Detail předmětu

Energie a emise

FSI-KEE-AAk. rok: 2026/2027

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.

Jazyk výuky

angličtina

Počet kreditů

6

Garant předmětu

prof. Ing. Petr Stehlík, CSc., dr. h. c.

Zajišťuje ústav

Ústav procesního inženýrství (ÚPI)

Nabízen zahraničním studentům

Všech fakult

Vstupní znalosti

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.

Pravidla hodnocení a ukončení předmětu

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.

Učební cíle

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 literatura

Heinz, B., Singh, M.: Steam Turbines–Design, Applications and Rerating. McGraw-Hill, New York (2009) (EN)
Lun, Y. H. V.; Tung, S. L. D.: Heat Pumps for Sustainable Heating and Cooling. Springer Cham, 2019. (EN)
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 (EN)
Sjaak, V., Koppejan, J.: Handbook of Biomass Combustion and Co-firing, ISBN 9036517737. Twente University Press, Enschede, The Netherlands (2002) (EN)

Doporučená literatura

Branchini, L.: Waste-to-energy: advanced cycles and new design concepts for efficient power plants. Springer (2015) (EN)
Brown, T.: Engineering economics and economic design for process engineers. CRC Press (2016) (EN)
Klemeš, J. J. (ed.). Handbook of Process Integration (PI). Woodhead Publishing. 2013 (EN)
Garay-Martinez, R.; Garrido-Marijuan, A. (eds.): Handbook of Low Temperature District Heating. Green Energy and Technology. Springer, Cham, 2022 (EN)
Huggins, R. A.: Energy Storage: Fundamentals, Materials and Applications. Springer, Cham, 2016 (EN)
Schaltegger, S. et al. (eds.): Corporate Carbon and Climate Accounting. Springer, Cham, 2016 (EN)
Smith, R.: Chemical process: design and integration. John Wiley & Sons (2005) (EN)
Wu, C.: Thermodynamic cycles: computer-aided design and optimization. CRC Press (2003) (EN)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program N-PRI-P magisterský navazující 1 ročník, letní semestr, povinný, je součástí profilujícího základu
  • Program N-ENG-A magisterský navazující 1 ročník, letní semestr, povinně volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

prof. Ing. Petr Stehlík, CSc., dr. h. c.

Osnova

  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.

Cvičení s počítačovou podporou

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

prof. Ing. Petr Stehlík, CSc., dr. h. c.

Osnova

Cvičení s počítačovou podporou. Řešení úloh k přednášeným tématům na základě informací z přednášek.
Tento předmět vznikl za podpory projektu Akcelerace zelených dovedností a udržitelnosti na VUT v Brně s reg. č. NPO_VUT_MSMT-2143/2024-5.