Energie a emise (FSI-KEE-A)

Studenti získají informace a znalosti z následujících oblastí:

• Kritéria pro hodnocení ekonomických činností v energetickém sektoru z hlediska klimatické udržitelnosti.
• Fosilní i alternativní energetické zdroje.
• Energetické systémy v průmyslových procesech a komunální sféře a jejich integrace.
• Optimalizace 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.
• Koncepční přístup. Vhodná kombinace teorie, experimentů a praxe pro komplexní a ověřené řešení.
• Znalost souvislostí a postupů řešení od investičního plánování až po detaily navržených aparátů.

Studenti se naučí aplikovat teoretické znalosti na konkrétní praktické případy formou zpracování semestrální práce. 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 in-house softwarových systémů.

Po absolvování předmětu "Energie a emise" student:

• Dokáže aplikovat znalosti z teoretických i praktických předmětů (např. návaznost na "Tepelné pochody").
• Bude rozumět relaci mezi spotřebou paliv, výrobou energie a tvorbou emisí skleníkových plynů a vzdušných polutantů. Relaci bude schopen popsat a vyčíslit pro vybrané případy.
• Dokáže se orientovat v aktuálních trendech v oblasti výroby energie a teplárenství v kontextu dekarbonizace.
• Student bude mít přehled o základní legislativě související s hospodařením s energií, bude umět posoudit, zda daná činnost nebo technologie splňuje podmínky udržitelnosti.
• Rozšíří své znalosti nejnovějších metod v dané oblasti využívaných ve světě a originálních a unikátních přístupů vyvinutých na pracovišti vyučujících.
• Zdokonalí schopnosti orientovat se v odborné literatuře, především zahraniční. Bude znát specifické odborné termíny.

Dokáže prakticky aplikovat nabyté vědomosti při řešení reálných problémů (toto bude probíhat zejména v rámci semestrální práce).

Základní znalosti z oblasti termomechaniky (entalpie, stavové rovnice ideálního plynu, termodynamické zákony, Rankinův cyklus, stavy páry, parní tabulky). Znalost předmětů magisterského studijního programu v předchozím semestru, zejména Tepelných pochodů (KTP-A) a Bilancování procesních a energetických systémů (KBP) – problematika bilancování hmoty a energie.

Příslušné znalosti z předmětu KBP (např. bilancování systémů v širších souvislostech, uhlíková stopa, metoda Material Flow Analysis (MFA), výpočet bilance spalování paliv, výpočet entalpie směsi, oblast legislativy) je možné si ověřit v e-learningovém modulu. Zejména studenti, kteří tento předmět neabsolvovali, si mohou v tomto modulu potřebné znalosti také doplnit před zahájením kurzu nejpozději však v jeho prvních týdnech formou samostudia.

Efektivní využívání energetických zdrojů (v průmyslové i komunální sféře) je v současnosti klíčovou prioritou s ohledem na cíle dekarbonizace, ochrany klimatu a adaptace na změny klimatu, jak jsou definovány v EU Taxonomii. Předmět se zaměřuje na transformaci energetického sektoru včetně výroby, distribuce a spotřeby energie směrem k postupné dekarbonizaci a udržitelnému rozvoji. Důraz je kladen na přechod k obnovitelným zdrojům energie, ale i k efektivnímu využívání energetických systémů založených na fosilních palivech a minimalizaci emisí skleníkových plynů a vzdušných polutantů.

Kurz klade hlavní důraz na úspory energie, snižování uhlíkové stopy a implementaci inovativních řešení v energetice, teplárenství a průmyslových procesech. Zabývá se přechodem k obnovitelným zdrojům energie a modernizací současných energetických systémů s ohledem na aktuální trendy (komunitní energetika, tepelná čerpadla, centrální zásobování teplem 4. a 5. generace, akumulace energie). Tato změna je rámována legislativou na úrovni EU. Student si má možnost rozšířit znalosti v rámci připraveného specializovaného e-learningového modulu. Část předmětu je věnována realizaci úspor energie a snížení tvorby škodlivých emisí a skleníkových plynů prostřednictvím tzv. integrace procesů či tepelné integrace včetně ekonomických a ekologických aspektů. Jsou vysvětleny postupy pro snižování emisí skleníkových plynů a škodlivých látek prostřednictvím primárních a sekundárních opatření.

Prezentovány jsou moderní metody založené na koncepčním přístupu, který je umožněn aplikací principů procesního inženýrství na energetické systémy dodávající energii velkým i středním spotřebitelům. Je představena metoda integrace procesů, která maximalizuje využití tepla uvnitř procesů a provozů, s cílem maximálního využití dostupného tepla uvnitř procesu (včetně tepla odpadního), čímž se snižuje potřeba dodávky tepla z tzv. externích energetických zdrojů (jako je např. horká voda, pára z parní turbíny, spaliny ze speciálních spalovacích komor).

Moderní koncepční přístupy integrující ekologické a ekonomické cíle v energetice zahrnují i podporu oběhového hospodářství a adaptaci energetických systémů na extrémní klimatické podmínky. Tímto předmět poskytuje komplexní přehled o energetických postupech a technologiích, které odpovídají požadavkům na udržitelnost a přispívají k naplnění klimatických cílů.

Podmínky udělení zápočtu:

• Aktivní účast ve cvičeních a zpracování semestrální práce s hodnocením min E (51 a více bodů).
• Semestrální práce (0-50 bodů…F, 51-60 bodů…E, 61-70 bodů…D, 71-80 bodů…C, 81-90 bodů…B, 91-100 bodů...A)

Výuka je prováděna v počítačové učebně. Cvičení jsou povinná. Je tolerovaná jedna absence. Další absence pouze z vážných důvodů s prokazatelným doplnění látky probírané ve cvičeních). Úspěšně ukončená semestrální práce je předpokladem k udělení zápočtu i připuštění k ústní zkoušce.

Zkouška:

Hodnocení probíhá ve čtyřech odděleně hodnocených částech, kdy každý stupeň má svoji váhu pro výpočet celkové známky:

• Písemné testy (bodově hodnocené, váha 25 %; 0-5,0 bodů…F, 5,1-6,0 bodů…E, 6,1-7,0 bodů…D,
  7,1-8,0 bodů…C, 8,1-9,0 bodů…B, 9,1-10,0 bodů...A)
• Výpočtové příklady (bodově hodnocené, váha 25 %; 0-5,0 bodů…F, 5,1-6,0 bodů…E, 6,1-7,0 bodů…D, 7,1-8,0 bodů…C, 8,1-9,0 bodů…B, 9,1-10,0 bodů ...A)

Pokud student obdrží v nejhorším případě známku „E“ z Písemného testu i Výpočtových příkladů, 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), bodově hodnocené, váha 25 %; 0-5,0 bodů…F, 5,1-6,0 bodů…E, 6,1-7,0 bodů…D, 7,1-8,0 bodů…C, 8,1-9,0 bodů…B, 9,1-10,0 bodů...A)
• Semestrální práce (váha 25 %; viz výše uvedené hodnocení)

Celkové hodnocení: A až F po vyhodnocení výsledků ze všech výše uvedených částí.

1. Trendy a výzvy v energetickém sektoru.


2. Energetická legislativa na úrovni EU


3. Získávání energie spalováním paliv jako jednotková operace


4. Obnovitelná a alternativní paliva a jejich využití


5. Parní kotle a parní turbíny


6. Výroba energie v dalších typech energetických zařízeních


7. Tepelná čerpadla


8. Teplárenství a jeho role v systémech dodávky energie


9. Výroba energie, spotřeba energie a akumulace energie


10. Integrace procesů 1: Termodynamická analýza, využití tepla


11. Integrace procesů 2: Výběr externích energetických zdrojů a integrace tepelných strojů, retrofit)


12. Hodnocení produkce skleníkových plynů a jejich reporting


13. Primární a sekundární opatření pro redukci škodlivých emisí.

Lund, H.: Renewable Energy Systems: A Smart Energy Systems Approach to the Choice and Modeling of Fully Decarbonized Societies. 3rd ed. Academic Press / Elsevier, 2024

Lun, Y. H. V.; Tung, S. L. D.: Heat Pumps for Sustainable Heating and Cooling. Springer Cham, 2019.

Schaltegger, S. et al. (eds.): Corporate Carbon and Climate Accounting. Springer, Cham, 2016

Huggins, R. A.: Energy Storage: Fundamentals, Materials and Applications. Springer, Cham, 2016

Garay-Martinez, R.; Garrido-Marijuan, A. (eds.): Handbook of Low Temperature District Heating. Green Energy and Technology. Springer, Cham, 2022