FAKULTET TEHNIČKIH NAUKA Kosovska Mitrovica

SEMINARSKI RAD

Predmet: Energetika procesne industrije

Tema: ENERGIJA VJETRA

Mentor: Student:

Prof. Milan Barać Nada Marković

Broj indeksa: 27/11

Kosovska Mitrovica, maj 2013. godine

Sadržaj

1. UVOD..........................................................................................................................................1

2. IZVORI ENERGIJE.................................................................................................................3

2.1. Obnovljivi izvori energije.....................................................................................................4

3.ENERGIJA VJETRA.................................................................................................................6

3.1.Vrste vjetroelektrana............................................................................................................12

3.2.Vjetroagregati sa horizontalnom osom................................................................................15

3.3.Prednosti i mane vjetrogeneratora.......................................................................................17

4. POTENCIJAL OBNOVLJIVIH IZVORA ENERGIJE U CRNOJ GORI.......................17

5. ZAKLJUČAK..........................................................................................................................20

LITERATURA.............................................................................................................................21

1. UVOD

U XX vijeku je došlo do povećanja prosječne temperature zemljine atmosfere i

okeana, ova pojava je poznata kao globalno zagrijavanje. Globalno zagrijavanje je

posljedica ugljen-dioksida (CO2) i metana (CH4) porijeklom od industrijskih postrojenja

u razvijenim zemljama. Povećana koncentracija pomenutih gasova dovodi do takozvanog

efekta staklene bašte u atmosferi. Mnoge zemlje su se ujedinile po pitanju smanjenja

emisija tih gasova. Korišćenjem fosilnih goriva narušen je i ozonski omotač prirodni štit

zemlje. Od koncentracije ozona u atmosferi zavisi i količina štetnog UV zračenja koja će

dospjeti do površine Zemlje. Dokazano je da pojačano UV-zračenje dovodi do pojava

malignih oboljenja, kao i narušavanja živog svijeta u cjelini. Zbog absorbovanja

ultraljubičastog zračenja u stratosferi ozon ujedno preuzima i dio toplote u tom procesu,

te tako neposredno utiče na raspodjelu temperature atmosfere. „Ozonskom rupom” se

smatra svaka oblast, gdje je očitavanje debljine ozonskog sloja manje od 220 Dobsonovih

jedinica. U nekim područjima izmjereno samo 1,2 Dobsonovih jedinica, što znači da je

ozon bukvalno nestao iz tih slojeva.

Kisele kiše su padavine zagađene SO2, CO i drugim hemijskim jedinjenjima. Dok

je normalna vrijednost pH kiše otprilike oko 5,5, pH vrijednost kiselih kiša je 4 do 4,5.

To otprilike odgovara 40 puta većoj količini kiseline u odnosu na neopterećenu kišu.

Smanjenje pH vrijednosti za jednu mjeru znači prirast kiselosti za deseterostruko. Glavnu

odgovornost za opterećenja uzrokovana kiselim kišama snose termoelektrane. Štete

nastale djelovanjem kiselih kiša obično nastaju daleko od mjesta izvora.

Ako pH vrijednost u planinskim, čistim potocima i jezerima pređe u kiselo

područje može doći do izumiranja riba i drugih organizama. Dospjele kisele kiše u tlo

oslobađaju teške metale, koji  putem vode dospijevaju u čovjekov organizam.

Efekat staklene bašte je izraz za zagrijavanje Zemlje, nastao poremećajem

energetske ravnoteže između količine zračenja koje od Sunca prima i u svemir zrači

Zemljina površina. Sunce emituje energiju raznih talasnih dužina, dobar dio toga stigne

do Zemljine površine, doprinosi stvaranju i održavanju svog života na Zemlji, a dio tog

zračenja potom biva emitovan u svemir i priroda je u ravnoteži. Ako nešto zadrži dio tog

-1-

zračenja, ravnoteža se kvari i nastaju problemi. Ono što zadrži zračenje je poznato pod

nazivom gasovi staklene bašte, a problemi koji nastaju su poznati pod nazivom globalno

zagrijavanje. Atmosferski gasovi, CO2 i vodena para u atmosferi stvaraju efekat staklene

bašte i održavaju prosječnu temperaturu na Zemlji 15°C. Bez ovih gasova prosječna

temperatura bi bila ˗18°C. Koncentracija gasova CO2, CH4 i N2O u atmosferi raste

uslijed čovjekovog djelovanja, što za posljedicu ima porast temperature na zemlji 1,5 -

4,5°C u zadnjih sto godina, topljenje polarnog leda, porast nivoa mora, povećanje

isparenja mora, povećanje oblačnosti. Smatra se da je zbog ekstremnog povećanja

temperature živi svijet na Zemlji sve ugroženiji. Sve više izumiru biljne i životinjske

vrste.

Za posljednjih 100 godina količina ugljen dioksida u atmosferi povećala se za oko

25%. Ugljen dioksid propušta propušta kratkotalasno Sunčevo zračenje, a apsorbuje

dugotalasno zračenje Zemlje, pa je zbog njegovog prisustva temperatura u nižim

slojevima atmosfere viša nego kad ga ne bi bilo, to je „efekat staklene bašte”. Povećanje

temperature u narednom periodu se očekuje još više, možda čak za 3-4 stepena.

Istovremeno zbog širenja vode u okeanima i topljenja leda na Antarktiku, doći će do

povećanja nivoa svjetskih mora, možda za oko 50 - 100 cm ili više. Posljednjih 100

godina nivo svjetskih mora povećao se za oko 10 do 15 cm. Zbog povećanja

temperature, treba očekivati povećanje isparavanja, a time i povećane količine padavina,

što može imati ozbiljne posljedice za poljoprivrednu proizvodnju u pojedinim dijelovima

svijeta.

Objavljeni rezultati istraživanja ukazuju da bi tropske šume ubuduće mogle

povećavati količinu CO2 u atmosferi, što bi dovelo do ubrzanja efekta staklene bašte.

Učestale vremenske nepogode – ekstremne suše, kataklizmični požari, neupamćene

poplave praćene su sve većim brojem opominjućih stručnih poruka od strane ekoloških

aktivista. Uprkos tome, interesovanje za efekat staklene bašte nije se mnogo povećalo,

kako među političkim i privrednim elitama tako i u javnom mnjenju širom planete. Briga

o klimi je zaboravljena se ili preobražava u ravnodušnost. Globalno zagrijavanje dovodi

do poremećaja funkcionisanja biljaka, koje više ne mogu pravilno da apsorbuju materije.

-2-

Sve je ovo posljedica povećanja sadržaja CO2 u atmosferi, nastala tokom industrijske ere

sagorijevanjem fosilnih goriva. Jasno je da je ljudski faktor razlog ovim promjenama.

Tokom 20-og vijeka nagli razvoj industrije, izgradnja prometnih saobraćajnica, krčenje

šuma, zagađenje zemljišta otpadom u industriji i poljoprivredi.

Mada ne postoji jednostavno rješenje niti jednostavan način da se suočimo sa

izazovom klimatskih promjena, široko je rasprostranjeno mišljenje da je smanjenje nivoa

CO2 ključni preduslov za smanjenje štetnog uticaja globalnog zagrijavanja. Budući da

proizvodnja energije predstavlja jedan od osnovnih gasova sa efektom staklene bašte,

obnovljivi izvori energije imaće značajnu ulogu u proizvodnji električne energije i toplote

sa malo ili bez emisije CO2.  

2. IZVORI ENERGIJE

Sve izvore električne energije možemo podijeliti na obnovljive i neobnovljive.

Neobnovljivi izvori električne energije su: nafta, ugalj, prirodni gas, nuklearna

energija. Ugalj, nafta i prirodni gas se zovu jednim imenom - fosilna goriva (zbog načina

svog postanka). Glavni izvor energije fosilnog goriva je ugljenik (C), pa njihovim

sagorijevanjem u atmosferu odlazi puno CO2. To je glavni problem iskorišćavanja

fosilnih goriva, gledano sa ekološkog aspekta. Najviše se koristi C i ima najdužu istoriju i

upotrebu korišćenja još u Starom Rimu.

Nafta se najčešće koristi za pokretanje vozila, za dobijanje električne energije u

termoelektranama, značajna je sirovina i za proizvodnju plastike.

Prirodni gas je fosilno gorivo koje se sastoji najviše iz metana (CH4). Njegove

zalihe su ograničene, pretpostavlja se da njegove zalihe mogu potrajati još 100 godina.

Za sve ove izvore je karakteristično da su njihove količine ograničene, a njihovim

sagorijevanjem u atmosferu se oslobađaju toksične čestice. Kada jednom dospiju u

atmosferu gasovi oslobođeni od fosilnih goriva stupaju u različite hemijske reakcije, pri

čemu nastaju mnogo opasna jedinjenja. Takve su sumporna i azotna kiselina, od kojih

nastaju kisele kiše. One padaju na zemlju i ulaze u ciklus kruženja vode. Kisele kiše

uništavaju šume na velikim prostranstvima. Ulaze u rijeke i jezera gdje ubijaju ribe i

druge vrste životinja. One danas predstavljaju veliki svjetski problem. Naučnici su

-3-

pronašli tragove sagorijevanja iz automobila čak i na Antarktiku, zato se u novije vrijeme

koriste automobili koji ne koriste benzin sa olovom. Kisele kiše su uništavale ogromne

šume širom planete i time napravile ogromne ekonomske i ekološke štete, veliki broj

uništavanja živih bića u šumama ekosistema.

Nuklearna energija se oslobađa pri procesu transformacije atomskog jezera.

Nuklearna energija danas proizvodi 17% električne energije u svijetu, od 1950-tih godina

počela je komercijalna promjena. Ova energija je najmanje štetna za okolinu, ali

predstavlja ogroman problem nuklearni otpad.

2.1. Obnovljivi izvori energije

Obnovljive izvore energije možemo podijeliti na dvije globalne kategorije:

tradicionalne obnovljive izvore energije (poput biomase i velikih hidroelektrana) i na

„nove obnovljive izvore energije” (energija sunca, energija vjetra i geotermalne energije).

Većina tehnoloških izvora energije se na direktan ili indirektan način napaja iz Sunca.

Sastav Zemljine atmosfere je uravnotežen, tako da je toplotno zračene u svemiru jednako

pristiglom sunčanom zračenju, što je rezultat određenim energetskim stepenom unutar

Zemljinog atmosferskog sastava, što možemo opisati kao Zemljina klima. Hidrosfera

(voda) upija veći udio dolazećih morskih struja po cijeloj planeti. Najviše zračenja se

apsorbuje pri maloj geografskoj širini u području oko ekvatora, ali se ta energija raspršuje

po cijeloj planeti.

Obnovljiva energija je dobijena iz prirodnih procesa koji se konstantno obnavljaju.

U svojim različitim oblicima dobijaju se direktni iz sunca ili iz topline stvorene u dubini

Zemljine kore. To uključuje električnu struju i toplinu dobivenu iz izvora poput sunčane

svjetlosti, vjetra, okeana, hidroenergije, biomase i geotermalne energije te biogoriva

dobijenog iz obnovljivih izvora energije. Svaki od ovih izvora imaju jedinstvene

karakteristike koje utiču na to kako i gdje da su korišćeni.

Iz obnovljivih izvora energije dobija se 18% ukupne energije u svijetu, većina toga

je energija dobijena iz biomase. Takozvani „obnovljivi izvori energije” proizvode samo

2,4% ukupne svjetske energije 1,3% otpada na industriju i na grijanje vode, 0,8% na

-4-

proizvodnju električne energije i 0,3% na proizvodnju bio goriva. Ovaj udio se mora u

budućnosti povećati jer neobnovljivih izvora energije ima sve manje a i njihov štetni

uticaj je sve veći. Sunce isporučuje Zemlji 15.000 puta više energije nego što sada

čovječanstvo uspijeva potrošiti, uprkos tome neki ljudi na zemlji se smrzavaju. Iz toga se

vidi da se obnovljivi izvori moraju i mogu bolje iskoristiti, i da nema potrebe brinuti zbog

nestašice fosilnog goriva. Razvoj obnovljivih izvora energije važan je iz nekoliko

razloga.

‒ Obnovljivi izvori energije imaju vrlo važan udio u smanjenju emisije CO2 u

atmosferu. Smanjenje CO2 u atmosferu je politika Evropske unije.

‒ Očekuje se da će obnovljivi izvori energije postati ekonomski konkurentni

konvencionalnim izvorima energije.

‒ Smanjenju zavisnosti od uvoza energetskih sirovina i električne struje.

Energija vjetra, male hidroelektrane, energija biomase i sunčeva energija su konkurentne

ekonomski, ostale tehnologije su zavisne od potražnje na tržištu, da bi postale ekonomski

isplative u odnosu na klasične izvore energije. Proces prihvatanja novih tehnologija je

prilično spor. Glavni problem za instalaciju ovih tehnologija su početna cijena, to drži

cijenu dobijene energije u prvih nekoliko godina. Evropska zajednica ima strategiju za

udvostručenje obnovljive izvore energije do 2100. godine u odnosu na 2003. godinu. To

znači da bi se ukupni udio obnovljivog izvora energije povećao za 12%. Do 2020. godine

očekuje se da će se povećati dio obnovljive energije za 20%.

Geotermalna energija odnosi se na korišćenje toplote unutrašnjosti Zemlje.

Postoje dva načina iskorišćavanja ove energije. Prvi način je korišćenje vruće vode koja

izbija ili se ispumpava iz podzemlja. Ta voda se koristi za grijanje stambenih objekata,

staklenika i u toplanama. Drugi način za dobijanje električne energije, po istom principu

kao na ugalj ili mazut. Ovaj vid energije je važan za određeno područje, gdje postoje topli

izvori, najčešće blizu vulkana, a i transport je otežan.

Energija plime i oseke dolazi od gravitacije onih sila Sunca i Mjeseca. Za sada

nema većih komercijalnih dosega na eksploataciji te energije, ali potencijal nije mali. Ta

-5-

se energija može dobiti tamo gdje su morske mijene izrazito naglašene (na mjestima gdje

je razlika plime i oseke veća od 10m).

Energija vjetra to je oblik transformisanja Sunčeve energije koja stvara vjetrove

na nekim dijelovima Zemlje. Problem kod iskorišćenosti ove energije je što bi se

elektrane morale graditi na pučini, jer su u blizini obale valovi slabi u većini godine. ove

elektrane se mogu graditi samo na obali okeana.

Solarna energija to je energija prikupljena od sunca. Može biti primijenjena na

mnoge načine, uključujući sljedeće: proizvod električne energije, upotrebom fotovoltnih

solarnih ćelija, proizvodnja električnih energija iz koncentrisane solarne energije za

zagrijavanje i hlađenje zraka, upotrebom solarnih klima.

3.ENERGIJA VJETRA

Energija vjetra je energija koja potiče od snage vjetra. Predstavlja konvencionalan

obnovljivi izvor energije koja se koristi za dobijanje mehaničke energije a u novije

vrijeme i električne energije.

Vjetar spada u grupu stohastičkih pojava u prirodi, što znači da ga nije moguće

predvidjeti. Nastaje kao posljedica razlika temperatura zraka (zbog uticaja Sunca), a

proračun ekonomske isplativosti je veoma složen i zahtijeva dugotrajne mjere, analize i

studije uključujući statističke elemente. Najbitniji element za izgradnju turbine su

stabilnost postojanja vjetra, opseg brzine vjetra. Na osnovu ovih elemenata određuje se

radijus i broj količine energije koja se može dobiti. Najbolja mjesta za gradnju

vjetroelektrana su ona gdje su vjetrovi što stabilniji i sa brzinom 3 do 20m/s. najveći

problem predstavlja stabilnost postojanja, i jednakost brzine vjetra.

Dobre osobine vjetroelektrana su:

‒ Nema ispuštanja gasova koji utiču na zagađivanje životne sredine

‒ Ne traže dodatne izvore nikakve druge energije osim kinetičke energije vjetra

‒ Relativno jeftino održavanje

Loše osobine su:

‒ Prave veliku buku

-6-

‒ Grade se na izolovanim mjestima pa je najčešće pristup težak

‒ Velika početna ulaganja kapitala

Proizvodnja elektro energije iz energije vjetra počela je u većim količinama da se

koristi posle naftne krize 1973. godine. ljudi koriste energiju vjetra barem 5.500. godina

(neki od primjera je čamac sa jedrima), arhitekte su još u Antičko doba koristili

upravljanje vjetra za prirodne ventilacije. Kasnije počinje, korišćenje vjetra za mehaničku

energiju. U staroj Persiji su korišćeni prvi oblici vjetrenjača, slične su korišćene u

Avganistanu u VII vijeku. Sa Bliskog istoka ideja se proširila do Evrope, vjetrenjače za

mljevenje zrna brašna ili pumpanja vode zabilježene su u XII vijeku u Engleskoj i

Holandiji. Do XIX vijeka vjetrenjače su rasprostranjene po cijeloj Evropi i SAD-u.

Krajem XIX vijeka imamo prve vjetroelektrane, energija vjetra se počela koristiti za

proizvodnju električne struje. Sve do naftne krize 1973. godine ova energija je korišćena

u malim lokalnim postrojenjima. Sa usponima i padovima, vezanim za rast i cijenu nafte

razvoj vjeterenjača dostiže uspon poslije 2000. godina.

Energija vjetra pruža velike mogućnosti za dalji razvoj. Pri kraju 2007. godine

svjetski kapacitet elektrana na vjetar je 946W, ali to je i dalje samo 1% od ukupne

proizvodnje električne energije. Zemlje koje vode u proizvodnji su:

‒ Danska, 19% od ukupne proizvodnje električne energije dolazi do vjetra

‒ Španija i Portugalija 9%

‒ Njemačka 6%

Od 2000. do 2007. proizvodnja energije vjetra se povećala pet puta. Proizvodnja je

za sada profitabilna i konkurentna po cijeni klasičnim izvorima (hidroenergija,

termoenergija, nuklearna energija). Vjetroelektrane se podižu u krajevima sa većom

brzinom vjetra, kao i na obali mora.

Vjetrenjača je naprava koja pretvara kinetičku energiju vjetra u mehaničku

energiju. Mehanička energija može da se iskoristi direktno (za pumpanje vode ili

mljevenje žita) ili da se pretvara dalje u električnu energiju, kao kod većine savremenih

termoelektrana. Vjetrenjače koje proizvode električnu struju su poznata kao „vjetrenjače

za proizvodnju struje, „turbine na vjetar”, generatori na vjetar”. Naziv koji se koristi u

-7-

literaturi je vjetroelektrana. Vjetrenjače su mašine koje proizvode mehaničku energiju bez

daljeg pretvaranja u električnu. Danas su veoma rijetke. Za razliku od vjetrenjača,

vjetroelektrane su mašine koje proizvode električnu energiju. U oba slučaja energija

vjetra se pretvara u mehaničku preko rotora, koji se okreće pod pritiskom vjetra. Krovovi

rotora su u staro doba bili prekriveni platnom ili trskom, u novije vrijeme se koriste elise

od metala ili plastične mase koja ima bolju efikasnost.

Slika 2. Dijelovi vjetroturbine

Vjetroturbina se sastoji iz nekoliko dijelova: nosača konstrukcije u obliku stuba,

vjetroturbine, generatora električne energije, dijele koji reguliše brzinu obrtanja

generatora i izlazni napon vjetroturbine i priključka za neki sistem za akumulisanje

energije ili na električnu mrežu.

Protok zraka može se upotrebljavati za pokretanje vjetrenjače. Novije vjetroturbine

imaju raspon snage 600KW do 5MW, premda su turbine sa izlaznom snagom od 1,5 do

3 MW postale tipične za komercijalne svrhe. Izlazna snaga turbina je funkcija kubne

brzine vjetra, tako da se povećanjem brzine vjetra dramatično povećava izlazna snaga.

-8-

Područja gdje su vjetrovi snažniji, učestaliji poput priobalja, i mjesta velike nadmorske

visine, preporučljiva su izgradnju vjetroparkova. Budući da brzina vjetra nije konstantna,

proizvedena energija vjetroparka u godini nije nikad velika.

Vjetroelektrana je niz blisko smještenih vjetroagregata najčešće istog tipa,

izloženih istom vjetru  priključenih posredstvom zajedničkog rasklopnog uređaja

na elektroenergetski sustav. Vjetroagregat je  rotirajuća mašina koja pretvara kinetičku

energiju vjetra prvo u mehaničku, a zatim preko električnih generatora u električnu

energiju. Pri tome se rotor vjetroturbine i rotor električnog generatora nalaze na

istom vratilu. Vjetroelektana je obnovljivi izvor električne energije pokretan kinetičkom

energijom vjetra.

 Sunce neravnomjerno zagrijava različite dijelove Zemlje i to rezultira različitim

pritiscima zraka, a vjetar nastaje zbog težnje za izjednačavanjem pritisaka zraka. Postoje

dijelovi Zemlje na kojima puše tzv. stalni (planetarni) vjetrovi i na tim područjima je

iskorištavanje energije vjetra najisplativije. Dobre položaji su obale mora i okeana

(priobalna vjetroelektrana), te pučina mora (plutajuća vjetroelektrana). Pučina se ističe

kao najbolji položaj zbog stalnosti vjetrova, ali cijene ugradnje i prijevoza energije

usporavaju takva ulaganja.

Kod pretvaranja kinetičke energije vjetra u mehaničku energiju

(okretanje osovine generatora) iskorišćava se samo razlika brzine vjetra na ulazu i na

izlazu. Njemački fizičar  Albert Betz dao je još davne 1919. zakon energije vjetra, poznat

kao Becov zakon. Njegov zakon kaže da možemo pretvoriti samo manje od 16/27 ili 59%

kinetičke energije vjetra u mehaničku energiju pomoću turbine na vjetar. 59% predstavlja

teoretski maksimum, ali u primjeni se može pretvoriti između 35% i 45% energije vjetra

zbog raznih gubitaka u sistemu.

Snaga koja je prenijeta na rotor je proporcionalna površini koju pokriva rotor,

gustini vazduha i kubu (trećem stepenu) brzine vjetra.

Dakle teoretska korisna snaga je:

-9-

gdje je

P = snaga u W, α = faktor iskorišćenja, ρ = gustina vazduha u Kg/m³, r = radijus turbine u m, i v = brzina vazduha u m/s.

Primjer:

Recimo da je 15 °C na nivou mora i gustina vazduha je 1.225 Kg/m³. Vjetar

brzine 8 m/s (28.8 Km/h) kroz rotor dijametra 100 m će pronijeti 77000 Kg vazduha kroz

prostor krakova rotora vjetrogeneratora. Ukupna snaga je 2.5 MW, ali samo 1.5 MW

može da se iskoristi zbog Becovog zakona. Dobijena mehanička energija se dalje

pretvara u električnu u električnom generatoru, pa je izlazna električna snaga još

umanjena.

Rok povrata investicije u proizvodnji će zavisiti od tipa vjetroturbine koja je

korišćena i brzine vjetra na određenoj lokaciji. Uzimajući u obzir da bi rok turbina trebao

biti najmanje 20 god. možemo lako zaključiti da će turbine proizvoditi mnogo više

energije nego što je potrebno za razvoj. Vijek trajanja temelja je i do 50 godina. Isti

temelji se mogu iskoristiti dva puta, tj. za postavljanje dvije generacije vjetrenjača. Stub

visine oko 50m košta oko 5000€ . Opremljen je sa četiri kalibrisana mjerača brzine vjetra,

od kojih su dva postavljena na vrhu, jedan na 40 m, a jedan na 30 m. Za tri pokazivača

pravca vjetra, senzor relativne vlažnosti, temperaturni senzor, uređaj za prikupljanje,

primarnu obradu i skladištenje podataka, potrebni električni kablovi za zatezanje stuba,

treba izdvojiti još toliko. Znači za opremanje jednog mjernog mjesta treba uložiti oko

10.000€, ne računajući troškove transporta i postavljanja stuba.

Cijena električne energije dobijene iz vjetra uporediva je cijeni električne energije

dobijene iz fosilnih goriva.

Iako je vjetropontecijal najvažniji regulator za izbor položaja vjetroelektrane,

postoji još niz drugih činilaca koji se moraju zadovoljiti. Izbor položaja provodi se u 2

-10-

koraka. Najprije se određuje područja koja su nepogodna za izgradnju zbog sljedećih

razloga:

područje ima izuzetno malo vjetra

područje je zaštićeno zbog prirodnih ili kulturnih ljepota (nacionalni parkovi,

arheološka nalazišta)

područje zahtjevnog reljefa s obzirom na mogućnost izgradnje

U drugom koraku Sprovodi se vrednovanje makrolokacije na temelju kretanja kao što su:

srednja godišnja brzina vjetra

veličina lokacije, odnosno broj vjetroagregatnih jedinica koje je na tom položaju

moguće postaviti

udaljenost lokacije od saobraćajnica

udaljenost lokacije od postojeće električne mreže

mogućnost održavanja i nadzora vjetroelektrane

značaj terena (šumovitost, pogodnost za poljoprivredu)

uticaj na životinjski svijet (zaštitna staništa, migracijski putevi ptica selica)

položaj lokacije s obzirom na turističko područje.

Unutar odabranih makrolokacija izdvajaju se mikrolokacije, nakon toga kreće se sa

mjerenjem kretanja vjetra (brzina, smjer i drugo). Na temelju analize izmjerenih podataka

u određenom vremensko razdoblju (min. 1 god.) izrađuje se studija izvodljivosti u kojoj

će se odrediti veličina i broj vjetrogeneratora odnosno najoptimalniji kapacitet lokacije.

Prema navedenim činiocima, idealna vjetroelektrana je ona koja je smještena na mjestu

koje ima povoljan vjetropotencijal, nalazi se blizu električne mreže, ima dobar

saobraćajni pristup, a njena gradnja je u skladu s namjenom prostora i s uslovima zaštite

okoline.

Vjetropotencijal je najvažniji činilac za postavljanje vjetroelektrane. Najvažnija

karakteristika je srednja godišnja brzina na određenoj brzini iznad tla. Vjetrogenerator se

pokreće kada brzina vjetra poraste iznad 3 m/s. Na toj brzini proizvodnja električne

energije je vrlo mala. Porastom brzine, količina električne energije se povećava do

maksimuma, koji se postiže na brzini vjetra od oko 12 m/s. Daljim porastom brzine

-11-

količina električne energije se ne povećava. Kada brzina vjetra poraste preko 25 do 30

m/s, vjetroagregat se isključuje jer ne može podnijeti mehanička opterećenja koja

uzrokuju tako velike brzine vjetra. Za idealnu proizvodnju električne energije je

najpogodnija brzina vjetra 12 m/s. Potrebno je odrediti i kako je brzina vjetra raspoređena

tokom godine. Za energetsko iskorištavanje najpogodniji je srednji vjetar, bez velikih

oscilacija, i koji ima što veću učestalost. Mjerenja vjetra na samoj lokaciji posmatraju se

duži period. Mjerenja se obavljaju pomoću anemometara koji su pričvršćeni na stubove,

približno na visini ose na kojoj će se nalaziti vjetroagregati. Brzina vjetra služi kao

polazna tačka za sve proračune o ekonomskoj isplativosti i proizvodnji energije.

3.1.Vrste vjetroelektrana

Vjetroelektane se mogu podijeliti na kopnene vjetroelektane, priobalne

vjetroelektane, plutajuće vjetroelektrane i vazdušne vjetroelektrane.

Kopnene vjetroelektane se grade na čvrstom tlu. Kopnene instalacije

vjetroagregata najčešće se nalaze u brdovitom području, barem 3km udaljenom od obale.

One se najčešće smještaju na vrhu brda ili padine, jer na taj način iskorišćavaju

takozvanu topografsku akceleraciju koju vjetar dobija prelazeći preko uzvisine. Ta

dodatna brzina vjetra radi značajnu razliku po pitanju proizvodnje električne energije.

Posebna pažnja se mora posvetiti točnom postavljanju turbina, jer ponekad mala visinska

razlika može imati značajan uticaj na proizvodnju električne energije. Često je instalacija

vjetroagregata dosta kontroverzno pitanje, zbog toga što neke lokacije koje su pogodne za

instalaciju vjetroturbine imaju veliku prirodnu ljepotu ili su ekološki značajne

(stanište ptica). Instalacija i održavanje kopnenih vjetroelektrana je jeftinija u odnosu na

priobalne i plutajuće vjetroelektrane.

-12-

Slika 3. Kopnena vjetroelektrana

Priobalna vjetroelektrana je vrsta vjetroelektrane sa čvrstim temeljima koji se

grade na moru (ima planove gradnje i na jezerima). Uglavnom u priobalnom području,

gdje je dubina vode obično manja od 60m, udaljenost od obale najviše 50km. Brzina

vjetra je mnogo veća na moru u odnosu na kopnu. Instalacija ovih vjetrenjača je skuplja u

odnosu na kopnene, ali  faktori snage su mnogo veći kod ovih vjetrenjača.

Proizvedena električna energija se do kopna prenosi putem podmorskog kabla.

Održavanje je takođe skuplje, a mora se paziti i na zaštitu od korozije.

Takve turbine su najveće turbine u pogonu i predviđa se da će njihova veličina (i

insalirana snaga) i dalje rasti (preko 6 MW). Vjetroelektrane smještene na moru znaju

imati i više od 100 vjetroagregata. 

Slika 4. Priobalna vjetroelektrana

Plutajuće vjetroelektrane ili pučinske vjetroelektrane se postavljaju na plutajuću

strukturu u dubljem moru, gdje nije moguće postaviti priobalnu vjetroelektranu. One su

složene i zahtijevaju veće početne troškove, ali su novije studije pokazale je da zbog

njihovih mogućnosti da pristupe snažnim vjetrovima male su isplativosti. Obično se više

-13-

plutajućih vjetroagregata povezuju zajedno u vjetroelektranu, kako bi se koristio

zajednički podvodni kabal za prenos električne struje.

Slika 5. - Plutajuća vjetroelektrana

Visinske vjetroelektrane, koncept visinskih vjetroelektrana se zasniva na

iskorišćavanju energije vjetra u višim slojevima atmosfere. One predstavljaju dizajnirani

koncept vjetroelektrana koji su na različite načine podignuti u visinu bez potpore tornja.

Mogu se podijeliti u dvije grupe: one za iskorišćavanje vjetra na nižim visinama i one

koje to mogu na višim visinama. Tokom posljednjih 20 godina napravljeno je nekoliko

projekata koje imaju šanse za realizaciju. Predviđene su za iskorišćavanje vjetra na većim

visinama nego što to mogu vjetroelektrane pričvršćene za tlo. Mogu se postaviti na bilo

kojoj lokaciji i ne zagađuju okolinu.

Postoji čitav niz podjele vjetroagregata, tako zavisnost konstrukcije mogu se

podijeliti na vjetroagregate sa vertikalnom i vjetroagregate sa horizontalnom osovinom.

Vjetroagregate sa vertikalnom osovinom - ovo su bile prve vjetrenjače u Persiji

i Kini. Jednostavne su za izradu, velikog obrtnog momenta, izdržive i većina bez potrebe

da se okreću „u vjetar”. Jedra su im bila prekrivena trskom i platnom. U današnje vrijeme

raste interesovanje za ove vjetrenjače za manje amaterske instalacije. Negativna strana im

je mala iskorišćenost od vjetrenjača sa horizontalnom osovinom, a pozitivne su strane:

Nemoraju biti usmjerene prema vjetru, pa ne trebaju uređaj za praćenje vjetra, mogu

raditi i pri slabijem vjetru, uređaj za kontrolu vjetra i pretvaranje energije mogu biti

smješteni i na malim visinama, jednostavna struktura i jednostavno postavljanje.

Vrste vjetrenjača sa vertikalnom osom su: Savoniusov rotor, Dariusov rotor, H

rotor, vjetrenjača sa rotirajućim jedrima.

-14-

Savoniusov rotor - radi na principu otpornog djelovanja koji kombinuje sa

potiskom. Sastoji se od dvije polucilindrične lopatice koje su otvorene na suprotnim

stranama. Blizu ose, lopatice se preklapaju tako da preusmjereni vjetar može strujati iz

jedne lopatice u drugu. Ovi rotori se mogu početi vrtjeti na malim brzinama vjetra, dok

im je loša strana u tome što je potrebno puno materijala za njihovu izradu.

Slika 6. Savoniusov rotor

Dariusov rotor - je konstruirao Francuz Džordž Darius 1929. godine. Ova vrsta

rotora sastoji se od dvije ili tri lopatice koje imaju oblik piramide. Profil rotorskih

lopatica odgovara oblikom radu na principu potiska. Iskoristivost ovih rotora je puno

veća od Savoniusovih rotora. Glavni nedostatak Dariusovih rotora je u tome što ne mogu

sami započeti rotaciju, te zahtijevaju pomoćni uređaj za pokretanje.

Slika 7. Dariusov rotor

3.2.Vjetroagregati sa horizontalnom osom

Vjetroagregati sa horizontalnom osom su danas najzastupljeniji tip vjetroturbina.

Vjetroagregati su došli do vrlo visokog stepena tehničke razvijenosti i dosežu snagu od

nekoliko megawata, dok su vjetroagregati u 1980-tim godinama bili u rangu snage ispod

-15-

100 kW. Ove vjetrenjače imaju sistem za zaokretanje osovine u horizontalnoj ravni za

praćenje promjene smjera vjetra. Mogu imati različit broj lopatica, za veće snage se

obično koriste tri lopatice, jer daju najveći stepen iskorišćenja. Prečnik rotora (radnog

kola ili elise) ovih turbina zavisi od snage i kreće se od 30m za snagu od 300kW do 115m

za snagu od 5MW. Vetroturbina se postavlja na vertikalni stub koji u zavisnosti od

prečnika rotora turbine može biti visok i preko 100m. Stub se gradi najčešće čelični

konusni a rjeđe kao čelično rešetkasti. Stubovi imaju prečnik u osnovi 3-7m.

Kućište (gondola) sadrži ključne mehaničke komponente, uključujući

multiplikator i generator. Skretni mehanizam koristi se za okretanje kućišta u smjeru

dominantnog vjetra. Prečnik rotora može dostići 80m a u savremenim tehnologijama

120m, manje naprave imaju prečnik koji obuhvataju lopatice 30m i tipične su za zemlje u

razvoju. Turbine na vjetar mogu da imaju 3, dvije ili samo jednu lopaticu rotora.

Lopatice: lopatice, koje pokreće energija vjetra najčešće su napravljene od

plastike, ali mogu da budu napravljene i od aluminijuma ili čelika. Prečnik obuhvata

rotorskih lopatica može da varira od 35 metara naviše. Kraći rotiraju brzinom od 10-30

obrtaja u minuti, konstantnom brzinom, iako sve veći broj ovih mašina radi

promjenljivim brzinama. Većina imaju multiplikatore, iako sve veći broj njih imaju

direktni pogon. Energija se automatski kontroliše kako se mijenja brzina vjetra, prekidaju

svoj rad pri velikom vjetru kako bi se spriječila oštećenja.

Transformator: u transformatoru se mijenja napon naizmjenične struje. Izlazni

napon na generator je uglavnom ispod 1000 volti a transformator „podiže“ ovu voltažu

tako da ona odgovara nacionalnoj mreži. On može da se nalazi ili unutar stuba ili uz

njega.

Betonske osnove temelja: turbine tipično imaju baze veličine između 7 i 18 m2 (pa

i veće).

Vjetroelektrane mogu biti instalirane kao pojedinačne jedinice tj. jedna

vjetroturbina ili kao više proizvodnih jedinica (vjetroelektrana). Vjetroelektrane su

međusobno povezane sistemom za prikupljanje energije srednje voltaže i

-16-

komunikacionom mrežom. U trafostanici, srednji napon ove električne struje povećava se

putem transformatora, kako bi se povezala sa prenosnim sistemom visokog napona.

3.3.Prednosti i mane vjetrogeneratora

Prednosti - Vjetar je slobodan i obnovljiv izvor energije, vjetrogeneratori ne traže

nikakvo goriv, pri proizvodnji struje nema nikakvih otpadaka, niti se oslobađaju gasovi

staklene bašte.zauzete površine ovim uređajima mogu se normalno koristiti u

poljoprivredi. Vjetrogeneratorske farme su i turistička atrakcija, dobar je način da se od

mreže udaljeni potrošači snabdiju električnom energijom.

Loše strane- vjetar je neujednačen i nema ga uvijek, pa tada vjetrogeneratori ne

rade ili daju malo energije; najpogodnija mjesta su duž obale mora, gdje je zakup

zemljišta skup; ako se grade u planinama povećani su troškovi ulaganja u izgradnju;

mogu predstavljati opasnost za ptice; rad vjetroelektrane može da ometa prijeme

televizijskog signala; vjetrogeneratori proizvode stalan, slab i neprijatan šum. Napredak u

dizajnu doveo je do smanjivanja buke koja se emituje. Vjetroelektrane nogu da skreću

pažnju vozačima ako su u blizini ceste.

4. POTENCIJAL OBNOVLJIVIH IZVORA ENERGIJE U CRNOJ GORI

Plan Evropske Unije je dostići udio 20% obnovljive energije do 2020 godine.

sposobnost samostalnog zadovoljavanja energetskih potreba ima značajnu ulogu pri

planiranju budućnosti svake zemlje. Energetski sistem Crne Gore je u posljeratnoj

deceniji u konstantnom pokretu i harmonizaciji sa energetskom politikom Evropske

Unije, kako u pogledu organizacije tako i u načinu funkcionisanja i pravcu razvoja. Crna

Gora ima značajne prirodne potencijale za proizvodnju energije, potencijal sunčeve

energije, biomasa (koja uključuje otpad i ostatke), dobar potencijal energije vjetra.

Crnogorski energetski sistem karakterišu i dva velika industrijska potrošača, Kombinat

aluminijuma Podgorica i Željezara A.D. Nikšić, koji predstavljaju 22% finalne

energetske potrošnje. Povećanjem korišćenja energije iz obnovljivih izvora, znatno bi se

smanjio uvoz energije iz inostranstva.

-17-

U Rimu 2006. godine Ministarstvo Italije i Ministarstvo Crne Gore postigli su

dogovor o izradi procjene potencijala obnovljivih izvora energije u Crnoj Gori. Prilikom

analize energetskog potencijala vjetra za Crnu Goru, najprije je izvršena procjena

energetskog potencijala vjetra za čitavu teritoriju Crne Gore, a rezultati su predstavljeni u

vidu mape vjetrova za čitavu teritoriju Crne Gore. Mape prikazuju teorijsku srednju

brzinu vjetra (Slika 8) i teorijski prosječni potencijal vjetra (Slika 8.1.) na referentnoj

visini od 50 metara iznad nivoa tla.

Slika 8.1. Srednja brzina vjetra (m/s) na 50m i.n.t.

Slika 8.1.Teorijski energetski potencijal vjetra (W/m2) na m i.n.t.

Na osnovu višegodišnjih posmatranja, došlo se do zaključka da Crna Gora ima

značajan potencijal za korišćenje energije vjetra na pojedinim dijelovima svoje teritorije.

Najatraktivnije lokacije za iskorišćavanje energije vjetra su sljedeće:

• Priobalni pojas: najveće brzine vjetra u zemlji izmjerene su u oblasti Rumije,

uzimajući u obzir tehnička, ekonomska i ekološka ograničenja. Interesantno je i područje

brda u zabrđu, zatim planinska zona oko Herceg Novog i Orahovca. Srednja brzina vjetra

na ovim područjima je 6 m/s;

-18-

• Brda oko Nikšića: ovu oblast karakteriše srednja brzina vjetra u opsegu od 5.5-

6.5 m/s. Pored toga, postojeća infrastruktura puteva i električne mreže obezbjeđuje dobru

osnovu za razvoj projekata za korišćenje energije vjetra. U većini područja koja se nalaze

u unutrašnjosti Crne Gore a koja karakteriše velika brzina vjetra, gube na atraktivnosti

zbog velike visine planinskih vijenaca koji dominiraju u datoj oblasti i zbog

nepovezanosti sa postojećom putnom mrežom.

Crna Gora je odlučila svoje ciljeve za obnovljive izvore energije ispuniti

prvenstveno gradnjom vjetroelektrana. Dobijene su koncesije za gradnju prve dvije

vjetroelektrane u državi na lokaciji Krnovo i Mošura. Ukupna snaga tih vjetroelektrana bi

trebala da bude 50 MW. Crna Gora je zadala cilj izgradnje do 2025 još vjetroelektrana

tako da se očekuje izvoz ove energije Italiji. U tom smislu se već radi na projektu

podmorskog istosmjernog kabla prema Italiji.

Prva crnogorska vjetrenjača bila je dar vlade Holandije vrijedan 850.000€. Bila je

locirana na Ilinom brdu, udaljenom 40km od Nikšića. Postavljena 2004. godine trebala je

da proizvedi 150 miliona KW/h godišnje, što je bilo dovoljno za okolna sela. Međutim,

poslije četiri mjeseca stradala je od udara groma. Na Krnovu je počela izgradnja

vjetroelektrane 2012 godine. Vjetroelektrane će imati snagu 50MW, biće postavljeno 30

vjetrogeneratora snage 2,4MW. Očekivana proizvodnja električne energije VE „Krnovo”

je oko 160 gigavata, što znači povećanje od oko 5% domaće proizvodnje. Izgradnjom

vjetroelektrane oživjeće cijelo to područje, planirano je proširenje trenutne saobraćajnice

kao i izgradnja novih između vjetrogeneratora.

Teoretski potencijal vjetroenergije u Crnoj Gori je ogoman. Međutim, tehnički

potencijal je mnogo manji. Procjene govore da je moguće izgraditi vjetroelektrane od 400

megavata instalisane snage (kapacitet preko 30%) ali je trenutno postojeći

elektroenergetski sistem ograničavajući faktor. Izgradnja vjetroelektrana zahtijeva jak

elektroenergetski sistem, u toku su velike investicije u izgradnji interkonektivnih

dalekovoda između Crne Gore i zemalja u okruženju.

-19-

5. ZAKLJUČAK

Svjetska energetska kriza, izazvana poremećajima na tržištu nafte, primorala je

mnoge zemlje svijeta da ozbiljno i drugačije sagledaju razne energetske mogućnosti i da

potraže pravo rješenje. Posljednjih godina svijet sve više shvata da je ekološka kriza još

ozbiljnija od energetske. Iscrpljivanje neobnovljivih izvora energije danas je postalo

sagledivo i jasno je da se moraju tražiti novi izvori energije. Nasuprot neobnovljivim,

obnovljivi izvori energije su neiscrpni, čisti su, neotuđivi i ujedno su najkvalitetniji sa

ekološke tačke gledišta.

Racionalnim korišćenjem energije u industriji i kućanstvu može se učiniti dosta na

smanjenju emisije štetnog zračenja ali se ljudsko društvo odriče životnog standarda.

Kisele kiše, globalno otopljenje, emisije CO2 su razlozi obolijevanja velikog broja ljudi

na planeti. Razvojem industrije truje se voda, vazduh i zemljište.

Energija vjetra je brzo rastući dio sektora obnovljivih izvora energije koji sve više

počinje otkrivati svoje prave potencijale, to je prepoznato od mnogih država koje sve više

ulažu u instalacije novih vjetrogeneratora i istraživanje tehnologije koja bi mogla

poboljšati iskorišćavanje energije vjetra. Kako raste popularnost energije vjetra, smanjuju

se troškovi proizvodnje električne energije u vjetrogeneratorima i s tim energija vjetra

postaje konkurentna tradicionalnim izvorima energije.

Zagađenost i zaštita životne sredine već više decenija predstavljaju ozbiljan

problem čovječanstvu, bez obzira na trenutni stepen razvoja društva. Narušavanje

ekološke ravnoteže nastalo je kao posljedica čovjekove radne djelatnosti, prisvajanja

prirode za stvaranje proizvoda. Uslijed toga je došlo do poremećaja ekološke ravnoteže,

ekosistemaa time i do ugrožavanja integriteta čovjeka i njegovog opstanka.

Savremeno društvo mora brže i bolje shvatiti upozorenja naučnika, jedan od

načina je više korišćenje obnovljivih izvora energije. Mi moramo zaštiti i sačuvati

planetu ne samo za nas nego i za mnoge generacije koje će doći poslije nas.

-20-

LITERATURA

[1] Mikičić D., Đurišić Ž., Radičević B. : Vetrogeneratori kao perspektivni izvori

električne energije, Elektroprivreda, br. 4. 2002.

[2] Mikičić D., Đurišić Ž., Radičević B. : Glavna procena o količini električne

energije koja bi se mogla dobiti pomoću vetrogeneratora u Srbiji i Crnoj Gori,

Elektrotehnički fakultet, Beograd, 2003.

[3] Obnovljivi izvori energije, www.izvorienergije.com.

[4] „Višenamjenske vjetroelektrane na Jadranu zaposlile bi 30.000 radnika”,

www.vjesnik.com.2012.

[5]„Zašto graditi vjetroelektrane u Hrvatskoj?”, www. vjetroelektrane. com. 2010.

[6] Obnovljivi izvori energije - Crna Gora i hidrološki istraženi vodotoci / http:/

www.oie-res.me/index.phpip

-21-