Анализа добијања електричне енергије из ... sladjana stepic...

Анализа добијања електричне енергије из енергије ветра на локацији Смедеревске

Паланке Слађана Степић

Факултет техничких наука, Чачак Техника и информатика, мастер, 2015.

[email protected] Ментор рада: Проф. др Снежана Драгићевић

Апстракт—Рад има за циљ да покаже анализу добијања електричне енергије из енергије ветра. У раду је детаљно објашњен начин рада ветротурбина и како се добија електрична енергија помоћу ветрогенератора. У програмском пакету RETScreen је симулирана производња електричне енергије на локацији Смедеревске Паланке. Кључне речи – Енергија ветра, ветротурбина, конверзија, RETScreen

1 УВОД

У историји, људи су помоћу ветрењаче вадили воду из бунара, проветравали затворене просторе, као што су затвори, млели житарице, покретали бродове, секли дрва у стругарама итд.

Последњих година се та енергија ветра претвара у електричну енергију. О начину на који се то постиже речи у даљем тексту.

Главна предност ветрењаче је та, да може да се постави где год има ветра, што значи да се могу поставити на свим неискоришћеним земљиштима, где је земља неплодна. Друга, не мање важна предност, је да не ремети животну средину, тј. не ремети кретање животињског света као хидроелектране и не заузима много простора (на земљи).

Мане ветрењача су звукови које оне производе, то су константни шуштајући звукови, који сметају нашем слуху. Мана можда може бити и њена величина ако се постави близу неког аеродрома, јер ветрењаче од пар MW-и које имају елисе пречника до 90 m могу да сметају ваздушном саобраћају.

Циљ овог рада је анализа могућности коришћења енергије ветра за производњу електричне енергије уз помоћ ветрогенератора.

Такође, у програмском пакету RETScreen ће се анализирати колики је енергетски потенцијал ветра на одређеним локацијама.

2 ЕНЕРГИЈА ВЕТРА Енергија ветра је кинетичка енергија коју поседује ваздух који струји. Количина енергије углавном зависи од

брзине ветра, али је такође у мањој мери зависна од густине вазуха, на коју утичу температура и притисак ваздуха и висина.

Код ветрогенератора, снага излазне енергије расте са порастом брзине ветра. Због тога је већина најисплативијих ветрогенератора лоцирана у ветровитим областима. На брзину ветра утиче конфигурација терена па се због тога ветрогенератори подижу на високим торњевима.

Брзина ветра мери се анемометром или анемографом. У досадашњој метеоролошкој пракси, најчешће се користи Фусов анемограф, који мери правац, средњу и тренутну брзину ветра. Све три величине се региструју непрекидно на анемографској траци. Детекторски део анемографа обично се налази 10 m изнад тла, на стубу у кругу метеоролошке станице. У новије време, мерења података о ветру врше се помоћу дигиталних уређаја за прикупљање података јер стандардни метеоролошки подаци нису довољно добри за примену у ветроенергетици.

Веома је интересантан и параметар који дефинише ветар, а то су удари ветра. Удар ветра је брзина ветра у трајању од неколико секунди. У Србији је добро познат североисточни ветар, кошава који има честе ударе великог интензитета. Рецимо, када је средња брзина десет метара у секунди, удари достижу и дупло већу вредност. Правац остаје исти и при тим ударима. [1]

Сада, а и у будућности енергија ветра се показала као најозбиљнији обновљив извор енергије при достигнутом развоју технологије.

Основни разлози за то су: велика количина енергије, могућност претварања у електричну енергију помоћу ветрогенератора, пад цена ветрогенератора и пратеће опреме сразмерно све већој употреби енергије ветра, еколошки потпуно чист начин претварања енергије, мала заузетост земљишта.

Енергетске кризе, смањење залиха фосилних горива и огромно загађивање планете утицали су да се индустрија за производњу ветрогенератора (ВТГ) последњих 30 година развијала у свету скоро истом динамиком као и индустрија рачунарске опреме, а данас се сматра врло стабилном и перспективном. [2]

2.1 Утицај ветротурбина на животну средину Повезаност глобалне енергетске кризе и еколошких проблема, односи се на проблем добијања еколошки

чисте енергије (''green energy''). Еколошке предности производње електричне енергије из обновљивих извора и развој технологија у овој области, у све већој мери омогућавају да мале електране постају конкуренти на тржишту електричне енергије.

На глобалном нивоу се производња електричне енергије базира на примарним фосилним горивима (угаљ, нафта и гас). Рад нуклеарних и електрана на фосилна горива прате и појаву загађења и штетних утицаја, док код електрана на ветар то није случај. Сагоревање фосилних горива за последицу има низ глобалних и локалних еколошких проблема.

Емитовање штетних гасова у атмосферу, загревање вода река и њихово загађење и гомилање остатака сагоревања угља, нарушавање околине површинским коповима угља, су фактори који значајно деградирају околину, а последице по становништво, животињски и биљни свет на тим просторима, могу бити значајне. Ове чињенице обично се не узимају у обзир, када се врше економске калкулације оправданости повећавања производње електричне енергије из угља, тако да су ови прорачуни најчешће неповољни у односу на оне урађене за изворе обновљиве енергије, за које су посматрани фактори утицаја на околину неупоредиво мањи, или скоро занемарљиви.

Један од највећих глобалних загађивача је енергетика, гледано кроз емисију загађујућих материја и отпад који се ствара као последица производње. Штетни утицаји на животну средину од производње електричне енергије, могу се поделити на три групе: емисија штетних гасова (без емисије CO2), емисија CO2, отпад који настаје у процесу производње (радиоактивни, пепео, гипс, уља).

Могући негативни утицаји су: ометање електромагнетних таласа, односно радио и телекомуникација, визуелни ефекат, механичке вибрације, заузимање површине земљишта, утицаји на птице (многе птице изгубе живот услед летења у лопатице турбина) и слепе мишеве, бука која настаје при проласку крила кроз заветрину стуба коју праве лопатице при кретању кроз ваздух. Ови негативни утицаји ветрогенератора на животну средину се новим технологијама могу прилично ефикасно избећи или умањити. Ови утицаји су занемарљиви у поређењу са позитивним елементима.

Очекивани позитивни утицаји су: ветрогенератори су погодни за добијање енергије на изолованим подручјима, цена добијене енергије је компаративна са ценом добијеном из конвенционалних извора, нема загађујућих продуката од експлоатације, имају кратак рок изградње, од 5-10 месеци. Фарме ветрењача су изузетно економичне по питању искоришћености земљишта јер већи део земљишта (око 99%) на коме је изграђена фарма се може за време експлоатације користити за пољопривредну производњу. [3]

Да би се негативни утицаји на животну средину смањили, велике енергетске компаније приликом планирања нових капацитета се одлучују за фарме ветрењача због тога што њихова примена има економског и еколошког смисла. Сваки kWh произведен обновљивим изворима енергије, замењује исти који би са друге стране требао да буде произведен у електранама на фосилно гориво, што има за последицу редукцију негативних утицаја на животну средину, а нарочито емисије CO2 у атмосферу. Међу свим обновљивим изворима енергије, енергија ветра је рангирана као једна од најјефтинијих опција за смањење емисије CO2, али и смањење емисије других загађујућих материја. [4]

3 ТЕХНОЛОГИЈА КОРИШЋЕЊА ЕНЕРГИЈЕ ВЕТРА

Претварање енергије ветра у електичну енергију врши се помоћу ветрогенератора. Ветрогенератор претвара кинетичку енергију ваздуха који се креће (ветра) помоћу лопатица ротора (елисе), преносног механизма и електрогенератора у електричну енергију.

Ветрогенератор не може да трансформише целокупну кинетичку енергију ветра који струји кроз површину коју обухватају краци ротора. Алберт Дец је 1919. годне доказао да се максимално 59% укупне кинетичке енергије ветра може претворити у механичку енергију ротора ветрогенератора. Произвођачи ветрогенератора углавном дају криву излазне снаге у зависности од брзине ветра (слика 1).

Слика 1. Улазно-излазна карактеристика ветрогенератора номиналне снаге 660 kW

Данашњи ветрогенератори почињу да производе електричну енергију већ при брзини ветра од 2,5 m/s, а

заустављају се из безбедносних разлога при брзини од 25 m/s. Ветрогенератор може да обезбеди економичну производњу струје уколико је средња годишња брзина ветра већа од 6 m/s.

На брзину ветра утичу многи фактори (храпавост терена, присуство природних и вештачких препрека као и други топографски елементи). Пошто се ови параметри разликују од локације до локације потребно је приликом избора локације водити рачуна да се досегне што повољнија средња годишња брзина ветра. Од тога директно зависи количина произведене електричне енергије. [2]

Мали и врло мали ветрогенератори снаге до 3 kW праве се директним повезивањем елисе и

електрогенератора без преносног механизма (редуктора) чиме им се смањује цена. Намењени су индивидуалној употреби и најчешће служе за пуњење акумулатора тамо где не постоји електрична мрежа, а енергија се обично користи за осветљење и ТВ пријемник (слика 2- лево).

Слика 2. Ветрогенератор мале снаге, до 3 kW (лево); Ветрогенератор средње снаге, од 10 до 30 kV (средина); Ветроелектрана (десно)

Ветрогенератори средњих снага до неколико десетина киловата дају трофазну струју и обично се прикључују

на нисконапонску дистрибутивну мрежу. На излазу ветрогенератора добија се наизменична трофазна струја напона 690 V и фреквенције 50/60 Hz. Помоћу трансформатора се напон подиже на 10 - 30 kV што одговара напону средњенапонских мрежа. (слика 2- средина).

Сви ветрогенератори већег капацитета (од 10 kW до 3 МW) користе се као електране, што значи да произведену енергију предају електроенергетском систему. Најчешће примењивани модерни ветрогенератори су капацитета од 500 kW до 3 МW мада се граде и већи. Најекономичнија примена ветрогенератора је њихово удруживање на погодним локацијама у такозвану фарму ветрењача. Таква електрана може да има капацитет од неколико МW до неколико стотина МW који обезбеђује више десетина ветрогенератора (слика 2- десно).. [2]

4 КОМПОНЕНТЕ ВЕТРОТУРБИНЕ

Ветротурбина је машина за конверзију кинетичке енергије ветра у механичку енергију. Ако се механичка енергија користи директно у машинама као што су пумпе или машине за млевење житарица, реч је о млиновима на ветар. Ако се механичка енергија претвара у електричну, реч је о ветрогенераторима.

Ветротурбине се могу поделити на два типа, на основу положаја осе око које се турбина окреће. Најчешће се користе хоризонталне турбине. Данас су најраспрострањенији ветрогенератори са елисом од три крила, снаге од 1 kW до 6 MW. Код ових ветрогенератора се преносни систем - редуктор и сам електрични генератор налазе на врху носећег торња. Цела конструкција се, помоћу сензора правца ветра и сервомотора, покреће тако да је елиса увек окренута нормално на правац дувања ветра. Најсложенији део је мењачка кутија која претвара лагано и неуједначено кретање елисе у брзе окрете генератора сталне учестаности. [1]

Слика 3. Основне компоненте ветротурбине

4.1 Елементи ветротурбине: Анемометар (anemometer): Мери брзину ветра и тај податак прослеђује до контролера Лопатице (blades): Већина турбина има две или три лопатице. Ветар дува преко лопатица подижући их, што

доводи до ротације (јер су лопатице причвршћене једним крајем). Кочница (brake): Диск кочница која служи да заустави ротор у случају опасности или сервисирања и може

бити механичка, електрична или хидраулична. Контролер (controler): Контролер стартује машину при брзини ветра од око 13-26 km/h и зауставља при

брзини од око 100 km/h. Турбина не сме да буде у погону при брзинама већим од 100 km/h због могућности прегревања.

Мењач (gear box): Повезује зупчаницима осовину мале брзине са осовином велике брзине и уједно повећава брзину ротације од 20-60 об/мин на отприлике 1200-1500 об/мин. колико захтева већина генератора за производњу електричне енергије. Мењач је врло скуп и тежак део турбине и истражују се генератори који раде на нижим ротационим брзинама и не захтевају мењаче.

Генератор (generator): Синхрони или асинхрони генератори. Који је тип изабран зависи од начина везивања генератора са мрежом.

Осовина велике брзине (high-speed-shaft): Директно погони генератор

Осовина мале брзине (low-speed-shaft): Директно везана на ротор и ротира од 20 до 60 об/мин Кућиште (nacelle): Ротор је везан за кућиште, које је постављено на торањ и у себи садржи: мењач, осовине

велике и мале брзине, генератор, контролер и кочницу. Поклопац штити компоненте унутар кућишта. Нека кућишта су димензија довољних да техничар стоји унутар њих док ради.

Закретање лопатица (pitch): Лопатице се окрећу од ветра и спречавају окретање ротора при брзинама превеликим или премалим за производњу електричне енергије.

Ротор (rotor): Лопатице и главчина заједно чине ротор. Торањ (tower): Торњеви су направљени од цевастог челика или челичне мреже. Због повећања брзине ветра

са висином виши торњеви омогућавају турбини да "ухвати" више енергије од ветра и генерише ел. енергију. Смер ветра (wind direction): На слици је приказана тзв. "upwind" турбина, зато јер је при раду окренута ка

ветру. Друга врста турбина је "downwind", јер је окренута при раду од ветра. Мерач правца ветра (wind vane): Одређује смер ветра и комуницира са погоном за скретање ради исправне

орјентације турбине у односу на ветар. Погон за скретање (yаw drive): Окреће "upwind" турбине према ветру; служи да ротор увек буде окренут ка

ветру без обзира на смер дувања. "Downwind" турбине не захтевају погон за скретање. Мотор погона за скретање (yаw motor): Погони скретање кућишта (ротора). [5] 4.1 Принцип конверзије енергије ветра у електричну Ветар је усмерено кретање ваздушних маса. Настаје као последица разлика у атмосферским притисцима које

су узроковане неједнаким загревањем ваздушних маса. Разликују се глобални и локални ветрови. Глобални ветрови су висински. Настају као последица неједнаких загревања ваздушних маса у земљиној

атмосфери. Пошто су глобални ветрови висински, они се не могу користити за погон ветроагрегата, али их треба познавати јер они утичу на ветрове у нижим слојевима атмосфере.

Локални ветрови представљају кретање ваздушних маса у приземном слоју атмосфере. Настају због локалних разлика у атмосферским притисцима. Типични локални ветрови су морски и планински ветрови. На локалне ветрове велики утицај има и рељеф терена па се због тога могу јавити локална повећања брзине ветра (ветар је интензивнији на врху брда него у подножју).

Слика 4. Принцип конверзије енергије ветра у електричну

Кинетичка енергија ветра се трансформише у механичку енергију посредством ветротурбине. Брзину обртања

ветротурбине која износи неколико десетина обртаја у минути потребно је прилагодити захтеваној брзини генератора. За то се користи механички редуктор. Електрични генератор – ветрогенератор, ту механичку енергију окретања ротора претвара у електричну енергију (на крајевима статора се индукује емс). Ветрогенератор може бити синхрони и асинхрони (индукциони), при чему може радити са фиксном или променљивом брзином обртања. Напон који ствара генератор се прилагођава ЕЕС-у помоћу трансформатора (слика 4). [6]

5 ПОДЕЛА ВЕТРОТУРБИНА

Постоје различите конструкције ветротурбина. Циљ је да се постигне што већи степен искоришћења и стабилан рад у што ширем опсегу брзина ветра.

Врсте ветротурбина: Ветротурбине са вертикалном осовином Ветротурбине са хоризонталном осовином

Код ветротурбина са вертикалном осовином ветар струји нормално на осу ротације, па се оне не морају усмеравати према смеру дувања ветра. Код њих се генератор поставља у подножје турбине, те нису потребни јаки торњеви. Ове турбине имају низак степен искоришћења, па се из тих разлога не користе за ветрогенераторе великих снага. Ветротурбине са хоризонталном осовином могу бити постављене уз и низ ветар. Ветротурбине постављене низ ветар се саме прилагођавају смеру ветра. Недостатак им је што лопатице при ротацији пролазе кроз заветрину стуба, чиме се стварају механичке вибрације и бука. Осим тога стуб ствара и турбуленције што смањује ефикасност ветротурбине, па се овај концепт не користи за веће снаге. [7]

5.1 Турбине са хоризонталном осовином Овај тип ветротурбина има лопатице веома сличне онима на пропелерима авиона. Типична хоризонтална

ветротурбина има своју осовину за ротирање хоризонтално у односу на земљу и скоро паралелно са струјањем ветра. Тип ветротурбине са пропелером са више лопатица, је најчешћи тип ветротурбине са хоризонталном осом. Лопатице су дизајниране тако да ваздух пролазећи кроз њих, произведеном снагом покреће пропелер. Број пропелера на овом типу је разноврстан и одређује се брзином ветра која је потребна да покрене ветротурбину и брзином ротације датим ветром. Данас се на пропелеру најчешће користе две или три лопатице. [8]

Слика 5. Ветротурбина са хоризонталном осовином

Постоје две врсте оваквих ветротурбина. Једна је са стубом иза лопатица док је друга са стубом постављеним

испред њих. Ветротурбина са стубом испред лопатица (слика 8 - лево) има предност јер јој није потребан механизам за

закретање због тога што се труп сам поставља према ветру. За велике турбине ово није најбоље решење због тога што се горњи део може закренути много пута у истом смеру и створити проблеме с вођењем каблова кроз стуб (четкице не долазе у обзир у овом случају јер се струје крећу и до 1000 А). Још важнија предност је то што овакве ветротурбине подносе јаче ветрове због могућности већег савијања лопатица без опасности да ће додирнути стуб. Осим тога оваква конструкција је углавном лакша. Главна мана ове ветротурбине је то што лопатице пролазе кроз турбуленцију насталу од торња што доприноси великом оптерећењу лопатица.

Ветротурбине са стубом постављеним иза лопатица најчешће се користе (слика 8 - десно). Предност овакве ветротурбине је та што избегава сену ветра иза стуба. С друге стране постоји мало утицаја од турбуленције око стуба па тако при сваком проласку лопатице испред ступа долази до лаганог пада снаге. Главна мана ове ветротурбине је та што ротор турбине мора бити изведен круто и удаљено од стуба, што повећава трошкове изведбе. Такође, уређај за прилагођавање смеру ветра је обавезан. [9]

Слика 8. Ветротурбина са стубом испред лопатица (лево) ветротурбина са стубом иза лопатица (десно)

5.1 Турбине са вертикалном осовином Ветротурбине могу бити усмерене и на начин да се њихове лопатице или крила окрећу око централне

вертикалне осе. Постоје два позната типа ових ветротурбина и то: Savonius-ов и Darrieus-ов генератор. Ветротурбине са вертикалном осом (Vertical ahis wind turbine) заузимају предност у односу на оне са хоризонталном осом из разлога што оне не морају бити окренуте у правцу ветра, лакше су за одржавање јер је генератор смештен у темељу ветротурбине. Са друге стране мана ветротурбина са вертикалном осом је да је њихова аеродинамична ефикасност мања у односу на машине са хоризонталном осом, затим ограничена могућност ротора да се сам покрене и генерално мања ротациона брзина.

Savonius-ов ротор је патентиран 1929. године и користио се углавном за испумпавање воде и као вентилатор у зградама и бродовима. Savonius-ов ротор ради на принципу отпорног деловања који комбинује са потиском. Састоји се од две полу-цилиндричне лопатице које су отворене на супротним странама. Близу осе, лопатице се преклапају тако да преусмерени ветар може струјати из једне лопатице у другу. Ова врста ротора има већу искористивост од ротора базираних само на отпорном деловању, али мању од ротора примарно базираних на потиску. Овај тип ротора има предност која се базира на томе да се могу почети вртети на малим брзинама ветра, док им је лоша страна у томе што је потребно пуно материјала за њихову израду. [8]

Слика 9. Конструкција Savonius-ове ветротурбине

Darrieus-ов ротор је конструисао Француз, Georges Darrieus. Ротор има две или више флексибилних лопатица закачених на централни вертикални јарбол и спољашњи лук и има облик параболе. Darrieus-ов генератор најчешће захтева мали електрични мотор (најчешће пуњен на батерије) са сензором за ветар, да би се успоставила брзина окретања ротора са доступном адекватном брзином ветра. Мотор престаје да ради када ротор достигне разумну брзину. [8]

Слика 10. Конструкција Darrieus-ове ветротурбине

Једна од познатих конструкција је и H-тип код које су лопатице постављене паралелно с обзиром на осу

окретања (слика 11 - лево). У односу на уобичајену Darrieus-ову турбину ово је једноставнија конструкција, но проблем је у томе што је маса лопатицама померена у односу на симетралу торња. Из тог разлога лопатице морају бити чвршће. [9]

Слика 11. Конструкција ветротурбине H-типа (лево); Конструкција спиралне ветротурбине (десно)

Лопатице Darrieus-ове турбине могу створити спиралу нпр. три лопатице закренуте за 60° (слика 11- десно).

Ветар може имати добар нападни угао на лопатицу с обе стране турбине независно од положаја у којем се лопатица налази. Разлог томе је управо спирални облик лопатица. Момент је тако уједначен током целог окрета и нема пулсирања, а како се аксијалне силе поништавају оптерећење на лежајеве је мање у односу на остале типове Darrieus-ових турбина. Овакав облик такође смањује отпор ротацији. Још једна повољна карактеристика овог облика турбине јесте могућност хватања турбулентних струја какве се појављују изнад кровова објеката. Осим тога проблем самопокретања је отклоњен. [9]

6 ПОТЕНЦИЈАЛИ ЕНЕРГИЈЕ ВЕТРА У СРБИЈИ

По испитивањима Републичког хидрометеоролошког завода, наша земља се убраја у подручја са знатним потенцијалом када је реч о енергији ветра. У Србији постоје погодне локације за изградњу ветрогенератора, на којима би се у перспективи могло инсталирати око 1.300 МW ветрогенераторских производних капацитета и годишње произвести око 2.300 GWh електричне енергије.

Погодне локације за производњу електричне енергије из енергије ветра у Србији имају следећа подручја: Источни делови Србије – Стара Планина, Власина, Озрен, Ртањ, Дели Јован, Црни Врх итд. У овим

регионима постоје локације чија је средња брзина ветра преко 6 m/s. Златибор, Копаоник, Дивчибаре су планинске области где би се мерењем могле утврдити погодне

микролокације за изградњу ветрогенератора. Панонска низија, северно од Дунава (Вршац, Б.Црква) је такође богата ветром. Ова област покрива

око 2.000 km² и погодна је за изградњу ветрогенератора јер је изграђена путна инфраструктура, постоји електрична мрежа, близина великих центара потрошње електричне енергије и слично. [4]

Процењено је да је технички искористив потенцијал ветра у Србији око 2.300 GWh годишње. Овај потенцијал може заменити око 2% укупне потрошње електричне енергије. Потенцијал може бити и већи како се овај енергетски сектор буде развијао. Тренутни укупни капацитет је 1.300 MW инсталисане снаге, што је око 15% укупних енергетских капацитета Србије. Интерес страних инвеститора је повећан управо изградњом прве фарме ветрењача у Инђији (11 ветрењача укупне снаге 25 МW) у вредности 30 милиона ЕУ. [15]

Слика 12. Карта просечне снаге ветра на висини 100 m од подлоге у Србији (W/m2)(лево) у грејној сезони (десно)

Као најветровитије подручје у Србији идентификовано је тзв. кошавско подручје, које захвата Подунавље, од

Сланкамена до Голупца, и од Смедеревске Паланке до Зрењанина. Према подацима на слици 12, снага ветра у Подунављу у зимским месецима (период грејне сезоне: октобар-март) превазилази 500 W/m2. Осим кошавског и одређена планинска подручја располажу добрим потенцијалом.

6.1 Примери коришћења енергије ветра у Србији У Србији се искоришћење енергије ветра највише памти по ветрењачама, односно млиновима за житарице.

Остало је још свега неколико очуваних ветрењача у Србији, које се могу видети на следећим сликама:

Слика 13. Ветрењача у Чуругу, настала 1843. године (лево); Ветрењача у Меленцима, настала 1891. године (десно)

Углавном су све ветрењаче исте. У плану је да се у Србији изграде велики ветропаркови за производњу

електричне енергије у Ковину (Чибук), Ковачици, Алибунару и Пландишту.

7 ПОТЕНЦИЈАЛИ ЕНЕРГИЈЕ ВЕТРА У ЕВРОПИ И СВЕТУ Водећа земља по броју инсталисаних ветрогенераторских капацитета у свету је САД, а у Европи је лидер

Немачка, јер подмирује око 12 % својих потреба за електричном енергијом. Поред Немачке, водећу улогу у Европи према величини инсталисаних ветрогенераторских постројења имају Шпанија, Данска и Италија. У периоду од 2006. до 2009. године и у земљама западног Балкана пуштене су у рад прве ветроелектране. Око 50 % ветроенергетских капацитета је концентрисано у Немачкој и учествује са око 5 % у укупној производњи електричне енергије у овој земљи.

Водећу улогу у Европи и свету у погледу односа изграђених ветрогенераторских постројења према површини има Данска са ветрогенераторима који учествују са око 20 % у укупној националној производњи електричне енергије. Ветропотенцијал Данске је садржан у копненим и морским приобалним ветровима. Влада Данске је до 2020. године, одобрила изградњу нових ветроелектрана који би производили око 50 % националних потреба за електричном енергијом.

Потенцијал европских континенталних земаља за производњу електричне енергије помоћу ветра није толико велик, као што је у земљама које окружује океан, где је ветар изразито јак. На слици 14 је приказан тренд раста ветрогенератора, према подацима Немачке агенције за енергетику – DENA, за свет, Немачку и Европу. [16]

Слика 14. Дијаграм развоја ветрогенератора у свету, Немачкој и Европи (DENA)

7.1 Примери коришћења енергије ветра у Европи и свету У Европи и свету је искористивост енергије ветра на високом нивоу. На следећим сликама биће више

информација о томе: San Gorgonio Pass је једна од највећих ветроелектрана у Калифорнији. Генерише 615 MW струје и састоји се

од 3218 ветротурбина (слика 15 - лево). Техачапи пас је још једна ветроелектрана у Калифорнији. Састоји се од 5000 ветротурбина и генерише 705

MW (слика 15 - средина). Мепл Риџ је највећа ветроелектрана у Њујорку. Генерише 321 MW и састоји се од 195 ветротурбина (слика 15

- десно).

Слика 15. San Gorgonio Pass ветроелектрана, Калифорнија (лево); Техачапи пас ветроелектрана, Калифорнија (средина); Мепл риџ

ветроелектрана, Њујорк (десно)

8 ТЕХНО-ЕКОНОМСКА АНАЛИЗА ПРОИЗВОДЊЕ ЕЛЕКТРИЧНЕ ЕНЕРГИЈЕ ИЗ ЕНЕРГИЈЕ ВЕТРА НА ЛОКАЦИЈИ

СМЕДЕРЕВСКЕ ПАЛАНКЕ УЗ ПРОГРАМСКИ ПАКЕТ RETSCREEN RETScreen Clean Energy Project Analysis софтвер је јединствени алат за подршку одлучивању развијен

доприносом бројних стручњака из државне управе, индустрије и академске заједнице. Програм, доступан свима бесплатно, може се користити широм света за процену производње енергије и уштеда, трошкове током животног века пројеката, смањење емисија, финансијску исплативост и ризике за разне типове технологија енергетске учинковитости и технологија обновљиве енергије. Програм укључује базе података производа, трошкова и климатолошких података који се могу користити при анализама.

Сам програм је подељен у неколико корака анализе, у зависности од одабраног модела анализе. Уз RETScreen, Канада заузима водећу позицију у области развоја технологије чисте енергије– а ово је кључни

елемент у борби против климатских промена. Међународно признат по својим јединственим достигнућима, RETScreen проширује и оснажује глобално тржиште за технологије обновљиве енергије, подстиче имплементацију мера за већу енергетску ефикасност и доприноси одрживој енергетској будућности. Како се цели свет креће у правцу решавања проблема климатских промена и заштите животне средине, Канада жели да помогне у вођењу ових напора у земљи и иностранству. RETScreen може имати и имаће знатан позитиван утицај на индустрију чисте енергије у целом свету.

8.1 Ветроелектрана снаге 50 MW са јединицама капацитета 1500 kW Општина Смедеревска Паланка је град у Србији на 44°21' северне географске ширине и 20°57' источне

географске дужине, североисточни предео Шумадије, који је познатији под именом Доња Јасеница, по реци Јасеници, односно њеном доњем току. У Доњој Јасеници насеља се већином налазе на ивичним узвишењима речних долина Јасеници и Кубршнице, међу којима је и град Смедеревска Паланка, док је мањи број насеља распоређен на брежуљкастом тлу и самим долинама река. Цео овај крај има равничарско-брежуљкасти карактер. У средишњем и југозападном делу сачињавају га широке и плитке речне долине Јасенице, Кубршнице и Великог Луга, које, истичном ивицом у правцу југ-север, постепено прерастају у таласаста ниска побрђа.

Клима Смедеревске Паланке је умерено континентална.Домонантни ветрови су југоисточни (кошава) и северозападни ветар.

Истраживања указују и на могућност коришћења енергије ветра, с обзиром да се на подручју општине ствара ружа ветрова просечне брзине око 4 метра у секунди. Намеће се размишљање да се повољна ваздушна струјања могу искористити као индивидуални енергетски извори (црпљење воде, мини електране - ветрогенератори). [17]

У бази RETScreen програма налазе се климатолошки подаци из постојеће NASA климатолошке базе података (National Areonautics and Space Administraton), који су приближно исти оним из Метеоролошког годишњака Републике Србије за 2011. годину.

У првом делу врши се избор ветротурбине од понуђених произвођача где треба обратити пажњу о њеним капацитетима, односно зависностима од просечне брзине ветра и снаге која се може добити.

Добре карактеристике за дати енеретски систем има ветротурбина произвођача Ming Yang модела MY 1.5S 77 – 60 m, капацитета по јединици 1500 kW, висине 77,36 m, пречника ротора 60 m, пребрисане површине 4700 m2.

Слика 16. Подаци у RETScreen-у (десно) и Изглед ветротурбине произвођача Ming Yang - модел MY 1.5S 77 (лево)

Остали неопходни подаци и прорачуни усвајају се из базе програма RETScreen: Произвођач Ming Yang, модел MY 1.5S 77 - 60m, капацитет по јединици 1500 kW, висина 77,36 m, пречник ротора 60 m, пребрисане површине 4700 m2, капацитет енергетског система 51 МW, фактор капацитета 30%, електрична енергија достављена на мрежи 134.028 MWh, количина предате електричне енергије 100,00 MWh, трошкови за израду овог енергетског ситема 102.000.000 $.

Да би се обезбедио капацитет од 50000 kW, потребно је 34 ветротурбине снаге 1500 kW. Тако ће ветроенергетски систем бити инсталисане снаге тачно 51000 kW.

Слика 17. Предложени случај енергетског модела у RETScreen-у

На слици 18 је дат изглед приказа података емисије гасова стаклене баште за основни и предложени случај, где се уочава да је за предложени случај емисија штетних гасова много мања него за основни. И то за 99.242 t/CO2/MBx.

Податке у табелама даје и програм на основу изабраног случаја (Земља – регион; Тип горива; Фактор емисије гасова стаклене баште; Пренос и дистрибуција губици; Фактор емисије гасова стаклене баште коначни податак).

Слика 18. Анализа емисије штетних гасова у RETScreen-у

Финансијска анализа обухвата почетне и укупне годишње трошкове као и повраћај уложеног капитала за

анализирани енергетски систем. Почетни подаци који су потребни за анализу трошкова су: Степен инфлације: 10 %; Век трајања пројекта: 25 година; Вредност дуга 70 %; Каматна стопа 7 %; Трајање дуга 15 година.

Слика 19. Анализа финансија у RETScreen-у

Изградња предложеног енергетског система би коштала 102.000.000 $, трошкови одржавања би били

3.500.000 $, рата за отплату дуга 7.839.336 $. Укупни годишњи приходи енергетског система износили би 13.402.800 $. На графику кумулативног прилива новца (слика 19) се може видети и када се може очекивати повраћај капитала, што у овом случају износи нешто више од 5 година.

8.2 Ветроелектрана снаге 50 MW са јединицама капацитета 1250 kW Након замене ветротурбине другом, која има мању снагу по јединици система, резултати су приказани на

следећим сликама

Слика 20. Подаци о ветротурбини мање снаге по јединици система у RETScreen-у (лево) и изглед ветротурбине произвођача DeWind -

модел DEWIND 60 – 70 m (десно)

Остали неопходни подаци и прорачуни усвајају се из базе програма RETScreen: Произвођач DeWind; Модел DEWIND 60 – 70 m; Капацитета по јединици 1250 kW; Висине 70 m; Пречника ротора 60 m; Пребрисане површине 2827,43 m2; Капацитит енергетског система 50 МW; Фактор капацитета 30%; Електрична енергија достављена на мрежи 131.400 MWh; Количина предате електричне енергије 100,00 MWh; Трошкови за израду овог енергетског ситема 100.000.000 $. Да би се обезбедио капацитет од 50000 kW, потребно је 40 ветротурбина снаге 1250 kW.

Слика 21. Предложени случај енергетског модела мање снаге по јединици система у RETScreen-у

На слици 22 се уочава да је за предложени случај емисија штетних гасова много мања него за основни. И то за

97.296.1 t/CO2/MBx.

Слика 22. Анализа емисије штетних гасова енергетског модела мање снаге по јединици система у RETScreen-у

У финансијској анализи коришћени су исти подаци као за претходни случај.

Слика 23. Анализа финансија енергетског модела мање снаге по јединици система у RETScreen-у



8.3 Ветроелектрана снаге 50 MW са јединицама капацитета 2300 kW У овој анализи изабрана је ветротурбина веће снаге по јединици система.

Слика 24. Подаци о ветротурбини веће снаге по јединици система у RETScreen-у (лево) и изглед ветротурбине произвођача Enercon -

модел ENERCON - 82 E2 - 98 m (десно)

Остали неопходни подаци и прорачуни усвајају се из базе програма RETScreen: Произвођач Enercon; Модел ENERCON - 82 E2 - 98 m; Капацитета по јединици 2300 kW; Висине 98 m; Пречника ротора 82 m; Пребрисане површине 5281,02 m2; Капацитит енергетског система 50.6 МW; Фактор капацитета 30%; Електрична енергија достављена на мрежи 132.977 MWh; Количина предате електричне енергије 100.00 MWh; Трошкови за израду овог енергетског ситема 101.200.000 $.

Да би се обезбедио капацитет од 50600 kW, потребно је 22 ветротурбине снаге 2300 kW.

Слика 25. Предложени случај енергетског модела веће снаге по јединици система у RETScreen-у

На слици 26 се уочава да је за предложени случај емисија штетних гасова много мања него за основни. И то за

98.463.6 t/CO2/MBx.

Слика 26. Анализа емисије штетних гасова енергетског модела веће снаге по јединици система у RETScreen-у

У финансијској анализи коришћени су исти подаци као за претходни случај.

Слика 27. Анализа финансија енергетског модела веће снаге по јединици система у RETScreen-у



9 ЗАКЉУЧАК

Производњу ветроелектрана диктира ветар, зато се пре инсталирања и постављања ветротурбина морају испоштовати неки важни кораци: утврђивање потенцијала ветра, процена раздаљине локације од капацитета за пренос електричне енергије, осигуран приступ земљишту, осигуран капитал, обезбеђен пласман произведене електричне енергије, обезбеђене потребне дозволе, успостављање комуникације са произвођачима ветрогенератора, обезбеђени услови за редовно функционисање и одржавање фарми ветрењача.

Данас је већ сигурно да обновљивих ресурса има довољно за потпуно напуштање коришћења фосилних и нуклеарних резерви као енергетских ресурса.

Прелазак на обновљиве енергије успорен је нејасноћама око економичности ових ресурса. При утврђивању економичности не узима се довољно у обзир вредност здраве средине и људског здравља. Најновија економска истраживања показују да чак и ако се игноришу ефекти на средину и здравље енергија ветра је већ данас економичнија и од земног гаса.

Циљ овог мастер рада био је да се детаљно представи енергија ветра као и ветротурбине помоћу којих се може добити електрична енергија.

За анализу ветроенергетских система коришћен је програмски пакет RETScreen. Извршена је техно-економска анализа енергије ветра у Смедеревској Паланци. Анализа је вршена три пута са

различитим параметрима капацитета ветротурбина. У првој анализи је коришћена ветротурбина произвођача Ming Yang, капацитета по јединици 1500 kW,

висине 77,36 m, пречника ротора 60 m, пребрисане површине 4700 m2. Да би се обезбедио капацитет од 50000 kW, потребно је 34 ветротурбине снаге 1500 kW. Тако ће ветроенергетски систем производити тачно 51000 kW. Изградња предложеног енергетског система би коштала 102.000.000 $, трошкови одржавања би били 3.500.000 $, рата за отплату дуга 7.839.336 $. Укупни годишњи приходи енергетског система износили би 13.402.800 $.

У другој анализи је коришћена ветротурбина мањег капацитета произвођача DeWind, капацитета 1250 kW, висине 70 m, пречника ротора 60 m, пребрисане површине 2827,43 m2. Да би се обезбедио капацитет од 50000 kW, потребно је 40 ветротурбина снаге 1250 kW. Изградња предложеног енергетског система би коштала 100.000.000 $, трошкови одржавања би били 3.500.000 $, рата за отплату дуга 7.655.624 $. Укупни годишњи приходи енергетског система износили би 13.140.000 $.

У трећој анализи коришћена је ветротурбина већег капацитета произвођача Enercon, капацитета по јединици 2300 kW, висине 98 m, пречника ротора 82 m, пребрисане површине 5281,02 m2. Да би се обезбедио капацитет од 50600 kW, потребно је 22 ветротурбине снаге 2300 kW. Изградња предложеног енергетског система би коштала 101.200.000 $, трошкови одржавања би били 3.500.000 $, рата за отплату дуга 7.777.851 $. Укупни годишњи приходи енергетског система износили би 13.297.680 $.

У свакој од анализа је уочљиво да је ветроенергетски систем исплатива инвестиција и да се повраћај капитала у овим случајевима може очекивати за нешто више од 5 година.

ЛИТЕРАТУРА [1] Енергија ветра, август 2015. http://www.planeta.rs/22/3energija.htm [2] Енергија ветра, септембар 2015. http://www.centrala.org.rs/knjiga%20liber%20perpetuum/03Energija_vetra_Wind_Energy.pdf [3] Стратешка процена утицаја на животну средину плана детаљне регулације комплекса ''Ветропарк Инђија'' на локацији Бешка - Крчедин http://www.indjija.net/upload/documents/Strateska%20procena%20uticaja%20na%20zivotnu%20sredinu-Indjija.pdf [4] Енергија ветра у Србији, септембар 2015 http://www.esco.rs/energija-vetra.html [5] Енергија ветра. Корист и проблеми у експлоатацији., септембар 2015 http://vracaricic.com/resources/ENERGIJA%20VETRA%20-%20KORIST%20I%20PROBLEMI%20U%20EKSPLOATACIJI.pdf [6] Принцип конверзије енергије ветра у електричну, септембар 2015 https://sites.google.com/site/tehskolamojaucionica/home/obnovljivi-izvori-energije/princip-konverzije-energije-vetra-u-elektricnu [7] Прорачун и димензионисање носеће челичне конструкције стуба ветрогенератора http://www.gf.uns.ac.rs/~zbornik/doc/ZR26.11.pdf [8] Типови ветротурбина, септембар 2015 http://ecometeo.rs.ba/index.php/energija/energija-vjetra/tipovi-vjetroturbina [9] А.Мамић, С.Караулић „Енергија ветра“, Семинарски рад, Факултет техничких наука Чачак, 2011. [10] Локације за постављање ветротурбина http://www.wikiwand.com/sh/Vjetroagregat [11] С. Драгићевић, Изводи са предавања из предмета Обновљиви извори енергије 2013/2014., Факултет техничких наука Чачак [12] М. Ламбић „Енергетика“, Технички факултет, Зрењанин, 2006. [13] Обновљиви извори енергије у Србији: препоруке, потенцијали и критеријуми, Наташа Ђерег, Звездан Калмар Крнајски Јовић, Ионут Апостол, Центар за екологију и одрживи развој, Децембар 2008. Суботица [14] Метеоролошки годишњак за 2011. годину, Републички хидрометеоролошки Завод Републике Србије, Београд, 2012. [15] Обновљиви извори енергије- стање и перспективе у свету и Србији, Ж. Деспотовић, септембар 2015 https://www.schrack.rs/fileadmin/f/rs/pictures/company-contact/events/Schrack_Info_dani/Prezentacije/Dr_ZeljkoDespotovic_Info_dani_april_2012_SCHRACK.pdf [16] Потенцијали у свету и европи, септембар 2015 https://prezentacijavetroagregati.wordpress.com/category/potencijali-u-svetu-i-evropi/ [17] Смедеревска Паланка, септембар 2015 https://sr.wikipedia.org/sr/sr/Смедеревска_Паланка [18] RETScreen http://www.retscreen.net/sr/home.php

Анализа добијања електричне енергије из ... sladjana stepic...

Documents