Primary, Final & Useful Energies
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- João Pedro Clementino Pinho
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1 Primary, Final & Useful Energies Samuel Niza
2 Forms of Energy - Primary energy
3 Forms of Energy Primary energy embodied in resources as it is found in nature Final energy sold to final consumers such as households or firms (electricity, diesel, processed natural gas) Useful energy in the form that is used: light, heat, cooling and mechanical power (stationary or transport) Productive energy the fraction of useful energy that we actually use
4 A sua unidade física depende da forma de energia, kwh na eletricidade, litros na gasolina, m3 no gás natural, kg no fuelóleo e propano.
5 Forms of Energy Primary energy embodied in resources as it is found in nature (coal, oil, natural gas in the ground) Final energy sold to final consumers such as households or firms Useful energy in the form that is used: light, heat, cooling and mechanical power (stationary or transport) Productive energy the fraction of useful energy that we actually use
6 Forms of Energy - Final energy
7 Forms of Energy Primary energy embodied in resources as it is found in nature (coal, oil, natural gas in the ground) Final energy sold to final consumers such as households or firms (electricity, diesel, processed natural gas) Useful energy in the form that is used: light, heat, cooling and mechanical power (stationary or transport) Productive energy the fraction of useful energy that we actually use
8 Forms of Energy - Useful energy
9 Forms of Energy Primary energy embodied in resources as it is found in nature (coal, oil, natural gas in the ground) Final energy sold to final consumers such as households or firms (electricity, diesel, processed natural gas) Useful energy in the form that is used: light, heat, cooling and mechanical power (stationary or transport) Productive energy the fraction of useful energy that we actually use
10 From Primary Energy to Energy Services IAASA - Global Energy Assessment 2012 Energy Supply energy flows driven by resource availability and conversion technologies
11 From Primary Energy to Energy Services IAASA - Global Energy Assessment 2012 The energy supply sector dealing with primary energy is referred as upstream activities
12 From Primary Energy to Energy Services IAASA - Global Energy Assessment 2012 The energy supply sector dealing with secondary energy is referred as downstream activities
13 From Primary Energy to Energy Services IAASA - Global Energy Assessment 2012 Energy Demand Energy system is service driven
14 Energy Units and Scales How much energy we ingest daily? How much energy do you spend per hour using an electric heater?
15 Units Joule (J) - A force of 1 N moving an object for 1 m Calorie (cal) - Heat 1g of water at 14.5º by 1ºC (4,186J) Watt hour (Wh) - 1J/s x 3600 s =3600 J Ton of oil equivalent (toe) - The amount of energy released by burning one ton of crude oil, approximately 41,9 GJ /11,630 MWh / 7,4 barrels of oil Ton of coal equivalent (tce) - The amount of energy released by burning one ton of coal, approximately 29,3 GJ British Thermal unit (Btu) - Amount of energy needed to heat 1 pound (0.454 kg) of water at 60º by 1ºF ,055 J =1,055 kj
16 Energy Units and Scales IAASA Global Energy Assessment 2012
17 Energy Units and Scales IAASA Global Energy Assessment 2012
18 Energy Units and Scales Activities (kj) IAASA Global Energy Assessment 2012
19 Energy Units and Scales IAASA Global Energy Assessment 2012
20 Energy Units and Scales Activities (MJ-GJ or kwh=3.6mj) IAASA Global Energy Assessment 2012
21 Energy Units and Scales Activities (MJ-GJ or kwh=3.6mj) 1 Cal = 0, MJ IAASA Global Energy Assessment 2012
22 Energy Units and Scales IAASA Global Energy Assessment 2012
23 Energy Units and Scales Activities (GJ-TJ or toe=41.87gj) IAASA Global Energy Assessment 2012
24 Energy Units and Scales Activities (GJ-TJ or toe=41.87gj) In early agricultural societies GJ/capita/year 2/3 for food and feed 1/3 for cooking, heating and early industrial activities In UK in the mid-19 th century 100 GJ/capita/year In Portugal in GJ/capita/year
25 Energy Units and Scales IAASA Global Energy Assessment 2012
26 Energy Units and Scales IAASA Global Energy Assessment 2012
27 Energy Units and Scales IAASA Global Energy Assessment 2012
28 Energy Units and Scales IAASA Global Energy Assessment 2012
29 Sun energy enough? 29 Fonte: IEA - Solar energy perspectives, 2011
30 Energy in Portugal
31 Energy in Portugal Oil is the main energy used Some energy sources are mainly used to produce electricity (e.g. coal)
32 Energy transition Samuel Niza
33 Primary Energy Use Lines - Population Bars - Primary energy use* White - industrialized countries Gray - developing countries Grubler, A. Energy Transitions *Energy use data includes estimates of noncommercial energy use
34 Primary Energy Use Grubler, A. Energy Transitions Primary energy use increased more than 20-fold in 200 years Heterogeneity in per capita primary energy use: In industrialized countries population increased linearly while primary energy use increased exponentially until recently In developing countries energy use increased proportionally to population until recently Primary Energy Mix?
35 Primary Energy Mix IAASA Global Energy Assessment 2012
36 Primary Energy Mix
37 Primary Energy Mix Mostly biomass in 1850 Increasing diversification of energy vectors The first transition was from biomass to coal, followed by the transition from coal to oil, which currently remains the largest source of primary energy, although natural gas is steadily increasing its share.
38 Primary Energy Mix Energy Transition: The switch from an economic system dependent on one or a series of energy sources and technologies to another (Fouquet & Pearson, 2012)
39 World electricity production
40 World electricity production
41 World electricity production
42 World electricity production
43 World electricity production Gulf War
44 World electricity production
45 World Final Energy, Grid: Natural gas and electricity Liquids: Oil Solids: Coal and biomass Grubler, A. Energy Transitions
46 World Final Energy, Heterogeneity in final energy quality Developing OECD Grid: Natural gas and electricity Liquids: Oil Solids: Coal and biomass Grubler, A. Energy Transitions
47 Final Energy per capita in 2010 IAASA Global Energy Assessment 2012
48 IAASA Global Energy Assessment 2012 What is Final Energy used for? UK
49 Regular expansion of energy services in 19 th dominated by heat and transport High volatility What is Final Energy used for? due to political and economic events Moderated growth after 1950 UK Decline in industrial energy services compensated by strong growth in transport Saturated at a level of 6 EJ or 100 GJ/capita
50 From Primary Energy to Energy Services IAASA Global Energy Assessment 2012
51 From Primary Energy to Energy Services Increasing efficiencies in converting primary energy to energy services Ranges between a factor of 5 for transportation and 600 for lighting IAASA Global Energy Assessment 2012
52 Lower prices of energy services Price of Energy Services Ranges between a factor of 10 for heating and 70 for lighting IAASA Global Energy Assessment 2012
53 Primary Energy Mix IAASA Global Energy Assessment 2012
54 Sankey Diagrams Samuel Niza
55 From primary to useful
56 Procura Oferta Representação esquemática dos fluxos energéticos Diagrama de Sankey Transformação de energia: Energia primária Barragens, centrais termoeléctricas, torres eólicas,... Refinarias, Transp. combustíveis, redes eléctricas, Conversão de energia: Motores eléctricos,... Lâmpadas, Motores térmicos, Energia final Degradação de energia primária Degradação de energia final Utilização de energia: Produção,... Transporte, Conforto, Energia útil Desperdício de energia Energia produtiva
57 Diagrama de Sankey E E final primary E E E useful final productive E useful
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59 Oferta Procura Diagrama de Sankey Exemplo Iluminação para leitura de um livro Transformação de energia: Extracção Ciclo combinado Transporte de electricidade na rede eléctrica Conversão de energia: Lâmpadas Gás natural Electricidade 100% 55% 90% 45% Calor, Utilização de energia: Iluminação Luz 5,5% 50% Calor, radiação não visível Luz absorvida pelas paredes Degradação de energia associada à procura ~ 1 (2,75 / 55) = 95%!!! 2,75% Luz incidente sobre o livro
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61 Oferta Procura Diagrama de Sankey Exemplo Transporte de casa ao IST Transformação de energia: Extracção Refinação Transporte de combustível Conversão de energia: Motor térmico Petróleo Gasolina 100% 5% 95% 70% Calor, Utilização de energia: Transporte Movimento 66% 20% Calor, Tráfico rodoviário, Degradação de energia associada à procura ~ 1 (13 / 95) = 86%!!! 13% Transporte de casa ao IST
62 Sankey diagram for Porto Area, 2009
63 IAASA Global Energy Assessment 2012 World Sankey Diagram in 2005 Unit:EJ
64 IAASA Global Energy Assessment 2012 World Sankey Diagram in 2005 Unit:EJ
65 IAASA Global Energy Assessment 2012 World Sankey Diagram in 2005 Unit:EJ
66 IAASA Global Energy Assessment 2012 World Sankey Diagram in 2005 Unit:EJ
67 World Sankey Diagram in 2005 E final useful? E primary? E E final
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