obnovljivi_oblici_energije

274

3. OBNOVLJIVI OBLICI ENERGIJE3. OBNOVLJIVI OBLICI ENERGIJE

3.1. Uvod

3.2. Vodne snage

3.3. Biomasa

3.4. Energija Sunca

3.5. Energija vjetra

Elektrotehnički fakultet Osijek 275

3.1. Uvod3.1. Uvod

Elektrotehnički fakultet Osijek

276

Prirodni (primarni) oblici energije


NEOBNOVLJIVI

Fosilna goriva(ugljen, nafta, zemni plin,

uljni škriljevci)

Nuklearna goriva

Unutarnja toplina Zemlje (geotermalna energija)

NEOBNOVLJIVI

Fosilna goriva(ugljen, nafta, zemni plin,

uljni škriljevci)

Nuklearna goriva

Unutarnja toplina Zemlje (geotermalna energija)

OBNOVLJIVI

Vodne snage(energija vodotokova, morskih

struja i valova, plime i oseke)

Biomasa i bioplin

Energija Sunčeva zračenja

Energija vjetra

OBNOVLJIVI

Vodne snage(energija vodotokova, morskih

struja i valova, plime i oseke)

Biomasa i bioplin

Energija Sunčeva zračenja

Energija vjetra

Konvencionalni obnovljivi izvori: energija vodotokova (isključivo velike HE), ostali nekonvencionalni

277

Ovi oblici energije NE MOGU se vremenom iscrpiti, ali je moguće u potpunosti iscrpiti njihove potencijale

PrimjerPrimjer: U: Utvrđivanje najpogodnijih lokacija za gradnju HE tvrđivanje najpogodnijih lokacija za gradnju HE određene instalirane snage na određenom vodotoku i njihova određene instalirane snage na određenom vodotoku i njihova izgradnja izgradnja -- potpuno iskoripotpuno iskorišštenje isplativih energetskih kapaciteta tenje isplativih energetskih kapaciteta vodotoka vodotoka

Dio obnovljivih izvora energije nije moguće uskladištiti i transportirati u prirodnom obliku (vjetar, zračenje sunca), a dio jest (voda u vodotocima i akumulacijama, biomasa i bioplin)

Izvore energije koje nije moguće uskladištiti treba iskoristiti u trenutku kad se pojave ili ih pretvoriti u neki drugi oblik energije


278

Direktiva EU o obnovljivim izvorimaTemeljni zakonski okvir i poticaj za razvoj obnovljivih izvora itehnologija njihove uporabe u EU!

2001. Europska unija usvojila je Direktivu o obnovljivim izvorima (2001/77/EC), koja predstavlja obvezu za zakonodavstva zemalja-članica EU, u smislu povećanja udjela obnovljivih izvora u proizvodnji električne energije.

U ukupnoj proizvodnji električne energije u 1997. godini prosječni udjel obnovljivih izvora bio je 13,9%, koji se mora u 2010. godini prosječno podići na 22,1%.U ukupne udjele prema direktivi uključene su i velike HE, iako se radi o konvencionalnom izvoru energije!

Pri tome zadaće pojedinih zemalja različite su, ovise o zatečenom udjelu, objektivnim mogućnostima za njegovu bržu ili sporiju promjenu, te različitim obvezama pojedine zemlje u odnosu na Kyoto-protokol.


Direktiva EU o obnovljivim izvorima (2001/77/EC)


22,113,9Ukupno EU-1510,01,7Ujed. Kraljevstvo60,049,1Švedska29,419,9Španjolska39,038,5Portugal12,54,5Njemačka9,03,5Nizozemska5,72,1Luksemburg25,016,0Italija13,23,6Irska20,18,6Grčka21,015,0Francuska31,524,7Finska29,08,7Danska6,01,1Belgija78,170,0Austrija

Udjel obn.izv.2010 (%)

Udjel obn.izv.1997 (%)Zemlja Zatečeni udjel (1997)

obnovljivih izvora u proizvodnji električne energije vrlo šaroliko raspoređen.

Zadaće postavljene pred pojedinu zemlju (2010) također raznolike.

Kod niza inače razvijenijih zemalja zatečeni udjel zapravo vrlo nizak (Belgija, Irska, Nizozemska, donekle Njemačka i – izrazito –Ujedinjeno Kraljevstvo).

280

Direktiva EU o obnovljivim izvorima (2001/77/EC) - nadopuna


Nakon prijema 10 novih članica Europske unije, došlo je do nadopune Direktive 2001/77/EC, obuhvatom i tih zemalja.

Sveukupno, u svih 25 zemalja-članica EU s udjela od 12,9% u 1997. godini treba postići udjel od 21% u 2010. godini.

21,012,9Ukupno EU-2533,629,9Slovenija31,017,9Slovačka7,51,6Poljska7,03,3Litva49,342,5Letonija5,00,0Malta3,60,7Mađarska5,10,2Estonija8,03,8Češka6,00,05Cipar

Udjel obn.izv.2010 (%)

Udjel obn.izv.1997 (%)Zemlja

281

05

101520253035404550556065707580

CZ HUN GER POL ITA EU GRE FRA CRO POR FIN AUT

%

1990.

1995.

2000.

Udjel obnovljivih izvora u proizvodnji električne energije


282



Hrvatska: udjel 2000. godine veći od 50% (viši samo u Austriji) – naizgled izvrsna situacija ?!

Očekivano povećanje oko 5 % u 2010. godini, no daljnja povećanja udjela obnovljivih izvora energije predmet pristupnih pregovora s EUProblemi:1. od 2071 MW ukupno instalirane snage u hidroelektranama, samo 24,23 MW u malim hidroelektranama (nekonvencionalni obnovljivi izvor)2. Osim u hidroelektranama, značajnijeg udjela ostalih obnovljivih izvora energije u proizvodnji električne energije praktički nema (zasada instalirana samo dva vjetroparka: na Pagu snage 6 MW i kod Šibenika snage 14 MW)

283

0

2

4

6

8

10

12

14

CZ HUN GER POL ITA EU GRE FRA CRO POR FIN AUT

%

1990.

1995.

2000.


bez hidroelektrana


284

Zakonska regulativa o obnovljivim izvorima u HR


Sve zemlje Europske unije preuzele su obveze promjene odnosa u energetskom sektoru temeljem zajedniččkih pravila koja su određena direktivama oliberalizaciji tržišta električne energije i plina.

U sklopu eurointegracijskih procesa Hrvatska je cjelokupni koncept reforme energetskog sektora kroz pravni i institucionalni okvir prilagodila zahtjevima EU-a, dakako,u granicama specifičnog rješenja.

Značajan pomak u području obnovljivih izvora energije u Hrvatskoj se dogodio 22. ožujka 2007. kada je Vlada usvojila paket podzakonskih akata koji reguliraju to područje, temeljene na dokumentima:

- Strategija energetskog razvitka Republike Hrvatske (NN 38/2002),

- Nacionalna strategija zaštite okoliša (NN 46/2002),

- nacionalni energetski programi i dr,

285Elektrotehnički fakultet Osijek

Poseban položaj OIE-a i kogeneracije definiran je i u Zakonu o energiji(NN 68/2001, 177/2004) koji eksplicitno izražava pozitivan stav prema njima pa se u njegovom članku 14, stavku 1. izrijekom kaže da je njihovo korištenje u interesu Hrvatske.

Vlada je na sjednici održanoj 22. ožujka 2007. godine, usklađujući propise o obnovljivim izvorima energije s onima u EU-u, propisala da do kraja 2010. godine minimalni udio električne energije iz obnovljivih izvora (ne odnosi se na velike HE s instaliranom snagom većom od 10 MW) treba iznositi 5,8% u ukupnoj potrošnji električne energije.


Novi propisi (NN 33/2007) su:

Uredba o minimalnom udjelu električne energije proizvedene iz obnovljivih izvora energije i kogeneracije čija se proizvodnja potiče

Uredba o naknadama za poticanje proizvodnje električne energije iz obnovljivih izvora energije i kogeneracije

Tarifni sustav za proizvodnju električne energije iz obnovljivih izvora energije i kogeneracije.

Pravilnik o korištenju obnovljivih izvora energije i kogeneracije

Pravilnik o stjecanju statusa povlaštenog proizvođača električne energije.


Tarifni sustav za proizvodnju el. energije i obnovljivih izvora energije i kogeneracije

Cilj Tarifnog sustava za proizvodnju električne energije iz obnovljivih izvora energije i kogeneracije (NN 33/2007) te Uredbe o naknadama za poticanje proizvodnje električne energije iz obnovljivih izvora energije i kogeneracije je jasno definirati i konkretizirati mehanizme prikupljanja sredstava i mehanizama poticanja, temeljenih na cjenovnom pristupu za proizvođače.

U članku 4. Tarifnog sustava utvrđene su visine tarifnih stavki (C) za postrojenja priključena na prijenosnu ili distribucijsku mrežu koja koriste obnovljive izvore energije za proizvodnju električne energije


Visine tarifnih stavki (C) za postrojenja priključena na distribucijsku mrežu koja koriste obnovljive izvore energije za proizvodnju električne energije instalirane električne snage do 1 MW

0,60i. elektrane na ostale obnovljive izvore (morski valovi, plima i oseka...)

0,36h. elektrane na deponijski plin i plin iz postrojenja za pročišćavanje otpadnih voda

0,36g. elektrane na tekuća biogoriva

1,20f. elektrane na bioplin iz poljoprivrednih nasada (kukuruzna silaža...) te organskih ostataka i otpada iz poljoprivrede i prehrambeno-prerađivačke industrije (kukuruzna silaža, stajski gnoj, klaonički otpad, otpad iz proizvodnje biogoriva…)

1,26e. geotermalne elektrane

0,95d.2. kruta biomasa iz drvno-prerađivačke industrije (kora, piljevina, sječka...)

1,20d.1. kruta biomasa iz šumarstva i poljoprivrede (granjevina, slama, koštice…)

d. elektrane na biomasu

0,64c. vjetroelektrane

0,69b. hidroelektrane

2,10a.3. sunčane elektrane instalirane snage veće od 30 kW

3,00a.2. sunčane elektrane instalirane snage veće od 10 kW do uključivo 30 kW

3,40a.1. sunčane elektrane instalirane snage do uključivo 10 kW

a. sunčane elektrane

C (kn/kWh)Tip postrojenja


Visine tarifnih stavki (C) za postrojenja priključena na na prijenosnu ilidistribucijsku mrežu koja koriste obnovljive izvore energije za proizvodnju električne energije instalirane električne snage veće od 1 MW

0,50h. elektrane na ostale obnovljive izvore (morski valovi, plima i oseka…)

0,36g. elektrane na deponijski plin i plin iz postrojenja za pročišćavanje otpadnih voda

0,36f. elektrane na tekuća biogoriva

1,04e. elektrane na bioplin iz poljoprivrednih nasada (kukuruzna silaža...) te organskih ostataka i otpada iz poljoprivrede i prehrambeno-prerađivačke industrije (kukuruzna silaža, stajski gnoj, klaonički otpad, otpad iz proizvodnje biogoriva…)

1,26d. geotermalne elektrane

0,83c.2. kruta biomasa iz drvno-prerađivačke industrije (kora, piljevina, sječka i…)

1,04c.1. kruta biomasa iz šumarstva i poljoprivrede (granjevina, slama, koštice…)

c. elektrane na biomasu

0,65b. vjetroelektrane

0,42- energija za više od 15000 MWh proizvedenih u kalendarskoj godini

0,55- energija za više od 5000 MWh do uključivo 15000 MWh proizvedenih u kalendarskoj godini

0,69- energija do uključivo 5000 MWh proizvedenih u kalendarskoj godini

a. hidroelektrane instalirane snage do uključivo 10 MW

C (kn/kWh)

Tip postrojenja


Visine tarifnih stavki (C) za kogeneracijska postrojenja priključena na distribucijsku mrežu koja koriste obnovljive izvore energije za proizvodnju električne energije

0,150,30Kogeneracijska postrojenja instalirane električne snage veće od 35 MW, tzv. velike kogeneracije, te sva kogeneracijska postrojenja priključena na prijenosnu mrežu

0,22 0,44Kogeneracijska postrojenja instalirane električne snage veće od 1 MW do uključivo 35 MW, tzv. srednje kogeneracije priključene na distribucijsku mrežu

0,260,51Kogeneracijska postrojenja instalirane električne snage veće od 50 kW do uključivo 1 MW, tzv. male kogeneracije

0,320,61Kogeneracijska postrojenja instalirane električne snage do uključivo 50 kW, tzv. mikrokogeneracije te sva kogeneracijska postrojenja koje koriste gorivne ćelije na vodik

NTVT

CKogeneracijska postrojenja


Korekcijski faktori za tarifne stavke (C) ovisni o udjelu domaće komponente u projektu

Proračun poticajnih cijena za pojedine obnovljive izvore energije rađen je uz zahtjev ostvarivanja interne stope povrata, odnosno uz pretpostavku da će se za razdoblje trajanja ugovora o otkupu električne energije od 12 godina postrojenje u potpunosti isplatiti. Nakon toga bit će moguće, s obzirom na razvoj tržišta zelene električne energije, ostvarivati pogodnosti kroz prodaju električne energije na otvorenom tržištu ili kroz nove ekološke institute za obnovljive izvore (zeleni certifikati i dr).

0,9345 i manje

45 – 60

1,0060 i više

Korekcijski faktor, koUdio domaće komponente u projektu,p (%)


Shema djelovanja tržišta električne energije iz OIE

293

3.2. Vodne snage3.2. Vodne snage


294

U poU poččetku...etku...

Kineska obrada Kineska obrada ččelikaelika


HHiidrodroenergijaenergija17001700tete ~~ ranerane 18001800tete

Bernard Forest de Bélidor

Architecture Hydraulique,


296

Kasne 1800-te

U Michiganu Grand Rapids Electric Light & Power Company.

Niagarini slapovi, New York

Fox River u Appleton, Wisconsin

Sustavniji pristup: Lewiston, Idaho


Sredina Sredina 19001900--tihtih

Industrijska era

Nove tehnologije

Bolja konstrukcija

Veće investicije


298

Danas

1/2 el. en. u HR

1/5 svjetske el. en.


Pretvorbe energije vode

Sunčeva energija kao toplinska dopire do Zemljine površine izaziva isparavanje vode, tla i bilja, što 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 pretvorbenim sustavima. Oblici energije položaja vode: vodotoci, plima i oseka, morski valovi .

Osnovni način uporabe: pretvorba energije položaja vode(potencijalna u akumulacijama) i kinetičke energije vode (protočne) u mehaničku energiju protjecanjemkroz vodne turbine, a potom najčešće u električnu u generatorima

300Elektrotehnički fakultet Osijek 301

Ukupna snaga oborina procjenjuje se na 4.4·1010 W, ali se teorijski može iskoristiti samo od 0,01% do 0,15% !!!“Dostupni” dio energije položaja vode

Prosječna nadmorska visina tla: 700 mKoličina oborina u prosjeku: 0.9 mPovršina kopna: 130 1012 m2

W=m·g·h= ρ·V·g·hW=1000 kg/m3 · 130·1012 m2 · 0.9m · 9.81m/s2 · 700mW=8.035·1020 J = 223·106 GWh

2/3 vode isparava, “samo” je oko 20% preostale energije položaja moguće je tehnički isplativo iskoristiti - 15090 TWh2004. svjetska proizvodnja električne energije iznosila je 17450 TWh, od toga vodne snage 2808 TWh (16,1 % proizvodnje el.en., 18,7 % iskorištenog potencijala)


302

Hidrološka svojstva HE

Hidroelektrane (HE): postrojenja u kojima se energija položajapretvara u električnu energiju

Količina vode koja pritječe u vodotoke definira se sa:

koji iznosi od zanemarivo do 0,95

Ovisnost količine vode u vodotocima o: količini oborina, sastavu i topografiji tla, vremenskom rasporedu oborina.

Osnovno mjerenje razine vode u vodotoku: vodostaj ili pad vode H [m] pomoću vodokaza.

faktor otjecanja=voda u promatranom vodotoku

oborinsko područje količina padavina⋅


Protok Q [m3/s]

Mogućnost pretvorbe ovisi o poznavanju količine vode u vodotoku po iznosu (volumenu)i vremenu, tj. o protoku Q

Konsumpciona krivuljaH = f(Q)Istovremeno mjerenje protoka Qna određenom mjestu vodotoka, odnosno na određenom profilu. Mjerenja se obavljaju zaodređeno mjesto i sveočekivane vodostaje H. Ovisna je o obliku korita namjestu vodokaza.

Raspored protoka za jedanvodotok u nekoj godini


304

KonsumpcionaKonsumpciona krivuljakrivulja

HA

A-A

HB

B-B

A

B

Q [m3/s]

H [m]

HA=f(Q)

HB=f(Q)

Elektrotehnički fakultet Osijek 305Elektrotehnički fakultet Osijek

Krivulja protoka (a) i krivulja trajanja protoka (b)

Krivulja protoka Q [m3/s] količina vode u ovisnosti o vremenu.

Ukoliko se umjesto kronološki uredi prema veličini – krivulja trajanja protoka (obično na promatr. profilu za prosječna za mjerenja u 10 godina)


∫ ⋅=iQ

i dQtV0

0tV

Q isi =

Iskoristivi volumen i protok

Iskoristivi volumen (m3) ovisan o veličini izgradnje Qi određuje se iz krivulje trajanja protoka Q = f(t) prikazane na slici

Srednji iskoristivi protok (m3/s) je onaj konstantni protok u kojem bi za isto razdoblje na promatranom profilu toka protekla količina vode Vi

307

Neto snaga HE

Tehnički iskoristiva energija vodotoka smanjena je zbog trenja u dovodima (tunel,tlačni cjevovod), te gubitaka protoka, što se definira kroz neto pad Hn (neto pad = bruto pad (prirodni) – gubici)

Srednja iskoristiva snaga (neto snaga) koju hidroelektrana daje na priključcima generatora, može se odrediti iz jednadžbe:

gdje je: ηt i ηg stupanj korisnog djelovanja turbine i generatora

Hn raspoloživi netto pad [m]

Qsi srednji iskoristivi protok

Ukupni stupanj djelovanja η =ηt ·ηg pri optimalnom opterećenju u modernim hidroelektranama iznosi i do 90 %. Prosječno za veća , postrojenja iznosi približno 80%, a za manja postrojenja približno 75%.

P = 9.80665 · ηt · ηg · Qsi · Hn [kW]P = 9.80665 · ηt · ηg · Qsi · Hn [kW]


308

Hidroelektrane (HE)

Postrojenja u kojima se energija položaja vode pretvara u električnu energiju. HE se sastoji od objekata i dijelova kojisluže za skupljanje i odvođenje vode, pretvorbu energijepoložaja vode u mehaničku odnosno električku energiju tetransformaciju i razvod električke energije.

Karakteristični dijelovi HE: brana ili pregrada, zahvat, dovodvode, vodna komora ili vodostan, tlačni cjevovod, strojarnica (vodne turbine i generatori), odvod vode.

Uvjeti izgradnje HE: topografski i geološki uvjeti, pogonskizahtjevi, hidroenergetsko iskorištenje vodotoka, uvjetipoljoprivrede i opskrbe vodom, ribarstvo i ekologija


BranaBrana Three GorgesThree Gorges

Duga skoro 2 km

180 m visoka.

25-75 milijarde $.

20 godina izgradnje

Završetak izgradnje 2009.


310

Podjela HE:

PrPremaema padupadu: 1. Niskotlačne (do 25 m),2. Srednjetlačne (25 - 200 m), 3. Visokotlačne (> 200 m)

PPremarema nanaččinuinu korikorišštenjatenja vodevode: 1. Protočne (voda se koristi kako dotječe)2. Akumulacijske (dio akumulirane vode koristi se prema potrebi)

2.1. Dnevna akumulacija(punjenje po noći, pražnjenje po danu)2.2. Sezonska akumulacija(punjenje u kišnom, pražnjenje u sušnom periodu)


PPremarema smjesmješštajutaju strojarnicestrojarnice1. pribranske (strojarnica smještena neposredno uz branu) 2. derivacijske (zahvat vode i strojarnica prostorno odijeljeni, voda se dovodi do turbina cjevovodom dugačkim i više kilometara)

Posebne vrste HE:Crpno-akumulacijske

dnevna akumulacija (crpljenje u razdobljima viška energije u elektroenergetskom sistemu)sezonska akumulacija (crpljenje u kišnim razdobljima, korištenje u sušnim razdobljima)

HE HE kojekoje koristekoriste promjenupromjenu razinerazine moramora ((plimaplima i i osekaoseka))


312

Shema crpno-akumulacijske HE


Vodne turbineOpćenito se dijele na: turbine slobodnog mlaza (akcione) i pretlačne (reakcione) turbine, ovisno o padu, protoku i tlakuAkcione – slično vodenom točku

udubljene lopatice - okreću se u zraku

za velike padove (okomito >10 m), za velike tlakove

Reakcione – za velika postrojenja lopatice slične elisi broda –potopljene u vodi

za male padove, pri velikom protoku i malom tlaku


314

TTurbinurbina slobodnog mlaza (akciona)a slobodnog mlaza (akciona)

PretlaPretlaččna (reakciona)na (reakciona) tturbinurbinaa


Vrste vodnih turbina:Vrste vodnih turbina:

Pretlačne (reakcione) turbine

Francisova (konstruirao Amerikanac Francis 1848.)

Kaplanova (konstruirao Čeh Kaplan 1912.)

Propelerna (Kaplanova s nepomičnim rotorskim lopaticama)

Turbine slobodnog mlaza (akcione)Turbine slobodnog mlaza (akcione)

Peltonova (konstruirao Amerikanac Pelton 1878.)

Mikroturbine: Mikroturbine: potrebna snaga od 3potrebna snaga od 3--4 kW, uz Q4 kW, uz Q··H H ~1 uz stupanj korisnog djelovanja od ~50% postiže se snaga ~5 kW


316

Podjela pretlaPodjela pretlaččnih turbina prema brzohodnosti i padunih turbina prema brzohodnosti i padu


snH

11 - 7800 - 120018 – 11600 – 80030 – 18450 –600KAPLAN (PROPELERNA)50 - 30350 - 500extremno brzohodna80 – 50250 – 350brzohodna150 – 80125 - 250normalna

300 – 15050 - 125sporohodnaFRANCIS24 - 60s 4 mlaznice17 - 42s 2 mlaznice

do 2000do 30s 1 mlaznicomPELTON

Pad(m)

Brzohodnost (min-1)

VRSTA PRETLAČNE TURBINE


Francisova turbina


Kaplanova turbina


Peltonova turbina

320

Hidrosustavi (HE):Dimenzije - veliki, mali, mikrosustaviVeliki definirani kao veći od 10(30) MW, najveće HE:Itaipu (Brazil i Paragvaj), rijeka Parana, jezero 170x7 km, 196 m visoka brana, snaga 18x700 MW (+2x700 MW u izgradnji), 75 TWh godišnjeThe Three Gorges (tri klisure) u Kini, rijeka Yangtze, jezero 640x1.6 km, 175 m visoka brana, snaga 26x700 MW, puštena u pogon 2007., potpljeno 160 gradova, 1500 sela (preko milijun ljudi preseljeno)Mali sustavi definirani od 100 kW do 10 (30) MW, dovoljno npr. za potrebe industrije i manjih gradova. U Hrvatskoj po definiciji od 100 kW do 10 MW.Mikrosustavi definirani do 100 kW, u porastu, ekološki prihvatljivo.


MW sada planirano

Tip:A – lukE – zemljom ispunjenaG – gravitacionaR – stijenjem ispunjenac - značajan dio volumena jezera je prirodan

Velike HE

Najveće betonske brane - visina

Najveće brane -visina

Najveće brane –volumen materijala

Najveće akumulacije – volumen vode

Najveće HE - snaga

322

Hidroenergetski potencijalHidroenergetski potencijal


Teorijski potencijalTeorijski potencijal TehniTehniččki potencijalki potencijal

323

Hidroenergetski potencijal Hidroenergetski potencijal –– iskoriiskoriššteno u HEteno u HE


TehniTehniččki ki iskoristiv iskoristiv potencijalpotencijal

Ukupna Ukupna instalirana instalirana snaga HEsnaga HE

Proizvodnja Proizvodnja el.en. u HE el.en. u HE

u 1998.u 1998.

%%


Svjetska proizvodnja elektriSvjetska proizvodnja električčne energije iz vodnih snaga ne energije iz vodnih snaga od 1971. do 2004. po regijama (TWh)od 1971. do 2004. po regijama (TWh)


Udio pojedinih izvora u proizvodnji elektriUdio pojedinih izvora u proizvodnji električčne energije ne energije od 1971. do 2004.od 1971. do 2004.

326

Proizvodnja HE po zemljama 1998.Proizvodnja HE po zemljama 1998.GWhGWh


Udio obnovljivih izvora u svjetskoj proizvodnji Udio obnovljivih izvora u svjetskoj proizvodnji elektrielektriččne energije 2006. godinene energije 2006. godine

328

HrvatskeHrvatske elektraneelektrane u 1998. u 1998. -- snagasnaga

Raspoloživa snaga na pragu(MW)

Konvencionalne termoelektraneDizelske elektrane (MVA)NE Krško, 50%

Ukupno TE

Akumulacijske HEProtočne HEMale HEUkupno HE

Industrijske elektrane

1231.552.3

316.0

1599.8

2074.4

1694.1

15.8364.5

242.0


HrvatskeHrvatske elektraneelektrane u 1998. u 1998. -- udioudio

(ne)raspoložive snage hrvatskih elektrana(650 MW neraspoloživo izvan Hrvatske - TE Obrenovac, TE Tuzla, TE Kakanj i TE Gacko)

nerasp. izvanHrvatske

14,2%

Indust.elektrane

6,0%Male HE

0,4%Prot. HE

7,9%

Konven. TE26,8%Dizelske

elektrane1,1%

NE Krško6,9%

Akum. HE36,7%


330

Protočne HE1695

Gubiciprijenosa444

Akumlacijske HE5419

Male HE76

Termoelektrane2521

Prozvodnja NE(za HEP) 2180

Dizelskeelektrane 1

Uvoz1796

Ukupna proizvodnja 11892

Ukupno raspoloživo 13688

Predano mrežom prijenosa 11614

Direktnipotrošači512

Isporuka distribuciji 11102

Izvoz1630

BilancaBilancaproizvodnjeproizvodnje zaza

19919988. (GW. (GWhh))

331

Hrvatska proizvodnja 1996Hrvatska proizvodnja 1996--20002000 (GW(GWhh))

ElektriElektriččna energijana energija


332 333

Hrvatski proizvodniHrvatski proizvodni kapaciteti kapaciteti –– 2001.2001.


334

Male hidroelektrane u EUEuropa je druga u svjetskom doprinosu u proizvodnji električne energije iz malih hidroelektrana, odmah iza Azije. Hidroenergija ima oko 84% udjela u ukupnoj proizvodnji električne energije iz obnovljivih izvora u EU-27 i oko 13% ukupne proizvodnje električne energije u EU-152001. MHE su u EU-15 doprinijele oko: 2% u ukupnoj proizvodnji električne energije, te oko 9% u ukupnoj proizvodnji električne energije iz obnovljivih izvora energije. MHE broje oko približno 4.6% ukupne hidroenergetske proizvodnje u novim članicama Europske unije i Turskoj. Niti jedan od drugih obnovljivih oblika energije (vjetar, biomasa, fotonaponske ćelije i sl.), u tim zemljama, se ne može mjeriti s malim hidroelektranama. EU-15: u pogonu oko 14000 MHE s prosječnom instaliranom snagom od 0.7 MW. Nove članice: EU-10 oko 2800 MHE, prosječne snage 0.3 MW, Rumunjska, Bugarska i Turska: oko 400 MHE, prosječne snage 1.6 MW.


Male hidroelektrane u HrvatskojPovijest:

Iako se energija rijeka i potoka u Hrvatskoj koristila tisućama godina (za pogon mlinova i sl), sustavna istraživanja mogućnosti za njezino iskorištavanje u hidroenergetske svrhe u malim hidroelektranama na području Hrvatske započela su tek 1980. godine.

Jedan od tih vodotokova na kojem postoje brojne mogućnosti za izgradnju malih hidroelektrana pregradnjom postojećih ili napuštenih mlinova (vodenica) je rijeka Mrežnica. Njezina ukupna duljina iznosi 64 km, visinska razlika 148 m, a prosječni godišnji protok 34 m3/s.

Ono po čemu je Mrežnica najpoznatija su čak 93 sedrena slapa između kojih su stvoreni ujezereni dijelovi rijeke. Na čak 49 tih slapova tijekom povijesti ljudi su izgradili vodenice za pogon mlinova, a kako je danas najveći dio tih mlinova napušten ili zapušten, postoje velike mogućnosti za njihovu pregradnju u male hidroelektrane.


336

Tehnički iskoristivi potencijali za MHE u Hrvatskoj

Približno 90% poteza korištenja nalazi u području snage ispod 500 kW, ali ako se kao mjerilo uzme instalirana snaga, dobiva se slika iz druge perspektive, tj. više od 50% snage koncentrirano je u 11% poteza korištenja.

100177100699UKUPNO

122147324Manje od 0,1

3156422960,5 - 0,1

16296421,0 - 0,5

12222171,5 - 1,0

29503205 - 1,5

Instal. snaga (%)

Instal. snaga (MW)

Broj poteza (%)Broj potezaInstalirana snaga

(MW)


MaleMale HE uHE u pogonupogonuPrivatnePrivatne HEPHEP12 objekata22 agregata4,9 MW

20 objekata37 agregata68,3 MW

MHE u pogonu u HrvatskojMHE u pogonu u Hrvatskoj


338

Neke MHE u pogonu u Hrvatskoj

24,227 Ukupno

1989. 1,12 1,12 PHEBM Dubrava

1982. 1,1 1,1 PHEBM Čakovec

1975. 0,585 0,585 PHEBM Varaždin

1907. 1,772 2 x 0,886 MHE Roški slap

1997. 0,03 0,03 MHE Finvest II

1995. 1,26 4 x 0,315 MHE Finvest I

1913. 1,2 2 x 0,6 MHE Tvornica cementa '10 Kolovoz'

1937. 1,1 0,53 + 0,25 + 0,32 MHE Pamučna industrija Duga Resa

1989. 0,68 2 x 0,34 MHE Dubrava

1982. 0,34 0,34 MHE Čakovec

1988. 0,44 0,44 MHE Krčić

1953. 1,5 1,5 MHE Zavrelje

1952. 2,2 2 x 1,1 MHE Ozalj II

1908. 3,6 2 x 1 + 2 x 0,8 MHE Ozalj I

1904. 5,6 2 x 2,8 MHE Jaruga

1922. 1,7 2 x 0,85 MHE Zeleni Vir

Godina pušt. u pogon Instalirana snaga, MW Naziv


Stanje korištenja MHE u Hrvatskoj - problemi

Postojeći modeli i programi za planiranje i izgradnju EES-a potcjenjuju ulogu MHE u sustavu i gospodarstvu prvenstveno zbog toga što njihovu ulogu vrednuju prvenstveno kroz snagu objekta

Postojeća metodologija planiranja izgradnje MHE pokazala se neosjetljivom na suvremene zahtjeve za zaštitom prirode i okoliša te kulturne baštine

Važeća zakonska regulativa ne prepoznaje objekte MHE na adekvatan način, pa su procedure za dobivanje dozvola i suglasnosti dugotrajne i složene, kao da se radi o znatno većim i opsežnijim projektima

U našoj zemlji vrlo mali broj MHE je u pogonu, pogotovo ako se vrši usporedba sa susjednim zemljama (Slovenija, Austrija, ...)


340

Istraživanje potencijalnih lokacija za MHE u Hrvatskoj

Mjerenje protoka tijekom godina

Određivanje krivulje trajanja protoka

Ispitivanje izvedivosti i cijene projekta

Hidrologija, ekologija, prostorni planovi, utjecaj na kulturnu baštinu i život...

Princip diskvalificiranja lokacije uz minimiziranje ulaganja

U Hrvatskoj: od 77 lokacija isključeno je 52: 33 (prostorno planska ograničenja), 18 (zaštita okoliša i kulturna baština), dvije lokacije su spojene u jednu novim rješenjem

Preostalo 25 lokacija (77 -> 32 MW ⇒ 25 -> 7,8 MW)


Jadro (2)

Butišnica (2)

Brzaja (4)

Krupa (5)

Slapnica (6)Kupčina (7)

Mirna (2)Orljava (9)

Ovrlja (1)Ruda (3)

Rumin Mali (1)

Žrnovnica (4)

Vitunjčica (3)

Ljuta (2)

Rumin Veliki (2)

Pantan (1) Cetina (2)

Zrmanja Vrelo (1)

Kupica (2)

Bregana (7)Čabranka (10)

Čučkov jarak (1)

Pilot projekti malih HE u HR


342

Investicijski troškovi i troškovi pogona MHE

Općenito, velike hidroelektrane imaju malih poteškoća u nadmetanju sa konvencionalom generacijom, ali male hidroelektrane, osobito vrlo male elektrane i one s malim padom, se mogu normalno nadmetati tamo gdje su uvedene naknade za vanjske troškove povezane sa fosilnim gorivima i nuklearnom energijom.Početni investicijski troškovi ulaganja po kW su veliki, ali su troškovi rada MHE ekstremno niski, budući da nema potrebe plaćati gorivo.Potreban kapital za MHE ovisi o efektivnom padu, protoku, geološkim i geografskim značajkama, opremi (turbine, generatori itd.) i građevinskim radovima, te o kontinuitetu toka. Korištenjem postojećih brana, pregrada, rezervoara i jezera može značajno smanjiti ekološki utjecaj i troškove. Elektrane s malim padom i velikim protokom zahtjevaju veća početna ulaganja, jer građevinski radovi i turbinska mehanizacija mora podneti veći protok vode.


-500 – 12003Poljska-2200 – 25002.5 – 3Litva-660 – 20002 – 3Češka Republika

1.41800 – 22004 – 5Švedska0.425003.6 – 14.5Austrija0.915003.5 – 7Španjolska

Prosječni troškovi rada i održavanja(€centa/kWh)

Raspon troškova ulaganja

(€/KW)

Prosječni troškovi proizvodnje

(€centa/kWh)

Država

Troškovi ulaganja i proizvodnje malih hidroelektrana u nekim zemljama EU (2003.)

Investicijski troškovi i troškovi pogona

Uzevši u obzir 5000 sati punog opterećenja na godinu, investicijski troškovi za malu hidroelektranu od 100 kW su u opsegu od 0.95 do 1.8eura po kWh/god. ili od 475 000 do 900 000 eura, dok je za malu hidroelektranu od 2 MW taj raspon između 0.55 i 0.75 eura po kWh/god. ili između 5.5 i 7.5 milijuna eura.


344Troškovi ulaganja i proizvodnje malih hidroelektrana u nekim zemljama EU (2003.)

Investicijski troškovi i troškovi pogona MHE u HR

Procjena investicijskih troškova

1. kategorija vodotokova (108 poteza, srednje vrijednosti H = 16,62 m, Q = 8,04 m3/s, P = 791,3 kW) : do 2500 €/kW 2. kategorija vodotokova (244 poteza, srednje vrijednosti H = 5,33 m, Q = 9,81 m3/s, P = 247,35 kW) : 2500 – 4500 €/kW 3. kategorija vodotokova (231 potez, srednje vrijednosti H = 3,11 m, Q = 6,69 m3/s, P = 95,47 kW) : 4500 – 6000 €/kW 4. kategorija vodotokova (111 potez, srednje vrijednosti H = 0,99 m, Q = 13,08 m3/s, P = 73,53 kW) : preko 6000 €/kW

Za neke MHE u pogonu u Hrvatskoj troškovi pogona iznose od 1.3 do 2.5 €/MWh. Tako su pogonski troškovi prema iskustvenim podatcima iz prakse za malu hidroelektranu Roški slap (1.4 MW) oko 18.37 kn/MWh (oko 2.48 €/MWh), a za malu hidroelektranu Varaždin (585 kW) oko 10 kn/MWh (oko 1.35 €/MWh).


HHiidrodroenergijaenergija –– za i protivza i protiv

PozitivnoNema emisije u okoliš (uvjetno)

Kontrola plavljenja i toka

Obnovljivi izvor električne energije

Efikasnost – do 90% za el. en.

Društveni utjecaj na regiju


NegativnoOzlijede i migracije riba, utjecaj na neposredni biosustav, fertilizacijapotopljenog prostora, sedimentacija

Umanjivanje kvalitete vode nizvodno, drastične promijene prirodnog toka rijeke, preseljenje ljudi

Izgradnja i održavanje HE: niz državnih institucija s nejasnim ovlastima i procedurama, javno mnijenje

Društveni utjecaj na regiju

346

3.3. Biomasa3.3. Biomasa


Postanak:

Biomasa su sve biorazgradive tvari biljnog i životinjskog porijekla, dobivene od otpada i ostataka poljoprivredne i šumarske industrije.

Biomasa dolazi u: čvrstom, tekućem (biogoriva: biodizel, bioetanol, biometanol) i plinovitom stanju (npr. bioplin, plin iz rasplinjavanja biomase, deponijski plin)


Vrste biomase:1. Šumska biomasa:

Ostaci i otpad iz drvne industrije, nastali redovitim gospodarenjem šumama, prostorno i ogrjevno drvo.Održivo korištenje – međunarodni koncenzusHrvatska 44% površine pod šumama, godišnji prirast 9.6 milijuna m3

2. Biomasa iz drvne industrijeOstaci i otpad pri piljenju, brušenju, blanjanju. Gorivo u vlastitim kotlovnicama, sirovina za proizvode, brikete... Često otpad koji opterećuje poslovanje drvne industrije. Jeftinije i kvalitetnije gorivo od šumske biomase.


3. Poljoprivredna biomasaOstaci godišnjih kultura: slama, kukuruzovina, oklasak, stabljike, ljuske, koštice... Svojstva: heterogenost, niska ogrijevna moć, visok udio vlage, različite primjese (npr. Na, Cl)Primjer: Nakon berbe kukuruza na obrađenom zemljištu ostaje kukuruzovina, stabljika s lišćem, oklasak i komušina. Budući da je prosječni odnos zrna i mase (tzv. žetveni omjer) 53% : 47%, proizlazi kako biomase približno ima koliko i zrna. Ako se razluče kuruzovina i oklasak, tada je njihov odnos prosječno 82% :18%, odnosno na proizvedenu 1 t zrna kukuruza dobiva se i 0,89 t biomase kukuruza što čine 0,71 t kukuruzovine i 0,18 t oklaska. Iako je neosporno kako se nastala biomasa mora prvenstveno vraćati u zemlju, preporučuje se zaoravanje između 30 i 50% te mase, što znači da za energetsku primjenu ostaje najmanje 30%.


4. Energetski nasadiBiljke bogate uljem ili šećerom, s velikom količinom suhe tvari (ugljik C), kao što su:- brzorastuće drveće i kineske trske s godišnjim prinosom od 17 tona po hektaru, - eukaliptus: 35 t suhe tvari, - zelene alge s prinosom od 50 tona po hektaru, - biljke bogate uljem ili šećerom,- u Hrvatskoj se najveći prinosi postižu s topolama,vrbama i jablanima…Svojstva: Kratka ophodnja, veliki prinosi. Korištenje otpadnih voda, gnojiva i taloga (vegetacijski filtri). Izbjegavanje viškova u poljoprivrednoj proizvodnji.


5. Biomasa sa farmi životinja Izmet životinja (anaerobna razgradnja u digestoru), spaljivanje lešina (npr. peradarske farme). Bioplin: miješavina - metana CH4 (40-75 %), - ugljičnog dioksida CO2 (25-60 %) i - otprilike 2 % ostalih plinova (vodika H2, sumporovodika H2S, ugljikovog monoksida CO). Bioplin je otprilike 20 % lakši od zraka i bez mirisa je i boje. Temperatura zapaljenja mu je između 650 i 750 oC, a gori čisto plavim plamenom. Njegova kalorijska vrijednost je oko 20 MJ/Nm3 i gori sa oko 60 %-om učinkovitošću u konvenc. bioplinskoj peći.


6. BiogorivaEtanol (alkoholno gorivo) nastaje hidrolizom molekula škroba enzimima u šećer koji fermentira u alkohol (šećerna trska, melasa,kukuruz, drvo, poljoprivredni ostaci).Za proizvodnju metanola mogu se koristiti sirovine s visokim udjelom celuloze kao što je drvo i neki ostaci iz poljoprivrede. Sirovina se najprije konvertira u plinoviti međuproizvod iz kojeg se sintetizira metanol.Biodizel nastaje esterifikacijom biljnih ulja s alkoholom (uljana repica, suncokret soja, otpadno jestivo ulje, loj)Svojstva slična motornim gorivima (miješanje ili uporaba u čistom obliku)


7. Gradski otpad“Zeleni dio” recikliranog kućnog otpada, biomasa iz parkova i vrtova, mulj iz kolektora otpadnih voda.Veliki investicijski troškovi, ali uz zbrinjavanje otpada – ekološki prihvatljivo!


Svojstva biomase

1. Obnovljivost

Sve vrste biomase su obnovljive (dotok se ne smanjuje za ljudskopoimanje vremena), s tim da je za ogrjevno drvo uvjet obnovljivosti neprekidno pošumljavanje prostora barem toliko da godišnji prinos bude jednak godišnjem iskorištenju drvne mase.

2. Ogrjevna moć biomase

Osnovna karaktreristika: nehomogenost, kao posljedica različitih udjela vlage i pepela

Drvo: 8,2 do 18,7 MJ/kg Biodizel: 37,2 MJ/l

Biljni ostaci: 5,8 – 16,7 MJ/kg Etanol: 26,8 MJ/l

Bioplin: 26 MJ/Nm3

Usporedbe radi: ogrjevna moć nafte oko 42 MJ/l, prirodnog plina 34-38 MJ/Nm3, kamenog ugljena 24-37,7 MJ/kg, mrkog 12,7-23,9 MJ/kg, lignita do 12,6 MJ/kg


3. Utrošak energije za pridobivanje

Izravno kod šumske biomase: npr. za sječu drvne mase, za pošumljavanje i uzgoj šume, za transport od mjesta sječe do mjesta korištenja te za pripremu drveta za korištenje. Moguća neracionalnost uporabe (utrošak energije > proizvedene energije).

Poljoprivredna, životinjska i biomasa iz drvne industrije, te otpad: moguće izostaviti utrošak pridobivanja jer se odvija neovisno od energetskog korištenja: npr. slama kao rezultat poljoprivredne proizvodnje pšenice (ili će istrunuti ili energetski iskoristiti).

4. Emisije štetnih plinova pri sagorijevanju

Emisija plinova eventualno manje štetnih od konvencionalnih goriva jer praktički nema sumpora. Ipak emisija je nešto veća nego li iz konvencionalnih postrojenja (manji stupanj djelovanja, manje jedinice).

Emisija kod korištenja otpadaka može biti i opasna ako se prethodno iz otpadaka (smeća) ne izdvoje štetni sastojci.


5. Kumulativna CO2neutralnost

Kumulativna neutralnost: u ukupnom lancu – od pridobivanja energije, izrade i montaže pog. uređaja, do korištenja i zbrinjavanja.

Ipak, misli se na neutralnost prilikom pretvorbe u iskoristljiviji oblik (tada je ispunjeno!).

Za biomasu: ispunjeno samo ukoliko je godišnje iskorištavanje mase jednako ili manje od godišnjeg prirasta nove mase. Tada će emisija CO2 pri korištenju te biomase biti jednaka imisiji CO2 prilikom fotosinteze te biomase.


6. Površinska raspodjela i energetska gustoća

Relativno ravnomjerno raspodijeljena, no vrlo male (energetske) površinske gustoće: npr. na 1 km2 slama ima energetski sadržaj oko 2 kWh/god.

Usporedba: na 1 km2 oko 1.000 kWh/god Sunčeva zračenja (geog. Širina HR) ili naftna bušotina s godišnjim iscrpkom od npr. 100 tisuća tona čiji je energetski sadržaj otprilike 1 milijarda kWh/god, a zauzima površinu od par stotina m2!

7. Mogućnost transportiranja i skladištenja

Biomasa se da transportirati na razumno veliku udaljenost (jer bi pretjerana udaljenost tražila više energije za transport od energetskog sadržaja tvari koja se prevozi) te se da uskladištiti i koristiti prema potrebi.

Bitna prednost npr. pred energijom Sunčeva zračenja ili vjetra.


Tehnologije prerade biomase

Osnovni problem je mala energetska vrijednost po jedinici mase: prerada u pogodniji oblik za transport, skladištenje i uporabu

Tehnologije prerade biomase :

1. Zgušnjavanje (briketiranje i peletiranje):smanjivanje volumena (radi transporta, automatizacije loženja)

Faze: usitnjavanje materijala, sušenje, presanje (peletiranje i briketiranje) i hlađenje

Godišnje potrošnja peleta u porastu, npr. u srednjoj Europi: 2001. 120.000 t, 2002. 200.000 t, 2010. očekivano 1.000.000 t


2. Biokemijske pretvorbe:

2.1. Anaerobna digestija (truljenje, razgradnja)

Anaerobna digestija proizvodi bioplin: metan, ugljični dioksid, nešto vodika i ostalih plinova u tragovima, vrlo malo topline i konačni proizvod (gnojivo) sa većom količinom dušika nego što se proizvodi pri aerobnoj fermentaciji.

Anaerobna digestija se odvija samo u specifičnim uvjetima među kojima su ulazna pH vrijednost ulazne mješavine između 6 i 7, potrebna temperatura od 25-35 oC te određeno vrijeme zadržavanja mješavine u digestoru (bioreaktoru).


Postrojenje za proizvodnju bioplina naziva se digestor. Budući da se u njemu događaju različite kemijske i mikrobiološke reakcije, poznat je i kao bioreaktor ili anaerobni reaktor. Glavna mu je funkcija da pruži anaerobne uvjete (nepropustan za zrak i vodu). Kompletni digestorski sustav se sastoji od jame za sakupljanje gnojiva, spremnika za miješanje, cijevi za odvođenje, digestora, spremnika i sustava za iskorištavanje plina.

361

360,0170,0470,66SuhiPerad

9700,462,99,9SuhiSvinje

9700,461,316,7TekućiSvinje

34001,65,632SuhiGoveda

34001,65,451TekućiGoveda

Energija po životinji (kWh/god)

Bioplin po životinji (m3/dan)

Suho (kg/dan)

Količina (kg/dan)

Vrsta otpadaŽivotinja


Količina bioplina i energije dobivena iz životinjskog otpada ovisi o vrsti životinje.

Npr. korištenjem izmeta od 120 krava može proizvesti dovoljno bioplina za pogon motora snage 50 kW, što je dovoljno za pokrivanje potreba za el. energijom manjeg sela.


Deponijski (bio)plin

U industrijskim zemljama nastaje 300-400 kg smeća godišnje po osobi. Deponijski plin nastaje anaerobnom razgradnjom organskih supstanci pod utjecajem mikroorganizama. U središtu deponije nastaje nadpritisak, pa plin prelazi u plinske sonde sabirnog sustava.

Prosječan sastav deponijskog plina je 35-60 % metana, 37-50 % ugljičnog dioksida...


2.2. Fermentacija

Proizvodnja bioetanola –zamjena za benzin (do 20% udjela u mješavini bez preinaka motora)

Sirovine: šećer (šećerna trska), škrob (kukuruz), celuloza (drvo, poljoprivredni ostaci)


Osnovne faze u procesu proizvodnje etanola su:

- priprema sirovine,

- fermentacija,

- destilacija etanola.

Priprema sirovine je zapravo hidroliza molekula škroba enzimima u šećer koji može fermentirati.

Uobičajena tehnologija za proizvodnju etanola je fermentacija u peći s običnim kvascem za proizvodnju 8 do 10%-tnog alkohola nakon 24 do 72 h fermentacije.

Nakon toga slijedi destilacija tog alkohola u nekoliko faza čime se dobiva 95%-tni etanol. Za proizvodnju posve čistog etanola, kakav se koristi za miješanje s benzinom, dodaje se benzen i nastavlja destilacija te se dobiva 99,8%-tni etanol.


Prinos etanola iz raznih sirovina

Etanol (i metanol) se može koristiti u motorima s unutarnjim izgaranjem uz dodavanje benzinu ili kao njegova potpuna zamjena. Za dodavanje do 20% etanola u benzin nisu potrebne nikakve preinake ni zahvati na motoru, dok za dodavanje većeg udjela ili za pogon samo na etanol treba djelomično modificirati motor što poskupljuje cijenu takvih vozila za oko 5 do 10%.


Usporedba svojstava alkoholnih goriva i benzina

Vodeća zemlja u proizvodnji i primjeni etanola za vozila je Brazil, u kojem se svake godine proizvede više od 15 milijardi l. Oko 15% brazilskih vozila se kreće na čisti etanol, a oko 40% koriste 20%-tnu smjesu s benzinom. Smanjena ovisnost o inozemnoj nafti i otvorilo dodatno tržište domaćim proizvođačima šećera (troškovi proizvodnje: 0,16 US$/l, 1.000.000 l etanola-38 radnih mjesta, a 1.000.000 l benzina-0,6 radnih mjesta).

U SAD-u etanol čini oko 9% ukupne godišnje prodaje benzina.


2.3. Esterifikacija

Biodizel je komercijalni naziv pod kojim se Metil-ester (ME), bez dodanog mineralnog dizelskog goriva, nalazi na tržištu tekućih goriva i prodaje krajnim korisnicima.

Standardizirano je tekuće nemineralno gorivo, neotrovan, biorazgradivi nadomjestak za mineralno gorivo, a može se proizvoditi iz biljnih ulja, recikliranog otpadnog jestivog ulja ili životinjske masti procesom esterifikacije, pri čemu kao sporedni proizvod nastaje glicerol.


Metil-ester (ME) je kemijski spoj dobiven reakcijom (esterifikacija) biljnog ulja (uljana repica, suncokret, soja, palma, ricinus itd.) ili životinjske masti s metanolom u prisutnosti katalizatora.

Svojstva: visoka viskoznost - postiže se esterifikacijom metanolom, bolja mazivost - odstranjivanje sumpora i aromata (za razliku od mineralnog dizela), bioragradivost

Prilagodbe automobila: cijevi za gorivo, povrat goriva iz pumpe, brtve koje dolaze u dodir s gorivom


Izbor osnovne sirovine za dobijanje biodizela ovisi o specifičnim uvjetima i prilikama u konkretnim zemljama, u Europi se za proizvodnju biodizela najviše koristi ulje uljane repice (82,8%) i ulje suncokreta (12,5%), dok se u Americi najviše koristi ulje soje, a u azijskim zemljama se koristi i palmino ulje.


Prednosti biodizela

Osim što je po svojim energetskim sposobnostima jednak običnom dizelu, ima puno bolju mazivost, pa značajno produžava radno trajanje motora,

Smanjenje onečišćenja okoliša (prilikom rada motora, na ispušnoj cijevi se oslobađa čak 10% kisika, eliminira CO2 emisiju),

Biodizelska goriva ne sadrže sumpor ni teške metale, koji su glavni onečišćivači zraka prilikom uporabe dizela dobivenog iz nafte,

Pretvara NOx u bezopasni nitrogen. Moguća proizvodnja u kućnoj radinosti. Viši cetanski broj – lakša zapaljivost,

Transport biodizela gotovo je potpuno neopasan za okoliš, jer se dospjevši u tlo razgradi nakon 28 dana,

Ako nafta tijekom manipulacije ili transporta dospije u vodu, jedna litra zagadi gotovo milijun litara vode, dok kod biodizela takvo zagađenje ne postoji, jer se on u vodi potpuno razgradi već nakon nekoliko dana.


Emisije štetnih plinova biodizela u usporedbi s običnim dizelom

- 100 %Sulfati- 60 – 90 %Toksini+ 13,2 %Dušični monoksid- 55,3 %Čestice materije

- 56,3 %Ugljikohidrati- 42,7 %Ugljični monoksid

Emisije CO2

Ostalo


3. Termokemijske pretvorbe:

3.1. Sagorijevanje

1. Zagrijavanje i sušenje, 2. destilacija (isparavanje) hlapljivih sastojaka – piroliza, 3. izgaranje hlapljivih sastojaka, 4. izgaranje čvrstog ugljika

Drvna biomasa: velik i promjenjiv udio vlage (50-55 % za svježe drvo), velik udio hlapljivih sastojaka (do 80 %), potrebne posebne vrste peći (u odnosu na one za ugljen)

Poljoprivredna biomasa: briketi, peleti - mala energetska gustoća, slama – veći udio Na, Cl, K (korozija), manja temeratura taljenja pepala (taloženje)

Gradski otpad: veliki investicijski troškovi (4000 US$/kW), negativna percepcija javnosti, primarni cilj nije proizvodnja energije većzbrinjavanje otpada.


3.2. Rasplinjavanje

Termokemijska pretvorba na visokoj temperaturi (i do 1400˚C) uz ograničen dotok kisika. Povećava se efikasnost proizvodnje električne energije (plinske turbine h = 35-45%, parne turbine na drva h oko 20%).

Sastav plina: CO, CH4, H2, ovisno o dizajnu uređaja za rasplinjavanje (protustrujno - odozgo,istostrujno - odozdo , u sloju), temp.,vlažnosti i sastavu biomase, sredstvu rasplinjavanja (zrak/kisik)

Problem: nečistoće u plinu (osjetljive plinske turbine), skupo pročišćavanje

374Elektrotehnički fakultet Osijek 375Elektrotehnički fakultet Osijek

3.3. Piroliza

Termokemijski proces s ograničenim dotokom kisika (dio procesa sagorijevanja), pri čemu dolazi do isparavanja hlapljivih sastojaka i proizvodnje tekućeg goriva (bioulja), pogodnije za transport i skladištenje

Znatan potencijal (npr. piroliza otpada), potrebna daljnja ulaganja u istraživanja i razvoj, za sada malo primjene.


Uporaba biomase

Za proizvodnju električne energije – isto kao kod fosilnih goriva, u termoelektranama; najprije pretvaranje u toplinsku energiju nosilaca (vodena para kod parnih turbina, plin kod plinskih turbina), pretvaranje u mehaničku, a potom u električnu energiju.

Zbog troškova transporta za biomasu pogodna postrojenja manje snage, ali imaju niži stupanj djelovanja (npr. za TE na biomasu snage 5 MW η = 15 do 20%), za plinske turbine veći stupanj djelovanja (η = 45 do 50%).

Povećanje stupnja djelovanja: kogeneracija (CHP) – istovremena proizvodnja toplinske i električne energije. Potreban potrošač topline (npr. šumarska industrija).

Trigeneracija: grijanje, hlađenje, električna energija (npr. prehrambena industrija).

Motori s unutarnjim izgaranjem (bioetanol, biodizel).

377

Elektrane na biomasu

Na niskom naponu (0,4 kV) – male kogeneracijske ( ~ deseci do stotine kW)

Na srednjem naponu (10, 20 i 35 kV) – elektrane na biomasu i deponijski plin ( ~ MW do desetine MW) -najčešće

Na visokom naponu (110, 220 i 400 kV) –industrijske i velike kogeneracijske elektrane ( ~ desetine do stotine MW)

U otočnom pogonu

Anderson, Anderson, California, SAD California, SAD

SN, 50 MWSN, 50 MW

Finska Finska kogeneracijakogeneracija

VN, 49 (167) MWVN, 49 (167) MW



Svjetske “rezerve” i potrošnja biomase

Procjena trenutnog zadovoljavanja svjetske potrošnje primarnih oblika energije je samo 6 - 12%

Npr. 2001. svjetska potrošnja primarnih oblika energije bila je oko 440 EJ (440 ·1018 J), a udio biomase između 25 - 50 EJ (7-14 ·1012 kWh).

Neto godišnja proizvodnja organskih tvari ima energetsku vrijednost 10 puta veću godišnje svjetske potrošnje (samo šume 3 puta više).

Potencijalne mogućnosti uporabe (uvjetno - rezerve) biomase postojećih šuma je na istoj razini kao svjetske rezerve nafte i plina.

379

Biomasa u svijetu – trenutna površinska (energetska) gustoća


380

Udio energije biomase u ukupnoj potrošnji primarne energije u svijetu 2000.


Uporaba energije biomase u svijetu - razdioba po zemljama


382

Udio energije biomase u ukupnoj proizvodnji električne energije u svijetu 2000.


Udio obnovljivih izvora u svjetskoj proizvodnji Udio obnovljivih izvora u svjetskoj proizvodnji elektrielektriččne energije 2006. godinene energije 2006. godine

384

Struktura proizvodnje električne energije iz obnovljivih izvora energije u EU 2000. – bez HE


Struktura potrošnje primarne energije biomase 1990 – 2002 u zemljama OECD



Cijena biomase

Samo gorivo (sirovina) vrlo jeftino - niska ili zanemariva otkupna cijena

No, znatan utjecaj na ukupnu cijenu imaju troškovi dobivanja (izvlačenja), preradem, transporta, uz dodatni problem znatno manjeg stupnja djelovanja procesa (ili potrebe za rasplinjavanjem) kod proizvodnje električne energije

Cijena biomase za grijanje i proizvodnju električne energije konkurentna cijeni fosilnih goriva, osim bioetanola (na granici konkurentnosti), biodizela (dvostruko skuplja cijena)

Najefikasniji način kako biomasu učiniti isplativim i potaknuti veću primjenu: kroz smanjenje ili ukidanje poreza/trošarina ili putem poticaja

387

Struktura troškova toplane na biomasu snage 5-50 MWt:

Kotao (s pratećom opremom) 25 % Strojarska oprema kotlovnice 30 % Oprema za mjerenje, regulaciju, instalacije 15 % Zgrada kotlovnice 15 % Infrastruktura i građevinski radovi 15 %

Investicijski troškovi elektrane na biomasu:

1000 - 130020 - 30Mikro turbina1000 - 480020 - 30Stirling motor700 - 200010 - 25 Plinski motor1700 - 420015 - 35Parna turbina800 - 120025 - 30Motor s unutarnji izgar.

Troškovi investicije (USD/kWe)

Stupanj djelovanja (%)

Tehnologija


388

Proizvodna cijena električne energije iz obnovljivih izvora ($/kWh)


Stanje uporabe biomase u Hrvatskoj

HR ima veliki šumski potencijal s gotovo 45% teritorija prekrivenje šumom, s razvijenom drvnom industrijom te značajnimudjelom poljoprivrede u ukupnom gospodarstv

Izvrsne osnove za proizvodnju energije iz biomase!!!

No, trenutno se koristi oko 16 PJ energije iz biomase (podatak iz 1998. god., 354 PJ ukupna potrošnja energije 1998. – dakle samo oko 4.5 %) i to većinom na nedjelotvoran način - zagrijanje kućanstava.

Tehnički potencijal biomase za period do 2030. godine predviđase na razini od 50 do 80 PJ.

390Energetski potencijal biomase i otpada po regijama 391

Korištenje bioenergije u HR 1965-1997

Ostalo Drvni otpaci Ogjevno drvo

Udio u ukupnoj potrošnji energije

392

Strategija proizvodnje bioenergije za grijanje u HR 2000-2030

Industrija - kogeneracija Industrija – toplane Kućanstva – kogeneracija Kućanstva – male peći Kućanstva – gradsko grijanje

393

Strategija proizvodnje el. energije iz biomase u HR 2000-2030

Elektrane

Industrija – kogeneracija

Kućanstva - kogeneracija

394

Strategija uporabe goriva iz biomase u HR 2000-2030

GrađevinarstvoPoljoprivredaPromet


Energetski potencijali bioplina u Osječko-baranjskoj županiji

Broj životinja koji predstavlja glavninu životinja u Osječko-baranjskoj županiji, te teorijska potencijalna energija

Kako proizvodnja na gospodarstvima koja ne mogu osigurati ni neku minimalnu količinu sirovine nije isplativa, pretpostavimo da su sustavi za anaerobnu razgradnju isplativi samo za uzgajališta koja su veća od 10 ha.

324851,9108,2Neto energija (MWh/dnevno)

6074,380,22172,5Ukupna energija (MWh/dnevno)

1 001 04725 130257 421Ukupan broj

15 2879 843

OstaloMuzare

PeradarstvoGovedarstvoSvinjogojstvo


Potencijalna energija Osječko-baranjske županije na uzgajalištima većim od 10 ha

Iako nema konkretnih podataka, u posljednje vrijeme, grade se postrojenja na bioplin u Dvoru na Uni, Farmi Vrana, Perutnini Ptuj –PIPO Čakovec, Jakuševcu, Plivi (Savski Marof) koja su u različitim fazama realizacije.

2,828,524,925,5Neto energija (MWh/dnevno)

5,744,138,4338,9Ukupna energija (MWh/dnevno)

94 57290814 71558 093Broj

OstaloMuzare

PeradarstvoGovedarstvoSvinjogojstvo


Regionalna deponija Antunovac

Plan izgradnje tek je u predprojektnoj fazi.

Polazna vrijednost za proračun služi podatak da po toni komunalnog smeća nastaje u vremenu od 20 godina prosječno 200Nm3 deponijskog plina. Za godišnju količinu od 50.000 tona (pretpostavljena količina na Regionalnoj deponiji Antunovac) i vrijeme punjenja deponije od 20 godina na deponiji bi nastalo 200 miliona kubnih metara deponijskog plina.

Ako bi se sustavom sakupljanja plina i kontrolom kvaliteta na raspolaganje plinskim motorima stavilo oko 50% te količine, to bi značilo da se za proračun energetske bilance može računati sa oko 100 miliona Nm3 deponijskog plina ili prosječno godišnje 5 miliona Nm3

tj. 625 Nm3/h. Ova količina plina sa Hu = 5kWh/Nm3 preko plinskih motora omogućava godišnju proizvodnju od 9 milijuna kWh struje i 12 milijuna kWh toplinske energije (2500 kućanstava!).


Regionalna deponija Antunovac

1. Deponija 2. Plinske sonde

(trnovi) 3. Cijev za

skupljanje otpadne vode

4. Plinski kolektor 5. Kompresor za

plin 6. Visokotemp.

baklja 7. Kogeneracijski

motor 8. Trafo stanica 9. Vod tople vode


Biomasa i okoliš:

Kumulativna CO2neutralnost – fotosinteza

Udio minerala u 10 tona šumske biomase po hektaru ukupno 202 kg: 113 kg kalcija, 61 kg dušika, 14 kg fosfora 14 kg kalija

Nužno vraćanje minerala u tlo (“čisti” pepeo)

400 401

Emisija ugljika i štetnih plinova u atmosferu

Kyoto protokol o biomasi: Iskoristiti 10 % godišnje količine ugljika iz njegova kruženja u biomasi za energiju ili povećati “živu” biomasu za 1% godišnje kroz pošumljavanje


Biomasa – mjera za smanjenje emisije CO2

Potencijal smanjenja emisije stakleničkih plinova iz kućanstava u Hrvatskoj


Energetski nasadi:

1. Prirodni biološki filtri (zaštita voda!)

2. Biorazgradivost (95 % u 28 dana)

3. Bioraznolikost (staništa ptica i sisavaca, izbjegavanje monokulturne poljoprivredne proizvodnje, smanjena uporaba pesticida i umjetnih gnojiva, sprečavanje erozije)

Biomasa i ljudsko zdravlje:

Ozljede pri sakupljanju biomase (zemlje u razvoju)

Sagorijevanje: emisija čestica, CO, ...

Biogoriva u prometu: benzen, toulen, emisija SO2, teške kovine (olovo, kadmij, ne-metanski hlapivi organski spojevi)

404

3.4. Energija Sunca 3.4. Energija Sunca (Sun(Sunččevog zraevog zraččenja)enja)


PostanakEnergija Sunčeva zračenja koja dopire do vanjskog ruba Zemlje ovisno o udaljenosti Zemlje od Sunca iznosi 1307-1399 W/m2 na plohu okomitu na smjer zračenjaSrednja vrijednost Sunčeva zračenja na okomitu plohu naziva se solarna konstanta i iznosi E0sr=1367.7 W/m2

Za različite udaljenosti Zemlje od Sunca stvarna vrijednost Sunčeva zračenja na okomitu plohu je:

gdje je: r – srednja udaljenost Zemlje od Sunca

R - stvarna udaljenost Zemlje od Sunca (za promatrani dan može se smatrati konstantnom)

2

0

=

RrEE sro


406

Sunčevo zračenje (jakost) može se približno kvantitativno izraziti sa:

[W/m2]

gdje je: ε ekscentricitet elipse, n broj dana u godini

Ukupna dnevna količina energije u [J] koja se dobije ozračenjem vodoravne plohe po jedinici površine računa se po izrazu:

ωs satni kut sunca (12h=00, 13h=150, 15h=450); Φ zemljopisna širina promatranog mjesta; δ deklinacija Sunca (kut između spojnice središta

Zemlje sa središtem Sunca i ravnine Ekvatora)

srsro EnEnnE 00

0

00 365360cos034.01)()(

+== ε

+

Π

+

Π= δφωδφωωδφ coscossinsinsin

3602

365360cos034.0186400),,,( 0

0

0 sssrsonEnW

200

365248360sin45.23

+

=nδ


Prosječna mjesečna ili godišnja energija Sunčeva zračenja u nekom mjesecu dobiva se kao aritmetička sredina dnevnih energija za sve dane u promatranom mjesecu/godini.

Ipak, pri prolasku kroz atmosferu dolazi do gubitaka energije izravnog Sunčevog zračenja, ovisno o

atmosferskim prilikama (vedro, poluoblačno, oblačno) zagađenosti atmosfere i nadmorskoj visini!

Maksimalni dotok energije do Zemljine površine iznosi u prosjeku dnevno 920 W/m2 na plohu okomitu na smjer zračenja.

Energija sunčeva zračenja zbog rotacije raspoređuje se površinom Zemlje, pa na površinu Zemlje dolazi prosječno dnevno 230 W/m2,

To daje dnevno 5.52 kWh/m2 energije, ovisno o trajanju insolacije (zemljopisna širina, godišnja dob), te naoblaci i zagađenosti (atmosferskim uvjetima).


408

Jakost zračenja koja dopire do Zemljine površine, a mogla bi se iskorištavati mijenja se tijekom dana i godine, te ovisi o položaju plohe na koju dopire zračenje.

Smanjuje se s smanjenjem nadmorske visine (duži put zraka) i s povećanjem zemljopisne širine (manji upadni kut zračenja)

Snaga ukupnog zračenja Sunca na okomitu i vodoravnu plohu pri vedrom

vremenu na 59˚ (grad Zagreb)

okomita ploha vodoravna ploha409

Površina Zemlje je 510.1 106 km2 što daje godišnju energiju Sunčeva zračenja od oko 109 TWh/god (ogromno!)

No, pri tome postoje veliki problemi pri iskorištavanju:

1. Mala gustoća energetskog tijeka, 2. Oscilacija intenziteta (jakosti) zračenja tijekom dana, 3. Ovisnost zračenja o klimatskim uvjetima, 4. Intezitet zračenja ne poklapa se s intenzitetom potrošnje, 5. Nemogućnost skladištenja, 6. Trenutna neisplativost (osobito za fotonaponske ili sunčeve ćelije – PV) u usporedbi s ostalim izvorima energije

Stoga se Sunčeva energija trenutno izravno koristi uglavnom za dobivanje toplinske energije, a za sada samo u malom udijelu za izravno pretvaranje u električnu energiju (PV)


410

Uporaba energije Sunca

Proizvodnja toplinske energije:

1. Pasivno solarno grijanje (Izravno grijanje zgrade kao kolektora)

2. Aktivno solarno grijanje (zagrijavanje vode pomoću solarnih kolektora)

3. Solarne toplinske elektrane

Proizvodnja električne energije:

4. Fotonaponske ili sunčeve ćelije (Photo Voltaic Cells, PV)


1. Pasivno solarno grijanje

Izravno grijanje zgrade kao kolektora

Osnovni zahtjevi:

1. Velika južna površina za prihvat sunčeva zračenja.

2. Konstrukcija s velikom termalnom masom (npr. gusti beton ili cigle). Time se sprema toplinska energiju za dana i zadržava preko noći. Izbjegava se i ljetno pregrijavanje.

3. Dobra izolacije na vanjskim strukturama za održavanje topline

4. Izbjegavanje zasjenjavanja objekata.


412

Energetska bilanca prozora - primjer London


-1,5

-1

-0,5

0

0,5

1

1,5

2

Rujan Listopad Studeni Prosinac Siječanj Veljača Ožujak Svibanj Lipanj

Kw

h/m

2/da

n

JednostrukiDvostruki

kWh/

m2 ,d

an

413

Mehanizmi prijenosa topline:

1. Vođenje (kondukcija)Toplina absorbirana u materijalu se dalje prenosi vođenjem među molekulama.

2. Konvekcija (izmjenjivanje medija)Toplina se može prenijeti preko fluida, bilo plina ili tekućine, konvekcijom. Energija je prenesena na molekule fluida koje se dalje fizički gibaju i prenose energiju.

3. RadijacijaToplinska energija se može prenositi zračenjem (elektromagnetski) kao i svjetlosna energija sunca. Količina zračenja i valna duljina ovise o temperaturi površine.


414

2. Aktivno solarno grijanje

Zagrijavanje vode pomoću solarnih kolektora, moguće primjene: grijanje vode u domaćinstvima, bazena i kupatila, procesne vode, dogrijavanje za kondicioniranje zraka

Indikatori potencijalno isplativih primjena solarnog zagrijavanja vode:

1. Potreba za toplom vodom konstantna kroz tjedan i godinu (ili više ljeti).

2. Visoka cijena ostale energije (el. energija, propan, itd.).

3. Dovoljno površine za postavljanje kolektora (0,025 m2/l/d).

4. Sunčanija klima pomaže, ali nije nužnost – solarno grijanje moguće i u hladnijoj klimi.

Potencijalne lokacije: kuće za stanovanje, škole, bolnice, restorani, zatvori, praonice, ostalo


Tehnologija – solarni toplinski kolektori: preuzimaju energiju svjetlosnog zračenja i griju vodu.

Solarni toplinski kolektori se mogu kategorizirati prema temperaturi na kojoj efikasno griju vodu:

1. Niskotemperaturni kolektori:

Bez pokrova za grijanje vode.

Perforirane ploče za predgrijavanje zraka.

2. Srednjetemperaturni kolektori:

Izolirani kolektori s pokrovom.

3. Visokotemperaturni kolektori:

Vakumirane cijevi.

Koncentrirajući kolektori.


416

““Flat plateFlat plate”” solarni kolektorsolarni kolektor(hr. ravna ploha)(hr. ravna ploha)

Prozirni pokrov (“solatex” staklo)

Crna apsorbirajuća ploha (“phelps dodge” bakar)Izolacija (izostaklo)

Voda teče kroz cijevi

Kućište (aluminij)


Vrste kolektoraVrste kolektora


418

Pokrov: magija staklaPokrov: magija stakla

419

Vodljivost staklaVodljivost stakla


420

Toplinski gubici kroz stakleni pokrovToplinski gubici kroz stakleni pokrov


Stupanj korisnog djelovanja (efikasnost) kolektoraStupanj korisnog djelovanja (efikasnost) kolektora

Efikasnost = Korisna toplina / Solarno zračenjeη = Q

.k / (G··A)

Korisna toplina = Primljena energija - GubiciQ

.k = F··A··[τ··α··G - k··(Tu-Tz)]

Efikasnost η= F··[τ··α - k··(Tu-Tz)/G]

G··τ··α··F··A

kk··(T(Tuu--TTzz))··FF··AA

Q.k

G = globalno (izravno i difuzno) zračenje (W/m2)

A = površina kolektora (m2)τ = vodljivost pokrovaα = apsorptivnost apsorberaF = faktor prijenosa toplineQ

.k = korisna toplinska snaga (W)

k = koeficijent ukupnih toplinskih gubitaka (W/m2,K)

Tu = ulazna temperatura (K)Tz = vanjska temperatura (K)

SRCC – neovisna i neprofitna organizacija za testiranje (τ α i k) i certificiranje kolektora Institut za termodinamiku i termotehniku (ITV)Sveučilišta u Stuttgartu.

G··A


422

Efikasnost kolektora ovisno o temperaturiEfikasnost kolektora ovisno o temperaturi......

Tu-Tz temperatura iznad ambijentne (°C ili K)G solarno zračenje (W/m2)

Efikasnost =% iskorištenog solarnog zračenja

najbolji za ~0 do 10 °C iznad temp. okoline

najbolji za ~10 do 50 °C iznad temp. okoline

najbolji za više od 50 °C iznad temp. okoline


Solarni sustavi grijanja vode


SolarStorage

tankColle

ctor

Heatexchanger

Pump

Checkvalve

Expansiontank

Auxiliaryheater

Pump

Loadheat exchanger

Control Control

Reliefvalve

424

Procjena isplativosti solarnog sustava grijanja vode

1. Procjeniti dnevne potrebe za toplom vodom

2. Odrediti raspoloživu solarnu snagu

3. Izračunati dimenzije solarnog sustava (zadovoljiti potrebe za najsunčanijeg dana, bolje poddimenzionirati)

4. Izračunati godišnju uštedu u energiji

5. Izračunati godišnju uštedu u novcu

6. Izračunati cijenu sustava

7. Izračunati omjer uštede prema investiciji i jednostavni period povrata

Prilika se pruža kod: velikih potreba za toplim vodom, visoke cijene konvencionalng izvora energije, stalnih potreba, kada postoji prostor za smještaj kolektora ili za isticanje


Primjeri isplativih solarnog toplinskih sustava

Niske temperature: bazeni, jezera za uzgajališta, predgrijavanje za ventilaciju, pranje auta i sl., otapanje snijega

Srednje temperature: stambena i komercijalna topla voda, kafeterije, praonice, zagrijavanje prostora(površina koja zrači), zatvori, rekreacioni centri, javne ustanove (vrtići i sl.)

Visoke temperature: industrijskiprocesi, proizvodnja el. energije, zagrijavanje vode i prostora


426

PrimjerPrimjer: Barnes Field House, Fort Huachuca, AZ: Barnes Field House, Fort Huachuca, AZ

200 m2 otvorenih kolektora

350 m2 zatvorenog bazena

Cijena instalacije = $35,000

Zadovoljava ~50% potreba zagrijavanja bazena

Ušteda od 880000 MJ/godprirodnog plina (26000 m3)

God. ušteda $5,400

Instalirano 1980.


PrimjerPrimjer: Chickasaw : Chickasaw nacionalno izletinacionalno izletišštete, OK, OKMalo odmorište

19 m2 ravnih kolektora

spremište od 1900 litara

cijena $7,800

proizvodi 9,400 kWh/god.

ušteda $850 / god.

Veliko odmorište

48 m2 ravnih kolektora

spremište od 3790 litara

cijena $16,100

proizvodi 18,200 kWh/god.

ušteda $1,790 / god.


428

Tri zatvorena sustava kolektora s vakuumskim cijevima i izmenjivačem topline u spremniku za predgrijavanje. Neotrovna otopina propilen glikola kao zaštita od smrzavanja.

dio F 300 l spremnik za predgrijavanje i 1,9m2 kolektora.

dio B 300 l spremnik za predgrijavanje i3,7 m2 kolektora

dio D 450 l spremnik za predgrijavanje i 8,4 m2 kolektora, mjerena toplina iznosi52,75 MJ/dan u prosincu, 1998.

Ukupna cijena = $26,000, 15 god. povrat

PrimjerPrimjer: Building 29, EPA Lab, Edison NJ: Building 29, EPA Lab, Edison NJ


PrimjerPrimjer: Phoenix Federal Correctional Institution: Phoenix Federal Correctional Institution

1550 m2 paraboličnih kolektoraspremnik 75700 lcijena instalacije $650,000proizvodi 1,500,000 kWh/god. (87% potreba za toplom vodom).uštedi $96,000 godišnje uz $0.064/kWh.instalirano 1998, financirano kroz poseban programzatvor plaća tvrtki koja je sustav instalirala 90% cijene energije iz konvencionalnih izvora – 10% osigurane uštede kroz preko 20 godina



3. Solarne toplinske elektrane

Koncentrirana solarna energija

431

Solarna termalna elektrana Solarna termalna elektrana –– izvedba s srediizvedba s središšnjim prijemnikom njim prijemnikom ((““One pilotOne pilot”” izvedba)izvedba)


432

Solarna termalna Solarna termalna elektrana elektrana –– efikasnostefikasnost

Samo 10 – 30 % izravnog sunčevog zračenja sa pretvara u el. energiju

433

Solarne termalne elektrane Solarne termalne elektrane –– cijena izvedbecijena izvedbe


434

Solarne termalne elektrane – cijena el. energije

435

Solarne toplinske elektraneIskustvo: 354 MW u pogonu uspješno preko 10 godinaRaspoloživost: korištenje spremnika topline ili hibridnih rješenjaKonkurentnost cijene solarne el. energije: $0,10/kWhBrzo rješenje, investicije industrije: 90 do 100 milijuna USDLokacije projekata50 MW Grčka, 50 MW Španjolska, 100 MW J. Afrika, 178 MW Maroko, 135 MW Indija, 140 MW Meksiko, 140 MW Egipat, 40 MW ItalijaKratkoročni ciljevi: 1000 MW na mreži i 0,5 miliona m2 sustava integriranih u zgrade.


Energetski krov integriran u zgraduEnergetski krov integriran u zgradu

Raleigh, North Carolina, USA

436

4. Fotonaponske (sunčeve ili solarne) ćelije (izravna proizvodnja električne energije)

Povijest1890. Henri Becquerel: Fotonaponski efektPočetak 20. stoljeća bio je predmetom mnogih istraživanja (jedina Nobelova nagrada Einsteina - za istraživanje solarne energije).

1954., Bell Telephone: otkrivena PV ćelija, pri ispitivanju osjetljivosti adekvatno pripremljenog silikonskoga oblata na sunčevo svjetlo. Predstavljen prvi fotonaponski članak koji je generirao upotrebljivu količinu električne energije.

Od 1958. ugrađivanje u komercijalne aplikacije (za svemirski program, napajanje SAD satelita). Uspješnost PV u svemiru dovela je do komercijalnih primjena PV tehnologije.


Fotonaponska pretvorba

Fotonaponska pretvorba je izravna pretvorba sunčevoga svjetla u električnu struju preko fotonaponske (PV) ćelije, za koju je uobičajeni naziv solarna (ili sunčeva) ćelija.

Fotonaponska ćelija je poluvodički element koji se obično pravi od silikonske legure, tj. legure Silicija (ili drugog poluvodiča).

Sunčevo svjetlo se sastoji od fotona (dijelova solarne energije). Fotoni sadržavaju različite količine energije koje odgovaraju različitim duljinama valova solarnoga spektra.

Kada fotoni pogode fotonaponsku ćeliju, oni se mogu reflektirati od nje, proći direktno kroz nju ili biti apsorbirani (upijeni).

Samo apsorbirani fotoni daju energiju za proizvodnju električne struje.


438

Kada poluvodič apsorbira dovoljno sunčevog svjetla (energije), elektroni se istiskuju iz atoma materijala.

Specijalna obrada površine mat.: prednja površina ćelije prijemljiva za slobodne elektrone, elektroni se prirodno sele na površinu.

Elektroni napuštaju njihovu poziciju, oblikuju se rupe.

Elektrona (neg. naboji) putuju prema prednjoj površini ćelije: neravnoteža naboja između ćelijine prednje i stražnje površine - naponski potencijal.Poput baterije – površine se spoje izvana i poteče struja.


Spektralna distribucija solarnog zračenja

i spektralni odziv solarne ćelije

Valna duljina µm

Odz

iv s

olar

neće

lije

(pro

izv.

jed.

)

Sola

rno

zrač

enje

W/m

2 ,µm

ULTRA-LJUBIČASTO INFRACRVENOVIDLJIVOPODRUČJE


440

Fotonaponski sustav (ćelija, modul i niz)Fotonaponska ćelija je temeljni gradivni blok fotonaponskog (PV) sustava. Individualne ćelije variraju od oko 1 - 10 cm (0.5 - 4’’). Jedna ćelija proizvodi samo 1 ili 2 W, premalo za većinu primjena: električno se povezuju u modul zaštićen od atmosferskih utjecaja. Moduli se mogu dalje povezati da bi oblikovali niz. Niz: cjelokupno proizvodno postrojenje, sastavljeno od jednog do nekoliko tisuća modula (ovisi o potrebnoj izlaznoj snazi)

Osnovne prednosti1. Fotonaponska pretvorba je izravna - veliki mehanički sustavi generatora nisu potrebni. 2. Modularna karakteristika – moguće brzo i u dopuštenim veličinama instaliranje nizova (moguće postupno povećanje snage). 3. Korištenje i održavanje jednostavno - solarne ćelije nemaju pokretnih dijelova, nije potrebna koncentracija zračenja, solarne ćelije iskorištavaju i izravno i raspršeno zračenje Sunca.


Tehnološki pravci

1. Monokristalni (i polikristalni) Silicij

Površina ovisi o površini presjeka monokristala od kojeg se proizvode i iznosi 5 do 10 cm, debljina im je od 0.2 do 0.3 mm.

Elektromotorna im je sila 0.55 do 0.70 V, stvarna efikasnost 10 do 13.5 %, a teorijska efikasnost 16 do 25 %.

Visoka proizvodna cijena (kompliciran tehnološki postupak) solarnih ćelija od monokristalnog silicija jedina je njihova mana.

Poseban problem predstavlja vijek trajanja solarnih ćelija koje su izložene atmosferskim utjecajima (kiša, snijeg, tuča).

Tehnologija je te proizvodnje međutim znatno napredovala, pa je i proizvodna cijena uvelike snižena.


442

2. Tanki filmovi

Radi smanjenja cijene razvija se tehnologija tankog filma (npr. amorfni Silicij, CIS, CTS spojevi). Prihvatljivija cijena, ali i niži stupanj djelovanja.

3. Galij- arsenid (i Kadmij-Telurid)

Ćelije od galij-arsenida prave se u obliku tankog filma od jedne (GaAs ) ili dviju komponenata ( GaAs + Cu2S ). Takva bi ćelija prema teorijskim predviđanjima trebala biti vrlo efikasna.

Njezina elektronička svojstva ukazuju na teorijsku efikasnost od 25 do 40 %. Ostvarena efikasnost iznosi 11 do 13 %. Problem: visoka cijena.

4. Novi koncepti – niža cijena/veća efikasnost

“Dye” (obojane) i organske ćelije – niža cijena, mala efikasnost

Istraživanja, npr. “vrući” elektroni, nanostrukture, kvantni izvori, dvosmjerne pretvorbe i sl. s ciljem povećanja efikasnosti na 30 do 60 %.


Teorijski i praktični stupanj djelovanja

Materijal η ideal ηt ηpmonokristalni Silicij (Si) 33% 22% 15%polikristalni Silicij (p-Si) 33% 17,8% 13%amorfni Silicij (a-Si) 33% 11,5% 7,5%Galij-Arsenid (GaAs) 33% 28% 17%Kadmij-Telurid (CdTe) 33% 15% -Istraživanja 35% -


0

5

10

15

20

25

30

monokr. Si polikr. Si amorfni Si CIS tanki film CdTe tanki film

St. d

jelo

vanj

a %

KomercijalneIstraživanje

444

Materijali za puni spektar

Ge

GaAs

GaInP

µSolarni tok(1021 fotona/s/m2/mm)

Sadržaj Ga uIn1-x GaxN leguri

Savršeno poklapanje područja pokrivanja In1-xGaxN i solarnog spektra

Energija(eV)

Efikasne fotonaponske ćelije koriste višestruke poluvodiče s fiksnim energetskim šupljinama (npr. ćelija s trostrukim spojem GaInP/GaAs/Ge)kako bi se obuhvatilo što veći dio solarnog spektra (prikazan lijevo)

Takve fotonaponske ćelije s višetrukim spojevima mogu imati stupanj djelovanja i do 50%.

Istraživanja na intitutu LBLN s materijalima izrađenima na Cornell University SAD i u Japanu, pokazuju da izravna energetska šupljina materijala In1-xGaxN pokriva energiju od 0.7 do 3.4 eV (crvene oznake) solarnog spektra, a ne 2.0 do 3.4 eV kako je navedeno u lit. (plave oznake).

Ener

gija

(eV)

445

PV tehnologije – cijena i efikasnost


446

Uporaba1. Samostalni izvor energije (off-grid):

Sateliti (u svemiru snaga sunčeva zračenja i dobivena energija puno veća jer nema apsorbcije kroz atmosferu),

Zemaljska primjena:a) industrija: za potrebe tehnoloških procesa

b) ostali potrošači: cestovni znakovi, kalkulatori, ručni satovi, i sl.

c) elektrifikacija ruralnih područja

2. Dodatni izvor energije na mreži (on-grid)Poput baterija: istosmjerna struja za mala napajanja, npr. opreme).Priključene na električnu mrežu: za sada neisplativo!!!Zahvaljujući sustavima poticaja primjena na mreži čini daleko najveći dio instaliranih kapaciteta (2002.: 320 MW ili 71%) na PV tržištu i bilježi konstatan rast!


Elektrifikacija ruralnih područja

Pokazatelji: cijena na sat i cijena po litri vode


448

Primjena na mreži

Pokazatelji: estetika, cijena po površini i cijena po energiji

Njemački parlament


Usporedba primjene na postojećoj mreži i pri elektrifikaciji


450

Primjena na mreži -integracija u zgradi

Doxford Int. PLC ured:Prva komercijalna

zgrada s integririranim PV u zgradu

Podudarnost PV proizvodnje i potrošnje u poslovnoj zgradi

451

Primjena na mreži - noviji projekt


452

PV Tržište

Konstantan porast

Neisplativost primjene na mreži

453

PV tržište - stanje u EUU Europskoj Uniji trenutno je 40% godišnji rast instalirane snage fotonaponskih ćelija. To se naizgled čini kao velik rast, ali u biti radi se o vrlo malim količinama, pa rast od 40% ne utječe posebno na ukupnu zastupljenost takvih izvora energije. U 2000. godini u Europskoj Uniji bilo je instalirano 183.5 MWp, a to je 43.6% povećanja u odnosu na 1999. I u tom području Njemačka je sa 113.8 MWp (uključujući 100 MWp priključenih na električnu mrežu) vodeća država u Europi. (Japan u svijetu).Razlog: njemački zakon o obnovljivim izv. en.: otkupna cijena energije iz PV je 0.5 € po kWh za prvih 350 MWp. Poticaj presudan!!!Plan EU: 3000 MWp do 2010.


454

Njemačka – primjer poleta tržišta: 1999. program 100.000 krovova i 2000. poticaj (feed-in law)


Instalirana snaga u svijetu (MW) od 1993. do 2006.


456

Instalirana snaga u EU

25 (MW) 2006.

Ukupna instalirana snaga u MWpna kraju 2006.

MWpinstalirano2006.

457

Fotonaponkse ćelije

Konv.: vršna snaga

Konv: temeljna snaga


Konkurentnost proizvodnje el. energije iz fotonaponskih ćelija- povijest od 1990., stanje 2000. i predviđanja do 2040.

Ipak i u ovom trenutku moguća isplativost primjene u nekim slučajevima, npr. u kombinaciji s dizelskim agregatom ili baterijom za potrebe pričuvnog napajanja

458

Ovisnost cijene modula o proizvedenoj energiji - povijest i očekivanja


Najveći svjetski proizvođači PV tehnologije – stanje 1999.

16%

15%

15%13%

6%

35%BP SolarexKyoceraSharpSiemens SolarSanyoOstali

Izvor: PV news


460

PV tržište u svijetu – prognoza porasta

Trenutno instalirano oko 600 MWp

Očekivani porast: do 2010. 30% godišnje, potom do 2030. 25% godišnje

Očekivano 2030. 300 GWp

Industrija 70 GWp , Potr. 20 GWp , Elektrifik. 60 GWp , Na mreži: 150 GWp

Očekivana ulaganja do 2030. 200 milijardi eura!


Proizvodnja elektriProizvodnja električčne energije iz PV ne energije iz PV –– prognoza do 2030.prognoza do 2030.


462

Fotonaponske ćelije i ekologija

Iako je kod “eko-vjernika” korištenje Sunčeve energija putem fotonaponske pretvorbe najpopularniji nekonvencionalni izvor,fotonaponske ćelije su osobito problematične za okolinu:

1. Poluvodiči od kojih su izrađene sadrže teške metale (napr. GaAs) pa se tretiraju kao specijalni otpad kod odstranjivanja

2. Pri izradi dijelova koriste za okolinu vrlo neugodne kiseline

3. Tijekom korištenja sunčanih ćelija je dolazilo do požara, koji su prouzrokovali širenje toksičnih sastojaka

S druge strane (osim mogućnosti požara) u pogonu su fotonaponski sustavi pouzdani, ne zahtjevaju vodu za hlađenje sustava i ne postoji emisija štetnih plinova.

Osnovni nedostatak veće primjene ostaje visoka cijena, za koju se očekuje da će postati prihvatljiva s razvojem tehnologije.


Vizija svjetske PV (FN) mreže


464

Sunčeva energija u RHPrirodni potencijalKopnena površina RH 56538 km2 ,uz pretpostavku o intenzitetu sunčevog zračenja od 3,6 kWh/m2 na dan (oko 13MJ/dan)

Godišnji prirodni potencijal 250 EJ (700 puta više od ukupnepotrošnje u HR 2001.: 370 PJ)

Tehnički potencijalPovršina od oko 33 km2 dovoljna za finalnu potrošnju vruće vode, pare i el. energije.

3% površine na raspolaganju (1700 km2): 2% prekriti termičkim pretvornicima s prosječnom godišnjom efikasnošću od 40%, 1% prekriti fotonaponskim pretvornicima s prosječnom efikasnošću od 10%

Godišnji tehnički potencijal 2,8 EJ (7,5 puta više od ukupna potrošnjau HR 2001., 370 PJ)


Gospodarski potencijal

podaci samo za primorske županije, # ne uključuje visokotemp. primjene u termalnim i fotonaponskim elektranama, čiji se potencijal procjenjuje ukupno na skoro 50 PJ, * podaci za poljoprivredu odnose se na cijelu RH

Ekonomski potencijal

Potencijal niskotemp. potrošnje sunčeve energije priobalnih županija:

Potencijal solarne arhitekture priobalnih županija:

Industrija Kućanstva Usluge Poljoprivreda* Ukupno

Potencijal# [PJ] 11,5 4,6 1,6 13,0 30,7


Industrija Kućanstva Usluge Poljoprivreda* Ukupno

Potencijal [TJ] 91 888 386 55 1420

Individualno Stanogradnja Hoteli Turistička naselja

Ukupno

Potencijal [TJ] 70 70 175 35 350

466

Potencijal sunčeve energije u sedam primorskih županija mnogostruko veći od ukup. energetske potrošnje topline i el. energije.Dinamika iskorištavanja tog potencijala u funkciji ekonomskih prilika i strategije, financijske atraktivnosti te dinamike razvoja tehnologije korištenja sunčeve energije.Trenutni planovi i programi (2000.) imaju za cilj prvo razvijati korištenje sunčeve energije za pripremu potrošne tople vode.Tek u drugoj fazi, iza 2010. godine, znatnije bi se povečavao udio sunčeve energije u potrošnji za grijanje i hlađenje. Za drugi dio programa oslanja se na korištenje hibridnih toplana Sunce - ukapljeni naftni plin (UNP), te Sunce – prirodni plin, gdje se očekuje ekonomični udio sunčeve energije do 50%.Značajan početak korištenja fotonaponskih elektrana u EES-u ne očekuje se prije 2005, kada bi cijena takve el. en. mogla pasti tri ili više puta prema današnjoj (ni danas se ne koriste!!!).Izuzetak su posebne instalacije na otocima i sl. u smislu samostojnih sustava. Snaga iznosi od 100 – 1000 kWp.


3.5. Energija vjetra 3.5. Energija vjetra


468

Postanak

Vjetar je posljedica djelovanja Sunca (oko 50%-tna konvertirana Sunčeva energija)

Čist izvor energije – ne proizvodi CO2, ne zagađuje, brzo isplativa investicija, štete (ptice, okolina) male i mogu se kontrolirati.

Vjetar - masa zraka u pokretu, uzrokuje ga razlika tlakova (rezultat razlike temperatura). Pri tome gibanje zraka može biti vertikalno i horizontalno. Na vjetar utječe rotacija Zemlje i konfiguracija tla.

Energija vjetra je kinetička energija (ovisi o kvadratu brzine vjetra):

W = 1/2·m·v2

Brzina vjetra se vrlo brzo povećava s visinom iznad tla – omjer brzina se približno računa kao peti korijen omjera visina iznad tla.


Varijabilnost brzine vjetra u vremenu

god. mjesec dan sat minuta sekunda

dnevno (često uzrokovano temp.):• more• padine planina

turbulencije, od• tla, prepreka• olujnih fronti

veliki vremenski susavi• visoki/niski tlačni sustavi• sezonske varijacije

dopr

inos

var

ijabi

lnos

ti

“spektralni prekid”



Mjerenja maksimalne dnevne brzine vjetra u godini

471

Kako dobiti statistiku vjetra za lokaciju?

dva puta

lokalna mjerenja

podaci s ostalih lokacija

kratko vrijeme mjerenja

ostale lokacije ne odgovaraju

problem: rješenje:

koreliranje s drugim lokacijama gdje je duže mjereno

koreliranje (tlo, prepreke)

“Predviđanje koreliranjem

mjerenja”

Korelacioniatlas vjetra


472

Mjerenje i vizualizacija

http://dvl.sdsc.edu/projects/flysd/


Primjer:

Europskiatlas vjetra

474

Maksimalna teorijska energija vjetra:

Gdje je: ρ - gustoća zraka (približno 1,25 kg/m3)A - površina rotora vjetroelektrane (volumen V = A·v)v – brzina vjetra

Zrak mora strujati i nakon turbine da napravi mjesta zraku koji nadolazi, pa je moguće iskoristiti samo energiju koja je proporcionalna razlici brzina vjetra na treću:

322

21

21

21 AvVvmvW ρρ ===


3625,0 vAW ⋅⋅=

321 )(625,0 vvAW −⋅⋅=

Ovisi o brzini vjetra na treću potenciju!!!

475

Maksimalna energija vjetroturbine:

Maksimalna energija koja se može dobiti zračnom turbinom je 16/25 (0.59259) maksimalne teorijske energije vjetra (konstrukcijski razlozi).

Maksimalni stupanj djelovanja zračne turbine je 0.65, a stupanj djelovanja generatora 0.8, pa za maks. energiju vjetroelektrane vrijedi:

Iskoristi se samo 31% (0,193/0,625) kinetičke energije vjetra za proizvodnju električne energije u vjetroelektranama.

Često se za proračun energije umjesto površine uvrštava promjer (D) turbine:


3

3

193,0625,08,065,025/16

vAWvAW

⋅⋅=

⋅⋅⋅⋅⋅=

332 10152,0 −⋅⋅⋅= vDW

476

El. snaga

Brzina vjetra

1. startna brzina2. promjena stupnja djelovanja3. maksimalna snaga generatora4. maksimalna brzina

1

2

3

4

Dijagram snage u ovisnosti o brzini vjetra

Energija vjetra po jedinici površine (J/m2) je proporcionalna:

gustoći zraka (za koje se može uzeti da je približno konst.)

trećoj potenciji brzine vjetra

Ipak, dobivena energija, a time i snaga iz vjetroelektrane ovisi i ograničena je slijedećim čimbenicima:


Stupanj djelovanja vjetroagregata

478

Procjena proizvodnje energije

Brzina vjetra (m/s)

Snaga (kW)

Sati/god.

Doprinos godišnjojproizvodnji el. energije

(kWh)

Brzina vjetra (m/s)

Brzina vjetra (m/s)

==xx

Ukupna površina = Godišnja proizvodnja (kWh/god)

Razdioba vjerojatnosti


Energija vjetra - potencijal

Europa

Svijet

3000potrošnja (1)

2000pučina

500kopno

TWh/god

20.000potrošnja (1)

25.000potencijal (2)

TWh/god

1) Trenutno približno2) Samo kopno!


480

Tehnologija - osnovni tipovi

Male 1 ~ 30 kW

Srednje i velike30 ~ 1500 kW

Pučina> 1500 kW

Daleka izolirana mjesta.Raznolikost rješenja.

Na mreži: samostalne ili u grupi.

Od 650 kW posve komercijalne i velikih serija.

Na pučini (stotine MW).Razvija se.


Tehnologija - osnovne komponente

Lopatice rotora

kučište

toranj

temelji

pozicioniranjeprijenosgeneratorkontrola


Vodoravna osovina

Okomita osovina

482

Tehnologija - Princip rada vjetroturbine


Dotok vjetraDotok vjetra

pokreće rotor (A) i lopatice (B)

Rotor i lopatice okreću osovinu (C) i

prijenos (D) koji okreće

generator (G)

483

Vjetroparkovi

Dobro mjesto

Loše mjesto

Prepreke - loše

Tok vjetra – postavljanje vjetroturbina

484

Karakteristični troškovi instalacije (kapitalne investicije) Male vjetroelektrane (< 30 kW): 1500 do 3000 € /kW

Srednje i velike vjetroelektrane (30 - 1500 kW): 700 do 1100 € /kW

Pučina: oko 1500 € /kW(ogromna cijena temelja –teži se većim VE i većim vjetroparkovima)


01020304050607080

kopno pučinaVT temelj elektro infrastr. razno

Postotni udio pojedinih dijelova VE

u ukupnim investicijama

[%]

485

Cijena proizvodnje električne energije - ovisnost o brzini vjetra


0

500

1000

1500

2000

2500

3000

5 6 7 8 9 10

GodiGodiššnjnja energijaa energija((kWh/mkWh/m22))

Cijena Cijena energijeenergije((€€ /kWh/kWh))

0,10

0,08

0,06

0,04

0,02

0

Brzina vjetra, m/s

486

Cijena el. en.

VelikeVelike VEVE

1985 1990 1995 2000 2005 2010

Cijena($/kWh)

Cijena proizvodnje - ovisnosti o veličini VE, razvoj

$0.00

$0.02

$0.04

$0.06

$0.08

$0.10

$0.12

$0.14

00

500500

1,0001,000

1,5001,500

2,0002,000

2,5002,500

3,0003,000

Trka za velike jediniceTrka za velike jedinice …… izazov industrijeizazov industrije

SnagaSnaga(kW) (kW)

487

Cijena proizvodnje električne energije – ovisnost o brzini vjetra i izlaznoj snazi na primjeru

Brzina vjetra

Izlazna snaga

Cije

na e

l.en.

po k

Wh

Primjer:Vjetroparkinst. snage 51 MW.Prosječna brzina vjetra 8 m/s.

Cije

na e

l.en.

po

kW

h488

Tržište energije vjetra u Europi (2002)

EU najveće i najdinamičnije tržište energije vjetra

U 2002. instalirano dodatnih 5.871 MW u VE, vrijedno 5,8 milijardi €, porast od 33% na ukupno 23.056 MW (prosječni porast 35% od 1997)

EU 75 % svjetskih kapaciteta, SAD 15 %, ostatak svijeta 10%

Njemačka, Španjolska i Danska: 89% instaliranih kapaciteta EU i to:

Njemačka: 12.001 MW (pokriva 4.7% potrošnje el. energije)

Španjolska: 4.830 MW (2002. novih 1.493 MW)

Danska: 2.880 MW (2002. novih 497 MW, 20% potrošnje el. energije)

U ostalim područjima svijeta razvoj spor


Tržište energije vjetra u svijetu (2006) – ukupno instalirano


490

Tržište energije vjetra u svijetu (2006) – novoinstalirane VE


Tržište energije vjetra u svijetu (1995-2006) - porast


492

Tržište energije vjetra u svijetu (1995-2006) – godišnje instalirano po regijama


Proizvođači tehnologije VE

Za 10 godina godišnja prodaja porasla 20 puta, trenutna razina oko 4000 MW/god., vrijedno 4 milijarde €/god. Očekivani porast oko 20 %.

Sredina 80-ih: veliki broj dobavljača, od početnika do avio industrije. Trenutno: malo, ali vrlo specijaliziranih dobavljača.

7,8% 13,3%

12,5%

9,2%

8,6%19,4%

12,6%16,6%

others

Podjela tržišta 1999.

494

Vjetroelektrane (VE) - pristup i rad na mrežiVjetra u blizini prenosne mreže je značajno manje od vjetra koji je više od 30 km udaljen od mreže.Ograničenja u kapacitetu mogu zahtjevati izgradnju dužih vodova što povećava troškove.Problem viška vjetra (pri radu na mreži): Odbacivanje energije iz vjetroelektrana za snagu koja prelazi opterećenje minus baznu proizvodnju.Provodi se na razini regionalne interkonekcije. Promjenjivo za svaki period.


0

500

1000

1500

2000

2500

3000

0 2000 4000 6000 8000 10000

Sati

MW

Krivulja trajanja opterećenja

Bazna proizvodnja

Višakvjetra

Korisni vjetar

1000 MW nazivno vjetra36% faktor snage

495

Vjetroelektrane (VE) – problemi u radu na mreži

Velika varijabilnost i slaba predvidljivost brzine vjetra –ograničenja pri integraciji u mrežu.

Velika varijabilnost može se smanjiti instaliranjem VE na širokom području. Slaba predvidljivost korištenjem poboljšanih metoda predviđanja vremena (vjetra).

Moguća i bolja regulacija uporabom VE s kontrolom nagiba lopatica i varijabilnom brzinom, ipak...

VE mogu smanjiti potrošnju goriva u TE, ali ne mogu smanjiti njihovu izgradnju jer ne mogu jamčiti proizvodnju električne energije u kritičnim razdobljima – problemi s frekvencijom, smetnje i nestabilnost.

Moguća uporaba kao vršnog izvora energije.


496

VE i poticaji

Ekološki vrlo prihvatljiv izvor (važan u redukciji emisije CO2), konkurentan u pogonu, još u razvoju, manji broj velikih privatnih kompanija (EU i SAD)

Zbog konkurencije ostalih izvora brži razvoj jako ovisan o državnim poticajima.


istraživanje i razvoj ulaganje iskorištavanje

porezne olakšicena ulaganja

“zeleni”certifikati

Subvencije

posebna cijena kWhulaganja

bez eko-poreza na“zelenu energiju”

497

Potencijalne zapreke razvoju

•• Politika Politika obnovljivih izvoraobnovljivih izvora•• Isplativost projekataIsplativost projekata•• Veza na mreVeza na mrežžuu•• JavnostJavnost / / dozvoledozvole•• Pouzdanost Pouzdanost // raspoloraspoložživostivost•• PrognozePrognoze•• LogistiLogistikaka•• FinanciFinanciranjeranje / / osiguranjeosiguranje

SloSložženoeno ……aliali uz uz organiziranostorganiziranost izvodljivoizvodljivo


498

Energija vjetra u HR

Analizom potencijala energije vjetra izdvojeno je 29 povoljnih makrolokacija:

19 na otocima i poluotoku Pelješcu, 10 u priobalju

Ukupna potencijalna godišnja proizvodnja el. energije putem VE na ovim lokacijama procjenjuje se u rasponu od 0,375 do 0,80 TWh godišnje (ovisno o nazivnim snagama instaliranih jedinica: 250, 500 i 750 kW)

Računa se da je moguć udio vjetroelektrana u sustavu opskrbe vode na otocima snagom od 20 do 40 MW.

Dodatno, potencijal na morskoj površini procijenjen je u rasponu od 170 do 250 GWh na godinu (ovisno o nazivnim snagama instaliranih jedinica: 750 i 1000 kW).

Iskorištavanje energije vjetra na moru ima najmanji prioritet!


Vjetropark Ravne, otok PagNa Ravnama iznad Paga od kraja 2004. godine izgrađen je sustav od sedam VE, duljina odabrane lokacije je približno 2 km. Na visini od 20 m iznad tla izmjerena je srednja godišnja brzina vjetra od 6,4 m/s. Temeljem prikupljenih podataka, donja granica očekivane godišnje proizvodnje el. energije iznosila bi oko 12,36 GWh.Jaki i česti udari bure izmjereni na ovoj lokaciji, često zabilježeni i veći od 40 m/s, dijelom su uvjetovali i izbor tipa vjetro-turbine. Proizvođačprve vjetroelektrane je njemačka tvrtka Nordex. Instalirano je 7 x 850 kW vjetro-turbina, čija je ukupna snaga 5,95 MW. Promjer rotora je 50 metara, površina rotora 1964 m2 , a visina stupova 50 metara. Vrh krila u duljini 3,7 metara je moguće zakrenuti do 85° u odnosu na glavno krilo i služi kao aerodinamička kočnica.


500

Energija vjetra u HR – vjetroprak Ravne, otok PagGenerator smješten u trup turbine je dvonamotni 4/6 polni vodom hlađen kavezni asinkroni motor. Za vrijeme slabijeg vjetra radi kao 6-polni 200 kW, a kod većih brzina vjetra kao 4-polni 800 kW generator. Priključen je na distribucijsku mrežu preko tiristorske jediniceUkupna investicija iznosi približno 48 milijuna kuna, od toga 2,3 milijuna kuna otpada na troškove priključka te na konstrukciju i prilagodbu mjesta priključka. Otkupna cijena proizvedene energije je 90 % prosječne prodajne cijene el. energije, odnosno donja granica otkupa je 0,0485 eura/kWh. Prema proračunima, očekivana godišnja proizvodnja električne energije je između 13,5 i 15 GWh. Vrijeme trajanja ugovora je 15 godina. Osnovni elementi i uvjeti privređivanja vjetroelektrane definirani su Ugovorom o kupoprodaji električne energije, potpisanim u jesen 2001. te revidiranim u proljeće2004. godine između Hrvatske elektroprivrede i tvrtke Adria Wind Power.


Vjetroelektrana (vjetropark) Ravne na otoku Pagu – inst. 6 MW

502

Vjetroelektrana Ravne na otoku Pagu


Vjetroelektrana Tatar-Krtolin, kod ŠibenikaNa brdima Trtar i Krtolin u zaleđu Šibenika od lipnja 2006. pušteno je u pogon 14 vjetroturbina koje će proizvoditi 32.000 MWh električne energije, što će zadovoljiti potrebe 10.000 domaćinstava. Osnivači i vlasnici su njemačke tvrtke WPD International GmbH i Enersys Gesellschaft für regenerative Energien GmbH, a otkup električne energije osiguran je ugovorom s Hrvatskom elektroprivredom. Vjetroelektrana je sklopila ugovor o sponzorstvu s Gradom Šibenikom i 0,5 posto godišnjeg prihoda od proizvodnje električne energije izdvajat će kao potporu projektima u Šibeniku. Financiranje gradnje Vjetroelektrane Trtar-Krtolin strukturirano je prema modelu projektnog financiranja, jer se projekt kreditira novčanim tokom koji sam generira. Rok otplate kredita je 14 godina, a s HEP-om je sklopljen ugovor o kupoprodaji električne energije na rok od 15 godina.

504

Energija vjetra u HR – ostali projekti i planoviOsim ovih vjetroelektrana, u planu su i novi projekti, odnosno izgradnja još: 1. Dvije VE na Pagu, Novalja 1 i 2, nazivne snage 17,00 MW, 2. Jedna VE u Dubrovačkom primorju, Rudina, naz. snage 52,5 MW,3. Dvije vjetroelektrane na Visu i 4. Jedne kod ObrovcaProcjenjuje se da u Hrvatskoj ima stotnjak lokacija za vjetroelektrane ukupne snage oko 600 MW.Na obroncima Čićarije rovinjska Valalta i njemački Wallenbron Projektentwicklung planiraju gradnju 34 vjetroturbogeneratora snage80 MW, vrijednu 80 milijuna eura. U planu je i gradnja vjetroelektrana kod Senja i Gračaca. U različitim fazama pripreme, od mjerenja vjetropotencijala do u cijelosti pripremljenih projekata, danas je više od 50 vjetroelektrana u Hrvatskoj!


Energija vjetra u HR – ostali projekti i planoviProcjenjuje se da bi elektroenergetska mreža odmah mogla prihvatitioko 300-400 MW, a nakon prilagodbe još toliko, dakle čak 35 putaviše u odnosu na postojeće kapacitete.

Interes investitora je toliki da 20 puta premašuje trenutačnemogućnosti prihvata mreže. Već sada ima oko 1500 MW najavljenihprojekata vjetroelektrana, u relativno visokoj fazi pripreme, a interesaima i za oko 3500 MW.

Ovih godina očekuje se dramatična ekspanzija, jer je cilj do 2010. poticati proizvodnju iz obnovljivih izvora do udjela od 5,8 posto u ukupnoj potrošnji električne energije, dok je sada taj udjel oko jedanposto, ne računajući proizvodnju velikih hidroelektrana.


obnovljivi_oblici_energije

Documents