, SEKAVČNIK, Mihael, DROBNIČ, Boštjan. Modelling and environmental assessment of a stand-alone micro-grid system in a mountain hut using renewables. Energies. 2022, vol. 15, iss. 1, str. 1-21, ilustr. ISSN 1996-1073. https://www.mdpi.com/1996-1073/15/1/202, Repozitorij Univerze v Ljubljani – RUL, DOI: 10.3390/en15010202. [COBISS-SI-ID 91685379]