obnovljivi izvori energije [skripta]
Post on 01-Jul-2015
3.682 Views
Preview:
TRANSCRIPT
Obnovljivi
Izvori
Energije Skripta
Ivan Spasić 02/132
- 2 -
Uvod
Cilj ove publikacije je da zainteresovanom laiku, inženjeru, političaru, bankaru,
pronalazaču, investitoru, zemljoradniku ili naučniku pruži osnovne podatke o
tehnologijama obnovljivih i alternativnih izvora energije. U prvom redu govori se o
dobijanju električne energije iz takvih izvora, kao i o potencijalima za njihovu
primenu u Srbiji i Crnoj Gori. Obnovljivi i alternativni izvori energije, od kojih su
pojedini sasvim novi, a neki se koriste već duže vremena, obuhvataju fotonaponske
sisteme, toplotne kolektore, vetro-potencijal, vodeni potencijal, geotermalni
potencijal, biomasu, gorivne ćelije, itd. Neki od ovih izvora omogućavaju profitabilnu
proizvodnju električne ili termo energije, dok su pojedini još uvek u razvojnoj fazi, pa
se njihova komercijalna primena tek očekuje. Razmatrane su, u prvom redu,
tehnologije i sistemski aspekti proizvodnje električne energije iz solarnih,
hidroelektričnih, geotermalnih izvora, te pomoću energije vetra i iz biomase. Takoñe
su razmotrene i neke druge tehnologije koje se još uvek istražuju i razvijaju, kao što
su gorivne ćelije. Prikaz tehnologija koje se već duže vremena koriste, kao i prikaz
mogućnosti njihove primene u Srbiji, dat je kompletnije i u širem obimu. Zajednička
karakteristika svih obnovljivih i alternativnih tehnologija prikazanih u ovoj publikaciji
karakteriše relativno visok stepen početne investicije, ali i njihova kasnija niska
operativna cena. Sa druge strane, prava cena konvencionalnih elektrana obično nije
pravilno izračunata, kao ni predstavljena na pravilan način. Treba napomenuti da i
dalje postoje brojne državne subvencije za tehnologije prerade i korišćenja nafte,
nuklearne elektrane, termoelektrane, kao i prateće tehnologije. Meñutim, kako
obnovljivi izvori energije imaju znatno nižu operativnu cenu u poreñenju sa
konvencionalnim izvorima energije, ukupna cena energije povoljnija je na osnovu
analize tehnoloških ciklusa, a posebno sa ekološkog aspekta. Naime, važan aspekt
obnovljivih izvora energije predstavlja njihov neznatan uticaj na životnu sredinu, te su
sa tog aspekta mnogi od njih ekonomski konkurentni konvencionalnim tehnologijama
proizvodnje energije.
Definicija obnovljive energije:
„Energija koja se eksploatiše
istom brzinom kojom se i prirodno obnavlja“
Ovaj aspekt je veoma važan pri razmatranju energetske situacije u Srbiji, gde
termoelektrane dominiraju u energetskoj proizvodnji. U poreñenju sa ostalim
tehnologijama proizvodnje e lektrične energije, industrije bazirane na obnovljivim
- 3 -
izvorima energije beleže najveći privredni rast u poslednjih šest godina. Tržišta
fotonaponskih solarnih ureñaja i ureñaja baziranih na korišćenju energije vetra
neprekidno rastu. Ukupni instalirani kapaciteti svih solarnih fotonaponskih (PV)
sistema u svetu dostižu 2 GW. Istovremeno, isporuka PV ćelija i modula od 1986
godine raste prosečnom godišnjom stopom od 33% na svetskom nivou. Više od
petnaest hiljada vetrenjača u Severnoj Americi i isto toliko u Nemačkoj povezanih sa
distributivnim električnim mrežama, pružaju značajnu informaciju o komercijalnim
mogućnostima ove tehnologije. Takoñe, veliki broj komercijalnih i eksperimentalnih
vetrenjača koje generišu električnu energiju trenutno se koriste u Evropi, Japanu, Kini
i Indiji. Širom sveta izgrañeni su brojni multikilovatni fotonaponski sistemi instalisani
na rezidencijalnim i poslovnim objektima, a takoñe i brojne multimegavatne
fotonaponske elektrane povezane u elektro-distributivne mreže. Veliki broj
hidroelektrana na malim vodotokovima izgrañen je tokom 70-ih i 80-ih godina u
Sjedinjenim državama i Evropi. Značajan deo električne energije koja se proizvodi u
Kini generiše više od stotinu malih hidroelektrana. Više od dve hiljade megavata
električne energije u SAD-u proizvedi se iskorišćavanjem geotermalnih izvora
energije, a još nekoliko hiljada megavata proizvedenih u Meksiku, Filipinima, Italiji,
Islandu, Indoneziji, Japanu, Rusiji i Novom Zelandu, svedoči o širokoj
rasprostranjenosti i izvodljivosti ove tehnologije. Prototipovi elektrana koje koriste
gorivne ćelije za generisanje električne energije već se nalaze u pogonu u SAD-u,
Kanadi, Evropi i Japanu. Pored toga, automobili i autobusi koji koriste kao pogon
električnu energiju iz gorivnih ćelija počinju sve više da se koriste u Severnoj
Americi, Evropi i Japanu.
Glavna ideja ove pubikacije je promocija, razumevanje i korišćenje ovih novih i
dokazanih obnovljivih izvora energije i tehnologija u Srbiji i Crnoj Gori, kao i
priprema terena za njihovo potencijalno šire korišćenje i razvoj. Publikacija je
podeljena u šest tematskih celina od kojih svaka obrañuje jedan vid energije: solarnu,
energiju vetra, hidro potencijale na malim vodotokovima, biomasu i geotermalnu
energiju. Svaki deo je nazavisan od drugih i može se čitati zasebno. Knjiga je
fokusirana na proizvodnju i distribuciju električne energije putem samostalnih
elektrana ili elektrana povezanih na komercijalnu distrubitivnu mrežu, i na mogućnost
njihove primene u Srbiji i Crnoj Gori. Razmatrani su i aspekti vezani za resurse i
korišćenje specifičnih tehnologija, a kao ilustrativni primeri dati su podaci o
potencijalnom razvoju ovih tehnologija u različitim krajevima Srbije. Solarne
- 4 -
tehnologije i tehnologije bazirane na energiji vetra, kao i gorivne ćelije, bilo kao
samostalne ili povezane u distributivne električne mreže, posebno su pogodne i
interesantne za korišćenje u Srbiji i Crnoj Gori zbog svoje modularne prirode, niske
cene goriva i niskih cena održavanja. Ovaj aspekt je korišćen kao univerzalan
kriterijum za prezentaciju materijala u ovoj publikaciji. Nadamo se da će se ova
knjiga koristiti kao polazna referenca pri budućim primenama i promocijama upotrebe
obnovljivih izvora energije u Srbiji i Crnoj Gori.
Upotreba obnovljivih izvora energije
Većinu pomenutih obnovljivih izvora energije smatraćemo distribuiranim energetskim
izvorima niske snage, što podrazumeva da elektrana koja koristi obnovljive izvore
može da proizvede do nekoliko desetina megavata električne energije (velike
termoelektrane ili nuklearne elektrane mogu da proizvedu više od 2000 megavata).
Svakako, mnogi od obnovljivih ili alternativnih izvora energije mogu se koristiti i za
izgradnju generatora velike snage, a što je od velike važnosti, generatori pokretani
obnovljivim izvorima energije su ekološki neškodljivi. Na primer, moguće je postaviti
solarne fotonaponske generatore na veliki broj krovnih konstrukcija, ali je sasvim
izvesno da velika većina ljudi ne bi dozvolila izgradnju termoelektrane ili nuklearne
elektrane u njihovom bliskom okruženju. Sa druge strane, relativno niska snaga, viša
cena i povremeno isprekidan rad predstavljaju nedostatke generatora pokretanih
obnovljivim izvorima energije, te ekspanzija njihovog korišćenja zahteva inovativne
ideje kojima bi se prevazišli ovi nedostaci. Na primer hibridni sistem koji obuhvata
solarne fotonaponske module, vetar i gorivne ćelije, kompenzovao bi nedostatke
generatora isključivo na vetar ili sunce, jer oni ne rade kontinualno. Svakako postoji
veliki broj načina da se moderne tehnologije iskoriste u cilju eksploatacije obnovljivih
i alternativnih izvora energije. Na primer, satelitski snimci se mogu koristitii za
predviñanje kretanja oblaka i vetra pružajući na taj način značajnu informaciju za
funkcionisanje i proračun solarnih ili vetro generatora, kao i hidro elektrana. Dakle,
tehnologije obnovljivih izvora energije ne samo da nam omogućavaju pristup
ekološkim izvorima energije, već mogu da omoguće nove izazovne naučno
istraživačke projekte i otvaranje novih radnih mesta za naučnike i inženjere.
Obnovljivi i neobnovljivi izvori energije
Većina zemalja širom sveta suočiće se sa ozbiljnim nedostacima energije u bliskoj
budućnosti. Velika potrošnja i porast broja stanovnika u svetu primoraće stanovnike
velikog broja zemalja da se suoče sa problemom kritičnog smanjenja zaliha domaćih
- 5 -
fosilnih energetskih izvora. Trenutna energetska zavisnost većine zemalja od nafte i
njenih derivata zahteva znatne ekonomske izdatke i u budućnosti nagoveštava
negativne efekte na nacionalne ekonomije, kao i na meñunarodnu bezbednosnu
situaciju. Prema podacima naftnih kompanija, kao i drugim nacionalnim statističkim
podacima, ukupna svetska potrošnja nafte iznosi skoro 4 milijarde tona godišnje, dok
su ukupne rezerve oko 120-160 milijardi tona. Kako će prerada
nafte dostići vrhunac izmeñu 2005 i 2008 godine, a uzimajući u obzir ograničenost
zaliha, sadašnje korišćenje fosilnih i nuklearnih goriva ne može da obezbedi
dugotrajni i održivi razvoj.
Zalihe fosilnih goriva brzo nestaju, a u roku od jedne ili dve decenije većina zemalja
će biti primorana da koristi obnovljive izvore energije za podmirivanje svojih
energetskih potreba. Svakako, razvoj novih tehnologija za eksploataciju nafte i uglja
je izvestan, ali uz povećanje ekoloških, energetskih i ekonomskih izdataka koji će
neminovno usloviti neprofitabilnost njihovog budućeg korišćenja. Usled koncentracije
energetskih resursa u svega nekoliko oblasti u svetu, korišćenje fosilnih goriva
stvorilo je sistem meñuzavisnosti, tako da se države koje zavise od uvoza fosilnih
goriva nalaze u podreñenim položajima. Sa druge strane, rezultat ovakve situacije je
ne samo koncentracija energetske ekonomije, već konstantno povećanje cena
energetske infrastrukture i povećanje trgovinskog debalansa. Zemlje izvoznice
baziraju svoju ekonomiju isključivo na izvozu energetskih sirovina što dovodi do
političke, ekonomske i socijalne nestabilnosti. Rašireno korišćenje nuklearnih i
fosilnih energetskih sirovina ugrožava ljudsku egzistenciju, jer ima direktan negativan
uticaj na zdravlje ljudi. Predviñene klimatske promene, mogućnost nuklearne
kontaminacije i nerešeni problemi vezani za proizvodnju plutonijuma u nuklearnim
reaktorima, stvaraju dodatne probleme i opasnosti. Danas, uglavnom stanovništvo
siromašnih zemalja, najviše oseća negativne posledice korišćenja neobnovljivih izvora
energije, iako ne postoje ni tehnološki ni fizički razlozi za održanje trenutnog stanja.
Prirodni i tehnički potencijal obnovljivih izvora energije dovoljan je da zadovolji
sveukupne energetske zahteve svetske populacije, jer je njihov prirodni dnevni
potencijal 20.000 puta veći od dnevne potrošnje nuklearnih i fosilnih goriva. Kako se
radi o relativno mladim tehnologijama, postoji ogroman potencijal za njihova dalja
tehnološka usavršavanja i nove primene. Meñutim industrija bazirana na fosilnim
gorivima, a naročito nuklearni energetski sektor, još uvek dobijaju deset puta veće
državne subvencije za istraživanje i razvoj od tehnologija obnovljivih izvora energije.
- 6 -
U industrijalizovanim zemljama samo 7% od ukupnog fonda za istraživanje i razvoj
odvaja se na obnovljive izvore energije u poreñenju sa 70% za istraživanje i razvoj
nuklearnih i drugih tehnologija. Jasno je da se korišćenju obnovljivih izvora energije
mora dati najveći politički i ekonomski prioritet, kako bi se izvršila preorijentacija ka
ovim izvorima energije i njihovom tehnološkom razvoju. Sagorevanje fosilnih goriva,
naročito onih baziranih na nafti i uglju, predstavlja najverovatniji uzrok globalnom
zagrevanju, dakle stvaranju tzv. efekta staklene bašte. Promena klimatskih uslova
predstavlja jednu od najozbiljnijih opasnosti za zemljin ekološki sistem zbog
mogućeg uticaja na proizvodnju hrane i ključne procese koji stvaraju produktivnu
prirodnu okolinu. Zabrinjavajući porast emisije ugljen dioksida u atmosferu, izmeñu
ostalih faktora, može da dovede do smanjenja zavisnosti od upotrebe uglja i ohrabri
razvoj i korišćenje obnovljivih energetskih tehnologija. Iako je upotreba fosilnih
goriva po glavi stanovnika smanjena usled mera očuvanja prirodnih resursa, porast
populacije u svetu dovodi do bržeg smanjenja zaliha fosilnih goriva i povećanja
globalnog zagrevanja. Takoñe je zbog istih razloga procena trenutne energetske
situacije u svetu ne adekvatna, odnosno zalihe fosilnih goriva su verovatno
precenjene. Znatna redukcija potrošnje fosilnih goriva putem efikasnijeg korišćenja
energije i primena solarnih i drugih obnovljivih izvora produžili bi vek trajanja
fosilnih izvora energije sa jedne strane, a sa druge strane mogli bi da obezbede vreme
neophodno za razvoj i poboljšanje tehnologija korišćenja obnovljivih izvora energije.
- 7 -
Sunčeva energija
Potencijal Sunčeve energije
Upotrebom samo 1% od dostupne
energije Sunca zadovoljile
bi se sve energetske potrebe
Zemlje u 21-om veku
Energija sunčeve radijacije više je nego dovoljna da zadovolji sve veće energetske
zahteve u svetu. U toku jedne godine, sunčeva energija koja dospeva na zemlju
10.000 puta je veća od energije neophodne da zadovolji potrebe celokupne populacije
- 8 -
naše planete. Oko 37% svetske energetske potražnje zadovoljava se proizvodnjom
električne energije (približno oko 16.000 TWh u 2001. godini). Ako bi se ova energija
generisala fotonaponskim sistemima skromne godišnje izlazne snage od 100 kWh po
kvadratnom metru, neophodna bi bila površina od 150 x 150 km2 za akumulaciju
sunčeve energije. Veliki deo ove absorpcione površine mogao bi se smestiti na
krovovima i zidovima zgrada, pa ne bi zahtevao dodatne površine na zemlji. Energija
sunčeve radijacije dovoljna je da proizvede prosečno 1,700 kWh električne energije
godišnje na svakom kvadratnom metru tla, a što je radijacija veća na nekoj lokaciji,
veća je i generisana energija. Tropski regioni su u tom pogledu povoljniji od ostalih
regiona sa umerenijom klimom. Srednja ozračenost u Evropi iznosi oko 1.000 kWh
po kvadratnom metru, dok poreñenja radi, ona iznosi 1.800 kWh na Bliskom
istoku.Intenzitet sunčeve radijacije u Srbiji je meñu najvećima u Evropi.
Najpovoljnije oblasti kod nas beleže veliki broj sunčanih sati, a godišnji odnos stvarne
ozračenosti i ukupne moguće ozračenosti je približno 50%. Tabela 1: Srednje dnevne
sume energije globalnog Sunčevog zračenja na horizontalnu površinu u kWh/m2, za
neka mesta u
Srbiji
Fotonaponska konverzija
sunčeve energije
Svakog dana sunčeva energija, koja nam besplatno stiže na Zemlju, može slobodno da
se koristiti zahvaljujući tehnologiji fotonaponske konverzije sunčeve energije u
električnu. Direktna konverzija sunčeve energije u električnu, tzv. fotonaponski
efekat, prvi je pre skoro dva veka uočio francuski naučnik Edmond Bekerel (Edmond
- 9 -
Becquerel). Meñutim tek je razvojem kvantne teorije početkom 20-og veka ovaj
efekat objašnjen, čime je omogućena izrada fotonaponskih ureñaja. Prva solarna ćelija
izrañena je u Bel laboratorijama (Bell Laboratories) 1954 godine. Fotonaponske ćelije
izrañene od poluprovodnog silicijuma ubrzo su, sa razvojem istraživanja svemira,
postale osnovni izvori električne energije na satelitima primarno zbog svoje
pouzdanosti, dok je cena bila od manjeg značaja. Značaj njihove zemaljske upotrebe
postao je aktuelan u toku svetske energetske krize ranih 70-ih godina, kada se počelo
razmišljati o poboljšanju njihovih radnih karakteristika, povećanju efikasnosti, većoj
pouzdanosti i nižoj proizvodnoj ceni. Danas fotonaponska konverzija podrazumeva
visoku tehnologiju proizvodnje električne energije iz sunčeve energije. Konceptualno,
fotonaponski ureñaj u svom najjednostavnijem obliku predstavlja potrošač isključivo
sunčeve energije, koji nema pokretnih delova, čiji rad zadovoljava najviše ekološke
standarde i ukoliko je dobro zaštićen od uticaja okoline nema delova koji mogu da se
pohabaju. Fotonaponski sistemi su modularni tako da se njihova snaga može
projektovati za praktično bilo koju primenu. Štaviše, dodatni delovi kojima se
povećava izlazna snaga lako se prilagoñavaju postojećim fotonaponskim sistemima,
što nije slučaj sa konvencionalnim izvorima električne energije, kao što su
termoelektrane i nuklearne elektrane, čija ekonomska isplativost i izvodljivost zahteva
multi-megavatne instalacije.
Fotonaponska tehnologija
U cilju razumevanja različitih aspekata fotnaponski generisane struje, potrebno je
poznavanje
osnovnih principa rada fotonaponskih ureñaja. Fotonaponske ćelije, koje inače
postoje u raznim oblicima, najčešće se formiraju kada se od poluprovodnog materijala
naprave specijalne diode veće površine. Izdvajanje električne struje generisane u
poluprovodniku vrši se pomoću kontakata na prednjoj i zadnjoj strani ćelije. Gornja
kontaktna
struktura mora da dozvoljava prolaz svetlosti, a ćelija je takoñe pokrivena tankim
slojem dielektričnog materijala – antireflektivnog sloja kako bi se minimiziralo
odbijanje svetlosti od gornje površine (slika 3).
- 10 -
Specijalni poluprovodni materijal od koga se prave fotonaponske ćelije, omogućava
elektronima koji apsorbuju svetlosnu energiju da se oslobode od svojih atoma, i da se
potom slobodno kreću kroz materijal prenoseći električnu energiju. Tako generisana
struja je, pošto se kreće samo u jednom smeru (kao kod baterija), jednosmerna.
Pošto je izlazna snaga jedne solarne ćelije relativno mala, u cilju povećanja izlaznog
napona, struje i snage, solarne ćelije se grupišu u module, tako da moduli postaju
osnovni sastavni delovi fotonaponskih sistema. Moduli sadrže odreñen broj redno ili
paralelno povezanih fotonaponskih ćelija kako bi se dobili željeni napon, odnosno
struja, a enkapsulirani su kako bi se zaštitili od neželjenih uticaja sredine i u cilju
produženja
radnog veka. U tipičnom solarnom modulu ćelije su uronjene u laminat čiji je
prednji sloj od temperovanog stakla, a zadnja strana je zatvorena mekanim i
fleksibilnim
plastičnim slojem ili staklom. Fotonaponski paneli sadrže jedan ili više modula
koji se mogu koristiti pojedinačno ili u grupama u cilju formiranja modularnih
sistema,
- 11 -
zajedno sa potpornim nosećim strukturama i drugim neophodnim pratećim
komponentama...
Sistemi se mogu fiksirati u odreñenom položaju prema suncu ili se mehaničkim
putem njihov položaj kontinualno može prilagoñavati pravcu sunčevih zraka
(sistemi sa praćenjem sunca). Fotonaponski sistemi se klasifikuju ili po njihovoj
predviñenoj
upotrebi (zemaljski ili svemirski), ili po konstrukciji (ravni ili koncentratori), kao i po
njihovoj konfiguraciji (fiksni ili pokretni). Solarni moduli proizvode se u širokom
opsegu snaga od 1W do 170 W. Na primer, modul snage 170 W ima dimenzije od 790
x 1600 mm.
U Evropi je u toku 2002. godine instalirano 135 MW fotonaponskih sistema, u Japanu
je instalirano 250 MW, a u Americi 120 MW.
Tehnologija solarnih fotonaponskih ćelija
i modula
Tehnologije proizvodnje fotonaponskih ćelija i modula mogu se, na osnovu tipa
silicijumskog
materijala, klasifikovati kao jedno (mono) kristalne, polikristalne i amorfne. Osim
tehnologija
koje se baziraju na silicijumu postoje i druge tehnologije bazirane na CIS, CdTe,
GaAs, InP, itd. Svaki tip ima različitu efikasnost, reaguje na različite delove sunčevog
spektra i pogodan je za različite primene. Efikasnost solarne ćelije odreñene površine
data je kao procentualni deo energije generisane od date količine upadne svetlosti
(fotona). Efikasnosti komercijalno
raspoloživih fotonaponskih modula različitih tehnologija prikazane su u tabeli 2.
Monokristalni silicijum (c-Si) je najpopularniji osnovni materijal solarne tehnologije,
a ćelije i
- 12 -
moduli napravljeni od ovog materijala su tradicionalno najzastupljeniji. Ćelije od
monokristalnog silicijuma su veoma stabilne i pokazuju visoku efikasnost u konverziji
energije. Polikristalne silicijumske solarne ćelije predstavljaju jeftiniju altrernativu
monokristalnim ćelijama ali imaju odreñene prednosti jer zahtevaju manje čistog
materijala i mogu se prilagoditi automatizovanoj masovnoj proizvodnji zbog načina
na koji se priprema polazni materijal. Tankoslojni materijali (filmovi), čija je debljina
svega nekoliko mikrona, usled uštede materijala smanjuju cenu dobijene električne
energije iz sunca. Tanki fotonaponski filmovi, koji iako imaju nešto nižu efikasnost,
imaju sa druge strane i nižu cenu koja ima važnu ulogu u odreñivanju profitabilnosti
fotonaponske tehnologije. Najpopularniji materijal za izradu tankih filmova je
amorfni silicijum, dok se danas koriste i polikristalni materijali kao CIS i CdTe.
Komponente fotonaponskih sistema
Standardne komponente fotonaponskih sistema su fotonaponski moduli, kontroleri
punjenja baterija, akumulatori, provodnici i noseći sistemi, a često se kod savremenih
sistema koriste invertori koji omogućavaju fleksibilnost pretvaranja jednosmerne u
naizmeničnu struju, kao i mogućnost povezivanja sa elektro-distributivnom mrežom.
Jednosmerna struja proizvedena u solarnoj ćeliji putem provodnika odvodi se do
kontrolera punjenja. Osnovna funkcija kontrolera je da spreči prekomerno punjenje
akumulatora, ali ima i neke druge uloge u zavisnosti od specifičnih primena. Ukoliko
akumulator nije potpuno napunjen, postoji struja do akumulatora, gde se energija
skladišti za kasniju upotrebu. Ako sistem treba da pokreće ureñaje koji rade na
naizmeničnu struju, deo fotonaponskog sistema će biti i invertori koji pretvaraju
jednosmernu u naizmeničnu struju. Višak energije koji se generiše u autonomnim
fotonaponskim sistemima u toku sunčanih perioda sakuplja se ili u akumulatorima, ili
kod fotonaponskih sistema za pumpanje vode, voda se tokom dana diektno skladišti u
rezervoarima koji se nalaze na višem nivou, za kasnije ispumpavanje vode putem
gravitacije. Drugi fotonaponski sistemi pretvaraju jednosmernu u naizmeničnu struju,
a višak električne struje ubrizgavaju u distributivnu električnu mrežu. Tri tipične
konfiguracije fotonaponskih sistema su: autonomni sistemi, sistemi povezani za
distributivnumrežu i hibridni. Autonomni i hibridni sistemi se upotrebljavaju
samostalno, dakle nisu povezani na elektro-distributivnu mrežu i najčešće se koriste u
udaljenim oblastima. Fotonaponski sistemi povezani sa elektro-distributivnom
mrežom predstavljaju jedan od načina da se izvrši decentralizacija električne mreže.
Električna energija se ovim sistemima generiše bliže lokacijama na kojima postoji
- 13 -
potražnja. Tokom vremena ovi sistemi će smanjiti potrebu za povećanjem kapaciteta
novih elektrana, kao i prenosnih i distributivnih vodova.
Primene fotonaponskih sistema
Fotonaponski sistemi su veoma raznovrsni: mogu biti manji od novčića i veći od
fudbalskog
igrališta i mogu da obezbeñuju energiju za bilo koji ureñaj, od časovnika do čitavih
naselja, i uz sve to jedini izvor energije koji koriste je sunčeva svetlost. Uz
jednostavnost rukovanja, navedeni faktori ih čine posebno privlačnim za širok spektar
primena. Nedavni porast proizvodnje fotonaponskih ćelija uz smanjenje njihove cene,
otvorio je veliki broj novih tržišta uz veliki broj različitih primena. Primene kao što su
osvetljavanje, telekomunikacije, rashladni sistemi, pumpanje vode, kao i
obezbeñivanje električne energije za čitava naselja (naročito u udaljenim oblastima),
pokazale su se kao konkurentne i profitabilne u odnosu na već postojeće tehnologije.
Uz to pojavila se relativno nova primena ovih sistema sa neverovatno velikim
- 14 -
potencijalom - fotonaponski sistemi koji zamenjuju fasadne i krovne grañevinske
elemente objekata.
Fasadni i krovni fotonaponski sistemi
Kao i svi dobri proizvodi, i električna energija ne samo da treba da zadovolji potrebe
potrošača, već treba da bude od koristi prirodnoj sredini u kojoj se proizvod koristi.
Solarna električna energija može da doprinese energetskoj ponudi uz istovremenu
pomoć u sprečavanju globalne promene klimatskih uslova. Približno 75% energije
koja se koristi u razvijenom svetu troši se u gradovima, od čega se oko 40% troši u
zgradama. Fotonaponski sistemi mogu da se ugrade u skoro svaku grañevinsku
strukturu, od autobuskih stanica do velikih poslovnih zgrada, pa čak i u bašte, parkove
itd. Iako tačna prognoza fotonaponskog učinka u zgradama zahteva pažljivu analizu
faktora kao što su količina sunčevog zračenja koje pada na zgradu, električne
stabilnosti elektro-distributivne mreže itd., lako je shvatiti da ovakva tehnologija ima
velike mogućnosti. Čak i u klimatskim uslovima koji se karakterišu osrednjom
solarnom ozračenošću, krov zgrade jednog domaćinstva dovoljan je za postavljanje
fotonaponskog sistema koji objektu može obezbediti dovoljno električne energije u
toku cele godine. Fotonaponski moduli i generatori tradicionalno se postavljaju na
specijalne potporne strukture, ali mogu se postaviti i na grañevine, ili mogu da
postanu integralni delovi zgrada obrazujući prirodan lokalni spoj ponude i potražnje
električne energije. Upotreba fotonaponskih sistema može značajno da smanji
potrošnju električne energije iz elektrana.
Zgrade mogu čak da se pretvore u male proizvoñače i distributere električne energije,
što
može da bude od opšte koristi. Sa arhitektonskog, tehničkog i finansijskog aspekta,
fotonaponski sistemi integrisani u grañevinske elemente imaju sledeće karakteristike:
• ne zahtevaju dodatno zemljište i mogu se koristitu u gusto naseljenim urbanim
sredinama,
• ne zahtevaju dodatne infrastrukturne instalacije,
• obezbeñuju električnu energiju u toku najveće potražnje (pikovi) i na taj način
smanjuju
opterećenje električne mreže,
• mogu da smanje gubitke tokom prenosa i distribucije električne energije,
- 15 -
• mogu u potpunosti ili delimično da obezbede električnu energiju za odgovarajuću
zgradu,
• mogu da zamene konvencionalne grañevinske materijale i na taj način obezbede
dvostruku ulogu koja može višestruko da se isplati,
• pružaju nove estetske mogućnosti na inovativan način,
• mogu se povezati sa održavanjem, kontrolom i funkcionisanjem drugih instalacija i
sistema
u zgradi,
• mogu da obezbede smanjenje planiranih troškova.
Pošto fasadni fotonaponski moduli mogu da zamenjuju klasične grañevinske
materijale, razlika u ceni izmeñu solarnih elemenata po jedinici površine i materijala
koje mogu da zamene, je od posebnog značaja. Tako je cena po jedinici površine
fasadnog fotonaponskog sistema, povezanog na distributivnu mrežu, skoro ista kao i
cena najkvalitetnijih fasadnih materijala kao što su mermer ili ukrasni kamen, tako da
su praktično dodatne koristi od proizvodnje struje ovakvih fotonaponskih sistema
besplatna korist.
Potencijali fotonaponskih ureñaja
Solarna fotonaponska tehnologija koja se ranije koristila uglavnom u svemirskim
programima ili na udaljenim lokacijama, pa samim tim marginalna i egzotična u
početku, u poslednjih nekoliko godina postaje osnovna tehnologija za proizvodnju i
distribuciju električne energije u urbanim sredinama sa potencijalom da po ceni
postane podjednako konkurentna cenama energije dobijene i distriburiane
konvencionalnim tehnologijama. Od 1990 godine industrija fotonaponske konverzije
pokazuje konstantan godišnji privredni rast od preko 20%, a počevši od 1997 i preko
33% godišnje. U 2000 godini, ukupni instalirani kapaciteti u svetu premašili su 1000
MW, a u zemljama u razvoju više od milion domaćinstava koristi električnu energiju
proizvedenu pomoću fotonaponskih sistema. Novi svetski rekord u efikasnosti
fotonaponskih ćelija 24. marta 2003. godine objavljeno je da je Solar’s Technology
Centre proizveo fotonaponsku ćeliju veličine 125 mm Čija je efikasnost 18,3%. Sve
veći broj kompanija i organizacija aktivno učestvuje u promociji, razvoju i
proizvodnji fotonaponskih ureñaja i sistema. Kompanije koje proizvode i distribuiraju
električnu energiju u saradnji sa proizvoñačima solarnih ureñaja, gradskim vlastima i
fondovima planiraju i realizuju sve veće projekte stičući neophodno iskustvo,
mobilišući pažnju javnosti, a pri tom snižavajući cenu električne energije. Tržišna
- 16 -
vrednost fotonaponske industrije trenutno iznosi više od US $ 2 milijarde godišnje, a
očekuje se porast od preko 10 milijardi $ godišnje do 2010 godine. Najnoviji
predstavnici fotonaponske solarne industrije su i neke od vodećih svetskih naftnih i
drugih hi-tek kompanija - BP Amoco, Shell, Kyocera, Mitsubishi, Sanyo i Sharp).
Očekuje se da će krajem 2002 godine ukupni instalirani fotonaponski kapaciteti širom
sveta biti blizu 3 GW. Pre destak godina očekivalo se da će dve najperspektivnije
primene fotonaponskih sistema biti u
sektoru velikih elektrana snage nekoliko megavata, povezanih sa distributivnom
mrežom, ili u formi primene u desetak miliona kućnih solarnih sistema u zemljama u
razvoju. Meñutim slika je danas sasvim drugačija i tržištem dominiraju urbani
(rezidencijalni) fotonaponski sistemi povezani sa elektro-distributivnom mrežom.
Ilustracija ovog trenda u svetu tokom 2002 godine prikazana je naslici.
Predviña se da će rezidencijalni sistemi povezani na elektro-distributivne mreže ostati
glavni deo tržišta do 2010 godine, a u periodu od 2000 do 2005 godine očekuje se
najveći relativni porast od 50% godišnje u broju umreženih solarnih elektrana.
Štaviše, studije Evropske fotonaponske industrijske asocijacije (EPIA) i organizacije
Greenpeace predviñaju da će polovina od 207 GW kapaciteta u 2020, biti sistemi
povezani za elektro-distributivnu mrežu, od kojih će 80% biti instalirani u
rezidencijalnim zgradama. Fotonaponska industrija je sve prisutnija u nacionalnim
energetskim strategijama sve većeg broja zemalja. Japansko Ministarstvo za
- 17 -
ekonomiju, trgovinu i industriju (METI), planira da instalira fotonaponske sisteme
snage skoro 5 GW do 2020 godine, a predviña se da do 2030 ovi kapaciteti porastu na
82.8 GW. Očekuje se da se u toku istog perioda cena sistema snage 3 kW smanji sa
$3/W na $1.5/W. Nemačka pruža ilustrativni primer usvajanjem dalekosežnog zakona
o obnovljivoj energiji po kome se počevši od 1. januara 2000. godine vlasnicima
umreženih fotonaponskih sistema ispaćuje nadoknada od 0.51 evra (originalno 99
pfeninga) po svakom kilovat-času generisane energije, u toku celog veka trajanja
fotonaponske instalacije. Svake godine, u toku eksploatacije solarne opreme, cena
nadokanade će se postepeno smanjivati sve dok ukupni kapaciteti ne dostignu
vrednost od 1000 MW (ova vrednost je povećana sa 350 MW sredinom
2002 godine). Pokazalo se da je ovakav prilaz imao snažan podsticaj za povećanje
broja instaliranih fotonaponskih sistema širom Nemačke. Cilj Evropske unije je da do
2010 godine ukupni kapacitet instaliranih fotonaponskih sistema dostigne 3 GW, a
EPIA potvrñuje da se ovaj cilj može ostvariti pod uslovom da se cene modula smanje
ispod 2€/W, što bi uslovilo da cene gotovih sistema budu izmeñu 2.75 i 3 €/W do
kraja istog perioda. Od 1995 godine američka industrija fotonaponskih sistema
pokazuje godišnji rast od 30% a ukupni instalirani kapaciteti dostižu 350 MW. Važan
podsticaj za fotonaponsko tržište učinjen je 1997. godine kada je tadašnji predsednik
Bil Klinton objavio „Inicijativu za milion solarnih krovova“, čiji je cilj smanjenje
upotrebe fosilnih goriva instaliranjem milion solarnih sistema do 2010.
- 18 -
Svetska proizvodnja fotonaponskih
sistema je u 2002. godini postigla
rekord uz porast od 43,8% u
odnosu na prethodnu godinu.
Velike multinacionalne kompanije organizuju posebne poslovne ogranke za solarne
fotonaponske sisteme (BP, Shell, itd). Sa druge strane grupe koje se bore za očuvanje
prirodne sredine, kao što je Greenpeace, aktivno promovišu primenu fotonaponskih
sistema u cilju povećanja potražnje, a smanjenja cena. Trenutno se cene solarnih
modula kreću od oko 4 do 5€/W, a kompletni sistemi se instaliraju po ceni od 4-8€/W,
u zavisnosti od tipa i veličine sistema. Uz tipičnu godišnju proizvedenu snagu izmeñu
750 kWh i 1500 kWh po instaliranom kW, dobija se cena od 20 do 40 eurocenti po
kilovat-času. Konstantan porast proizvodnih kapaciteta uz stalan napredak istraživanja
i razvoja omogućuje pouzdano predviñanje cene od 2-3€/W do 2010 godine. Očekuje
se da cena fotonaponskih sistema padne na oko l €/W, što bi značilo da je cena
fotonaponski generisane struje manja od 10 centi po kilovatčasu.
Potencijali fotonaponske tehnologije u SiCG
- 19 -
U toku 21-og veka Srbija i Crna Gora će morati da primeni mudru energetsku
strategiju koja će obuhvatati nekoliko inovativnih mera efikasnog korišćenja energije,
brz porast korišćenja obnovljivih energetskih kapaciteta i korišćenje fosilnih goriva uz
pridržavanje visokih ekoloških normi u cilju očuvanja prirodne sredine i klimatskih
uslova. Uprkos velikog dugoročnog potencijala, fotonaponska tehnologija će u
početku igrati sporednu ulogu, ali će njen doprinos konstantno rasti kako u urbanim
tako i najudaljenijim mestima u Srbiji. Procena ukazuje da instalacioni potencijali za
fotonaponske sisteme do 2010. godine iznose oko 20 MW. Brz porast fotonaponske
industrije u svetu uz porast proizvodnih kapaciteta i pozitivnu političku klimu u
zemljama kao što su Japan, Nemačka i Španija, obećavaju dobru perspektivu
fotonaponskim tehnologijama i u Srbiji. Meñutim, fotonaponska industrija zahteva
pogodne i stabilne političke uslove u Srbiji za konstantan i održiv razvoj. Brze ili
nagle promene u uslovima i iznosima subvencija te političkim stavovima mogu da
dovedu u
pitanje pozitivan razvojni trend. Uzimajući u obzir današnji značaj fotonaponske
tehnologije, njihove dugoročne potencijale i vreme potrebno da se ovakve tehnologije
razviju, razvoj i primene ovih tehnologija potpuno opravdavaju i ohrabruju državnu
podršku i subvencije. Dodajmo pri tome da fotonaponska industrija može znatno da
doprinese privredi zemlje otvaranjem novih radnih mesta, kao i malih i srednjih
preduzeća.
Mogućnosti korišćenja sunčeve toplotne energije
Kada bi samo 300.000 domaćinstava u Srbiji i Crnoj Gori imalo bar 5 m2 solarnih
kolektora za grejanje sanitarne potrošne vode ili vazduha uštedelo bi se 1.500 GWh
godišnje, što odgovara instalisanom proizvodnom kapacitetu od oko 400 MW. Takva
investicija bi se isplatila za dve godine bez ikakve potrošnje energenata. Sunčevo
zračenje na Zemlju dostiže energiju od 1000 W/m2 pri čemu korisno dozračena
energija na jedinicu površine zavisi od orijentacije i nagiba površine, od konstrukcije i
energetskih karatkeristika prijemnika sunčeve energije, doba dana, doba godine,
vremena insolacije, atmosferskih uslova i dr. Najčešće primenjivana tehnologija za
korišćenje sunčevog zračenja bazirana je na principu toplotnog dejstva sunčevog
zračenja, pri čemu se energija sunčevog zračenja transformiše u toplotu na apsorberu
prijemnika sunčeve energije (toplotni kolektori). Kod ovih tipova kolektora ostvaruje
se stepen efikasnosti transforamcije dozračene sunčeve energije u korisno odvedenu
toplotu od 35 do 55%.
- 20 -
Toplotna konverzija sunčeve energije
Sunčani kolektori mogu se podeliti na dve glavne grupe po tipu fluida koji prenosi
sunčevu energiju. To su kolektori sa tečnim fluidom i sa vazduhom. Svaka od ovih
grupa deli se na tri podgrupe odreñene po temperaturnom opsegu rada.
• Ravni niskotemperaturni
• Srednje temperaturni - sa koncentrisanjem sunčevog zračenja
• Visoko temperaturni - sa koncentrisanjem sunčevog zračenja
Ravni niskotemperaturni prijemnici su tehnički najjednostavniji sa aspekta izrade, a u
njima se ostvaruju radne temperature do 100°C (u praznom hodu i do 180°C).
Apsorber toplote je metalni ili plastični. Toplota se odvodi vazduhom, vodom ili
nekom drugom tečnošću na bazi „antifriza“ i predaje potrošaču direktno ili preko
razmenjivača toplote i grejnih tela. Kolektori se najčešće montiraju na krovu kuće i
cevima su spojeni sa vodenim rezervoarom. Radi boljeg prenosa toplote koristi se
pumpa za pokretanje fluida. Solarni kolektori bazirani na ovom principu koriste se
najviše za pripremu tople sanitarne ili tehnološke vode, u procesima sušenja raznih
poljoprivrednih proizvoda, za grejanje prostora i u drugim toplotnim procesima u
kojima se radne temperature kreću do 100°C.
Ravni niskotemperaturni prijemnici sunčeve energije
Ovaj tip solarnog kolektora sastoji se iz sledećih elemenata:
• transparenta
• apsorbera
• termičke izolacije
• kućišta
Transparent (prozirna pokrivka) ima zadatak da zatvori prostor ispred apsorbujuće
ploče čime smanjuje toplotne gubitke, a da pri tome obezbedi što bolji prodor
sunčevih zraka do apsorbujuće površine. U praksi se najčešće koristi obično
prozorsko staklo debljine 4mm, kao i kaljeno staklo debljine 5 mm, a mogu se
koristiti i providni plastični materijali debljine do 2mm kao i specijalne ultravioletno
stabilne plastične folije. U zavisnosti od otpornosti materijala na degradaciona dejstva
iz okoline, posebno na dejstvo sunčevog ultravioletnog zračenja, može se proceniti
koliko će se smanjivati svetlosna propustljivost tokom vremena eksploatacije. Solarni
kolektori sa jednostrukom prozirnom pokrivkom obično se koriste u instalacijama
grejanja sanitarne ili tehničke vode u prelaznim ili letnjim periodima kada su spoljne
temperature više. Dvostruka transparentna pokrivka obično se primenjuje kod
- 21 -
kolektora predviñenih za upotrebu pri nižim spoljašnjim temperaturama da bi se
smanjili gubici sa prednje strane kolektora. Efikasnost kolektora sa jednostrukim
zastakljenjem je zimi znatno niža od efikasnosti sa dvostrukim zastakljenjem. Leti je
razlika u efikasnosti izmeñu ova dva tipa kolektora znatno manja. Tako na primer pri
temperaturi radne tečnosti na ulazu u kolektor od 60°C (zimi kada je temperatura
okolnog vazduha 10°C i snaga sunčevog zračenja oko 600W/m2) efikasnost
posmatranog kolektora sa jednostrukim zastakljenjem je ravna nuli (neće se dogrevati
radna tečnost) dok će kolektor sa dvostrukim zastakljenjem imati efikasnost od 0,4. U
letnjem periodu ovi koeficijenti su 0,68 i 0,7. Apsorber ima zadatak da transformiše
sunčevo zračenje u toplotu i predstavlja ključni element od koga najviše zavisi
efikasnost apsorbcije sunčevog zračenja, emisija toplote u okolinu (toplotni gubitak) i
efikasnost prenosa toplote sa apsorbujuće površine na radni medijum koji hladi
apsorber. Kvalitetni apsorberi se izrañuju od bakra, aluminijuma i nerñajućih čelika.
Apsorberi od plastičnih masa spadaju u manje kvalitetne. Selektivni apsorbujući
slojevi koji se nanose hemijskim tretmanom na apsorber obezbeñuju znatno bolje
radne karakteristike (nizak koeficijent emisije zračenja), bolju energetsku efikasnost i
trajne apsorbcione karekteristike u odnosu na upotrebu crne boje za apsorbcioni sloj.
Radni medijum ili nosilac toplote u solarnom kolektoru može da bude vazduh, voda
ili tečnost na bazi „antifriza“. Termička izolacija je vrlo bitan element koji smanjuje
toplotne gubitke sa zadnje i sa bočnih strana kolektora. Kao materijal najviše se
koristi ekspandirana poliuretanska pena, jer ima stabilne mehaničke i termičke
osobine. Pored termoizolacionih karakteristika ovaj materijal i ukrućuje kućište
kolektora, a ne upija vlagu. Staklena i mineralna vuna su dosta nepogodne za
rukovanje i mogu da prime značajne količine vlage čime se smanjuje trajnost i
efikasnost kolektora. Kućište kolektora objedinjuje sve njegove elemente u jednu
funkcionalnu celinu. Izrañuje se najčešće od metala (eloksirani aluminijum), a reñe od
plastičnih materijala. Upotreba raznih gumenih ili silikonskih zaptivki je neophodna
radi smanjenja prodora hladnog vazduha i vlage u kućište. Kolektori imaju površinu
obično od 1,2 do 2 m2 bez obzira da li im je radni fluid voda ili vazduh. Debljina
kolektora sa vodom je nešto manja od onih sa vazduhom i kreće se od 60 do 100 mm.
Masa kolektora se kreće u granicama od 25 do 50 kg po jednom kvadratnom metru
prijemne površine. Integralni prijemnici sunčeve energije nastali su iz težnje da se
dobiju jednostavniji i jeftiniji solarni kolektori sa istim efektima kao i klasični tipovi.
To je ostvareno integrisanjem funkcije prijemnika solarne energije i dela
- 22 -
grañevinskog objekta (fasade ili krova), tako što se vrši direktno integrisanje
kolektora u funkcionalnu celinu sa objektom. Efekti ovakve konstrukcije su obično
dvostruki: poboljšava se termička karakteristika zida ili krova i obezbeñuje
projektovana količina energije. U tom slučaju obično je cena izrade fasade ili krova
niža jer kolektor čini spoljnu oblogu objekta. Ovaj tip gradnje obično koristi vazduh
kao radni medijum.
Solarne instalacije
Instalacije sa tečnim radnim medijumom
Kod instalacija sa tečnim radnim medijumom, nosilac toplote može da bude voda,
voda pomešana sa antifrizom ili tečnost na bazi antifiriza koja je specijalno razvijena
za primenu u solarnim instalacijama. U ovakvoj instalaciji tečnost koja se zagrejala
potiskuje se centrifugalnom pumpom ka razmenjivaču toplote. U njemu se greje
potrošna sanitarna ili tehnološka voda. Izmenjivač se može napraviti i sa većom
količinom vode tako da se u njemu istovremeno vrši razmena i akumulacija toplote.
Kod većih instalacija izmenjivač i skladište toplote su obično razdvojeni.
Kompaktni solarni bojleri
Solarni kolektor u kombinaciji sa termoizolovanim rezervoarom - bojlerom zapremine
oko
100 do 200 litara čini kompaktnu jedinicu za grejanje vode. U bojler se ugrañuje i
električni
grejač čime se dobija stabilnije snabdevanje toplom vodom. Solarni kolektor i
- 23 -
bojler se nalaze na zajedničkom postolju tako da se uz minimum instalacija dobija
jeftin
i pouzdan sistem. Ovakav način grejanja vode primenjuje se najčešće u predelima gde
su
zime blaže da ne bi došlo do zamrzavanja vode.
Instalacije sa vazduhom kao radnim medijumom
Kod solarnih instalacija sa vazduhom kao nosiocem toplote, obično se zagrejan
vazduh iz kolektora dejstvom ventilatora potiskuje kroz kanalski razvod do grejane
prostorije. Ukoliko se u prostorijama vazduh ne zagañuje onda se tako rashlañeni
vazduh ponovo potiskuje u solarni kolektor na dogrevanje. Kada je u pitanju
instalacija kod koje postoji mogućnost da se promeni kvalitet vazduha (čestice prašine
ili vlaga u slučaju sušara) potrebno je primeniti otvoreni sistem. U njemu vazduh iz
spoljašnje sredine ulazi u sunčani kolektor, a iz grejane prostorije se odvodi napolje u
atmosferu zajedno sa značajnom količinom toplote. Kod složenijih sistema energetski
efekti se mogu povećati ugradnjom razmenjivača toplote tipa vazduh - vazduh uz
znatno povećanje cene tako izgrañenog sistema. Skladište toplote obično se formira
ispod površine zemlje (najčešće ispod grejanog objekta) u termoizlovanom prostoru
- 24 -
popunjenom nekim čvrstim materijalom sa što boljom toplotnom kapacitivnošću.
Najčešće se primenjuje lomljeni kamen, a mogu se koristiti i staklene boce napunjene
vodom.
Grejanje prostorija
U našem podneblju ukupno energetsko dejstvo sunčevog zračenja zimi je manje od
letnjeg, ali je još uvek dovoljno efikasno za korišćenje. Tako na primer iz
komercijalnih tipova solarnih kolektora može se u grejnoj sezoni dobiti - po jednom
kvadratnom metru u jednom danu - energija koja se kreće (u zavisnosti od meseca u
godini i lokacije potrošača) od 1,2 do 3kWh. To znači da prijemnik sunčeve energije
može u toku jednog meseca da preda nekom potrošaču toplotu od 36 do 90 kWh sa
jednog kvadratnog metra kolektora. Pošto se temperatura radnog fluida pri
preporučenim brzinama strujanja u toku zimskog perioda kreće od 40 do 60°C, jasno
je da ove temperature nisu dovoljne za centralno toplovodno grejanje. Meñutim, u
prelaznim periodima sa spoljnim tempraturama oko 0°C ovaj način grejanja postaje
efikasan, jer tada kotlovske instalacije rade sa temperaturama od oko 60°C. Ukoliko
se u sistemu toplovodnog grejanja primenjuje podno grejanje, koje radi sa nižim
temperaturama efekti su još bolji. Najbolji efekti se ostvarju primenom vazdušnog
sistema grejanja.Energetski efekti solarnih sistema pri grejanju kuća ili stanova zavise
od više faktora, meñu kojima ispravno i optimalno projektovanje ima prvorazrednu
ulogu. Termičke karakteristike grejanog objekta direktno utiču na veličinu toplotnih
gubitaka, a time i na potrebe za toplotnom energijom. Na taj način se dolazi do toga
da je dobra toplotna izolacija ključni element u uštedi energije i da je to najbolji i
najekonomičniji način za jednu siromašnu zemlju da popravi svoju energetsku
situaciju. Pogotovo ako se uzme u obzir da je kod nas normalna, a cenom i
stimulisana, pojava grejanja električnom energijom. To je jedan od najneracionalnijih
načina grejanja gledano sa aspekta cele države.
Nivo potrebnih ulaganja u solarne instalacije za domaćinstva
Grejanje sanitarne vode
Potrebna ulaganja: 15 - 25 EUR/m2, odnosno 900 do 1.500 EUR/domaćinstvu
Napomena: Manje vrednosti se odnose na jeftinije solarne kolektore i jednostavnije
instalacije. Veće vrednosti se odnose na skuplje sisteme sa složenijim instalacijama sa
- 25 -
razmenjivačem toplote, sistemom za prinudnu cirkulaciju i automatikom za regulaciju
rada.
U Evropi je tokom 2002. instalirano 1,19 miliona m2 solarnih termičkih kolektora
tako da je ukupna procena da ih u Evropi sada ima oko 13 miliona m2.
Efekti: Grejanje potrošne sanitarne vode u periodu od aprila do oktobra pokriva 80%
potreba za energijom. U periodu od oktobra do aprila ova pokrivenost je oko 30%.
Grejanje prostora
Uslovi za obezbeñivanje grejanja stambenog prostora su složeniji, a investiciona
ulaganja veća. Ukoliko se pravi nov objekat u kome je predviñeno solarno grejanje
prostora efekti su najbolji uz minimalnu cenu. Adaptacija već izgrañenih objekata je
složeniji postupak sa većim troškovima. Potrebna ulaganja: 50 – 100 EUR/m2,
odnosno oko 3.000 do 6.000 EUR/domaćinstvu Napomena: Manje vrednosti se
odnose na stanove i kuće sa boljim termičkim karakteristikama zidova i manjim
toplotnim gubicima kroz procepe; boljim mogućnostima aplikacije integralnih
solarnih kolektora; boljim rasporedom prostorija i prozira na objektu kao i boljom
orijentacijom prijemne površine objekta.
Efekti: Optimalnom instalacijom i veličinom solarnih kolektora omogućuje se kod
standardno
izgrañenih objekata pokrivenost potreba grejanja od 50 do 60% tokom cele godine.
Potencijal Srbije i Crne Gore u primeni toplotnih kolektora
Energetski potencijal je zadovoljavajući na celoj teritoriji Srbije i moguće je efikasno
korišćenje termičkog dejstva sunčevog zračenja. U prethodnom dugom periodu ovaj
prirodni, ekološki i ekonomski najpovoljniji vid korišćenja energije nije mogao da se
primenjuje jer nije postojala nikakva stimulacija stanovništva. Sada kada se
nedostatak energije u čitavom sveti drastično oseća i kada cena struje u Srbiji raste
kako bi dostigla cene u Evropskoj Uniji čista ekonomska računica će dovesti do
upotrebe najracionalnijih izvora energije. Stimulacija države u obliku poreskih
olakšica za instaliranu opremu sigurno bi se višestruko isplatila u poreñenju sa novim
investicijama u elektroprivredu koje nas očekuju. Takoñe u poreñenju sa dobijanjem
energije iz fotonaponskih ćelija ili vetrogeneratora upotreba solarnih kolektora je
najekonomičnija u sadašnjem trenutku i može se primenjivati od individualnih
korisnika do većih sistema. Ekonomski i ekološki razlozi dovode do ulaganja u
istraživačke i razvojne projekte koji svojim rezultatima pokreću investicije u
proizvodnji opreme za eksploataciju energije. Apsurdno je da siromašne zemlje koje
- 26 -
skupo plaćaju uvozne energente i opremu za proizvodnju energije ne učine napor da
na bazi ekonomskih računica krenu u razvoj i proizvodnju onoga što je najpogodnije.
To ukazuje na odnos vlasti prema svojoj zemlji, energetskim resursima i planiranju.
Energija Vetra
Prvi vetrogenerator u Srbiji Firma Nipon-Komerc iz Beograda
instalirala je i 9. oktobra 2003. godine povezala na električnu mrežu prvi
vetrogenerator u Srbiji. Snaga generatora je 11 kW, a prečnik elise je 13 m.
Proizvoñač vetrogeneratora je danska firma Gaia Wind.
Energija vetra
Energija sadržana u kretanju vazdušnih masa - vetru - oduvek je pobuñivala pažnju
istraživača koji su želeli da je korisno upotrebe. Jedra, a kasnije i vetrenjače bili su
jedini način za pretvaranje energije vetra u mehanički rad. Od svih izazova koji stoje
danas na raspolaganju savremenom čoveku postoji jedan koji pleni svojom
uzvišenoću i snagom. To je trka oko sveta. Pored svih mogućih prevoznih sredstava
jedino se u jedrenju odrzavaju trke oko sveta što na slikovit način govori o moći vetra.
Sada, a i u budućnosti energija vetra se pokazala kao najozbiljniji obnovljiv izvor
energije pri dostignutom razvoju tehnologije.
Osnovni razlozi za to su:
• neizmerna količina energije
• mogućnost pretvaranja u električnu energiju
pomoću vetrogeneratora
• pad cena vetrogeneratora i prateće opreme
srazmerno sve većoj upotrebi energije vetra
• ekološki potpuno čist način pretvaranja energije
• mala zauzetost zemljišta
Energetske krize, smanjenje zaliha fosilnih goriva i enormno zagañivanje planete
uticali su da se industrija za proizvodnju vetrogeneratora (VTG) poslednjih 30 godina
- 27 -
razvijala u svetu skoro istom dinamikom kao i industrija računarske opreme, a danas
se smatra vrlo stabilnom i perspektivnom.
Po predviñanjima mnogobrojnih eksperata, očekuje se dalji intenzivan rast
instalisanih kapaciteta, a trendovi daljeg povećanja ekonomičnosti, kao i sve ozbiljnije
pogoršanje stanja životne sredine, potvrñuju takve pretpostavke. Do kraja 2001.
godine u svetu je instalisano 56.000 vetrogeneratora sa kapacitetom od 25 GW. Prošle
godine je povećanje kapaciteta iznosilo 52%. Nemačko tržište ima i dalje najveći
udeo, tržište SAD drži drugo, a Španija je došla na treće mesto.
Energetski deficit i neminovnost upotrebe ekološki čistih izvora energije primoraće i
Srbiju i Crnu Goru da počne da investira u razvoj i eksploataciju energije vetra.
Tehnologija korišćenja energije vetra
Pretvaranje energije vetra u elektičnu energiju vrši se pomoću vetrogeneratora.
Vetrogenerator pretvara kinetičku energiju vazduha koji se kreće (vetra) pomoću
lopatica rotora (elise), prenosnog mehanizma i elektrogeneratora u električnu energiju.
Energija dobijena iz vetra zavisi od srednje brzine vetra i to tako što je proporcionalna
trećem stepenu brzine vetra. Vetrogenerator ne može da transformiše celokupnu
kinetičku energiju vetra koji struji kroz površinu koju obuhvataju kraci rotora. Albert
Dec je 1919. godne dokazao da se maksimalno 59% ukupne kinetičke energije vetra
može pretvoriti u mehaničku energiju rotora vetrogeneratora. Proizvoñači
vetrogeneratora uglavnom daju krivu izlazne snage u zavisnosti od brzine vetra kao
što se vidi na slici.
- 28 -
Moderni vetrogeneratori počinju da proizvode električnu energiju već pri brzini vetra
od 2,5 m/s, a zaustavljaju se iz bezbednosnih razloga pri brzini od 25 m/s.
Vetrogenerator može da obezbedi ekonomičnu proizvodnju struje ukoliko je srednja
godišnja brzina vetra veća od 6m/s. Usled trenja izmeñu struje vazduha i tla, kao i
unutrašnjeg viskoznog trenja brzina vetra
raste sa povećanjem visine iznad tla. Jasno je da na profil brzine vetra utiče hrapavost
terena, prisustvo prirodnih i veštačkih prepreka kao i drugi topografski elementi.
Pošto se ovi parametri razlikuju od lokacije do lokacije potrebno je prilikom izbora
lokacije voditi računa da se dosegne što povoljnija srednja godišnja brzina vetra. Od
toga direktno zavisi količina proizvedene električne energije. Čak i male greške u
odabiru najpovoljnije lokacije u dugogodišnjem bilansu proizvodnje daju značajna
umanjenja isplativosti investicije.
Mali i vrlo mali vetrogeneratori snage do 3 kW prave se direktnim povezivanjem elise
i elektrogeneratora bez prenosnog mehanizma (reduktora) čime im se smanjuje cena.
Mali vetrogeneratori namenjeni su individualnoj upotrebi i najčešće služe za punjenje
akumulatora tamo gde ne postoji električna mreža, a energija se obično koristi za
osvetljenje i TV prijemnik. Vetrogeneratori srednjih snaga do nekoliko desetina
kilovata daju trofaznu struju i obično se priključuju na niskonaponsku distributivnu
mrežu. Na izlazu vetrogeneratora dobija se naizmenična trofazna struja napona 690 V
i frekvencije 50/60 Hz. Pomoću transformatora se napon podiže na 10 - 30 kV što
odgovara naponu srednjenaponskih mreža. Svi vetrogeneratori većeg kapaciteta (od
- 29 -
10 kW do 3 MW) koriste se kao elektrane, što znači da proizvedenu energiju predaju
elektroenergetskom sistemu. Najčešće primenjivani moderni vetrogeneratori su
kapaciteta od 500 kW do 3 MW mada se grade i veći. Najekonomičnija primena
vetrogeneratora je njihovo udruživanje na pogodnim lokacijama u takozvanu farmu
vetrenjača. Takva elektrana može da ima kapacitet od nekoliko MW do nekoliko
stotina MW koji obezbeñuje više desetina vetrogeneratora.
Ekonomičnost korišćenja energije vetra
Na osnovu dosadašnjih iskustava u gradnji vetrogeneratora došlo se do orijentacione
vrednosti investicija od oko 700 do 1000 € po instalisanom kW. Vetrogeneratori, a
samim tim i farme vetrenjača su znatno pojeftinili u poslednjih desetak godina i ta
tendencija će se i dalje nastaviti. Na taj način je i cena električne energije dobijene iz
vetrogeneratora drastično smanjena. Na to je dodatno uticalo i smanjenje operativnih
troškova i rast efikasnosti i pouzdanosti. U SAD u državi Ajova počeo je sa
realizacijom projekat izgradnje farme vetrenjača snage od 310MW koja će se sastojati
od 180 do 200 vetrogeneratora snage od 1,5 do 1,65 MW. Obzirom da kod korišćenja
energije vetra, kao i kod mnogih drugih obnovljivih izvora energije, nema troškova
goriva, posle investicione izgradnje jedini troškovi su operativni i troškovi
održavanja. Investicioni troškovi se kreću od 75% do 90% ukupnih troškova.
Investicioni troškovi su troškovi izgradnje vetrogeneratora ili farme vetrenjača,
uključujući troškove izgradnje pristupnih puteva ukoliko je potrebno i troškove
priključivanja na elektroenergetski sistem. Obično su lokacije sa povoljnim uslovima
za gradnju farme vetrenjača udaljene od drumskih i energetskih magistrala i to
povezivanje utiče na povećanje investicionih troškova. Cena vetrogeneratora se kreće
od 600 do 900 € po instalisanom kW. Sa povećanjem brzine vetra raste koeficijent
korisnog dejstva što postavlja zahtev za podizanjem visokih stubova. Finansijski
efekti u značajnoj meri utiču na odluku o investiranju u proizvodnju električne
energije pomoću vetrogeneratora. Iako cena električne energije iz vetra zavisi od
raznih institucionalnih faktora, referentne vrednosti se mogu izračunati primenom
preporučene prakse za proračun cena električne energije, od strane Meñunarodne
agencije za energiju. Zbog širokog opsega kamatnih stopa mora se izračunati visoka,
srednja i niska cena električne energije. Osnovne pretpostavke su date u tabeli a
podaci se odnose na klasu vetrogeneratora kapaciteta 600 - 750 kW. U kalkulaciju se
ušlo sa pretpostavljenim rastom investicionih troškova od 8% po priraštaju brzine
- 30 -
vetra za svaki m/s, iznad 7 m/s. Količina godišnje proizvodnje električne energije
redukovana je za gubitak od 10%, iako, zbog visokog stepena
pouzdanosti od 98%, stvarni gubici mogu biti i manji.
Dobijene cene su date u dijagramu gde se može videti da pri brzini od 6 m/s, cena
varira u opsegu od 0,045 do 0,09 €/kWh. Državna podrška proizvodnji nuklearne
energije i proizvodnji uglja širom Evrope i Amerike čine da se troškovi električne
energije dobijene iz ovih izvora prikazju manjim od realnih. Takoñe, energija iz
vetrogeneratora se obično proizvodi bliže potrošačima čime se smanjuju gubici u
prenosu električne energije i ovako dobijena energija ima povećanu konkurentnost.
Prilikom razmatranja cene električne energije iz vetrogeneratora treba razmotriti i
uticaj eksternih troškova. Eksterne troškove je teže kvantifikovati ali su oni vrlo realni
i mogu se podeliti u tri kategorije:
• Skriveni troškovi koje snose vlade, uključujući subvencije industriji za proizvodnju
električne energije i istraživačke i razvojne troškove, porezi, oslobañanja od poreza,
• Troškovi nastali usled emisije štetnih gasova (ne uključujući CO2) koji utiču na
zdravlje
- 31 -
i životnu sredinu,
• Troškovi globalnog zagrevanja koji se pripisuju emisiji CO2.
Opšte prihvaćeno mišljenje je, da je cena električne energije dobijene od vetra padala
mnogo brže od cena dobijenih iz drugih izvora, kao i da će se taj trend u budućnosti i
nastaviti. Faktori koji izazivaju permanentni pad cena vetrogeneratorskih sistema su:
• trend izgradnje većih turbina
• opadanje infrastrukturnih troškova
• povećanje efikasnosti vetrogeneratora
• smanjenje troškova sirovina od kojih se
izrañuju vetrogeneratori.
Uticaj vetrogeneratora na životnu sredinu
Energetika je jedan od najvećih globalnih zagañivača, gledano kroz emisiju
zagañujućih materija i otpad koji se stvara kao posledica proizvodnje. Štetni uticaji na
životnu sredinu od proizvodnje električne energije, mogu se podeliti na tri grupe:
• emisija štetnih gasova (bez emisije CO2)
• emisija CO2
• otpad koji nastaje u procesu proizvodnje (radioaktivni,pepeo, gips, ulja)
Narastanje brige o zaštiti životne sredine, postaje svetski pokret. Rezultat delovanja
ogleda se konkretnim aktivnostima na globalnom nivou: borba protiv zagañenja,
borba protiv globalnog
zagrevanja i klimatskih promena, borba za racionalnije korišćenje resursa. Prilikom
planiranja novih kapaciteta, mnoge energetske kompanije se odlučuju za farme
vetrenjača zbog toga što njihova primena ima ekonomskog i ekološkog smisla.
Evropska Unija je zbog izgradnje vetrogeneratorskih kapaciteta intenzivnije od
očekivane uradila reviziju strategije čime je povećala cilj sa 20.000 na 40.000 MW
instalisane snage vetrogeneratora do 2010. godne. Svaki kWh proizveden obnovljivim
izvorima energije, zamenjuje isti koji bi s druge strane trebao da bude proizveden u
elektranama na fosilno gorivo, što ima za posledicu redukciju negativnih uticaja na
životnu sredinu, a naročito emisije CO2 u atmosferu. Meñu svim obnovljivim
izvorima energije, energija vetra je rangirana kao jedna od najjeftinijih opcija za
smanjenje emisije CO2, ali i emisije drugih zagañujućih materija. Moderni
vetrogenerator od 600 kW će tokom svog radnog veka na prosečnoj lokaciji, u
zavisnosti od vetrovitosti mesta i stepena iskorišćenja kapaciteta, sprečiti emisiju za
otprilike 20.000 do 36.000 tona zagañujućih materija. Radi sticanja relativnih odnosa,
- 32 -
predstavljen je u tabeli primer procenjenog smanjenja emisije zagañujućih materija u
decembru 1997. godine, na nivou EU.
Negativni trendovi u korišćenju fosilnih goriva nameću značajna istraživanja u cilju
iznalaženja efikasnih načina korišćenja obnovljivih izvora energije. Energija vetra,
već pri sadašnjem stanju tehnologije, zbog neiscrpnosti vetra i široke
rasprostranjenosti na svim svetskim meridijanima, može značajno doprineti stabilnosti
i raznolikosti u energetskom snabdevanju, uz istovremeno smanjenje štetnih
atmosferskih emisija. Urbanizacija, otpad, zagañenje tla su faktori koji bitno
aktuelizuju problem očuvanja poljoprivrednog zemljišta. Stoga pri valorizaciji neke
tehnologije nije nebitan parametar neophodno zaposednuto zemljište. Termoelektrane
zaposedaju velike površine zemljišta (za objekte, deponiju pepela). Površina se znatno
uvećava kada se uključe površine zaposednute površinskim kopovima uglja,
odlagalištima jalovine i transportnim putevima. Kod hidroelektrana, velike površine
zemljišta, često najplodnijeg, potapaju se i bivaju izgubljene za poljoprivredu. Farme
vetrenjača su izuzetno ekonomične po pitanju iskorišćenja zemljišta. Veći deo
zaposednutog zemljišta na kome je izgrañena farma (oko99%) može se za vreme
eksploatacije koristiti za poljoprivredu. Negativni uticaji vetrogeneratora na životnu
sredinu postoje ali su ti uticaji zanemarljivi u poreñenju sa pozitivnim elementima.
Takoñe u toj proceni postoje subjektivni elementi, neinformisanost kao i loša
interpretacija.
Evropska asocijacija za energiju vetra (EWEA - European Wind Energy Association)
je na junskoj konferenciji 2003. godine revidirala ciljeve u primeni energije vetra.
1997. EWEA je planirala da do 2010. godine u Evropi bude instalirano
vetrogeneratora kapaciteta 40.000 MW, a do 2020. godine 100.000 MW. Novi
planovi su da se do 2010. godine instalira 75.000 MW, a do 2020. godine 180.000
MW.
- 33 -
Vizuelni efekat, buka, ometanje radio telekomunikacija i uticaj na ptice su relativno
beznačajne negativne karakteristike vetrogeneratora i mogu se lako izbeći ili umanjiti.
Energetske potrebe Srbije i Crne Gore
Da bi se dao odgovor na pitanje o količini kvalitetnog vetra koji bi se mogao na
ekonomski isplativ način konvertovati u električnu energiju, potrebno je, pored
karakteristika vetra, voditi računa o: rezervama fosilnih goriva, ceni električne
energije iz fosilnih goriva, očuvanju životne sredine, količinama naftnih derivata i
gasa koje uvozi naša zemlja, trendu rasta i strukturi potrošnje energije i slično.
Ukupna raspoloživa snaga na pragu elektrana u elektroenergetskim sistemima Srbije i
Crne Gore iznosi oko 9 GW, pri čemu 66,7% čine termoelektrane. Godišnja
proizvodnja električne energije u SCG je u toku 2002. godine iznosila oko 35 TWh.
Na osnovu ovih podataka se izračunava da je srednji faktor iskorišćenja proizvodnih
kapaciteta u SCG 47%. Prosečni faktor iskorišćenja kapaciteta vetrogeneratora je u
opsegu 20% do 40%, zavisno od stabilnosti vetra, sposobnosti mreže da preuzme
električnu energiju i od drugih meteoroloških i tehničkih parametara. Ovo znači da
objektivno 1 MW proizvodnih kapaciteta u prosečnom vetrogeneratoru u
kvantitativnom energetskom smislu odgovara oko 0,5 MW instalisanih u prosečnoj
hidro ili termoelektrani. Meñutim, energija koju proizvodi vetrogenerator je vršnog
karaktera, jer vetra prosečno najviše ima onda kada je
potrošnja najveća, što znači da kvalitativno energiju vetra treba valorizovati sa oko
20% u odnosu na energiju koju generišu termoelektrane što svakako treba imati u vidu
pri formiranju cene električne energije proizvedene u vetrogeneratorima. I pored
preduzetih mera u pogledu povećanja energetske efikasnosti i revitalizacije
proizvodnih i prenosnih kapaciteta u EPS-u se od 1997. god. permanentno javlja
deficit u električnoj energiji. Taj deficit je u 2002. godini iznosio oko 5,5 TWh što
čini preko 10% ukupne nacionalne potrošnje, koja je u 2002. iznosila skoro 40 TWh.
Debalans u proizvodnji i potrošnji električne energije je u proteklom periodu rešavan
uvozom skupe električne energije i restriktivnim merama u isporuci električne
energije. Prevazilaženje elektoenergetske krize moglo bi se rešiti kupovinom i
montažom 2000 do 3000 vetrogeneratorskih jedinica prosečne snage 1 MW, uz uslov
da je naš tehnički iskoristiv vetropotencijal veći od 3 GW. Nemačka planira da do
2030. godine u Severnom i Baltičkom moru instalira vetrogeneratore ukupne
- 34 -
instalisane snage oko 20.000 MW. Za ostvarivanje ovih planova biće potrebno oko 20
milijardi evra! U daljem tekstu biće pokazano da Srbija i Crna Gora imaju tehnički
iskoristiv vetropotencijal u rasponu od 8 do 15 GW što je znatno više od našeg
trenutnog deficita u električnoj energiji. Ako se uzme u obzir i rast potreba za
električnom energijom srazmeran pretpostavljenom privrednom rastu, dolazi se do
imperativnog zahteva za aktiviranjem vetro potencijala.
Model za procenu vetroenergetskog resursa
U Srbiji i Crnoj Gori nisu sprovedena opsežnija namenska merenja vetra u cilju
odreñivanja globalnog vetropotencijala. Na osnovu modela koji se bazirao na
iskustvenim podacima drugih zemalja korisno je analizirati trenutno stanje instalisanih
kapaciteta i procenjenog vetropotencijala u zemljama Evropske Unije. Oko 50%
vetroenergetskih kapaciteta je koncentrisano u Nemačkoj, koja je početkom 1996.
godine imala instalisano 1132 MW da bi u junu 2003. godine oko 15.000
vetrogeneratorskih jedinica ukupne instalisane snage od 12.500 MW učestvovalo sa
oko 5% u ukupnoj proizvodnji električne energije u ovoj zemlji. Vodeću ulogu u
Evropi i svetu u pogledu odnosa izgrañenih vetrogeneratorskih postrojenja prema
površini ima Danska (koja trenutno ima instalisano oko 3GW u vetrogeneratorima
koji učestvuju sa oko 20% u ukupnoj nacionalnoj proizvodnji električne energije).
Obzirom da Nemačka i Danska imaju najveće iskustvo u oblasti vetroenergetike, kao i
verifikovane procene svog globalnog vetroenergetskog potencijala kroz značajna
izgrañena vetroenergetska postrojenja, prirodno je pokušati uspostaviti odreñenu
sličnost i analogiju izmeñu njihovih vetroenergetskih potencijala i potencijala SCG.
Vetropotencijal Danske je sadržan u kopnenim i morskim priobalnim vetrovima.
Pored izgrañenih 3 GW u vetrogeneratorima, Vlada Danske je odobrila gradnju novih
4 GW do 2010. godine a dugoročni planovi (do 2020.) su izgradnja ukupno 10 GW
koji bi proizvodili oko 50% nacionalnih potreba za električnom energijom. Na osnovu
ovih planova koji se temelje na realnim vetroenergetskim resursima, može se
zaključiti da su vetroenergetski resursi Danske oko 20 GW. Ovaj podatak je potvrñen
i na internet sajtu minstarstva za energetiku Danske. Oni eksplicitno tvrde da je njihov
tehnički iskoristiv vetroenergetski potencijal: P = 20 GW = 20.000 MW, od čega je
oko 50% koncentrisano u morskim, a 50% u kopnenim vetrovima. Ovaj podatak može
se uzeti kao pouzdan jer je rezultat dugogodišnjeg iskustva i opsežnih merenja koja su
korigovana na osnovu praktičnih iskustava. Analizirajući mapu vetrova SCG koju je
formirao hidrometeorološki zavod bivše SFRJ vetrovi u SCG su slabiji nego u
- 35 -
Danskoj tako da iako imamo skoro dvostuko veću površinu može se proceniti da je
tehnički iskoristiv vetropotencijal na kopnu SCG oko: P = 20 GW= 20.000 MW.
Ministarstvo za ekonomiju Nemačke je u studiji o vetroenergetskom potencijalu
kopnenih vetrova u Nemačkoj iznelo podatak da je ukupni iskoristivi vetropotencijal
kopnenih vetrova u Nemačkoj oko 64.000 MW instalisane snage vetrogeneratora.
Analizirajući vetrove Nemačke i SCG može se konstatovati da su intenziteti srednjih
godišnjih brzina vetrova jako slični. Pod pretpostavkom da su brzine vetrova u SCG
10 do 20% manje nego u Nemačkoj, može se usvojiti da je vetroenergetski potencijal
manji za 40% što uzimanjem u obzir i površine SCG dovodi do vrednosti od: P = 11
GW = 11.000MW. Dakle, na osnovu uporednih analiza može se zaključiti da je
globalni tehnički iskoristiv vetroenergetski potencijal u Srbiji i Crnoj Gori: P = [8
÷15] GW = [8.000 ÷ 15.000] MW, odnosno, ako bi vetrogeneratori radili sa faktorom
iskorišćenja od 20% mogli bi proizvesti električnu energiju od 17.500 GWh/god. ili
17,5 TWh/god. Osnovni tehnički problem integracije vetrogeneratora u
elektroenergetski sistem je sadržan u samoj prirodi vetra. Vetar kao stohastički izvor
ima mali stepen kompatibilnosti pa se javljaju problemi u planiranju i regulaciji
elektroenergetskih sistema koji imaju veliko procentualno učešće vetrogeneratora u
ukupnoj proizvodnji električne energije. Prema studijama koje su se bavile analizom
maksimalnog učešća vetrogeneratora u ukupnoj proizvodnji prosečnog EPS-a ,
pokazalo se da je tehnički maksimum učešća vetrogeneratora u ukupnoj globalnoj
proizvodnji električne energije oko 20%. Ovaj stepen participacije vetrogeneratora
podrazumeva postojeće konfiguracije elektrenergetskih sistema. Pojačanjem
interkonekcije i izgradnjom akumulacionih sistema ovaj procenat se može povećati.
Elektroenergetski sistemi SCG su strukturno povoljni za integraciju vetrogeneratora.
Postojanje reverzibilne hidrolektrane Bajina Bašta omogućava preuzimanje viška
električne energije u uslovima pojačanog vetra odnosno proizvodnje vetrogeneratora.
Takoñe, stabilni hidropotencijali (ðerdapske hidroelektrane) mogu da obezbede
efikasnu regulacionu rezervu i time stabilan rad sistema i u uslovima velike varijacije
u proizvodnji vetrogeneratora. Dakle, postojeća struktura električnog proizvodnog
sistema u SCG omogućava uključenje vetrogeneratora u elektroenergetski sistem. Što
se tiče prenosnog sitema, on bi priključenjem vetrogeneratora bio u značajnoj meri
rasterećen jer se vetrogeneratori priključuju po pravilu na distributivne sisteme. Osim
rasterećenja bili bi smanjeni i gubici u prenosnoj mreži na račun decentralizacije
proizvodnje. Obzirom da je vetar stohastički izvor, važno je analizirati u kojoj meri se
- 36 -
poklapaju godišnje fluktuacije vetra i zahtevi potrošača za električnom energijom. Na
slikama 12 i 13 je prikazana tipična sezonska varijacija srednje brzine vetra i tipičan
dijagram potrošnje električne energije na godišnjem nivou EPS-a.
Analiza regiona u SCG pogodnih za izgradnju vetrogeneratora
U Srbiji i Crnoj Gori postoje potencijalno pogodne lokacije za izgradnju
vetrogeneratora:
1. Crnogorsko primorje, odnosno pojas morske obale od Ulcinja do Herceg Novog u
širini oko 20 km, odnosno površine od oko 1000 km2. U ovoj oblasti vetrovi su
srednje brzine veće od 7 m/s, snage 400 ÷ 600 W/m2. Na ovom prostoru je moguće
izgraditi vetrogeneratore kapaciteta od 1000 do 1500 MW. U ovom predelu postoji
dosta lokacija sa visokim grebenima i brdima na kojim srednja snaga vetra na visini
od 50 m može biti i preko 1000W/m2.
- 37 -
2. Istočni delovi Srbije - Stara Planina, Vlasina, Ozren, Rtanj, Deli Jovan, Crni Vrh
itd. U ovim regionima postoje lokacije čija je srednja brzina vetra preko 6 m/s. Ova
oblast prostorno pokriva oko 2000 km2 i u njoj bi se perspektivno moglo izgraditi oko
2000 MW instalisane snage vetrogeneratora.
3. Zlatibor, Žabljak, Bjelasica, Kopaonik, Divčibare su planinske oblasti gde bi se
merenjem mogle utvrditi pogodne mikrolokacije za izgradnju vetrogeneratora.
4. Panonska nizija, severno od Dunava je takoñe bogata vetrom. Ova oblast pokriva
oko 2000 km2 i pogodna je za izgradnju vetrogeneratora jer je izgrañena putna
infrastruktura, postoji električna mreža, blizina velikih centara potrošnje električne
energije i slično. U perspektivi bi se u ovoj oblasti moglo instalirati oko 1500 do 2000
MW vetrogeneratorskih proizvodnih kapaciteta.
Zaključak:
U proizvodnji električne energije nijedan izvor energije nije imao tako dinamičnu
ekspanziju u poslednjih dvadesetak godina. Savremeni verogeneratori dostižu snagu
od 5 MW i više, a po ekonomičnosti su izjednačeni sa klasičnim izvorima energije.
Konkurentnost im se značajno povećava pogotovo kada se u poreñenja uvrsti uticaj na
životnu okolinu. U narednom periodu može se očekivati da će energija vetra kao
najznačajniji obnovljiv izvor zauzeti značajno mesto u ukupnom svetskom
energetskom bilansu. Za Srbiju je primena obnovljivih izova energije primarni cilj
oko koga treba da se okupe stratezi energetskog razvoja, političari i stručnjaci. Pri
sadašnjem konstantnom deficitu električne energije najbrži put u praćenju potrošnje
energije je štednja i gradnja postrojenja za eksploataciju obnovljivih izvora energije.
- 38 -
Hidroelektri čna energija
Hidroenergetski potencijal vodotokova predstavljao je vekovima važan izvor energije,
a tragovi korišćenja vodotokova mogu se pratiti još od drevnog Egipta, Persije i Kine,
gde su korišćeni za navodnjavanje kao i za mlevenje zrnevlja i pravljenje brašna. Na
kraju devetnaestog i početkom dvadesetog veka osnovni cilj razvoja hidroenergije bio
je mehaničko pokretanje mašina korišćenjem kaiševa, konopaca i prenosnih
zupčanika. U ranoj fazi eksploatacije hidroenergetskih potencijala generisana
električna energija retko je prelazila nekoliko stotina kilovata. Čak i danas
hidroenergija predstavlja važan izvor električne energije u svim krajevima sveta.
Veliki napredak je učinjen u razvoju i poboljšanju opreme u cilju zadovoljavanja sve
kompleksnijih zahteva koje postavlja rad i održavanje sve većih hidroelektrana, tako
da danas hidroelektrične instalacije služe milionima ljudi širom sveta. Povećanje cene
nafte u svim zemljama i povećana zabrinutost o negativnim uticajima sagorevanja
uglja, nuklearne energije, pa i velikih hidroelektrana, na prirodnu okolinu, povećali su
zanimanje za korišćenje hidroenergetskog potencijala malih vodotokova u raznim
delovima sveta. To je uslovilo razvoj modernih hidro turbina, koje mogu da rade pod
uslovima malih protoka i malih padova vodene mase. Projekti koji podrazumevaju
korišćenje hidroenergetskog potencijala malih vodotokova uključuju one instalacije
koje imaju mali pad (obično ispod 40 metara) i mali kapacitet (nominalno manje od
16 000 kW). Hidroelektrična energija se dobija kroz dve faze. U prvoj fazi
potencijalna energija vodene mase pokreće hidrauličnu turbinu i pretvara se u
mehaničku energiju, a u drugoj fazi ova mehanička energija pokreće generator koji je
pretvara u električnu energiju. Snaga generisane električne energije zavisi od protoka
vodene mase i razlike u nivou izmeñu izvora vodotoka i ispusta akumulacije (pad).
Većina hidroelektričnih instalacija zahteva izgradnju brane koja omogućava
regulaciju vodotoka, ali i povećanje pada. Vodeni rezervoar koji stvara brana može da
akumulira i reguliše vodotok i da ga pripremi za upotrebu u energetske svrhe, kao i da
služi drugim svrhama za razvoj vodenih resursa. Osnovni deo hidrocentrala je
hidromehanički sistem, koji se sastoji od turbina, uzvodnih i nizvodnih vodotokova
koji se kanališu i kontrolišu regulacijom protoka. Pored toga postoji električni sistem,
koji se sastoji od generatora, transformatora, prekidača i kontrolne opreme. Trenutni
pravac razvoja malih hidroelektrana podrazumeva da se iskoristi brana i postojeći
vodotokovi kako bi se izbegli problemi koji mogu da se jave usled promene upotrebe
vodotokova, odvodnih puteva i povećane akumulacije iza brane. Male hidroelektrane
- 39 -
pružaju odreñene prednosti u tom smislu jer je instalacija relativno mala i može da
bude i estetski i ekološki prihvatljiva. Efekti na prirodnu okolinu su zanemarljivi u
poreñenju sa sličnim efektima koje prouzrokuju velike hidroelektrane. U nekim
slučajevima brane mogu da povećaju protok održavajući dovoljnu dubinu vodotokova
koji mogu biti dovoljni za održavanje vodenog života. Izgleda da, posle mnogo
godina eksperimentalnog rada u mnogim zemljama, male hidroelektrane postaju sve
atraktivnije i ekološki prihvatljive u mnogim delovima sveta, dok je njihova cena
konkurentna novim termo i nuklearnim elektranama, a uticaj novih brana na okolinu
je minimalan u poreñenju sa velikim hidroelektričnim projektima.
Energetski potencijal malih vodotokova u Srbiji
Ukupni hidropotencijal Srbije procenjen je na oko 31.000 GWh godišnje. Veći deo
tog potencijala (oko 62%) je već iskorišćen jer je ekonomski opravdano grañenje
većih proizvodnih kapaciteta. Ostatak hidropotencijala je iskoristiv gradnjom manjih i
skupljih objekata posebno ako se računa na mini i mikro elektrane. Neke procene
potencijala malih hidroelektrana, koje uključuju mini i mikro elektrane na preko 1000
mogućih lokacija sa instalisanom jediničnom snagom ispod 10 MW, kazuju da je na
malim vodotokovima moguće ostvariti ukupnu instalisanu snagu od oko 500 MW i
proizvodnju 2.400 GWh/god. Od toga se polovina (1.200 GWh/god.) nalazi u
Užičkom, Niškom i Kragujevačkom regionu, gde može da bude korišćen u brojnim
malim postrojenjima sa ukupnom instalisanom snagom od oko 340 MW
rasporeñenom na oko 700 lokacija. Budući da je naš preostali neiskorišćeni
hidropotencijal značajnim delom u opsegu male hidroenergetike, taj deo je i posebno
izučavan. Izrañen je i katastar malih hidroelektrana za jedinične snage ispod 10 MW.
Rezultat je iskazan u ukupnoj instalisanoj snazi od 453 MW i prosečnoj proizvodnji
od 1.600 GWh/god. na oko 868 lokacija. U tabeli je prikazan raspored potencijala
malih vodotokova za jedinične snage od 90 kW do 8.500 kW, koje je moguće
izgraditi uz formiranje akumulacija za 1,2 milijardi kubnih metara vode. Danas je u
pogonu samo 31 mini hidroelektrana ukupne snage 34,654 MW i godišnje
proizvodnje od 150 GWh. Van pogona je 38 mini hidroelekrana ukupne snage od
8.667 MW i procenjene godišnje proizvodnje od 37 GWh. Ove male HE mogu se
osposobiti za pogon uz ulaganje koje je zavisno od stanja u kome se nalaze. Postoje
značajne mogućnosti ugradnje malih hidroelektrana u postojećim vodoprivrednim
objektima, koje se takoñe karakterišu znatno nižim troškovima.
- 40 -
Ukupni energetski efekti gradnje malih hidroelektrana
Sagledavajući energetske potencijale malih vodotokova i mogućnosti izgradnje malih
hidroelektrana na njima moguće je utvrditi njihove ukupne energetske efekte kako je
prikazano u tabeli 5.
Ulaganja u ove kapacitete zavisiće od državnog podsticanja gradnji energetskih
kapaciteta na bazi obnovljivih izvora energije shodno zakonskoj regulativi koja bi
trebalo da privuče kapital privatnih investitora.
Učešće malih hidroelektrana u elektroenergetskom sistemu
Elektroenergetski sistem Srbije ima na raspolaganju ukupni neto instalisani kapacitet
od 8.789W, od čega u termoelektranama 5.608 MW (63,8%) i u hidroelektranama
3.181 MW (36,2%). Ukupna godišnja proizvodnja električne energije u 2000. godini
bila je 31.564 GWh.
Ukoliko bi svi kapaciteti planiranih malih hidroelektrana bili izgrañeni, a postojeći
kapaciteti ostali nepromenjeni, relativno učešće malih hidroelektrana u ukupnoj
instalisanoj neto snazi bilo bi samo 5,3%. Meñutim, u periodu do 2010. godine računa
se na rast potrošnje i cena električne energije, što može da prouzrokuje povećanje
interesovanja privatnih investitora za gradnju novih kapaciteta. U toku je priprema
gradnje novih i povećanje snage postojećih hidroelektrana. Protočna hidroelektrana
„Brodarevo“ treba da bude u pogonu od 2008. godine, a njena predviñena instalisana
snaga je 51 MW sa prosečnom godišnjom proizvodnjom od 190 GWh. U gornjem
toku Ibra gradiće se elektrana „Ribarići“ snage 46,7 MW i proizvodnje od
76GWh/god. Na još nekoliko objekata će se izvršiti povećanje instalisane snage ili
povećanje dotoka i akumulacija vode. Priprema i gradnja hidroelektrana je dug
proces, a investiciona sposobnost privatnih investitora neće brzo rasti pa se očekuje da
u sledećih desetak godina bude realizovano maksimum polovina potencijala malih
- 41 -
vodotokova. Na manje interesovanje za male hidroelektrane utiče i to što postoji
značajan deo neiskorišćenog hidropotencijala za gradnju većih kapaciteta koji su
specifično jeftiniji. Na taj način relativno učešće malih hidroelektrana bi bilo još
manje, tim pre što se do 2010. godine računa na puštanje u pogon novih kapaciteta
termoelektrana preko 1.000MW da bi se domaćom proizvodnjom mogla podmiriti
potrošnja i izbegao uvoz električne energije. Meñutim, iako manje značajan u
energetskom smislu, značaj malih hidroelektrana je strateški mnogo veći, kako sa
stanovišta sigurnosti snabdevanja lokalnih potrošača električnom energijom
proizvedenom iz obnovljivih izvora koji ne ugrožavaju životnu sredinu za razliku od
velikih sistemskih termoelektrana na ugalj, tako još više sa stanovišta zapošljavanja
domaćih kapaciteta za proizvodnju opreme i izvoñenje radova.
Ukupni ekonomski efekti gradnje malih hidroelektrana u Srbiji
Investicije i direktni ekonomski efekti gradnje malih hidroelektrana
Energetski značaj procene registrovanog hidropotencijala vodotokova na teritoriji
Srbije ukazuje da je moguće izgraditi 867 malih hidroelektrana ukupne instalisane sna
ge 453 MW i godišnje proizvodnje od 1.600 GWh. Za ovaj obim proizvodnje
električne energije u termoelektranama bi trebalo da se utroši 2,3 miliona tona lignita
ili 400.000m3 prirodnog gasa iz uvoza. Male hidroelektrane bi ovako gledano
uštedele godišnje oko 52 miliona USD. Da bi se ostvario ovako ambiciozan plan
potrebno je za svaku pojedinačnu lokaciju nužno raspolagati odgovarajućom
tehničkom dokumentacijom koja obuhvata detaljnu analizu svih karakteristika, kako
bi bio obezbeñen najbolji izbor agregata, mašinske i elektro opreme. Na taj način bi se
dobio najbolji odnos ulaganja sredstava u opremu i grañevinske radove. Takva
dokumentacija za sada ne postoji za ove objekte pa je zbog toga teško proceniti
mogućnost investiranja.
Indirektni ekonomski efekti gradnje malih hidroelektrana
Polazeći od toga da za pogon koristi obnovljiv izvor energije, svaka, pa i mala
hidroelektrana zamenjuje potrošnju uglja (oko 1,4 kg po svakom kWh proizvedne
električne energije) ili prirodnog gasa, te je u funkciji održivog razvoja ne samo u
pogledu očuvanja postojećih prirodnih resursa, već i u pogledu zaštite životne sredine
od emisije oksida sumpora i azota i oksida ugljenika. Ovi gasovi sa efektom staklene
bašte izazivaju globalno zagrevanje i prete da izazovu nepovratni proces promene
klime na Zemlji. Značajni ekonomski efekti gradnje malih hidroelektrana mogu
nastati i zbog relativno velikog domaćeg učešća radne snage i industrije, praktično bez
- 42 -
uvoza opreme iz inostranstva. Domaće učešće u ovakvim malim projektima je mnogo
verovatnije i veće nego što je u slučaju velikih postrojenja.
Dinamika i efekti gradnje malih hidroelektrana
Ekonomska situacija u Srbiji ne ide na ruku razvoju i investiranju u obnovljive izvore
energije i to će se odraziti u budućnosti povećanim uvozom energenata i većim
zaduživanjem. U takvoj situaciji do 2005. godine mogao bi da bude priveden
eksploataciji samo jedan manji deo (10 - 15%), a do 2010. godine još 40 - 60%
raspoloživog hidro potencijala. Sama činjenica da se radi o relativno velikim
početnim ulaganjima jasno ukazuje da je inicijativa države neophodna i da je
prvenstveno potrebno doneti i sprovesti zakonsku regulativu uz finansijski podsticaj.
Državi treba da bude najveći interes upravo u indirektnim efektima koji će se ogledati
u smanjenju uvoza električne energije, korišćenje obnovljivih izvora energije radi
čuvanja neobnovljivih i smanjenja zagañivanja životne sredine, regulisanje
vodotokova i zapošljavanje domaće industrije. Cena električne energije u Srbiji u
budućnosti treba znatno da poraste i tada direktni efekti u periodu eksploatacije od 50
godina mogu da budu mnogostruko veći.
- 43 -
Geotermalna energija
Geotermalna energija je svuda ispod nas. Negde je lako dostupna ili sama izlazi na
površinu zemlje u obliku tople vode ili pare, a negde je na velikoj dubini i praktično
nedostupna. Istraživanja su pokazala da Srbija ima značajne mogućnosti za korišćenje
geotermalne energije i da u budućnosti treba planirati njeno veće učešće u
energetskom bilansu. Postojeći rezultati pokazuju da bi se sa intenzivnim programom
razvoja geotermalnih resursa mogao do 2015-te godine da postigne nivo zamene od
najmanje 500.000 tona uvoznih tečnih goriva godišnje. Geotermalna energija u Srbiji
se simbolično koristi, smo sa 86 MW, iako po geotermalnom potencijalu spada u
bogatije zemlje. Njeno korišćenje i eksploatacija moraju postati intenzivniji jer na to
- 44 -
primoravaju sledeći faktori: tenzije naftno-energetske neravnoteže, neminovna
tranzicija na tržišnu ekonomiju, stalni porast deficita fosilnih i nuklearnih goriva,
pogoršavanje ekološke situacije i porast troškova za zaštitu okoline. Najveći značaj za
Srbiju imaće direktno korišćenje geotermalne energije za grejanje i toplifikaciju
ruralnih i urbanih naselja i razvoj agrara i turizma.
Geotermalni resursi
Pošto se zemljina kora sastoji najvećim delom od stena, vode i magme, to je
geotermalna toplota akumulirana u njima. Hidrogeotermalna energija sadržana je u
podzemnim vodama čija je temperatura veća od 10°C. Petrogeotermalna energija je
akumulirana u suvim stenama
ispod dubine na kojoj je njihova temperatura prosečno oko 10°C. Magmotermalna
energija je energija sadržana u magmi u unutrašnjosti zemljine kore. Sadržaji
geotermalne toplote u dostupnom delu zemljine kore, koji sa savremenim
tehnologijama dubokog bušenja iznose do 7 km dubine, nisu ravnomerni u odnosu na
geografski položaj pojedinih područja. Ako su koncentracije ili akumulacije
geotermalne toplote takve da se ona iz njih može racionalno eksploatisati i koristiti
kao energetski izvor komparativan sa drugim konvencionalnim izvorima energije u
sadašnjem ili nekom budućem vremenu, onda takve akumulacije predstavljaju
- 45 -
nalazišta geotermalne energije. Prema tome, u zemljinoj kori postoje nalazišta
termalnih voda i vodene pare, nalazišta toplih i vrelih stena i nalazišta magme.
Energetski potencijal geotermalnih resursa Srbije
Geotermalne karakteristike teritorije Srbije su veoma interesantne. To je posledica
povoljnog geološkog sastava terena i povoljnih hidroloških i geotermalnih
karakteristika terena. Gustina geotermalnog toka je glavni parametar na osnovu kojeg
se procenjuje geotermali potencijal nekog područja. On predstavlja količinu
geotermalne toplote koja svakog sekunda kroz površinu od 1 m2 dolazi iz Zemljine
unutrašnjosti do njene površine. Na najvećem delu teritorije Srbije gustina
geotermalnog toplotnog toka je veća od njegove prosečne vrednosti za kontinentalni
deo Evrope, koja iznosi oko 60 mW/m2. Najveće vrednosti od preko 100 mW/m2 su
u Panonskom basenu, centralnom delu južne Srbije i u centralnoj Srbiji. Na teritoriji
Srbije van Panonskog basena nalazi se 160 prirodnih izvora geotermalnih voda sa
temperaturom većom od 15°C. Najveću temperaturu od njih imaju vode izvora u
Vranjskoj Banji (96°C), zatim u Jošaničkoj Banji (78°C), Sijerinskoj Banji (72°C) itd.
Ukupna izdašnost svih prirodnih geotermalnih izvora je oko 4.000 l/s. Pema
sadašnjim saznanjima na teritoriji Srbije postoji 60 nalazišta geotermalnih voda sa
temperaturom većom od 15°C do dubine od 3000 m. Ukupna količina toplote koja se
nalazi akumulirana u nalazištima geotermalnih voda u Srbiji do dubine od 3 km, oko
dva puta je veća od ekvivalentne toplotne energije koja bi se mogla dobiti
sagorevanjem svih vrsta ugljeva iz svih njihovih nalazišta u Srbiji. Izdašnost 62
veštačka geotermalna izvora, tj. geotermalne bušotine, na području Vojvodine je oko
550 l/s, a toplotna snaga oko 50 MW, a na ostalom delu Srbije iz 48 bušotina 108
MW. Na teritoriji Srbije pored povoljnih mogućnosti za eksploataciju toplotne
energije i ostalih geotermalnih resursa iz geotermalnih voda, postoje i povoljne
mogućnosti za eksploataciju geotermalne energije iz „suvih“ stena, tj. stena koje ne
sadrže slobodnu podzemnu vodu. U tom slučaju voda se upumpava u podzemne tople
stene gde se zagreva. Ispumpavanjem tako zagrejane vode ostvaren je prenos energije
iz toplih stena. Eksploatacija energije iz ovog resursa neće početi u dogledno vreme
kada se uzme u obzir i trenutno minimalno korišćenje prirodnih izvorišta tople i
lekovite vode mada su u svetu razvijene i tehnologije za tu primenu.
Korišćenje hidrogeotermalne energije u Srbiji
U Srbiji se koristi samo geotermalna energija iz geotermalnih-mineralnih voda,
uglavnom na tradicionalan način, najviše u balneološke i sportsko-rekreativne svrhe.
- 46 -
Korišćenje geotermalne energije za grejanje i druge energetske svrhe je u početnoj
fazi i veoma skromno u odnosu na potencijal geotermalnih resursa. U Vojvodini se
energetsko korišćenje geotermalnih voda vrši počev od 1981. godine. Za te svrhe
služe 23 bušotine. Vode iz dve bušotine koriste se za proizvodnju povrća u
staklenicima Tri bušotine koriste se u stočarstvu za grejanje farmi za uzgoj svinja, dve
u fabrikama kože i tekstila u proizvodnom procesu, tri za zagrevanje poslovnih
prostorija, a vode iz trinaest bušotina koriste se u banjskim i sportsko-rekreativnim i
turističkim centrima. Ukupna toplotna snaga svih ovih bušotina je 24 MW. Van
Panonskog basena, odnosno van Vojvodine, geotermalne vode se koriste za grejanje
na nekoliko lokaliteta. Ovo korišćenje za te svrhe je započelo pre četrdeset godina u
Vranjskoj Banji. Tu se geotermalnom vodom danas zagreva staklenik za proizvodnju
cveća, živinarska farma, jedna industrijska tekstilna hala i prostorije banjskog
rehabilitacionog centra. Veliki hotelski i rehabilitacioni centar sa plivačkim bazenom
zagreva se u Kuršumlijskoj Banji. U Niškoj Banji izgrañen je sistem za grejanje
hotelsko-turističkog i rehabilitacionog centra sa toplotnim pumpama snage 5 MW,
koji koristi „otpadne“ termalne vode temperature 25°C, koji je najveći u JI Evropi. Na
isti način, t.j. sa toplotnimpumpama, koriste se geotermalne vode sa temperaturom od
30°C u Prolom Banji. Ukupna instalisana snaga na svim lokacijama gde se vrši
direktno korišćenje geotermalnih-mineralnih voda je oko 74 MW, a sa toplotnim
pumpama još 12 MW.
Prema sadašnjem stanju poznavanja geotermalnih resursa, najbogatiji a samim tim i
najznačajniji hidrogeotermalni resursi nalaze se na području Mačve, zatim na
području Vranjske Banje i Jošaničke Banje. Ako se uzmu u obzir i ogromne
mogućnosti eksploatacije geotermalnih resursa sa malih dubina pomoću geotermalnih
pumpi na teritoriji skoro cele Srbije u strategiji razvoja energetike geotermalna
energija treba da dobije i odgovarajući tretman ravnopravan sa ostalim energentima.
- 47 -
Toplotna pumpa je ureñaj koji omogućava da se toplotna energija iz jednog prostora
prenese u drugi prostor. Frižider je najočigledniji primer upotrebe toplotne pumpe u
kom se toplota iz njegove unutrašnjosti prenosi u spoljašnju sredinu. Toplotne pumpe
se danas masovno koriste za grejanje ili hlañenje u ureñajima za klimatizaciju. U
režimu grejanja toplota iz spoljašnjeg vazduha prebacuje se u grejanu prostoriju.
Toplotna pumpa za proces prenošenja toplotne energije koristi električnu energiju. U
zavisnosti od raznih uslova postiže se koeficijent korisnog dejstva od 2:1 do 5:1. To
znači da se trošenjem, na primer, 1 kWh električne energije za pokretanje ventilatora i
kompresora u toplotnoj pumpi može izvršiti prenos i do 5 kWh toplotne energije.
Najpovoljniji rezultati postižu se korišćenjem podzemnih voda pogotovo ako su one
na temperaturi od 10 do 30°C kada nisu pogodne za direktno zagrevanje. Tako se
korišćenjem kaskadnog metoda toplota geotermalnih voda koristi prvo tamo gde je
potrebnija viša temperatura a posle se pomoću toplotnih pumpi iskoristi i ona toplota
koja bi inače otišla sa neupotrebljivom vodom.
Pozitivan ekonomski uticaj korišćenja geotermalne energije u Srbiji
Korišćenje geotermalne energije i njenih resursa u Srbiji veoma je malo u odnosu na
geotermalni potencijal. Na prvi pogled razlozi takvog stanja su nerazumljivi,
pogotovo kada se uzme u obzir da su pojedini geotermalni lokaliteti meñu najboljim u
Evropi i da je razvoj geotermalne tehnologije u Srbiji, počeo u isto vreme kao i u
zemljama u kojima je danas geotermalna tehnologija na najvišem stepenu razvoja.
Smetnje koje su dovele do ovakvog stanja mogu se prevazići samo pomoću nove
jasno definisane, operativne, a ne deklarativne državne strategije, sa obezbeñenim
instrumentima za njenu efikasnost. Sa relativno malim investicionim ulaganjima, u
odnosu na ulaganja u klasične ekološki nepovoljne uvozne i domaće energente (nafta,
gas, ugalj), čija eksploatacija i korišćenje stvara ogromne skrivene troškove,
geotermalna energija može za desetak godina, tj. do 2015-te godine da pokrije 10%
toplotne potrošnje. To su realni ciljevi prema iskustvima zemalja koje su imale ili
imaju pravilan geotermalni razvoj. Istorijska energetska iskustva nam kazuju da
razvoj novog energetskog resursa ne može da se obezbedi bez sistema zakonskih i
- 48 -
finansijskih mera za dugoročan privilegovan tretman. Troškovi razvoja sopstvenih
energetskih resursa, pogotovo „novih“ ili takozvanih „obnovljivih“, ekološki čistih,
meñu kojima je i geotermalna energija, moraju se obezbediti od strane države
odgovarajućim zakonskim i poreskim merama. Ova istina mora da zaživi, jer je u
interesu države i u skladu je sa konceptom održivog razvoja (ekološke takse i razvojni
fondovi). Još jedna od prepreka uvoñenju u razvoj geotermalne tehnologije i ostalih
obnovljivih izvora energije je odsustvo realnih informacija o konkurentnosti ovog
energetskog izvora u odnosu na fosilna goriva ili nuklearnu energiju. Aktivnosti na
uvoñenju korišćenja geotermalne energije u Srbiji u poslednjih 30 godina bile su sa
veoma ograničenim uspehom. Iako je današnje ekonomsko stanje teško, ono nudi
najbolje šanse da se promeni situacija. Srbija ima veliku potrebu i sve preduslove,
uprkos brojnim smetnjama, da ubrzano razvija geotermalnu tehnologiju. Razvoj
geotermalnih resursa i geotermalne tehnologije treba da postane primarni interes
zemlje. Sa ekonomske tačke gledišta i sa tačke gledišta u vezi zaštite životne okoline,
domaći čisti energetski resursi u stanju su da se inkorporiraju u državnu ekonomiju
zato što nude prednosti koje ne mogu da ponude drugi energetski resursi. U svetu je
dokazano da je geotermalna energija konkurentan energetski izvor u odnosu na neke
druge moguće, svuda gde je na raspolaganju i gde je njena implementacija i
eksploatacija podesno organizovana.
Energija iz biomase i biogasa
Biomasa
Biomasa je organska materija životinjskog ili biljnog porekla koja se pomoću
različitih procesa pretvara u upotrebljivu energiju. Energija biljnog porekla
predstavlja, procesom fotosinteze akumuliranu svetlosnu energiju kojom se svetlost
transformisala u hemijsku energiju. U toku fotosinteze biljke koriste ugljen dioksid iz
vazduha i vode u cilju stvaranja ugljenih hidrata, koji predstavljaju osnovne gradivne
elemente biomase. Na ovaj način se svetlosna odnosno sunčeva energija akumulira u
hemijskim vezama strukturnih komponenti biomase. Ova energije može se
eksploatisati na razne načine. Sa druge strane, osnovni izvor biomase životinjskog
porekla je prirodni tečni stajnjak. Upotreba biomase ili goriva i otpadnih materija
- 49 -
dobijenih iz biomase kao izvora energije zahteva njihovo sagorevanje i oslobañanje
toplote koja pokreće generatore električne energije. Energija akumulirana u biomasi je
hemijske prirode pa u njenoj eksploataciji nema prekida rada, kao što je to slučaj sa
solarnom ili energijom vetra. Sa ovog aspekta, biomasa ima više karakteristika
fosilnih goriva nego obnovljivih izvora, sa razumljivim razlogom jer su fosilna goriva
ustvari fosilni oblik biomase.Istorijski gledano, biomasa je bila osnovni izvor energije
za čovečanstvo, uglavnom u obliku drveta koje se koristilo za grejanje i spremanje
hrane, dok su industrijskom revolucijom primat preuzela fosilna goriva. I pored toga
biomasa danas učestvuje sa 15% u ukupnoj potrošnji energije, a značajno je da je ovaj
udeo znatno veći u zemljama u razvoju nego u industrijalizovanim zemljama. Jedan
od najbitnijih faktora koji odreñuju potencijalnu ulogu biomase u energetskoj
industriji, predstavlja jaka konkurencija koja postoji izmeñu vrednosti biomase i
zemljišta neophodnog za njen uzgoj, što nije slučaj sa ostalim obnovljivim izvorima.
Biomasa može da se koristi kao hrana, ñubrivo, za proizvodnju papirnih vlakana i kao
gorivo. Čak i meñu derivatima biomase postoji konkurencija koja može da smanji
njen značaj kao potencijalno gorivo: stajnjak je važno ñubrivo, papir može da se
reciklira, ljuspice pamuka mogu da se koriste u naftnim bušotinama, piljevina može
da se koristi kao zaštitini sloj plodnog zemljišta, a otpadne masti iz restorana kao
hrana za domaće životinje. Iako mnogi stručnjaci smatraju da biomasa može da se
uzgaja isključivo za energetske potrebe, njihova dvostruka ili višestruka uloga se ne
može zanemariti uključujući i ulogu sekundarnih proizvoda žetve.
Koncept upotrebe biomase obuhvata veliki broj izvora kao što su:
• Poljoprivredni otpaci: slama, lišće, delovi voćaka, itd.
• Poljoprivredne žitarice kao što su različite vrsta šećerne repe, šećerna trska, kukuruz,
itd.
• Energetske žitarice: žitarice koje brzo rastu ko što su repa, krompir i drveće kao što
su vrba ili hibridni platan, itd.
• Šumski otpaci: neiskorišćeno drvo, ostaci klada i panjeva, polu divlje drveće, itd.
• Industrijski otpad: industrije koje prozvode organski otpad, kao što je slučaj sa
industrijom pića, prehrambena industrija i sl.
• Gradski otpad: iako ovaj tip otpada često sadrži toksične materijale, kao što su
hemijski obrañivano drvo, baterije koje sadrže živu i druge opasne materije, ima
otpada kao što su papir i biljni ostaci koji se mogu iskoristiti kao izvor biomase.
- 50 -
Hemijski sastav biomase varira u zavisnosti od tipa izvornih materija, mada se
prosečan sastav uglavnom sastoji od 25% lignina i 75% ugljenih hidrata odnosno
šećera. Lignin se sastoji od molekula, različitih od molekula šećera, povezanih u tanke
pločaste strukture. Ugljeni hidrati se formiraju od molekula šećera povezanih u
dugačke lance ili polimere, kao što su celuloza ili polu-celuloza. Figurativno rečeno,
sastav biljaka je takav da celuloza predstavlja strukturu, a lignin cement. Neke važnije
karakteristike koje podržavaju upotrebu biomase u energetskoj industriji su:
• Prevencija erozije
• Smanjenje opasnosti od požara
• Zaštita životinjskog i biljnog sveta i drugih komponenti njihovih raznolikosti
• Manja emisija štetnih materija iz generatora električne energije koji koriste biomasu
kao gorivo, u poreñenju sa sličnim tehnologijama koje koriste fosilna goriva
• Redukcija gasova koji proizvode efekat staklene bašte
• Otvaranje novih radnih mesta
• Ekonomske koristi u ruralnim sredinama
Potencijali korišćenja biomase u Srbiji i Crnoj Gori
Srbija sa površinom od 77.474 km2, od čega je šumom pokriveno oko 24.000 km2,
dok je oko 45.000 km2 poljoprivredno zemljište, ima relativno veliki energetski
potencijal u biomasi. Ukupni energetski potencijal ostataka biomase procenjen je na
115.000TJ/god. od čega 50.000 TJ/god. je potencijal šumske mase koja preostane
posle eksploatacije šuma, a oko 65.000 TJ/god. je ostatak poljoprivredne biomase.
Šumskom biomasom je već obuhvaćena količina drveta koja se koristi kao ogrev
(20.000 TJ/god.). Radi procene značaja ovog energetskog potencijala mogu poslužiti
podaci o proizvodnji domaćeg uglja. Prema podacima za 2000. godinu proizvodnja
uglja iz Kolubarskog i Kostolačkog basena bila je 34,84 miliona tona ili izraženo u
energetskim jedinicama oko 247.000 TJ, što je samo dva puta više od energetskog
potencijala ostataka biomase. Korišćenje procenjenog potencijala biomase ne može
eliminisati potrebu države za uvozomgoriva, ali se u svakom slučaju može značajano
smanjiti uvoz tečnog goriva, koje ukoliko se kupuje po nižoj ceni istovremeno sadrži
više sumpora i teških metala. Koliko će se ovaj energetski potencijal ostataka biomase
racionalno, il čak uopšte koristiti u energetske svrhe, zavisi od više faktora:
raspoloživosti tehnologija, nabavne cene opreme, pouzdanosti snabdevanja gorivom,
cene biomase, a takoñe i od cena drugih energenata. Jedan od ključnih faktora koji
značajno utiče na formiranje cene biomase kao goriva je koncentracija biomase, tj. da
- 51 -
li je biomasa koja se koristi za proizvodnju energije već prikupljena zbog potreba
osnovnog procesa ili je biomasu neophodno prikupljati po terenu samo za energetske
potrebe. Potrebno je naglasiti da postoje mesta gde se ostaci biomase javljaju kao
nusproizvodi osnovnog proizvodnog procesa, što znači da je cena ostataka biomase
nula, a da se istovremeno kao energent za dobijanje toplote koristi uvozno tečno
gorivo ili čak električna energija. Pored parcijalnog ineteresa svakog potrošača da
koristi što jeftinije gorivo, postoji opšti interes, koji se može odnositi na region,
državu ili globalno. Interes poljoprivrednih regiona ili regiona bogatih šumom je da
što više razviju delatnosti koje su u direktnoj ili indirektnoj vezi sa poljoprivredom i
šumarstvom, što podrazumeva korišćenje ostataka biomase u energetske svrhe, kako
bi se smanjila potrošnja uvoznih tečnih goriva, električne energije ili uglja. Sličan
interes bi morala da ima i država. Pored smanjenja troškova za uvoz energenata,
korišćenjem ostataka biomase kao energenta, dodatno se angažuje lokalna radna snaga
za pripremu i korišćenje biomase. Time se radno sposobno stanovništvo zadržava u
seoskim područjima, u slabo naseljenim regionima i industrijski nedovoljno
razvijenim regionima. Korišćenjem biomase umesto tečnih goriva znatno se smanjuje
zagañenje okoline. Emisija sumpor-dioksida se smanjuje skoro na nulu, dok se emisija
pepela u poreñenju sa ugljem smanjuje za 10 puta. Korišćenjem biomase globalno se
ne povećava sadržaj ugljen-dioksida u atmosferi. Uključivanjem Srbije i Crne Gore u
evropske integracije prihvatiće se i obaveza da svaka zemlja da svoj doprinos
smanjenju emisije ugljen-dioksida. Svakoj zemlji je postavljena vrednost emisije
ugljen-dioksida koju ne bi trebalo preći, čime se primoravaju sve zemlje da deo
energije dobijaju iz obnovljivih izvora energije, a to znači i jedan deo iz biomase.
Sledstveno Sporazumu iz Kjotoa, može se očekivati da će Srbija u dogledno vreme
biti primorana da znatno više koristi obnovljive izvore energije. Povećanje korišćenja
biomase u proizvodnji energije može se postići jednovremenim aktivnostima u više
oblasti. Neophodno je uspostaviti odnos cena energenata koji neće davati prednost
uvoznim energentima i električnoj energiji. Poražavajuće je da je poslednjih godina u
seoskim domaćinstvima sve značajnija upotreba električnih termoakumulacionih peći
jer cena električne energije i komfor to omogućavaju. Zajedničko angažovanje
domaće privrede i istraživačkih institucija, kroz pojedine demonstracione projekte,
bilo bi izuzetno značajno za osvajanje pojedinih tehnologija i znanja iz oblasti
energetskog iskorišćenja biomase. U poljoprivredi treba stvoriti uslove da
poljoprivredna gazdinstva što više koriste sopstvene ostatke biomase za proizvodnju
- 52 -
energije, odnosno stimulisati organizovanje što više energetski nezavisnijih farmi. Na
kraju, potrebno je otvoriti pitanje promene strukture poljoprivredne proizvodnje u
procesu prilagoñavanja uslovima Evropske zajednice, koja se može orijentisati i na
proizvodnju brzo rastućih biljaka pogodnih
za korišćenje u proizvodnji energije.
Biogas
Isti tipovi bakterija koje su u davnoj prošlosti proizvodile prirodni gas, danas
proizvode biogas. Anaerobne bakterije predstavljaju jedan od najstarijih oblika života
na Zemlji. One su se razvile pre nego što je fotosintezom biljaka osloboñena velika
količina kiseonika u atmosferu. Anaerobne bakterije razlažu organsku materiju u
odsustvu kiseonika i proizvode biogas kao produkt tog razlaganja. Najčešće korišćena
organska materija za proizvodnju biogasa je stajsko ñubrivo ili stajnjak. Primarne
prednosti proizvodnje biogasa iz stajskog ñubriva su: Prirodna reciklaža, dobijanje
kvalitetnog ñubriva za dalju primenu u poljoprivredi i izbegavanje neprijatnih mirisa
stajnjaka. Pored ovih primarnih prednosti dobijeni biogas je vrlo koristan
nusproizvod. Biogas se sastoji od oko 70% metana (CH4), i ostatka koga čine ugljen
dioksid, ugljenmonoksid i azot. Ovaj relativni odnos gasova zavisi od obrañivanog
materijala i postupka obrade. Biogas ima značajnu energetsku vrednost od oko 7
kWh/m3 što ga čini vrlo isplativim i univerzalnim gorivom daleko isplativijim od
ostalih fosilnih goriva i biomase. Energija koja se dobija sagorevanjem 1m2 gasa
biogas 7 kWh
prirodni gas 10 kWh
propan 26 kwh
metan 10 kWh
vodonik 3 kWh
Biogas se proizvodi u digestorima. Najjednostavniji digestori masovno se grade u
Kini, Indiji i Brazilu gde se on koristi za grejanje i kuvanje u seoskim domaćinstvima.
Jednostavan digestor pravi se tako što se u zemlji iskopa rupa i obloži ciglom ili
plastičnim folijama i prekrije ciradom ispod koje se skuplja metan. Stajnjak se
kanalima dovodi direktno iz staje. Savremeniji oblici grade se od betona, čeličnog
lima ili plastike sa različitim stepenima automatizacije. Postoje dva osnovna tipa
digestora i to su periodični i kontinualni. Kod periodičnih digestora posle njegovog
punjenja stajnjak se dvadesetak dana podvrgava dejstvu mikroorganizama. Tako se
složene organske materije (belančevine i ugljovodonici) cepaju na manje prosta
- 53 -
jedinjenja. Te produkte razlaganja tada počinju da koriste metan bakterije i kao
rezultat dobija se biogas i kvalitetno ñubrivo. Po završetku procesa izdvajanja metana
ñubrivo se vadi iz digestora i u njega se ubacuje nov stajnjak čime se prekida i
započinje nov proces koji će tek kroz dvadesetak dana početi da daje biogas. Kod
kontinualnog digestora stalnim dodavanjem svežeg stajnjaka, proces se ne prekida
čime se obezbeñuje kontinualno snabdevanje biogasom. Karakteristika dobijenog
ñubriva je da u njemu više nema semena, pogotovo korovskih biljaka koje bi
ñubrenjem dospelo na njive. Proizvodnja biogasa će se odvijati sve dok su ispunjeni
svi neophodni uslovi od kojih je održavanje stalne temperature najvažnije. Optimalna
temperatura je 32 do 35°C pri kojoj proces izdvajanja biogasa traje od 18 do 22 dana.
Savremeni digestori su vertikalnog ili horizontalnog tipa i izrañeni su od čeličnog
nerñajućeg lima. Automatskim upravljanjem obezbeñuje se stabilna temperatura,
donošenja svežeg stajnjaka, mešanje, odvoñenje biogasa i iznošenje prerañenog
ñubriva.Za dobijanje jednog kubnog metra biogasa na atmosferskom pritisku potrebno
je oko 10 do 12 kilograma tečnog stajnjaka koji treba da sadrži oko 4 do 10% suve
materije. Domaće životinje čiji se tečni stajnjak može ekonomično koristiti za
proizvodnju biogasa i organskih ñubriva su: krave muzare, goveda u tovu, svinje u
tovu, koke nosilje i pilići u tovu. Za ekonomičan rad i isplativost investicije u nabavku
savremenog digestora za proizvodnju biogasa potrebno je obezbediti stajnjak od oko
100 do 120 goveda ili svinja. Sa tom količinom stajnjaka bi se obezbedila kontinualna
proizvodnja od oko 150 m3 biogasa dnevno. Ta količina biogasa omogućava da se
dnevno proizvede 400 kWh toplotne energije, 210 kWh električne energije, 3 m3
tečnog organskog ñubriva i 10% suvog organskog ñubriva. Cena jednog ovakvog
potpuno automatizovanog postrojenja je oko 60.000 Eur što ga čini isplativim u roku
od 3 do 4 godine. Postoje rešenja sa manjim stepenom ekonomičnosti za sasvim male
kapacitete namenjena seoskim domaćinstvima.
- 54 -
Sakupljanja biogasa rešava se na dva načina:
• Sakupljanje pod atmosferskim pritiskom u meh od plastične folije u okviru samog
digestora
• Sakupljanje pod pritiskom u rezervoarima ili cisternama pomoću gasnih pumpi
Veće farme ili nekoliko manjih stočarskih farmi ili domaćinstava mogu da obezbede
kontinualno snabdevanje električnom energijom pomoću male električne centrale koja
se sastoji od motora koji troši biogas i elektrogeneratora.
Osnovne prednosti korišćenja biogasa su:
• sagorevanje bez štetnih produkata
• velika energetska efikasnost
• jednostavan postupak proizvodnje
• ekološki čista tehnologija sa korisnim nuzproduktima (ñubrivo)
Prilikom projektovanja i eksploatacije industrijskih automatski upravljanim procesima
dolazi do niza teškoća i drugačijih ekonomskih računica prvenstveno zbog
nepoznavanja parametara materijala za definisanje zakonitosti svih složenih procesa
koji se dogañaju u postupku fermentacije. Takoñe viša cena tako automatizovane
opreme smanjuje ekonomičnost u poreñenju sa cenom dobijenih proizvoda. Problem
je posebno otežan činjenicom da se u našim uslovima pitanje ekonomičnosti rešava
skoro isključivo na bazi vrednosti energija supstituisanih energetskim potencijalom
proizvedenog gasa, bez praktičnih mogućnosti vrednovanja ostalih efekata.
- 55 -
Alternativni energetski sistemi
Gorivne ćelije
Alternativni energetski sistemi nove generacije konceptualo se razlikuju od
konvencionalnih energetskih sistema, a meñu njima se kao najperspektivinija
tehnologija iz ove grupe izdvajaju gorivne ćelije. Gorivne ćelije generišu energiju
putem procesa suprotnog elektrolizi. Naime, u gorivnim ćelijama se elektrohemijskim
procesom iz goriva bogatih vodonikom, obično prirodnog gasa ili metanola, izdvaja
vodonik, koji u kombinaciji sa kiseonikom proizvodi električnu energiju i vodu. Dakle
gorivo se, umesto da sagoreva, efikasnim elektrohemijskim procesom pretvara u
električnu energiju. Gorivne ćelije imaju malo pokretnih delova i proizvode veoma
malu količinu otpadnih gasova ili toplote. Sa konstrukcionog aspekta gorivna ćelija se
sastoji od nekoliko ključnih komponenti: anode, na koju se dovodi gorivo, katode, na
koju se dovodi oksidaciona substanca (kiseonik), polupropusne membrane,
katalizatora i elektrolita koji omogućava protok jona sa anode na katodu, ali ne i
elektrona i reaktanata. Hemijska reakcija koja se odigrava u gorivnoj ćeliji
ekvivalentna je procesu sagorevanja, ali kako se reaktanti prostorno razdvajaju, protok
elektrona koji spontano teže da se kreću od goriva ka oksidacionoj substanci
(kiseoniku) je zaustavljen i skrenut ka spoljašnjem kolu. Osnovna razlika izmeñu
gorivne ćelije i baterija je u tome da ni gorivo ni oksidaciona supstanca nisu integralni
- 56 -
delovi gorivne ćelije, već se njihovo snabdevanje odvija po potrebi i zahtevima
potrošača, dok se otpadni proizvodi neprekidno uklanjaju. Kako se u gorivu koje se
dovodi na anodu nalazi velika količina vodonika, a na katodu dovodi kiseonik,
otpadni proizvod je samo čista voda.
Shell Hidrogen je otvorio prvu pumpu za isporuku vodonika koji će se koristiti za
napajanje gorivnih ćelija u autobusima. Vodonična pumpa se nalazi u Rejkjaviku na
Islandu. Shell takoñe planira da otvori iste vodonične pumpe u Vaπingtonu i Tokiju.
Pošto jedna gorivna ćelija proizvodi napon od oko 1V, u cilju dobijanja većih napona
ćelije se vezuju na red, a toplota koja se oslobaña u toku procesa može da se koristi za
različite procese, što gorivnim ćelijama daje mogućnost kombinovanja sa
generatorima struje i toplotne energije u industriji ili stambenim objektima. Kao i
sistemi za sagorevanje, gorivne ćelije (uz pomoć reformera) mogu da koriste naftu,
prirodan gas, ugalj ili metanol, sa tim što se ova goriva moraju prethodnim procesom
dovesti u odgovarajuće hemijsko stanje sa obogaćenim vodonikom. Gorivne ćelije
takoñe mogu da koriste vodonik dobijen elektrolizom vode koristeći pomoćne izvore
električne energije, kao to su fotonaponski solarni sistemi ili energija vetra. Gorivne
ćelije imaju četiri osnovne prednosti: veći broj ćelija se može grupisati u pakete
različitih dimenzija, lako se mogu instalirati zbog praktično zanemarljivog uticaja na
prirodnu okolinu, zahtevaju minimalne uslove održavanja i mogu da koriste različita
goriva koja se lako i brzo mogu menjati. Postoje i sekundarne prednosti, kao što su
strujnonaponska reaktivna kontrola, mogućnost brzog starta sistema, rad koji ne
zahteva nadzor, itd. Klasifikacija gorivnih ćelija se uglavnom vrši na osnovu vrste
elektrolita, tako da su četiri osnovna tipa gorivnih ćelija:
Gorivne ćelije sa fosfornom kiselinom (FK)
Tehnologija bazirana na korišćenju fosforne kiseline kao goriva odnedavno se koristi
u komercijalne svrhe. Glavna prepreka za njihovu rasprostranjenu upotrebu je visoka
cena koja trenutno iznosi oko 2.500 $US - 4.000 $US, a procenjuje se da cena od
1.000 -1.500 $US omogućava konkurentnost na tržištu električne energije. Njihova
radna temperatura iznosi do 200°C a efikasnost oko 55%.
Gorivne ćelije sa rastopljenim karbonatom (RK)
Tehnologija korišćenja rastopljenog karbonata kao goriva u gorivnim ćelijama
omogućava nekoliko potencijalnih prednosti u odnosu na FK tehnologije. Ugljen
dioksid, koji negativno utiče na gorivni ciklus u ćelijama sa fosfornom kiselinom,
indirektno se koristi kao gorivo u ciklusu sa rastopljenim karbonatom. Visoke radne
- 57 -
temperature do 650°C omogućavaju bolju primenu kombinovanih gorivnih ciklusa a
efikasnost iznosi 55-65%. Ova tehnologija je još uvek u fazi razvoja a prototipovi
ćelija koje koriste prirodan gas pojavile su se na tržištu oko 2000-te godine a predviña
se da se do 2010-te godine na tržištu pojave gorivne ćelije koje koriste gas iz uglja.
Očekuje se i niža cena u odnosu na ćelije sa fosfornom kiselinom.
Gorivne ćelije sa čvrstim oksidom
Tehnologija korišćenja čvrstih oksida kao goriva zahteva znatne promene u strukturi
gorivne ćelije. Čvrst oksid je elektrolit od keramičkog materijala tako da ne zahteva
dopunu ili punjenje u toku operativnog perioda što pojednostavljuje konstrukciju, rad
i održavanje, ali i cenu. Pored toga konstrukcija od čvrstih materijala omogućava višu
radnu temperaturu, ali i smanjenje cene proizvodnje. Tolerantnost prema nečistoćama
u gorivu omogućava korišćenje vodonika i ugljen monoksida dobijenih procesom
gasifikacije uglja. Radna temperatura gorivnih ćelija sa čvrstim oksidom iznosi do
1000°C a efikasnost iznosi 60-65%
Gorivne ćelije sa protonskom membranom (PEM)
PEM gorivne ćelije imaju relativno nisku radnu temperaturu od 80°C do 200°C a
efikasnost iznosi oko 60%. Današnji stepen razvoja i konstrukcije gorivnih ćelija je
takav da omogućava njihovu praktičnu primenu u automobilskoj, energetskoj i
grañevinskoj industriji, ali i za potencijalno manje primene kao što su baterije.
Protonska membrana je tanka plastična ploča kroz koju prolaze vodonikovi joni.
Membrana je sa obe strane obložena disperzionim slojem metalnih čestica (uglavnom
platine) koji predstavljaju aktivne katalizatore. Elektrolit je obično polimerna
organska kiselina u čvrstom stanju. Vodonik se dovodi na anodu gde katalizator
omogućava oslobañanje elektrona koji u formi električne struje, putuju ka katodi na
koju se dovodi vazduh, odnosno kiseonik. Joni vodonika (protoni), dobijeni nakon
izdvajanja elektrona, difunduju se kroz membranu i prelaze na katodu na kojoj se
atomi vodonika povezuju sa kiseonikom, stvarajući vodu i zatvarajući ciklus. Ovakav
tip ćelije je osetljiv na nečistoće, a njihova izlazna snaga iznosi od 50 do 250 kW.
Sistem za generisanje električne energije sastoji se od paketa gorivnih ćelija,
podsistema za regulaciju goriva i vazduha, podsistema za regulaciju toplote, pod
sistema za regulaciju vode, kao i kontrolnog sistema. Sistem se stavlja u pogon jednim
pritiskom na dugme i električna energija se generiše u intervalu od samo pet sekundi.
Sistemi sa PEM gorivnim ćelijama već su isprobani i koriste se u prototipovima nekih
- 58 -
automobila i autobusa, a konstruisane su i elektrane koje koriste veliki broj gorivnih
ćelija (od nekoliko stotina do nekoliko hiljada).
- 59 -
Elektrane sa gorivnim ćelijama
Povezivanjem velikog broja gorivnih ćelija konstruišu se elektrane koje se, u osnovi,
sastoje od tri podsistema. U podsistemu za procesiranje goriva vrši se pretvaranje
prirod- nog gasa ili drugog ugljovodoničnog goriva u gorivo bogato vodonikom
putem procesa katalitičke konverzije. Gorivo se zatim dovodi u kontakt sa kiseonikom
iz vazduha u velikom broju individualnih ćelija tako da se proizvodi jednosmerna
struja i generiše toplota u obliku pare ili tople vode. Broj individualnih ćelija u
elektrani varira izmeñu nekoliko stotina (za elektranu od 40 kW) do nekoliko hiljada
(za multi megavatne elektrane). Jednosmerna struja se u sledećem podsistemu
pretvara u naizmeničnu struju koja se zatim povezuje sa distributivnom mrežom.
Prikaz elektrane sa gorivnim ćelijama dat je na slici.
- 60 -
ZAKLJU ČCI I PREPORUKE
Ova knjiga bi trebalo da bude ključni instrument opsežnog programa misije OEBS-a u
Srbiji i Crnoj Gori pod nazivom „3E“ (energija, ekonomija, ekologija-životna sredina)
koji ima za cilj da promoviše upravljanje obnovljivim izvorima energije kao
suštinskim resursom održivog razvoja Srbije i Crne Gore.
Ciljevi (kvalitativni):
• Predstaviti vezu izmeñu ekologije, ekonomije i energije kao veoma važnog elementa
ekonomske i političke stabilnosti.
• Promovisati sistem javnog informisanja o potrebi očuvanja životne sredine kroz
održivo upravljanje energetskim resursima (uključujući obnovljive - male
hidroelektrane, vetro-generatore, geotermalne izvore, sunčevu energiju i bio gas), sa
jakim naglaskom na politiku nacionalnog razvoja i regionalne saradnje.
• Podići svest potrošača o činjenici da upotreba energije ima veliki uticaj na ekološka
pitanja i ekonomski razvoj.
• Podržati dijalog izmeñu različitih interesnih grupa iz oblasti energije i ekologije, sa
posebnim akcentom na ruralne sredine gde se proizvodnja energije iz obnovljivih
izvora može iskoristiti kao mogućnost za otvaranje novih radnih mesta.
• Učestvovati u stvaranju nacionalne energetske strategije koja će prihvatiti savremena
iskustva iz drugih zemalja u okruženju kao i evropsku energetsku politiku.
• Podržati razvoj malih i srednjih preduzeća (SME), posebno u sektoru proizvodnje
energije iz obnovljivih izvora.
• Promovisati održivi razvoj odgovarajućom politikom i upotrebom obnovljivih izvora
energije.
• Pomoći lokalne inicijative u procesu javnog učešća u donošenju odluka, podrškom
uvoñenja odgovarajućih procedura i omogućavanjem pristupa informacijama te
ostvarivanju zakonskih propisa.
• Olakšati uspostavljanje i primenu Regionalnog ekološkog akcionog plana (REAP),
Nacionalnog ekološkog akcionog plana (NEAP) i Lokalnih ekoloških akcionih
planova (LEAP).
• Podstaći regionalnu saradnju na ekološkim i energetskim pitanjima, a pri stvaranju
Regionalnog energetskog tržišta ukazati na potrebu definisanja prostora za tzv.
“Zelenu energiju” u svrhu potsticanja proizvodnje iz obnovljivih izvora energije.
Ciljevi (kvantitativni):
- 61 -
1. Ustanoviti čvrstu komunikaciju sa odgovarajućim vladinim I drugim organima i
institucijama sa ciljem učestvovanja u razvoju energetske strategije. Zajedničke radne
grupe ili odbore treba uspostaviti na operativnom nivou radi lakše meñusektorske
saradnje.
2. Omogućiti pristup informacijama i obrazovanje iz oblasti obnovljivih izvora
energije energije, svim zainteresovanim stranama (različitim nivoima upravljanja i
donosiocima odluka, stručnim institucijama, NVO, zainteresovanim grupama i
organizacijama) kroz osnivanje Edukacionog centra za obnovljive energetske izvore.
3. Razvijati i realizovati projekte na lokalnom nivou u funkciji edukacije
zainteresovanih u procesu planiranja i donošenja odluka, učešća lokalnog profitnog
sektora i lokalnog zajednice, u najširem smislu.
4. Pokrenuti inicijativu za osnivanje Nacionalne mreže za upravljanje obnovljivim
izvorima energije koja će raditi na promociji upotrebe obnovljivih izvora i na
programima za štednju i efikasno korišćenje energije. Mreža bi takoñe trebalo da da
podršku u obezbeñivanju pristupa finansijskim izvorima za male i srednje
proizvodjače energije.
5. Uvesti ekološku/energetsku/ekonomsku tematiku, u najširem smislu, u školski
sistem.
6. Mobilisati finansijske institucije kako bi podstakle investiranje u ovaj sektor.
7. Raditi na unapreñenju mera koje će dati podršku kroz fiskalnu i finansijsku politiku
(niži porezi, niže kamatne stope).
8. Podržati istraživanja i razvoj tehnologije.
top related