PANEVROPSKI UNIVERZITET APEIRON

FAKULTET POSLOVNE EKONOMIJE

Redovne studije

Smijer „Preduzetnički menadžment”

Predmet:

Obnovljivi izvori energije

Seminarski rad( TEMA: Vjetar, Hidroenergija, Energija biomase )

Predmetni nastavnik:Profesor Dr Esad Jakupovic

Student:

Dragan Maksimović

Index br. 47-09/RPM

Banja Luka, mart 2012 god.

1

Vjetar uvodna razmatranja

Jednostavno rečeno, vjetar je zrak koji se pokreće. Ta pojava je izazvana

neujednačenim zagrijavanjem zemljine površine od strane Sunca. S obzirom da je

zemljina površina načinjena od različitih tipova zemljišta i vode, na taj način se

različito apsorbuje i sunčeva toplota. Za vrijeme dana, zrak iznad zemlje se daleko

brže zagrijava nego iznad površine vode. Topao zrak iznad zemlje se širi i

povećava a teži, hladniji zrak se podiže da bi zauzeo svoje mjesto u kreiranju

vjetra. U toku noći, vjetrovi imaju obrnut smijer zbog toga što se zrak daleko brže

hladi iznad površine zemlje nego iznad vode. Na isti način, veliki atmosferski

vjetrovi koji kruže oko Zemlje se stvaraju zbog toga što se zemlja blizu ekvatora

daleko brže zagrijava sunčevom toplotom nego zemlja blizu sjevernog pola.

Iskorištavanje energije vjetra je najisplativije na dijelovima Zemlje na kojima duvaju

takozvani stalni (planetarni) vjetrovi. Smatra se da su vjetrovi slabiji na polovima i

u međutropskim zonama, a jaki u područjima geografske širine veće od 55°.

Danas se energija vjetra uglavnom koristi za stvaranje električne energije. Iz tog

razloga se vjetar svrstava u obnovljiv izvor energije jer će vjetar da duva dokle god

sunce sija.

Vrste vjetrova

Razlikujemo sljedeće vrste vjetrova:

• Stalni vjetrovi - Stalni vjetrovi učestvuju u opštoj cirkulaciji atmosfere. Nazivaju se

planetarni vjetrovi jer neprekidno duvaju preko Zemljine površine. U njih spadaju:

• Pasati

• Antipasati

• Zapadni vjetrovi

• Istočni ili polarni vjetrovi

2

Vjetrovi iscrtani širom Zemljine površine

• Periodični vjetrovi - Sezonske promjene atmosferskog pritiska u jednom istom

mjestu prouzrokuju strujanje vazduha u toku izvjesnog vremenskog perioda

u jednom pravcu, a u toku sljedećeg perioda u drugom pravcu.To su

periodični vjetrovi - monsuni.

• Lokalni vjetrovi - Lokalni vjetrovi su karakteristični za određene oblasti na

zemlji. Nastaju pod uticajem lokalnih prirodnih uslova i imaju uvijek isti

pravac i podržavaju iste vremenske prilike. Najpoznatiji vjetrovi ove vrste su:

• Košava

• Bura i Jugo

• Fen

• Tornado

3

Snaga koja se dobije iz vjetra

Kao i primitivne vjetrenjače, današnje vjetrenjače koriste lopatice na propeleru da

bi prikupili kinetičku energiju vjetra. Vjetrenjače rade na principu usporavanja

brzine vjetra. Vjetar duva preko krila propelera izazivajući dizanje, kao i efekat na

krilima aviona, izazivajući njihovo pokretanje. Propeleri su povezani osovinom koja

pokreće električni generator da bi proizvela električnu energiju.

Kinetička energija strujanja vjetra sa masom m i kretanjem brzinom V je data u

formuli:

E = 12

mV 2

Primjer kretanja rotora, na vjetrenjači usljed vjetra, kroz zonu A je prikazan na

gornoj slici Kinetička energija strujanja zraka kroz turbine može se prikazati kao

2 1 2 a E vV ρ =

gdje je ρa gustina zraka a v je masa zraka koji dostiže do obrtnog tijela. Snaga

koja se prenosi na rotor vjetrenjače je proporcionalna površini koju pokriva rotor,

gustini vazduha i brzini vjetra na kub tj.

P = 12

αρπ r2 v3

gdje je:

P-snaga u W

α- faktor iskorištenosti

r-radijus turbine u m

v- brzina vazduha u m/s

ρ-gustina vazduha u kg/m3

Iz ovoga vidimo da su faktori koji utiču na snagu dobijenu iz strujanja vjetra -

gustina vjetra, zona gdje se nalazi rotor za vjetar i njegova površina kao i brzina

4

vjetra. Zato je važno da se vjetrogeneratori postavljaju tamo gdje su prosječne

brzine vjetra dovoljno velike da bi se investicija isplatila.

Brzina vjetra

Lokalni vjetrovi predstavljaju kretanje vazdušnih masa u prizemnom sloju

atmosfere. Nastaju zbog lokalnih razlika u atmosferskim pritiscima. Lokalni vjetrovi

mogu biti različitih osobina što u velikoj mjeri zavisi od površine tla (ravnica,

planine, doline, naselja, šume itd.), njenih osobina (kamenita, pješčana, vodena,

snježna teritorija) i osobina vazdušnih masa koje su uključene u strujanje. S tim u

vezi, javlja se efekat lokalnog povećanja brzine vjetra. Na primjer, vjetar je

intezivniji na vrhu brda nego u podnožju. Tunel efekat je ubrzavanje vjetra između

dva brda koja na vjetar djeluju kao prirodni lijevak. Ovaj i slični efekti mogu

povećati brzinu vjetra i do 30%, što višestruko povećava njegovu snagu. Osim

svojih pozitivnih efekata, u graničnom površinskom sloju postoje različite prirodne i

vještačke prepreke koje uzrokuju i negativne efekte smanjenja brzine vjetra i

pojavu turbulencija, što znatno utiče na kvalitet vjetra kao primarnog energenta.

Vjetrovi ne moraju biti posljedica globalnog kretanja vazdušnih masa već mogu

nastati i kao posljedica djelovanja geografskih faktora na lokalnom području.

5

Vjetrenjača

Kao što je poznato vjetar je određen brzinom, smjerom i jačinom. Brzina vjetra

mjeri se pomoću anemometra a izražava se uobičajenom jedinicom za brzinu -

metrima u sekundi, kilometrima na sat, čvorovima ili specijalizovanom jedinicom -

beaufort (čitaj “bofor”). Jačina vjetra predstavlja pritisak koji on vrši na vertikalnu

površinu. Određuje se po Boforovoj skali koja ima 12 stepeni, utvrđenih prema

dejstvu vjetra na razne predmete.

Boforova skala je skala za određivanje jačine vjetra koju je napravio engleski

kontraadmiral Fransis Bofort (engl. Francis Beaufort) 1805. godine. Skala je

podijeljena na 12 stepeni. Međunarodno je prihvaćena 1874. godine.

Uvod u hidroenergiju

Hidroenergija odnosno energija vode je jedan od najznačajnijih obnovljivih izvora

energije prevenstveno zbog svoje konkurentnosti sa fosilnim gorivima i nuklearnoj

energiji. Sunčeva energija dopire do Zemljine površine izazivajući isparavanje

vode, zemljišta i biljaka, čime se uzrokuje podizanje vode: posljedica je energija

položaja vode (potencijalna) i energija kretanja vode (kinetička). Energija položaja

vode je početni oblik energije vode u prirodi koji se može iskoristiti u tehničkim

sistemima za pretvaranje.

Termin hidroenergija je najčešće ograničen stvaranjem snage dobijene na osovini,

usljed pada vode. Tada se ta snaga koristi direktno za mehaničke svrhe ili veoma

često za proizvodnju električne energije. Drugi izvori vodene snage su talasi i

plima i oseka.89

6

Osnovni način upotrebe je: pretvaranje energije položaja vode (potencijalna u

akumulacijama) i kinetičke energije vode (protočne) u mehaničku energiju

proticanjem kroz vodene turbine, a zatim najčešće u električnu u generatorima.

Proizvedena mehanička energija pokreće generator koji je povezan sa osovinom

turbine. Snaga dobijena na ovaj način je data:

Snaga = W.Q.H.η wati

gdje je:

W= specifična težina vode, N/m3

Q= stopa protoka vode, m3/sek

H= visina pada, mtr

Η = efikasnost pretvaranja potencijalne energije u mehaničku

7.1.1.Hidrenergija kroz istoriju

Voda je najrasprostranjenija tvar u prirodi, najvitalniji izvor za čovječanstvo i

osnovni uslov za opstanak svih živih bića na planeti. Ljudsko tijelo može da izdrži

nekoliko sedmica bez hrane ali bez vode može samo nekoliko dana. Poznato je da

je oko tri četvrtine površine na Zemlji prekriveno vodom i procjenjuje se da je

ukupna količina vode na zemaljskoj kugli oko 1,4 milijarde km3 (1,4 x 1021 litara).

I pored ove količine vode koja se nalazi na zemaljskoj kugli, voda koja je dostupna

za ljudsku upotrebu je veoma ograničena, odnostno svježa voda predstavlja manje

od 2,5% od ukupne količine vode na zemaljskoj kugli, dok se skoro 80% nalazi

zaleđeno na polovima. Prema ovome samo 0,5% svježe vode na planeti se može

koristiti za ljudsku upotrebu.

7

Otkako je čovjek počeo da bilježi svoju istoriju, voda koristi kao izvor energije. U

poređenju sa fosilnim gorivima čije su rezerve ograničene, rezerve vode za

proizvodnju električne energije se ne iscrpljuju. Svaki vodeni tok je nosilac

određene količine energije. Prvi put se iskorištavanje energije vode spominje čak

prije 2000 godina u staroj Grčkoj i Egiptu, gdje su vodeni točkovi bili povezani sa

mlinskim kamenom da bi samljeli žito. Kasnije ti isti vodeni točkovi su bili povezani

sa osnovnom opremom kao što su strug, testere i razboj da bi se proizvodio

namještaj i tkanine. Za vrijeme industrijske revolucije krajem 1800 godine, Majkl

Faradej je izumio Faradejev dinamo, preteču modernog generatora.

Konstruisanjem Faradejevog dinama u praktičan uređaj 1870. godine i prva

komercijalna proizvodnja električne sijalice 1880. godine, uticali su na stvaranje

ideje o korištenju vodene snage za proizvodnju električne energije i započinje

postavljanje mnogo malih generatora duž vodeničnih jazova. Na taj način

proizvedena energija se koristila u za obezbjeđenje električne energije u

mlinovima i za proizvodnju tekstila u lokalnim zajednicama.

Vodena snaga je otvorila novu eru 1876. godine, kada je u Bavarskoj izgrađena

prva hidroelektrana na svijetu a služila je za snabdijevanje električnom energijom

dvorac velikaša, koji se nalazio u blizini.90 U SAD prva komercijalna

hidroelektrana je počela sa radom 1882 godine na rijeci Fox River. Izlazna snaga

te hidroelektrane je iznosila 12 kW, što je bilo dovoljno da se obezbijedi svjetlo za

250 sijalica. Prvu pravu hidroelektranu je izgradio Amerikanac Forbes na

Nijagarinim vodopadima, i ona je puštena u pogon 1895. godine ali je grad Buffalo

električnu energiju iz te elektrane dobio početkom 1896 godine kada je izgrađen

dalekovod. Korištenje hidroenergetskog potencijala u BiH počinje 1899. godine

kada je izgrađena prva hidroelektrana (HE) “Elektrobosna” na rijeci Plivi snage 7

MW, tada najveća u Evropi.

Korištenje hidroenergije ima svoja ograničenja tj. hidroenergija se ne može koristiti

jednakim intenzitetom cijele godine. Kako bi se regulisali vodostaji rijeka i

osigurala dovoljna količina vode tokom cijele godine, grade se velike brane i

akumulaciona jezera.

8

Procesi u prirodi

Padavine

Padavine mogu da se definišu kao ukupna kondenzacija vlage koja dopire do

zemljine površine u bilo kojem obliku. Tu se podrazumijevaju svi oblici kiše, leda,

snijega, grada ili susnježice. Da bi došlo do formiranja padavine, moraju se ispuniti

sljedeći uslovi:

1. Mora postojati dovoljan izvor vlage

2. Vazduh sa vodenom parom se mora kondenzovati u kapljice vode

3. Kapljice vode moraju dovoljno narasti da bi mogle padati na zemlju.

Padavine se mjere u centimetrima vode za određenu zonu i tokom određenog

perioda (najčešće jedna godina).

Razlikujemo

• Konvektivne - su uslovljene naglim zagrijavanjem zraka u kontaktu sa

zemljištem (smanjene gustoće), vodena para se uzdiže i dinamički hladi tj.

kondenzuje se (formiranje oborina),

• Orografske - su mehanička dizanja vlažnih horizontalnih zračnih struja

(isparavanje planinskih lanaca), usljed hlađenja se formiraju padavine.

• ciklonske padavine - su rezultat kretanja zračnih masa iz područja visokog

pritiska (Anticiklona) u područje niskog pritiska zraka (Ciklona), usljed hlađenja se

formiraju padavine.

Isparavanje

9

Pod isparavanjem podrazumijevamo pretvaranje vode iz tečnog ili čvrstog stanja u

gasovito i njegovu difuziju u atmosferu. Inače se isparavanje smatra jednim od

ključnih procesa u hidrološkom ciklusu. Da bi došlo do isparavanja potrebno je da

se ispune određeni uslovi:

• Da ima dovoljno vlage

• Da postoji izvor toplotne energije

• Da je ostvarena razlika u vlažnosti između površine sa koje voda isparava i

atmosphere

Razlikujemo isparavanje sa tla i sa vodene površine. Isparavanje sa tla je direktno

isparavanje sa kopna i vegetacije dok je za isparavanje sa vodene površine

potrebno postojanje dovoljne količine toplotne energije da bi uticalo na pretvaranje

vode iz tečnog u gasovito stanje.

Podzemne vode

Podzemne vode su sve vode koje se nalaze ispod površine terena u ma kom vidu

i ma kom agregatnom stanju. Ova voda može biti slobodna ili gravitaciona tj.

vezana za čestice stijena kao kapilarna, opnena, higroskopna. Podzemna voda

može biti kao tečna, čvrsta u vidu leda i gasovita u vidu vodene pare. U Zemljinoj

kori podzemna voda može se naći u tečnom stanju i do 14 km dubine. Podzemna

voda je značajna za vodosnabdevanje stanovništva. Poslednjih godina podzemne

vode se sve više zagađuju. Takođe podzemne vode rastvaraju materije (minerale)

od kojih se sastoji zemljina kora. Takve vode često kroz duboke pukotine izbijaju

na površinu zemlje u vidu izvora mineralne vode. Sporo kretanje podzemnih voda

kroz heterogeno tlo kao mješavine pješčanih i konsolidovanih slojeva obezbjeđuje

stalni dotok većini rijeka. Mjerenje podzemnih rijeka nije moguće osim ako se ne

pojave na površini kao izvor.

Površinski procesi

Ova vrsta procesa podrazumijeva sve padavine koje dospijevaju na površinu

zemlje, preraspodjeljuju se i kreću se prema okeanima. Dio ovih padavina koje

10

otiču po površini ili podzemnim putem do vodotoka naziva se oticanje ili oticaj.

Oticaj stiže do površinskih voda, bilo da se radi o jezeru ili rijeci, površinsikm ili

podzemnim putem. Mjerenje površinskih voda se obavlja na način da se mjere

dubina ili nivo vode (vodostaj) a zatim se na osnovu njih određuje proticaj. Ovo je

moguće izvesti samo na većim potocima i rijekama. Mjerenje brzine toka vode se

naziva hidrometrijsko mjerenje.

Ciklus kruženja vode u prirodi

ENERGIJA BIOMASE

Definicija, osobine i sastav biomase

Riječ „biomasa“ (od grčke riječi „bios“ – život, i latinske riječi – massa) označava

ukupnu masu živih organizama u jednoj životnoj zajednici u određenom trenutku,

izražena ili težinom organizma po jedinici površine ili zapreminom organizama po

jedinici zapremine staništa. Prema direktivi EU i Vijeća Evrope broj 2003/30/ EC

od 08.05.2003. godine, prema članu 2:„ Biomasa je definisana kao biorazgradivi

11

dijelovi proizvoda, otpada ili ostataka iz poljoprivrede, šumski otpad i otpad srodnih

industrija, kao i biorazgradivi dijelovi industrijskog i gradskog otpada.“ Biomasa je

najstariji izvor energije koji je čovjek koristio i predstavlja jedan od obnovljivih

izvora energije od kojeg se najviše očekuje u bliskoj budućnosti, upravo zbog

svoje sličnosti sa fosilnim gorivima. U vidu drveta, biomasa je energetski resurs

koji je dominirao sve do početka masovnog korištenja uglja i možemo je sa

sigurnošću nazvati energija zemlje. Energija dobijena iz biomase je jedan od

važnijih izvora energije za većinu svjetske populacije. Sa povećanjem populacije,

očekuje se i povećanje korištenja energije biomase u skorijoj budućnosti.

Proizvodnja energije iz biomase u svojoj osnovi predstavlja korištenje fotosinteze

za sakupljanje solarne energije, organska karbonska jedinjenja da bi uskladištila

energiju, hemijske i biološke procese za izvlačenje i pretvaranje uskladištene

energije iz biomase u ekvivalentna fosilna goriva, koja se nazivaju biogoriva i

konačno sagorijevanje biogoriva. Priroda je razvila sistem za iskorištavanje

energije u solarnim fotonima stotinama miliona godina unazad, što mi danas

nazivamo fotosintezom. Ime procesa potiče od grčkih riječi φότος (svjetlost), συν-

(zajedno) i τιθεναι (staviti). Ovaj pojam se prvi put spominje 1772. godine kada je

engleski naučnik Joseph Priestley otkrio da zelene biljke ispuštaju, za održavanje

života veoma važnu supstancu oksigen, dok živ miš ili upaljena svijeća uklanja istu

supstancu iz atmosphere. Nakon toga, mnogi naučnici širom svijeta su pokušavali

objasniti ovu pojavu, sve do 1804 godine, kada je francuski naučnik Nicolas

Theodore de Sausseure, objasnio da je količina CO2 koji se apsorbuje putem

zelenih biljaka, molekularno ekvivalentna količini oksigena koji dospije u

atmosferu. Fotosinteza je osnovni proces u prirodi zato što obezbjeđuje organske

materije za sve žive organizme. Sve ostale sinteze u živim bićima nastavljaju se

na fotosintezu.

12

Proces fotosinteze

ENERGIJA BIOMASE

Dok biljke rastu one apsorbuju CO2 (ugljen dioksid) iz atmosfere, zatim tokom

procesa fotosinteze biljke lageruju karbon u svojoj masi a ispuštaju kisik u vazduh.

Dok biomasa sagorijeva u postrojenju za proizvodnju električne energije, ugljenik

uskladišten u biljnoj masi se oslobađa. Jedinjenjem sa kisikom dobija se ugljen

dioksid koji se vraća u atmosferu kroz izduvne gasove. Biljke se u istom trenutku

koriste za dobijanje toplote i električne energije.

Zatvoreni ciklus fotosinteze

13

Hemijski sastav biomase

Hemijski sastav biomase varira zavisno od različitih vrsta ali generalno biomasa se

sastoji od:

• 25% lignina (lignin se sastoji od molekula, različitih od molekula šećera,

povezanih u tanke pločaste structure tj. njegova uloga je da djeluje kao

“ljepilo” koje veže celulozna vlakna)

• 75% ugljenih hidrata ili šećera (Ugljeni hidrati se formiraju od molekula šećera

povezanih u dugačke lance ili polimere, kao što su celuloza ili polu-

celuloza.)

Računa se da se oko 15% svjetske proizvodnje energije dobije iz biomase a 38%

se koristi u zemljama u razvoju.116 Inače, većina biomase koja se koristi je

nedjelotvorna i to uglavnom za kuhanje i zagrijavanje u ruralnim područjima u

zemljama u razvoju i uglavnom se koristi na isti način hiljadama godina. Trenutno

ima više nego 14 GW postavljenih kapaciteta kojima je izvor snage biomasa a

pola od toga se nalazi u SAD. Oko dvije trećine postrojenja za proizvodnju

energije iz biomase u SAD kombinovano proizvodi električnu energiju i upotrebljivu

toplotu. Praktično, sva postrojenja za proizvodnju energije iz biomase rade na

principu procesa parnog postrojenja – Rankinov proces.

14

Sadržaj

Vjetar uvodna razmatranja..............................................................1

Vrste vjetrova.................................................................................1

Snaga koja se dobije iz vjetra...........................................................3

Brzina vjetra...................................................................................4

Uvod u hidroenergiju.......................................................................5

Hidrenergija kroz istoriju.................................................................6

Procesi u prirodi..............................................................................8

Padavine.........................................................................................8

Isparavanje.....................................................................................8

Podzemne vode...............................................................................9

Površinski procesi...........................................................................9

Energija biomase...........................................................................10

Definicija, osobine i sastav biomase...............................................10

Hemijski sastav biomase................................................................13

Sadržaj…

15