Energie a emise (FSI-KEE-A)

Akademický rok 2019/2020
Garant: prof. Ing. Petr Stehlík, CSc., dr. h. c.  
Garantující pracoviště: ÚPI všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky: angličtina
Cíle předmětu:
Účel předmětu "Energie & emise" a s tím spojené cíle jsou následující:
- Naučit se aplikovat znalosti z teoretických i praktických předmětů (např. návaznost na "Tepelné pochody").
- Ukázat, že zajištění priorit redukce spotřeby energie a koncentrace škodlivých emisí není možná bez odborných znalostí.
- Seznámit se s nejnovějšími metodami v dané oblasti využívanými ve světě a originálními přístupy vyvinutými na pracovišti vyučujících.
- Naučit studenty orientovat se v odborné literatuře, především zahraniční.
- Seznámit se s řešením případů z oblasti praktických aplikací.
Výstupy studia a kompetence:
Studenti získají informace a znalosti z následujících oblastí:
- Energetické systémy v průmyslových procesech a komunální sféře.
- Energetické využití odpadů a biomasy.
- Maximální využití procesního a odpadního tepla.
- Legislativa pro ochranu životního prostředí a emisní limity jako omezující faktory.
- Redukce škodlivých emisí, čištění spalin a odpadních plynů.
- Efektivní využití podpůrných simulačních výpočtů, matematických modelů a softwarových systémů.
- Zpětná vazba z praktických aplikací.
- Koncepční přístup. Vhodná kombinace teorie, experimentů a praxe pro komplexní a ověřené řešení.

Posluchači se naučí aplikovat teoretické znalosti na konkrétní praktické případy. Naučí se pracovat s odbornou literaturou.
Seznámí se s nejnovějšími metodami v daném oboru a se způsoby jak je aplikovat. Uvědomí si nutnost součinnosti resp. týmové práce. Vyzkouší si řešení praktických problémů z různých oblastí daného oboru pomocí profesionálních či vlastních softwarových systémů.
Prerekvizity:
Základní znalosti z předmětů absolvovaných v předchozím semestru, zejména tepelných pochodů.
Obsah předmětu (anotace):
V současné době se stává potřeba efektivního využívání energetických zdrojů naprostou prioritou. Jedná se jak o sféru komunální tak průmyslovou. Přitom je třeba objektivní pohled na danou situaci, tzn. je nutné vycházet ze současných možností závislosti na fosilních palivech, ale zároveň maximálně (přitom však realisticky) využívat obnovitelné zdroje energie.

V prvé řadě je předmět orientován na úspory energie a redukci emisí v procesním průmyslu, energetice a komunální sféře. Zaměření předmětu odráží skutečnost: "Vytvoříme-li emise, nelze je zničit." Tímto faktem je dán hlavní cíl – minimalizovat spotřebu energie a tím i tvorbu emisí (CO2, NOx, SOx,...). Část předmětu je věnována realizaci úspor energie a snížení tvorby škodlivých emisí prostřednictvím tzv. integrace procesů či tepelné integrace (Process Integration / Heat Integration) založené na metodice "Pinch Analysis" včetně ekonomických a ekologických aspektů. Dále je pozornost věnována kombinované výrobě tepelné a elektrické energie (kogeneraci), externím energetickým zdrojům, termodynamickým cyklům (jak konvenčním tak nově vyvíjeným), energetickému využití odpadů a biomasy jako alternativních či obnovitelných zdrojů energie.

Prezentovány jsou moderní metody založené na koncepčním přístupu, který je umožněn aplikací principů procesního inženýrství na energetické systémy dodávající energii velkým i malým spotřebitelům. Tato jedinečná kombinace se v posledním období velmi osvědčila a aplikuje se u nás i v zahraničí. Autory této koncepce jsou tvůrci tohoto předmětu s využitím "know-how" špičkových odborníků z praxe.
Metody vyučování:
Přednášky: prezentace celkového přehledu, základních principů, konkrétních aplikací z předmětné oblasti. Prezentace jsou v angličtině s nutným českým překladem.

Cvičení: praktické zvládnutí problematiky, semestrální práce.
Způsob a kritéria hodnocení:
Podmínky udělení zápočtu:
Aktivní účast ve cvičeních a zpracování semestrální práce.

Zkouška:
Hodnocení probíhá ve dvou stupních:
- Písemné testy (bodově hodnocené) a hodnocení semestrální práce. Pokud student obdrží v nejhorším případě známku „E“ z testu i semestrální práce, postoupí k ústní zkoušce.
- Ústní zkouška: Studenti prokazují znalosti na základě porozumění problematice nikoliv pouhého memorování (obhajoba semestrální práce, vysvětlení principů s využitím prezentací z přednášek).
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky:
Výuka je prováděna v počítačové učebně. Cvičení jsou povinná, semestrální práce je předpokladem k udělení zápočtu i připuštění k ústní zkoušce.
Typ (způsob) výuky:
    Přednáška  13 × 2 hod. nepovinná                  
    Cvičení s počítačovou podporou  13 × 2 hod. povinná                  
Osnova:
    Přednáška 1. Úvod: spotřeba energie,škodlivé emise a odpady.
2. Možnosti redukce spotřeby energie,teplosměnné sítě,ext.energ.zdroje.
3. Integrace procesů a metody její realizace.Metodika 'Pinch Analysis'.
4. Termodynamická analýza, kompozitní křivky, PINCH.
5. Analýza energetických a investičních nákladů, 'targeting'.
6. Návrh teplosměnné sítě pro redukci spotřeby energie a celk. nákladů.
7. Externí energ.zdroje,integrace tepel.strojů,lok. a globální emise.
8. Nový návrh a rekonstrukce za účelem redukce spotř. energie a emisí.
9. Energetické manažerství a trvale udržitelný rozvoj.
10. Kogenerace a její využití (principy, význam).
11. Konvenční a nově vyvinuté termodynamické cykly.
12. Systémy energetického využití odpadů a biomasy.
13. Primární a sekundární opatření pro redukci škodlivých emisí.
    Cvičení s počítačovou podporou 1. Jednoduché příklady na zopakování základních zákonitostí.
2. Zadání semestrální práce a vysvětlení teorie, práce s literaturou a význam praktické aplikace práce.
3. Energetické bilance, entalpie spalin.
4. Aplikace vlastního softwarového systému W2E.
5. Pára jako médium v energetických systémech a parní generátory.
6. Spaliny jako médium v energetických systémech.
7. Kotle na odpadní teplo za spalovací turbinou.
8. Kotle na odpadní teplo v aplikacích "Waste-to-Energy".
9. Parní turbíny.
10. Kogenerační výroba.
11. Systémy čištění spalin.
12. Koncepční energetika a ekonomické modely.
13. Odevzdání semestrální práce a zápočet.
Zařazení předmětu ve studijních programech:
Program Forma Obor Spec. Typ ukončení   Kredity     Povinnost     St.     Roč.     Semestr  
M2I-P prezenční studium M-PRI Procesní inženýrství P pro absolventy B-EPP zá,zk 6 Povinný 2 1 L
M2I-P prezenční studium M-PRI Procesní inženýrství -- zá,zk 6 Povinný 2 1 L
M2I-Z příjezd na krátkodobý studijní pobyt M-STI Strojní inženýrství -- zá,zk 6 Doporučený kurs 2 1 L