Contents
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Energy Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.1 The Energy Cycle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.1.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.1.2 Energy and Power: Natural Forms of Energy . . . .
1.1.3 Units of Measurement in Energy Systems . . . . . .
1.1.4 Energy Availability in Nature. . . . . . . . . . . . . . .
1.1.5 Classification of Energy Sources. . . . . . . . . . . . .
1.2 Closed Cycles of Energy Resources . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2.1 The ‘‘Measurable’’ Definition of Sustainability . . .
1.2.2 The Earth, as an ‘‘Open’’ Energy System, Allows
the Realisation of Closed Cycles. . . . . . . . . . . . .
1.3 Energy Systems. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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Energy Resources . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.1 Definition of Energy Potential. . . . . . .
2.2 The Earth’s Energy Balance . . . . . . . .
2.3 Renewable Sources . . . . . . . . . . . . . .
2.3.1 Solar Energy (Direct) . . . . . . .
2.3.2 Hydropower . . . . . . . . . . . . . .
2.3.3 Wind . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3.4 Biomass . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3.5 Geothermal . . . . . . . . . . . . . .
2.3.6 Other . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3.7 Current Renewable Energy Use
2.4 Non-renewable Energy Sources . . . . . .
2.4.1 Coal . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.4.2 Oil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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2.4.3
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2.4.5
References
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Tar Sands. . . .
Natural Gas . .
Nuclear Power
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Energy Vectors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.1 The Need for Energy Transportation and Storage . . . . . . . .
3.2 Attitude to Energy Transportation in Space and Time
and Range of Application . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3 Duration and Range of Transfers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.4 Characteristics of Energy Vectors . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.4.1 Ways and Means of Storage, Transportation
and Distribution of Vectors . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.5 Analysis of the Main Energy Vectors. . . . . . . . . . . . . . . . .
3.5.1 Oil as Energy Vector. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.5.2 Coal as Energy Vector. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.5.3 Natural Gas as Energy Vector . . . . . . . . . . . . . . . .
3.5.4 Electricity as Energy Vector. . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.5.5 Hydrogen as Energy Vector . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.5.6 Synthetic Fuels as Energy Vectors . . . . . . . . . . . . .
3.5.7 Heat-Transfer Fluids as Energy Vectors. . . . . . . . . .
3.5.8 Mechanic Energy as Energy Vector . . . . . . . . . . . .
3.5.9 Radiant Energy as Energy Vector . . . . . . . . . . . . . .
3.6 The Era of Energy Vectors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.6.1 Possible Production from Different Primary Sources .
3.6.2 Environmental Compatibility During Use. . . . . . . . .
3.6.3 Conversion Efficiency . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Energy Conversion and Transformation Plants . . . . . . . . . . . .
4.1 Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2 Energy Conversion Plants. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2.1 Mechanical Energy-to-Electric Power
Conversion Plants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2.2 Radiant Energy-to-Electric Power Conversion Plants.
4.2.3 Chemical Energy-to-Electric Power
Conversion Plants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2.4 Chemical Energy-to-Mechanical Energy
Conversion Plants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2.5 Radiant Energy-to-Thermal Energy
Conversion Plants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2.6 Thermal Energy-to-Chemical Energy
Conversion Plants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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Contents
vii
4.2.7
Electric Power-to-Chemical Energy
Conversion Plants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2.8 Radiant Energy-to-Chemical Energy
Conversion Plants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2.9 Electric Energy-to-Thermal Energy
Conversion Plants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2.10 Electric Power-to-Radiant (Luminous) Energy
Conversion Plants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.3 Energy Transformation Plants . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.3.1 Chemical Energy Transformation Plants . . . .
4.3.2 Thermal Energy Transformation Plants . . . . .
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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Distributed Generation and Cogeneration . . . . . . . . .
5.1 Distributed Generation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.1.1 General Features of Conversion Plants . . .
5.1.2 Scale Economies. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.1.3 Energy Sources and Distributed
Generation Technologies . . . . . . . . . . . . .
5.1.4 From Concentrated Production to
Distributed Production . . . . . . . . . . . . . . .
5.1.5 Type One and Two Distributed Generation
5.2 Combined Production of Electric Power and Heat:
Cogeneration. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2.1 Cogeneration Technologies . . . . . . . . . . .
5.2.2 Typical Indexes of Cogeneration Plants . . .
5.2.3 District Heating . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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Energy Useful Effect and End Use . . . . . . . .
6.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.2 Thermal End Use . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.2.1 Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.2.2 Thermal End Use with Heat Pump
6.3 Luminous End Use . . . . . . . . . . . . . . . .
6.3.1 Interior Lighting . . . . . . . . . . . . .
6.3.2 Elements of Photometry. . . . . . . .
6.3.3 Natural Light . . . . . . . . . . . . . . .
6.3.4 Artificial Light . . . . . . . . . . . . . .
6.4 Mechanic End Use. . . . . . . . . . . . . . . . .
6.5 Electric/Electronic End Use . . . . . . . . . .
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Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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