obnovljivi izvori

3. OBNOVLJIVI OBLICI ENERGIJE3.1. Uvod 3.2. Vodne snage 3.3. Biomasa i bioplin 3.4. Energija Sunca 3.5. Energija vjetra

Elektrotehniki fakultet Osijek

271

3.1. Uvod


272

Prirodni (primarni) oblici energije NEOBNOVLJIVI NEOBNOVLJIVI Fosilna goriva Fosilna goriva (ugljen, nafta, zemni plin, (ugljen, nafta, zemni plin, uljni kriljevci) uljni kriljevci) Nuklearna goriva Nuklearna goriva Unutarnja toplina Zemlje Unutarnja toplina Zemlje (geotermalna energija) (geotermalna energija) OBNOVLJIVI OBNOVLJIVI Vodne snage Vodne snage (energija vodotokova, morskih (energija vodotokova, morskih struja iivalova, plime iioseke) struja valova, plime oseke) Biomasa iibioplin Biomasa bioplin Energija Suneva zraenja Energija Suneva zraenja Energija vjetra Energija vjetra

Konvencionalni obnovljivi izvori: energija vodotokova (iskljuivo velike HE), ostali nekonvencionalniElektrotehniki fakultet Osijek 273

Ovi oblici energije NE MOGU se vremenom iscrpiti, ali je mogue u potpunosti iscrpiti njihove potencijale Primjer: Utvr ivanje najpogodnijih lokacija za gradnju HE Primjer: Utvr odre ene instalirane snage na odre enom vodotoku i njihova izgradnja - potpuno iskoritenje isplativih energetskih kapaciteta vodotoka Dio obnovljivih izvora energije nije mogue uskladititi i transportirati u prirodnom obliku (vjetar, zraenje sunca), a dio jest (voda u vodotocima i akumulacijama, biomasa i bioplin) Izvore energije koje nije mogue uskladititi treba iskoristiti u trenutku kad se pojave ili ih pretvoriti u neki drugi oblik energije


274

Direktiva EU o obnovljivim izvorima Temeljni zakonski okvir i poticaj za razvoj obnovljivih izvora i tehnologija njihove uporabe u EU! 2001. Europska unija usvojila je Direktivu o obnovljivim izvorima (2001/77/EC), koja predstavlja obvezu za zakonodavstva zemaljalanica EU, u smislu poveanja udjela obnovljivih izvora u proizvodnji elektrine energije. U ukupnoj proizvodnji elektrine energije u 1997. godini prosjeni udjel obnovljivih izvora bio je 13,9%, koji se mora u 2010. godini prosjeno podii na 22,1%. U ukupne udjele prema direktivi ukljuene su i velike HE, iako se radi o konvencionalnom izvoru energije! Pri tome zadae pojedinih zemalja razliite su, ovise o zateenom udjelu, objektivnim mogunostima za njegovu bru ili sporiju promjenu, te razliitim obvezama pojedine zemlje u odnosu na Kyoto-protokol.Elektrotehniki fakultet Osijek 275

Direktiva EU o obnovljivim izvorima (2001/77/EC) Zateeni udjel (1997) obnovljivih izvora u proizvodnji elektrine energije vrlo aroliko raspore en. Zadae postavljene pred pojedinu zemlju (2010) tako er raznolike. Kod niza inae razvijenijih zemalja zateeni udjel zapravo vrlo nizak (Belgija, Irska, Nizozemska, donekle Njemaka i izrazito Ujedinjeno Kraljevstvo).Elektrotehniki fakultet Osijek Zemlja Austrija Belgija Danska Finska Francuska Grka Irska Italija Luksemburg Nizozemska Njemaka Portugal panjolska vedska Ujed. Kraljevstvo Ukupno EU-15 Udjel obn.izv. 1997 (%) 70,0 1,1 8,7 24,7 15,0 8,6 3,6 16,0 2,1 3,5 4,5 38,5 19,9 49,1 1,7 13,9 Udjel obn.izv. 2010 (%) 78,1 6,0 29,0 31,5 21,0 20,1 13,2 25,0 5,7 9,0 12,5 39,0 29,4 60,0 10,0 22,1 276

Direktiva EU o obnovljivim izvorima (2001/77/EC) - nadopuna Nakon prijema 10 novih lanica Europske unije, dolo je do nadopune Direktive 2001/77/EC, obuhvatom i tih zemalja. Sveukupno, u svih 25 zemalja-lanica EU s udjela od 12,9% u 1997. godini treba postii udjel od 21% u 2010. godini.Zemlja Cipar eka Estonija Ma arska Malta Letonija Litva Poljska Slovaka Slovenija Ukupno EU-25 Udjel obn.izv. 1997 (%) 0,05 3,8 0,2 0,7 0,0 42,5 3,3 1,6 17,9 29,9 12,9 Udjel obn.izv. 2010 (%) 6,0 8,0 5,1 3,6 5,0 49,3 7,0 7,5 31,0 33,6 21,0


277

Udjel obnovljivih izvora u proizvodnji elektrine energije80 75 70 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 CZ HUN GER POL ITA EU GRE FRA CRO POR FIN AUT

1990. 1995. 2000.

%


278

Udjel obnovljivih izvora u proizvodnji elektrine energije Hrvatska: udjel 2000. godine vei od 50% (vii samo u Austriji) naizgled izvrsna situacija ?! Oekivano poveanje oko 5 % u 2010. godini, no daljnja poveanja udjela obnovljivih izvora energije predmet pristupnih pregovora s EU Problemi: 1. od 2071 MW ukupno instalirane snage u hidroelektranama, samo 24,23 MW u malim hidroelektranama (nekonvencionalni obnovljivi izvor) 2. Osim u hidroelektranama, znaajnijeg udjela ostalih obnovljivih izvora energije u proizvodnji elektrine energije praktiki nema (zasada instalirana samo jedna vjetroelektrana na Pagu snage 6 MW)Elektrotehniki fakultet Osijek 279

Udjel obnovljivih izvora u proizvodnji elektrine energije bez hidroelektrana14 12 10 8 % 6 4 2 0 CZ HUN GER POL ITA EU GRE FRA CRO POR FIN AUT 1990. 1995. 2000.


280

3.2. Vodne snage


281

U poetku...

Kineska obrada elikaElektrotehniki fakultet Osijek 282

Hidroenergija droenergija 1700te ~ rane 1800te 1700te 1800te

Bernard Forest de Blidor Architecture Hydraulique,


283

Kasne 1800-te U Michiganu Grand Rapids Electric Light & Power Company. Niagarini slapovi, New York Fox River u Appleton, Wisconsin Sustavniji pristup: Lewiston, Idaho


284

Sredina 1900-tih 1900Industrijska era Nove tehnologije Bolja konstrukcija Vee investicije


285

Danas 1/2 el. en. u HR 1/5 svjetske el. en.

286

Postanak Suneva energija (SE) kao toplinska (TE) dopire do Zemljine povrine izaziva isparavanje vode, tla i bilja, to uzrokuje podizanje vode: posljedica je energija poloaja vode (potencijalna) i energija kretanja vode (kinetika)! Energija poloaja (EP) vode je poetni oblik energije vode u prirodi koji se moe iskoristiti u tehnikim pretvorbenim sustavima. Oblici energije poloaja vode: vodotoci, plima i oseka, morski valovi Osnovni nain uporabe: pretvorba energije poloaja (EP) vode (potencijalna u akumulacijama) i kinetike energije vode (protone) u mehaniku energiju (ME) protjecanjem kroz vodne turbine, a potom najee u elektrinu u generatorimaElektrotehniki fakultet Osijek 287


288

Ukupna snaga oborina procjenjuje se na 4.41010 W, ali se teorijski moe iskoristiti samo od 0,01% do 0,15% !!! Dostupni dio energije poloaja vode Prosjena nadmorska visina tla: 700 m Koliina oborina u prosjeku: 0.9 m Povrina kopna: 130 1012 m2 W=mgh= Vgh W=1000 kg/m3 1301012 m2 0.9m 9.81m/s2 700m W=8.0351020 J = 223106 GWh 2/3 vode isparava, samo 16% preostale energije poloaja mogue je iskoristiti to daje W =11.9 106 GWh


289

Hidroloka svojstva HE Hidroelektrane (HE): postrojenja u kojima se energija poloaja pretvara u elektrinu energiju Koliina vode koja pritjee u vodotoke definira se sa:

faktor otjecanja =

voda u promatranom vodotoku oborinsko podruje koliina padavina

koji iznosi od zanemarivo do 0,95 Ovisnost koliine vode u vodotocima o: koliini oborina, sastavu i topografiji tla, vremenskom rasporedu oborina. Osnovno mjerenje razine vode u vodotoku: vodostaj ili pad vode H [m] pomou vodokaza.Elektrotehniki fakultet Osijek 290

Protok Q [m3/s] Mogunost pretvorbe ovisi o poznavanju koliine vode u vodotoku po iznosu (volumenu) i vremenu, tj. o protoku Q Konsumpciona krivulja H = f(Q) Istovremeno mjerenje protoka Q na odre enom mjestu vodotoka, odnosno na odre enom profilu. Mjerenja se obavljaju za odre eno mjesto i sve oekivane vodostaje H. Ovisna je o obliku korita na mjestu vodokaza.Elektrotehniki fakultet Osijek

Raspored protoka za jedan vodotok u nekoj godini291

Konsumpciona krivuljaH [m]

B

HB=f(Q) HA=f(Q)

A-AHA

A

B-BHBElektrotehniki fakultet Osijek

Q [m3/s]292

Krivulja trajanja protokaQT=f(t) - krivulja trajanja protoka

Q [m3/s]

Qmax Q=f(t) - krivulja protoka A+B A B

Qmin 6Elektrotehniki fakultet Osijek

t [mjeseci] 12293

Krivulja trajanja protokakrivulja trajanja protoka predstavlja vjerojatnosnu krivulju - vjerojatnost pojave protoka QTA jednaka je omjeru vremena TA i ukupnog vremena promatranjaQ [m3/s]

krivulja trajanja protoka za sijeanj u razdoblju od 10 god.QT = f(t)

p (QTA ) =T

TA T

A TA

1Elektrotehniki fakultet Osijek

10

t [god]294

Ukupna koliina vode koja protee kroz promatrani profil vodotoka12

V

Ag

=

(365 )

0

Q (t )dt =

12

(365 )0

Q (t )dtT

[m ]3

Srednji godinji protok vodotoka

Q sr =

V Ag 31 .54 10 6

[m

3

/s

]

Veliina izgradnje: Maksimalni protok Qi koji moe HE propustiti kroz pretvorbeni sistem

Vi = tdQ0

Qi

iskoristivi volumen vode Vi odgovara veliini izgradnje295


Veliina izgradnjeQ [m3/s]

Qmax

Qi - veliina izgradnje

Srednji iskoristivi protokdQ t Qmin toElektrotehniki fakultet Osijek 296

Q si =

Vi Vi = to 31.54 10 6

Stupanj iskoritenja vode:

t

Vi V Ag

Snaga i energija HE

W = mgh

/t

[W ]

maseni protok

W m = P = gh t t V P = gh = Q gh t P = 9 .80665 10 3 Q h

volumni protok

[W ]

Snaga HE: P = 9.80665 Qsi H [kW] Snaga HE: P = 9.80665 Qsi H [kW] Mogua god. proizvodnja el. energije: W = 8760 P [kWh] Mogua god. proizvodnja el. energije: W = 8760 P [kWh]Elektrotehniki fakultet Osijek 297

Q - H dijagram vodotokaOpisuje porast koliine vode u osn. vodotoku od izvora do ua integral funkcije Qsr(H) po dH od izvora do ua daje brutto snagu i energiju vodotoka

dP = 9.80665 Qsr ( H ) dH P = 9.80665 Q( H )dHHu Hi

W = 8760 9.80665 Q( H )dHHu

Hi


298

Netto snaga HE Tehniki iskoristiva energija vodotoka smanjena je zbog trenja u dovodima (tunel,tlani cjevovod), te gubitaka protoka, to se definira kroz netto pad Hn (netto pad = brutto pad gubici) Srednja iskoristiva snaga (netto snaga) koju hidroelektrana daje na prikljucima generatora, moe se odrediti iz jednadbe:

P = 9.80665 t t Qsi Hn [kW] P = 9.80665 t t Qsi Hn [kW]gdje je: t i g stupanj korisnog djelovanja turbine i generatora Hn Qsi raspoloivi netto pad [m] srednji iskoristivi protok

Ukupni stupanj djelovanja =t g pri optimalnom optereenju u modernim hidroelektranama iznosi i do 90 %. Prosjeno za vea , postrojenja iznosi priblino 80%, a za manja postrojenja priblino 75%.Elektrotehniki fakultet Osijek 299

Hidroelektrane (HE) Postrojenja u kojima se energija poloaja vode pretvara u elektrinu energiju. HE se sastoji od objekata i dijelova koji slue za skupljanje i odvo enje vode, pretvorbu energije poloaja vode u mehaniku odnosno elektriku energiju te transformaciju i razvod elektrike energije. Karakteristini dijelovi HE: brana ili pregrada, zahvat, dovod vode, vodna komora ili vodostan, tlani cjevovod, strojarnica (vodne turbine i generatori), odvod vode. Uvjeti izgradnje HE: topografski i geoloki uvjeti, pogonski zahtjevi, hidroenergetsko iskoritenje vodotoka, uvjeti poljoprivrede i opskrbe vodom, ribarstvo i ekologija300


Brana Three GorgesDuga skoro 2 km

180 m visoka.

25-75 milijarde $.

20 godina izgradnje

Zavretak izgradnje 2009.


301

Podjela HE: Prema padu: Prema padu 1. Niskotlane (do 25 m), 2. Srednjetlane (25 - 200 m), 3. Visokotlane (> 200 m) Prema nainu koritenja vode: vode 1. Protone (voda se koristi kako dotjee) 2. Akumulacijske (dio akumulirane vode koristi se prema potrebi) 2.1. Dnevna akumulacija (punjenje po noi, pranjenje po danu) 2.2. Sezonska akumulacija (punjenje u kinom, pranjenje u sunom periodu)Elektrotehniki fakultet Osijek 302

Prema smjetaju strojarnice 1. pribranske (strojarnica smjetena neposredno uz branu) 2. derivacijske (zahvat vode i strojarnica prostorno odijeljeni, voda se dovodi do turbina cjevovodom dugakim i vie kilometara) Posebne vrste HE: Crpno-akumulacijske dnevna akumulacija (crpljenje u razdobljima vika energije u elektroenergetskom sistemu) sezonska akumulacija (crpljenje u kinim razdobljima, koritenje u sunim razdobljima) HE koje koriste promjenu razine mora (plima i oseka) oseka)303


Shema crpno-akumulacijske HE


304

Vodne turbine Openito se dijele na: turbine slobodnog mlaza (akcione) i pretlane (reakcione) turbine, ovisno o padu, protoku i tlaku Akcione slino vodenom toku udubljene lopatice - okreu se u zraku za velike padove (okomito >10 m), za velike tlakove Reakcione za velika postrojenja lopatice sline elisi broda potopljene u vodi za male padove, pri velikom protoku i malom tlakuElektrotehniki fakultet Osijek 305

Turbina slobodnog mlaza (akciona) urbina

Pretlana (reakciona) turbina urbina


306

Vrste vodnih turbina: Pretlane (reakcione) turbine Francisova (konstruirao Amerikanac Francis 1848.) Kaplanova (konstruirao eh Kaplan 1912.) Propelerna (Kaplanova s nepominim rotorskim lopaticama) Turbine slobodnog mlaza (akcione) Peltonova (konstruirao Amerikanac Pelton 1878.)

Mikroturbine: potrebna snaga od 3-4 kW, uz QH ~1 uz stupanj 3Q korisnog djelovanja od ~50% postie se snaga ~5 kW


307

Podjela pretlanih turbina prema brzohodnosti i paduVRSTA PRETLANE TURBINEH ns

Brzohodnost (min-1) do 30 17 - 42 24 - 60 50 - 125 125 - 250 250 350 350 - 500 450 600 600 800 800 - 1200

Pad (m) do 2000

PELTON

s 1 mlaznicom s 2 mlaznice s 4 mlaznice

FRANCIS

sporohodna normalna brzohodna extremno brzohodna

300 150 150 80 80 50 50 - 30 30 18 18 11 11 - 7308

KAPLAN (PROPELERNA)


Francisova turbina


309

Kaplanova turbina


310

Peltonova turbina


311

Hidrosustavi (HE): Dimenzije - veliki, mali, mikrosustavi Veliki definirani kao vei od 30 MW, najvee HE: Itaipu (Brazil i Paragvaj), rijeka Parana, jezero 170x7 km, 196 m visoka brana, snaga 18x700 MW (+2x700 MW u izgradnji), 75 TWh godinje The Three Gorges (tri klisure) u Kini, rijeka Yangtze, jezero 640x1.6 km, 175 m visoka brana, snaga 26x700 MW, izgradnja predvi ena do 2009., potopit e se 160 gradova, 1500 sela (preko milijun ljudi) Mali sustavi definirani od 100 kW do 30 MW, dovoljno npr. za potrebe industrije i manjih gradova. U Hrvatskoj instalirano ukupno 10 MW. Mikrosustavi definirani do 100 kW, u porastu, ekoloki prihvatljivo.Elektrotehniki fakultet Osijek 312

Najvee HE - snaga

MW sada

planirano

Velike HENajvee brane visina

Najvee betonske brane - visina

Najvee brane volumen materijala Tip: A luk E zemljom ispunjena G gravitaciona R stijenjem ispunjena c - znaajan dio volumena jezera je prirodan

Najvee akumulacije volumen vode 313

Hidroenergetski potencijal

Teorijski potencijal

Tehniki potencijal


314

Hidroenergetski potencijal iskoriteno u HETehniki iskoristiv potencijal Ukupna instalirana snaga HE Proizvodnja el.en. u HE u 1998.%


315

Proizvodnja HE po zemljama 1998.GWh


316

Hrvatske elektrane u 1998. - snaga Raspoloiva snaga na pragu (MW) Konvencionalne termoelektrane Dizelske elektrane (MVA) NE Krko, 50% Ukupno TE Akumulacijske HE Protone HE Male HE Ukupno HE Industrijske elektraneElektrotehniki fakultet Osijek

1231.5 52.3 316.0 1599.8 1694.1 364.5 15.8 2074.4 242.0317

Hrvatske elektrane u 1998. - udioAkum. HE 36,7% Prot. HE 7,9% Indust. Male HEelektrane 0,4% 6,0% nerasp. izvan Hrvatske 14,2%

NE Krko 6,9%

Dizelske elektrane 1,1%

Konven. TE 26,8%

(ne)raspoloive snage hrvatskih elektrana(650 MW neraspoloivo izvan Hrvatske - TE Obrenovac, TE Tuzla, TE Kakanj i TE Gacko) Elektrotehniki fakultet Osijek 318

Protone HE 1695

Akumlacijske HE 5419

Termoelektrane 2521 Prozvodnja NE (za HEP) 2180 Dizelske elektrane 1

Male HE 76 Ukupna proizvodnja 11892

Uvoz 1796

Ukupno raspoloivo 13688

Bilanca proizvodnje za 1998. (GWh) 1998 (GWh

Predano mreom prijenosa 11614

Gubici prijenosa 444 Direktni potroai 512 Isporuka distribuciji 11102

Izvoz 1630

319

Hrvatska proizvodnja 1996-2000 (GWh) 1996(GWh Elektrina energija Elektri


320

321

Hrvatski proizvodni kapaciteti 2001.


322

Male hidroelektrane u Hrvatskoj Instalirana snaga do 5 (10) MW Prostorna disperziranost, mali padovi u nepristupanim i slabo naseljenim podrujima Tehniki iskoristivi energetski potencijal (177 MW)Instalirana snaga (MW) 5 - 1,5 1,5 - 1,0 1,0 - 0,5 0,5 - 0,1 Manje od 0,1 UKUPNO Broj poteza 20 17 42 296 324 699 Broj poteza (%) 3 2 6 42 47 100 Instal. snaga (MW) 50 22 29 56 21 177 Instal. snaga (%) 29 12 16 31 12 100323


Privatne male HE

Stanje koritenja malih HE u HR Zanemarane pojednostavljenim vrednovanjem preko male snage/energije Iskustvo i zakonska regulativa ozbiljna prepreka! Relativno, prema trendovima (Slovenija, Austrija,...) vrlo slabo Male HE u pogonu iskoriten potencijal Privatne HEP malih HE12 objekata 22 agregata 4,9 MW 20 objekata 37 agregata 68,3 MW324

Roki Slap 2x886 kW, 6 GWh Finvest 1 4x315 kW, 3,6 GWh Finvest 2 30 kW, 0,14 GWh

Podaci za dvije male HE u HRRoki slap 1910., 1998. 18,3 m, 6 m3/s po turbini 2 Osberger turbine 2 sinkrona gen. 1130 kVA, (0,82) Odvojene sabirnice, 10 kV Realno ostvariva snaga 670 (630) kW (dovodni kanal) Godinji prosjek 6 GWh Finvest 1991. 55 m, 3 m3/s po turbini 4 Cink turbine 4 asinkrona gen. 315 kW (0,82) Prikljuena na mreu 20 kV Godinji prosjek 3 600 MWh Za razliku od Rokog slapa ima stalnu posadu


325

Istraivanje potencijalnih lokacija za male HE Mjerenje protoka tijekom godina Odre ivanje krivulje trajanja protoka Ispitivanje izvedivosti i cijene projekta Hidrologija, ekologija, prostorni planovi, utjecaj na kulturnu batinu i ivot... Princip diskvalificiranja lokacije uz minimiziranje ulaganja U Hrvatskoj: od 77 lokacija iskljueno je 52: 33 (prostorno planska ogranienja), 18 (zatita okolia i kulturna batina), dvije lokacije su spojene u jednu novim rjeenjem Preostalo 25 lokacija (77 -> 32 MW 25 -> 7,8 MW)


326

Pilot projekti malih HE u HR

Bregana (7) abranka (10) Kupica (2) Mirna (2) Slapnica (6) Kupina (7) ukov jarak (1) Vitunjica (3) Brzaja (4) Orljava (9)

Zrmanja Vrelo (1) Butinica (2) Krupa (5) Rumin Mali (1) Rumin Veliki (2) Ovrlja (1) Ruda (3) Jadro (2) Cetina (2) Pantan (1) rnovnica (4) Ljuta (2)327

Investicijski i pogonski trokovi malih HE irok raspon investicijskih trokova: od preko pola do vie milijuna $/MW instalirane snage Za neke male HE u pogonu u HR trokovi pogona su od 1,3 do 2,5 /MWh Odlike malih HE

Smanjivanje potronje fosilnih goriva, zatita od poplava, navodnjavanje (ekoloki prihvatljive) Sigurnost i pouzdanost opskrbe energijom, napajanje udaljenijih lokacija Sinkroni i asinkroni generatori (mogunost samostalnog rada otoni pogon) Osnovni problem: nestalnost protoka (varijacije toka i male akumulacije)Elektrotehniki fakultet Osijek 328

Hidroenergija za i protiv droenergija

Pozitivno Nema emisije u okoli (uvjetno) Kontrola plavljenja i toka Obnovljivi izvor elektrine energije Efikasnost do 90% za el. en. Drutveni utjecaj na regiju

Negativno Ozlijede i migracije riba, utjecaj na neposredni biosustav, fertilizacija potopljenog prostora, sedimentacija Umanjivanje kvalitete vode nizvodno, drastine promijene prirodnog toka rijeke, preseljenje ljudi Izgradnja i odravanje HE: niz dravnih institucija s nejasnim ovlastima i procedurama, javno mnijenje Drutveni utjecaj na regiju


329

3.3. Biomasa i bioplin


330

Postanak: Biomasa su sve biorazgradive tvari biljnog i ivotinjskog porijekla, dobivene od otpada i ostataka poljoprivredne i umarske industrije. Biomasa dolazi u: vrstom, tekuem (biodizel, biodizel, bioetanol, biometanol) i plinovitom stanju (npr. bioplin, plin iz rasplinjavanja biomase, deponijski plin)


331

Vrste biomase: 1. umska biomasa: Ostaci i otpad iz drvne industrije, nastali redovitim gospodarenjem umama, prostorno i ogrjevno drvo. Odrivo koritenje me unarodni koncenzus Hrvatska 44% povrine pod umama, godinji prirast 9.6 milijuna m3 2. Biomasa iz drvne industrije Ostaci i otpad pri piljenju, bruenju, blanjanju. Gorivo u vlastitim kotlovnicama, sirovina za proizvode, brikete... esto otpad koji optereuje poslovanje drvne industrije. Jeftinije i kvalitetnije gorivo od umske biomase.Elektrotehniki fakultet Osijek 332

3. Poljoprivredna biomasa Ostaci godinjih kultura: slama, kukuruzovina, oklasak, stabljike, ljuske, kotice... Svojstva: heterogenost, niska ogrijevna mo, visok udio vlage, razliite primjese (npr. klor) 4. Energetski nasadi Biljke bogate uljem ili eerom, s velikom koliinom suhe tvari (ugljik C): vrbe, topole, eukaliptus, nasadi brzorastuih trava, drvea (jablan)... Svojstva: Kratka ophodnja, veliki prinosi. Koritenje otpadnih voda, gnojiva i taloga (vegetacijski filtri). Izbjegavanje vikova u poljoprivrednoj proizvodnji.


333

5. Biomasa sa farmi ivotinja Izmet ivotinja (anaerobna fermentacija), spaljivanje leina (npr. peradarske farme). Bioplin: u postojenjima, anaerobnom fermentacijom (60% metana, 35% CO2, 5% smjese vodika, duika, amonijaka, sumporovodika, CO, kisika i vodene pare). 6. Etanol i biodizel Etanol nastaje hidrolizom molekula kroba enzimima u eer koji fermentira u alkohol (eerna trska, kukuruz,drvo). Biodizel nastaje esterifikacijom biljnih ulja s alkoholom (uljana repica, suncokret soja, otpadno jestivo ulje, loj) Svojstva slina motornim gorivima (mijeanje ili uporaba u istom obliku)Elektrotehniki fakultet Osijek 334

7. Gradski otpad Zeleni dio recikliranog kunog otpada, biomasa iz parkova i vrtova, mulj iz kolektora otpadnih voda. Veliki investicijski trokovi, ali uz zbrinjavanje otpada ekoloki prihvatljivo!


335

Svojstva biomase 1. Obnovljivost Sve vrste biomase su obnovljive (dotok se ne smanjuje za ljudsko poimanje vremena), s tim da je za ogrjevno drvo uvjet obnovljivosti neprekidno poumljavanje prostora barem toliko da godinji prinos bude jednak godinjem iskoritenju drvne mase. 2. Ogrjevna mo biomase Osnovna karaktreristika: nehomogenost, kao posljedica razliitih udjela vlage i pepela Drvo: 8,2 do 18,7 MJ/kg Biljni ostaci: 5,8 16,7 MJ/kg Biodizel: 37,2 MJ/l Etanol: 26,8 MJ/l Bioplin: 26 MJ/Nm3Usporedbe radi: ogrjevna mo nafte oko 42 MJ/l, prirodnog plina 34-38 MJ/Nm3, kamenog ugljena 24-37,7 MJ/kg, mrkog 12,7-23,9 MJ/kg, lignita do 12,6 MJ/kgElektrotehniki fakultet Osijek 336

3. Utroak energije za pridobivanje Izravno kod umske biomase: npr. za sjeu drvne mase, za poumljavanje i uzgoj ume, za transport od mjesta sjee do mjesta koritenja te za pripremu drveta za koritenje. Mogua neracionalnost uporabe (utroak energije > proizvedene energije). Poljoprivredna, ivotinjska i biomasa iz drvne industrije, te otpad: mogue izostaviti utroak pridobivanja jer se odvija neovisno od energetskog koritenja: npr. slama kao rezultat poljoprivredne proizvodnje penice (ili e istrunuti ili energetski iskoristiti). 4. Emisije tetnih plinova pri sagorijevanju Emisija plinova eventualno manje tetnih od konvencionalnih goriva jer praktiki nema sumpora. Ipak emisija je neto vea nego li iz konvencionalnih postrojenja (manji stupanj djelovanja, manje jedinice). Emisija kod koritenja otpadaka moe biti i opasna ako se prethodno iz otpadaka (smea) ne izdvoje tetni sastojci.Elektrotehniki fakultet Osijek 337

5. Kumulativna CO2 neutralnost Kumulativna neutralnost: u ukupnom lancu od pridobivanja energije, izrade i montae pog. ure aja, do koritenja i zbrinjavanja. Ipak, misli se na neutralnost prilikom pretvorbe u iskoristljiviji oblik (tada je ispunjeno!). Za biomasu: ispunjeno samo ukoliko je godinje iskoritavanje mase jednako ili manje od godinjeg prirasta nove mase. Tada e emisija CO2 pri koritenju te biomase biti jednaka imisiji CO2 prilikom fotosinteze te biomase.Elektrotehniki fakultet Osijek 338

6. Povrinska raspodjela i energetska gustoa Relativno ravnomjerno raspodijeljena, no vrlo male (energetske) povrinske gustoe: npr. na 1 km2 slama ima energetski sadraj oko 2 kWh/god. Usporedba: na 1 km2 oko 1.000 kWh/god Suneva zraenja (geog. irina HR) ili naftna buotina s godinjim iscrpkom od npr. 100 tisua tona iji je energetski sadraj otprilike 1 milijarda kWh/god, a zauzima povrinu od par stotina m2! 7. Mogunost transportiranja i skladitenja Biomasa se da transportirati na razumno veliku udaljenost (jer bi pretjerana udaljenost traila vie energije za transport od energetskog sadraja tvari koja se prevozi) te se da uskladititi i koristiti prema potrebi. Bitna prednost npr. pred energijom Suneva zraenja ili vjetra.


339

Tehnologije prerade biomase Osnovni problem je mala energetska vrijednost po jedinici mase: prerada u pogodniji oblik za transport, skladitenje i uporabu Tehnologije prerade biomase : 1. Zgunjavanje (briketiranje i peletiranje): smanjivanje volumena (radi transporta, automatizacije loenja) Faze: usitnjavanje materijala, suenje, presanje (peletiranje i briketiranje) i hla enje Godinje potronja peleta u porastu, npr. u srednjoj Europi: 2001. 120.000 t, 2002. 200.000 t, 2010. oekivano 1.000.000 tElektrotehniki fakultet Osijek 340

2. Biokemijske pretvorbe: 2.1. Anaerobno truljenje Za vlane sirovine (izmet) dobivanje bioplina. Svojstva bioplina i trajanje vrenja ovise o temp., tlaku i svojstvima materijala u digestoru


341

Koliina bioplina i energije dobivena iz ivotinjskog otpada ovisi o vrsti ivotinje.

ivotinja

Vrsta otpada

Koliina (kg/dan)

Suho (kg/dan)

Bioplin po ivotinji (m3/dan)

Energija po ivotinji (kWh/god)

Goveda Goveda Svinje Svinje Perad

Tekui Suhi Tekui Suhi Suhi

51 32 16,7 9,9 0,66

5,4 5,6 1,3 2,9 0,047

1,6 1,6 0,46 0,46 0,017

3400 3400 970 970 36342


2.2. Fermentacija Proizvodnja bioetanola zamjena za benzin (do 20% udjela u mjeavini bez preinaka motora) Sirovine: eer (eerna trska), krob (kukuruz), celuloza (drvo, poljoprivredni ostaci)


343

2.3. Esterifikacija Proizvodnja biodizela slian mineralnom dizelu (mogua uporaba u svakom dizel motoru) Sirovine: biljna ulja, ivotinjske masti, otpadna jestiva ulja, najee uljana repica Svojstva: visoka viskoznost - postie se esterifikacijom metanolom, bolja mazivost - odstranjivanje sumpora i aromata (za razliku od mineralnog dizela), bioragradivost Prilagodbe automobila: cijevi za gorivo, povrat goriva iz pumpe, brtve koje dolaze u dodir s gorivomElektrotehniki fakultet Osijek 344

3. Termokemijske pretvorbe: 3.1. Sagorijevanje 1. Zagrijavanje i suenje, 2. destilacija (isparavanje) hlapljivih sastojaka piroliza, 3. izgaranje hlapljivih sastojaka, 4. izgaranje vrstog ugljika Drvna biomasa: velik i promjenjiv udio vlage (50-55 % za svjee drvo), velik udio hlapljivih sastojaka (do 80 %), potrebne posebne vrste pei (u odnosu na one za ugljen) Poljoprivredna biomasa: briketi, peleti - mala energetska gustoa, slama vei udio Na, Cl, K (korozija), manja temeratura taljenja pepala (taloenje) Gradski otpad: veliki investicijski trokovi (4000 US$/kW), negativna percepcija javnosti, primarni cilj nije proizvodnja energije ve zbrinjavanje otpada.Elektrotehniki fakultet Osijek 345

3.2. Rasplinjavanje Termokemijska pretvorba na visokoj temperaturi (i do 1400C) uz ogranien dotok kisika. Poveava se efikasnost proizvodnje elektrine energije (plinske turbine h = 35-45%, parne turbine na drva h oko 20%). Sastav plina: CO, CH4, H2, ovisno o dizajnu ure aja za rasplinjavanje (protustrujno - odozgo,istostrujno - odozdo , u sloju), temp.,vlanosti i sastavu biomase, sredstvu rasplinjavanja (zrak/kisik) Problem: neistoe u plinu (osjetljive plinske turbine), skupo proiavanje


346


347

3.3. Piroliza Termokemijski proces s ogranienim dotokom kisika (dio procesa sagorijevanja), pri emu dolazi do isparavanja hlapljivih sastojaka i proizvodnje tekueg goriva (bioulja), pogodnije za transport i skladitenje Znatan potencijal (npr. piroliza otpada), potrebna daljnja ulaganja u istraivanja i razvoj, za sada malo primjene.


348

Uporaba biomase Za proizvodnju elektrine energije isto kao kod fosilnih goriva, u termoelektranama; najprije pretvaranje u toplinsku energiju nosilaca (vodena para kod parnih turbina, plin kod plinskih turbina), pretvaranje u mehaniku, a potom u elektrinu energiju. Zbog trokova transporta za biomasu pogodna postrojenja manje snage, ali imaju nii stupanj djelovanja (npr. za TE na biomasu snage 5 MW = 15 do 20%), za plinske turbine vei stupanj djelovanja ( = 45 do 50%). Poveanje stupnja djelovanja: kogeneracija (CHP) istovremena proizvodnja toplinske i elektrine energije. Potreban potroa topline (npr. umarska industrija). Trigeneracija: grijanje, hla enje, elektrina energija (npr. prehrambena industrija). Motori s unutarnjim izgaranjem (bioetanol, biodizel).Elektrotehniki fakultet Osijek 349

Elektrane na biomasu Na niskom naponu (0,4 kV) male kogeneracijske ( ~ deseci do stotine kW) Na srednjem naponu (10, 20 i 35 kV) elektrane na biomasu i deponijski plin ( ~ MW do desetine MW) najee Na visokom naponu (110, 220 i 400 kV) industrijske i velike kogeneracijske elektrane ( ~ desetine do stotine MW) U otonom pogonu

Anderson, California, SAD SN, 50 MW

Finska kogeneracija VN, 49 (167) MW350


Uporaba biomase Uvjeti odrivosti uporabe: Koliina koja se koristi mora biti manja ili jednaka prirastu (osobito za umsku biomasu - planiranje sadnje i sjee). Vraanje organske tvari i minerala u tlo (pepeo) Procjena trenutnog zadovoljavanja svjetske potronje primarnih oblika energije je samo 6 - 12% Npr. 2001. svjetska potronja primarnih oblika energije bila je oko 440 EJ (440 1018 J), a udio biomase izme u 25 - 50 EJ (7-14 1012 kWh). Neto godinja proizvodnja organskih tvari ima energetsku vrijednost 10 puta veu godinje svjetske potronje (samo ume 3 puta vie). Potencijalne mogunosti uporabe (uvjetno - rezerve) biomase postojeih uma je na istoj razini kao svjetske rezerve nafte i plina.Elektrotehniki fakultet Osijek 351

Biomasa u svijetu trenutna povrinska (energetska) gustoa


352

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


353

Uporaba energije biomase u svijetu - razdioba po zemljama


354

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


355

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


356

Cijena biomase Samo gorivo (sirovina) vrlo jeftino - niska ili zanemariva otkupna cijena No, znatan utjecaj na ukupnu cijenu imaju trokovi dobivanja (izvlaenja), preradem, transporta, uz dodatni problem znatno manjeg stupnja djelovanja procesa (ili potrebe za rasplinjavanjem) kod proizvodnje elektrine energije Cijena biomase za grijanje i proizvodnju elektrine energije konkurentna cijeni fosilnih goriva, osim bioetanola (na granici konkurentnosti), biodizela (dvostruko skuplja cijena) Najefikasniji nain kako biomasu uiniti isplativim i potaknuti veu primjenu: kroz smanjenje ili ukidanje poreza/troarina ili putem poticaja357


Struktura trokova toplane na biomasu snage 5-50 MWt: Kotao (s prateom opremom) Strojarska oprema kotlovnice Oprema za mjerenje, regulaciju, instalacije Zgrada kotlovnice Infrastruktura i gra evinski radovi Investicijski trokovi elektrane na biomasu: Tehnologija Motor s unutarnji izgar. Parna turbina Plinski motor Stirling motor Mikro turbina Stupanj djelovanja (%) 25 - 30 15 - 35 10 - 25 20 - 30 20 - 30 Trokovi investicije (USD/kWe) 800 - 1200 1700 - 4200 700 - 2000 1000 - 4800 1000 - 1300358

25 % 30 % 15 % 15 % 15 %


Proizvodna cijena elektrine energije (eurocent/kWh)Prosjena cijena 1998. (eurocent/kWh) Foton. elije: 30,00 Hidroenergija: 8,25 Geotermalna: 7,00 Energ. vjetra: 5,33 Biomasa: 5,30 Ugljen: 3,70 Prirodni plin: 4,00

Biomasa

Vjetar

Hidro

Geotermalna

Prirodni plin

Ugljen


359

Stanje uporabe biomase u Hrvatskoj HR ima veliki umski potencijal s gotovo 45% teritorija prekriven je umom, s razvijenom drvnom industrijom te znaajnim udjelom poljoprivrede u ukupnom gospodarstv Izvrsne osnove za proizvodnju energije iz biomase!!! No, trenutno se koristi oko 16 PJ energije iz biomase (podatak iz 1998. god., 354 PJ ukupna potronja energije 1998. dakle samo oko 4.5 %) i to veinom na nedjelotvoran nain - za grijanje kuanstava. Tehniki potencijal biomase za period do 2030. godine predvi a se na razini od 50 do 80 PJ.


360

Energetski potencijal biomase i otpada po regijama

361

Koritenje bioenergije u HR 1965-1997

Ostalo Drvni otpaci Ogjevno drvo

Udio u ukupnoj potronji energije

362

Strategija proizvodnje bioenergije za grijanje u HR 2000-2030

Industrija - kogeneracija Industrija toplane Kuanstva kogeneracija Kuanstva male pei Kuanstva gradsko grijanje

363

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

Elektrane Industrija kogeneracija Kuanstva - kogeneracija

364

Strategija uporabe goriva iz biomase u HR 2000-2030

Gra evinarstvo Poljoprivreda Promet

365

Biomasa i ekologija: Kumulativna CO2 neutralnost fotosinteza Udio minerala u 10 tona umske biomase po hektaru ukupno 202 kg: 113 kg kalcija, 61 kg duika, 14 kg fosfora 14 kg kalija Nuno vraanje minerala u tlo (isti pepeo)


366

Emisija ugljika u atmosferu Tehnologija Biomasa Ugljen Prirodni plin Vjetar Fotonap. elije Ugljika g/kWh 5-10 190-220 90-120 10-15 150-170

Kyoto protokol o biomasi: Iskoristiti 10 % godinje koliine ugljika iz njegova kruenja u biomasi za energiju ili poveati ivu biomasu za 1% godinje kroz poumljavanje367

Biomasa mjera za smanjenje emisije CO2

Potencijal smanjenja emisije staklenikih plinova iz kuanstava u HrvatskojElektrotehniki fakultet Osijek 368

Smanjenje emisija tetnih tvari


369

Energetski nasadi: 1. Prirodni bioloki filtri (zatita voda!) 2. Biorazgradivost (95 % u 28 dana) 3. Bioraznolikost (stanita ptica i sisavaca, izbjegavanje monokulturne poljoprivredne proizvodnje, smanjena uporaba pesticida i umjetnih gnojiva, spreavanje erozije) Biomasa i ljudsko zdravlje: Ozljede pri sakupljanju biomase (zemlje u razvoju) Sagorijevanje: emisija estica, CO, ... Biogoriva u prometu: benzen, toulen, emisija SO2, teke kovine (olovo, kadmij, ne-metanski hlapivi organski spojevi)Elektrotehniki fakultet Osijek 370

3.4. Energija Sunca (Sunevog zraenja)


371

Postanak Energija Suneva zraenja koja dopire do vanjskog ruba Zemlje ovisno o udaljenosti Zemlje od Sunca iznosi 1307-1399 W/m2 na plohu okomitu na smjer zraenja Srednja vrijednost Suneva zraenja na okomitu plohu naziva se solarna konstanta i iznosi E0sr=1367.7 W/m2 Za razliite udaljenosti Zemlje od Sunca stvarna vrijednost Suneva zraenja na okomitu plohu je:

r Eo = E0 sr Rgdje je:

2

r srednja udaljenost Zemlje od Sunca R - stvarna udaljenost Zemlje od Sunca (za promatrani dan moe se smatrati konstantnom)


372

Sunevo zraenje (jakost) moe se priblino kvantitativno izraziti sa:

3600 n E0 sr Eo (n) = 0 (n) E0 sr = 1 + 0.034cos 3650

[W/m2]

gdje je: ekscentricitet elipse, n broj dana u godini Ukupna dnevna koliina energije u [J] koja se dobije ozraenjem vodoravne plohe po jedinici povrine rauna se po izrazu:Wo (n, , , s ) = 86400 3600 n 2 E0 sr 1 + 0.034 cos s sin sin + sin s cos cos 0 365 360

s satni kut sunca (12h=00, 13h=150, 15h=450); zemljopisna irina promatranog mjesta;248 + n deklinacija Sunca (kut izme u spojnice sredita = 23.450 sin 3600 365 Zemlje sa sreditem Sunca i ravnine Ekvatora)Elektrotehniki fakultet Osijek 3732

Prosjena mjesena ili godinja energija Suneva zraenja u nekom mjesecu dobiva se kao aritmetika sredina dnevnih energija za sve dane u promatranom mjesecu/godini. Ipak, pri prolasku kroz atmosferu dolazi do gubitaka energije izravnog Sunevog zraenja, ovisno o atmosferskim prilikama (vedro, poluoblano, oblano) zaga enosti atmosfere i nadmorskoj visini! Maksimalni dotok energije do Zemljine povrine iznosi u prosjeku dnevno 920 W/m2 na plohu okomitu na smjer zraenja. Energija suneva zraenja zbog rotacije raspore uje se povrinom Zemlje, pa na povrinu Zemlje dolazi prosjeno dnevno 230 W/m2, To daje dnevno 5.52 kWh/m2 energije, ovisno o trajanju insolacije (zemljopisna irina, godinja dob), te naoblaci i zaga enosti (atmosferskim uvjetima).Elektrotehniki fakultet Osijek 374

Jakost zraenja koja dopire do Zemljine povrine, a mogla bi se iskoritavati mijenja se tijekom dana i godine, te ovisi o poloaju plohe na koju dopire zraenje. Smanjuje se s smanjenjem nadmorske visine (dui put zraka) i s poveanjem zemljopisne irine (manji upadni kut zraenja)

Snaga ukupnog zraenja Sunca na okomitu i vodoravnu plohu pri vedrom vremenu na 59 (grad Zagreb)

okomita ploha

vodoravna ploha

375

Povrina Zemlje je 510.1 106 km2 to daje godinju energiju Suneva zraenja od oko 109 TWh/god (ogromno!) No, pri tome postoje veliki problemi pri iskoritavanju: 1. Mala gustoa energetskog tijeka, 2. Oscilacija intenziteta (jakosti) zraenja tijekom dana, 3. Ovisnost zraenja o klimatskim uvjetima, 4. Intezitet zraenja ne poklapa se s intenzitetom potronje, 5. Nemogunost skladitenja, 6. Trenutna neisplativost (osobito za fotonaponske ili suneve elije PV) u usporedbi s ostalim izvorima energije Stoga se Suneva energija trenutno izravno koristi uglavnom za dobivanje toplinske energije, a za sada samo u malom udijelu za izravno pretvaranje u elektrinu energiju (PV)


376

Uporaba energije Sunca Proizvodnja toplinske energije: 1. Pasivno solarno grijanje (Izravno grijanje zgrade kao kolektora) 2. Aktivno solarno grijanje (zagrijavanje vode pomou solarnih kolektora) 3. Solarne toplinske elektrane Proizvodnja elektrine energije: 4. Fotonaponske ili suneve elije (Photo Voltaic Cells, PV)


377

1. Pasivno solarno grijanje Izravno grijanje zgrade kao kolektora Osnovni zahtjevi: 1. Velika juna povrina za prihvat suneva zraenja. 2. Konstrukcija s velikom termalnom masom (npr. gusti beton ili cigle). Time se sprema toplinska energiju za dana i zadrava preko noi. Izbjegava se i ljetno pregrijavanje. 3. Dobra izolacije na vanjskim strukturama za odravanje topline 4. Izbjegavanje zasjenjavanja objekata.


378

Energetska bilanca prozora - primjer London

2 1,5 1 0,5 0 -0,5 -1 -1,5Rujan Listopad Studeni Prosinac Sijeanj Veljaa Oujak Svibanj Lipanj

Jednostruki Dvostruki

Kwh/m2/dan kWh/m2,dan


379

Mehanizmi prijenosa topline: 1. Vo enje (kondukcija) Toplina absorbirana u materijalu se dalje prenosi vo enjem me u molekulama. 2. Konvekcija (izmjenjivanje medija) Toplina se moe prenijeti preko fluida, bilo plina ili tekuine, konvekcijom. Energija je prenesena na molekule fluida koje se dalje fiziki gibaju i prenose energiju. 3. Radijacija Toplinska energija se moe prenositi zraenjem (elektromagnetski) kao i svjetlosna energija sunca. Koliina zraenja i valna duljina ovise o temperaturi povrine.


380

2. Aktivno solarno grijanje Zagrijavanje vode pomou solarnih kolektora, mogue primjene: grijanje vode u domainstvima, bazena i kupatila, procesne vode, dogrijavanje za kondicioniranje zrakaIndikatori potencijalno isplativih primjena solarnog zagrijavanja vode: 1. Potreba za toplom vodom konstantna kroz tjedan i godinu (ili vie ljeti). 2. Visoka cijena ostale energije (el. energija, propan, itd.). 3. Dovoljno povrine za postavljanje kolektora (0,025 m2/l/d). 4. Sunanija klima pomae, ali nije nunost solarno grijanje mogue i u hladnijoj klimi. Potencijalne lokacije: kue za stanovanje, kole, bolnice, restorani, zatvori, praonice, ostaloElektrotehniki fakultet Osijek 381

Tehnologija solarni toplinski kolektori: preuzimaju energiju svjetlosnog zraenja i griju vodu.Solarni toplinski kolektori se mogu kategorizirati prema temperaturi na kojoj efikasno griju vodu: 1. Niskotemperaturni kolektori: Bez pokrova za grijanje vode. Perforirane ploe za predgrijavanje zraka. 2. Srednjetemperaturni kolektori: Izolirani kolektori s pokrovom. 3. Visokotemperaturni kolektori: Vakumirane cijevi. Koncentrirajui kolektori.Elektrotehniki fakultet Osijek 382

Flat plate solarni kolektor (hr. ravna ploha)

Kuite (aluminij)

Prozirni pokrov (solatex staklo) Crna apsorbirajua ploha (phelps dodge bakar) Izolacija (izostaklo) Voda tee kroz cijevi


383

Vrste kolektora


384

Pokrov: magija stakla

385

Vodljivost stakla


386

Toplinski gubici kroz stakleni pokrov


387

Stupanj korisnog djelovanja (efikasnost) kolektora GA k(Tu-Tz)FA GFA Qk.

G = globalno (izravno i difuzno) zraenje (W/m2) A = povrina kolektora (m2)

= vodljivost pokrova = apsorptivnost apsorberaF = faktor prijenosa topline Q k = korisna toplinska snaga (W).

Efikasnost = Korisna toplina / Solarno zraenje

= Q k / (GA) Korisna toplina = Primljena energija - Gubici Q k = FA[G - k(Tu-Tz)] Efikasnost = F[ - k(Tu-Tz)/G] .

.

k = koeficijent ukupnih toplinskih gubitaka (W/m2,K) Tu = ulazna temperatura (K) Tz = vanjska temperatura (K)

SRCC neovisna i neprofitna organizacija za testiranje ( i k) i certificiranje kolektora Institut za termodinamiku i termotehniku (ITV)Sveuilita u Stuttgartu.388


Efikasnost kolektora ovisno o temperaturi... temperaturi...Efikasnost = % iskoritenog solarnog zraenjanajbolji za ~0 do 10 C iznad temp. okoline najbolji za ~10 do 50 C iznad temp. okoline najbolji za vie od 50 C iznad temp. okoline

Tu-Tz G

temperatura iznad ambijentne (C ili K) solarno zraenje (W/m2)389


Solarni sustavi grijanja vodeRelief valve Auxiliary heater

cto r

Co lle

Heat exchanger

Solar Storage tankControl

Load heat exchanger

Control

Check valve

Expansion tank

Pump

Pump390


Procjena isplativosti solarnog sustava grijanja vode 1. Procjeniti dnevne potrebe za toplom vodom 2. Odrediti raspoloivu solarnu snagu 3. Izraunati dimenzije solarnog sustava (zadovoljiti potrebe za najsunanijeg dana, bolje poddimenzionirati) 4. Izraunati godinju utedu u energiji 5. Izraunati godinju utedu u novcu 6. Izraunati cijenu sustava 7. Izraunati omjer utede prema investiciji i jednostavni period povrata Prilika se prua kod: velikih potreba za toplim vodom, visoke cijene konvencionalng izvora energije, stalnih potreba, kada postoji prostor za smjetaj kolektora ili za isticanjeElektrotehniki fakultet Osijek 391

Primjeri isplativih solarnog toplinskih sustava Niske temperature: bazeni, jezera za uzgajalita, predgrijavanje za ventilaciju, pranje auta i sl., otapanje snijega Srednje temperature: stambena i komercijalna topla voda, kafeterije, praonice, zagrijavanje prostora (povrina koja zrai), zatvori, rekreacioni centri, javne ustanove (vrtii i sl.) Visoke temperature: industrijski procesi, proizvodnja el. energije, zagrijavanje vode i prostora


392

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

200 m2 otvorenih kolektora 350 m2 zatvorenog bazena Cijena instalacije = $35,000 Zadovoljava ~50% potreba zagrijavanja bazena Uteda od 880000 MJ/god prirodnog plina (26000 m3) God. uteda $5,400 Instalirano 1980.


393

Primjer: Chickasaw nacionalno izletite, OK Primjer: izletite,Malo odmorite 19 m2 ravnih kolektora spremite od 1900 litara cijena $7,800 proizvodi 9,400 kWh/god. uteda $850 / god. Veliko odmorite 48 m2 ravnih kolektora spremite od 3790 litara cijena $16,100 proizvodi 18,200 kWh/god. uteda $1,790 / god.Elektrotehniki fakultet Osijek 394

Primjer: Building 29, EPA Lab, Edison NJ Primjer:Tri zatvorena sustava kolektora s vakuumskim cijevima i izmenjivaem topline u spremniku za predgrijavanje. Neotrovna otopina propilen glikola kao zatita od smrzavanja. dio F 300 l spremnik za predgrijavanje i 1,9 m2 kolektora. dio B 300 l spremnik za predgrijavanje i 3,7 m2 kolektora dio D 450 l spremnik za predgrijavanje i 8,4 m2 kolektora, mjerena toplina iznosi 52,75 MJ/dan u prosincu, 1998. Ukupna cijena = $26,000, 15 god. povrat


395

Primjer: Phoenix Federal Correctional Institution Primjer:

1550 m2 parabolinih kolektora spremnik 75700 l cijena instalacije $650,000 proizvodi 1,500,000 kWh/god. (87% potreba za toplom vodom). utedi $96,000 godinje uz $0.064/kWh. instalirano 1998, financirano kroz poseban program zatvor plaa tvrtki koja je sustav instalirala 90% cijene energije iz konvencionalnih izvora 10% osigurane utede kroz preko 20 godina


396

3. Solarne toplinske elektrane

Koncentrirana solarna energijaElektrotehniki fakultet Osijek 397

Solarna termalna elektrana izvedba s sredinjim prijemnikom (One pilot izvedba)


398

Solarna termalna elektrana efikasnost

Samo 10 30 % izravnog sunevog zraenja sa pretvara u el. energiju399

Solarne termalne elektrane cijena izvedbe


400

Solarne termalne elektrane cijena el. energije

401

Solarne toplinske elektrane Iskustvo: 354 MW u pogonu uspjeno preko 10 godina Raspoloivost: koritenje spremnika topline ili hibridnih rjeenja Konkurentnost cijene solarne el. energije: $0,10/kWh Brzo rjeenje, investicije industrije: 90 do 100 milijuna USD Lokacije projekata 50 MW Grka, 50 MW panjolska, 100 MW J. Afrika, 178 MW Maroko, 135 MW Indija, 140 MW Meksiko, 140 MW Egipat, 40 MW Italija Kratkoroni ciljevi: 1000 MW na mrei i 0,5 miliona m2 sustava integriranih u zgrade. Raleigh, North Carolina, USAElektrotehniki fakultet Osijek 402

Energetski krov integriran u zgradu

4. Fotonaponske (suneve ili solarne) elije (izravna proizvodnja elektrine energije) Povijest 1890. Henri Becquerel: Fotonaponski efekt Poetak 20. stoljea bio je predmetom mnogih istraivanja (jedina Nobelova nagrada Einsteina - za istraivanje solarne energije). 1954., Bell Telephone: otkrivena PV elija, pri ispitivanju osjetljivosti adekvatno pripremljenog silikonskoga oblata na sunevo svjetlo. Predstavljen prvi fotonaponski lanak koji je generirao upotrebljivu koliinu elektrine energije. Od 1958. ugra ivanje u komercijalne aplikacije (za svemirski program, napajanje SAD satelita). Uspjenost PV u svemiru dovela je do komercijalnih primjena PV tehnologije.Elektrotehniki fakultet Osijek 403

Fotonaponska pretvorba Fotonaponska pretvorba je izravna pretvorba sunevoga svjetla u elektrinu struju preko fotonaponske (PV) elije, za koju je uobiajeni naziv solarna (ili suneva) elija. Fotonaponska elija je poluvodiki element koji se obino pravi od silikonske legure, tj. legure Silicija (ili drugog poluvodia). Sunevo svjetlo se sastoji od fotona (dijelova solarne energije). Fotoni sadravaju razliite koliine energije koje odgovaraju razliitim duljinama valova solarnoga spektra. Kada fotoni pogode fotonaponsku eliju, oni se mogu reflektirati od nje, proi direktno kroz nju ili biti apsorbirani (upijeni). Samo apsorbirani fotoni daju energiju za proizvodnju elektrine struje.


404

Kada poluvodi apsorbira dovoljno sunevog svjetla (energije), elektroni se istiskuju iz atoma materijala. Specijalna obrada povrine mat.: prednja povrina elije prijemljiva za slobodne elektrone, elektroni se prirodno sele na povrinu. Elektroni naputaju njihovu poziciju, oblikuju se rupe. Elektrona (neg. naboji) putuju prema prednjoj povrini elije: neravnotea naboja izme u elijine prednje i stranje povrine - naponski potencijal. Poput baterije povrine se spoje izvana i potee struja.Elektrotehniki fakultet Osijek 405

Spektralna distribucija solarnog zraenja i spektralni odziv solarne elijeULTRA-LJUBIASTO VIDLJIVO PODRUJE INFRACRVENO

Valna duljina mElektrotehniki fakultet Osijek 406

Odziv solarne elije (proizv. jed.)

Solarno zraenje W/m2,m

Fotonaponski sustav (elija, modul i niz) Fotonaponska elija je temeljni gradivni blok fotonaponskog (PV) sustava. Individualne elije variraju od oko 1 - 10 cm (0.5 - 4). Jedna elija proizvodi samo 1 ili 2 W, premalo za veinu primjena: elektrino se povezuju u modul zatien od atmosferskih utjecaja. Moduli se mogu dalje povezati da bi oblikovali niz. Niz: cjelokupno proizvodno postrojenje, sastavljeno od jednog do nekoliko tisua modula (ovisi o potrebnoj izlaznoj snazi) Osnovne prednosti 1. Fotonaponska pretvorba je izravna - veliki mehaniki sustavi generatora nisu potrebni. 2. Modularna karakteristika mogue brzo i u doputenim veliinama instaliranje nizova (mogue postupno poveanje snage). 3. Koritenje i odravanje jednostavno - solarne elije nemaju pokretnih dijelova, nije potrebna koncentracija zraenja, solarne elije iskoritavaju i izravno i raspreno zraenje Sunca.Elektrotehniki fakultet Osijek 407

Tehnoloki pravci 1. Monokristalni (i polikristalni) Silicij Povrina ovisi o povrini presjeka monokristala od kojeg se proizvode i iznosi 5 do 10 cm, debljina im je od 0.2 do 0.3 mm. Elektromotorna im je sila 0.55 do 0.70 V, stvarna efikasnost 10 do 13.5 %, a teorijska efikasnost 16 do 25 %. Visoka proizvodna cijena (kompliciran tehnoloki postupak) solarnih elija od monokristalnog silicija jedina je njihova mana. Poseban problem predstavlja vijek trajanja solarnih elija koje su izloene atmosferskim utjecajima (kia, snijeg, tua). Tehnologija je te proizvodnje me utim znatno napredovala, pa je i proizvodna cijena uvelike sniena.


408

2. Tanki filmovi Radi smanjenja cijene razvija se tehnologija tankog filma (npr. amorfni Silicij, CIS, CTS spojevi). Prihvatljivija cijena, ali i nii stupanj djelovanja. 3. Galij- arsenid (i Kadmij-Telurid) elije od galij-arsenida prave se u obliku tankog filma od jedne (GaAs ) ili dviju komponenata ( GaAs + Cu2S ). Takva bi elija prema teorijskim predvi anjima trebala biti vrlo efikasna. Njezina elektronika svojstva ukazuju na teorijsku efikasnost od 25 do 40 %. Ostvarena efikasnost iznosi 11 do 13 %. Problem: visoka cijena. 4. Novi koncepti nia cijena/vea efikasnost Dye (obojane) i organske elije nia cijena, mala efikasnost Istraivanja, npr. vrui elektroni, nanostrukture, kvantni izvori, dvosmjerne pretvorbe i sl. s ciljem poveanja efikasnosti na 30 do 60 %.Elektrotehniki fakultet Osijek 409

Teorijski i praktini stupanj djelovanjaMaterijal monokristalni Silicij (Si) polikristalni Silicij (p-Si) amorfni Silicij (a-Si) Galij-Arsenid (GaAs) Kadmij-Telurid (CdTe) Istraivanja30

ideal33% 33% 33% 33% 33%

t22% 17,8% 11,5% 28% 15% 35%

p15% 13% 7,5% 17% -

St. djelovanja %

25 20 15 10 5 0 monokr. Si polikr. Si amorfni Si

Komercijalne Istraivanje

CIS tanki film

CdTe tanki film410


Materijali za puni spektar Efikasne fotonaponske elije koriste viestruke poluvodie s fiksnim energetskim upljinama (npr. elija s trostrukim spojem GaInP/GaAs/Ge) kako bi se obuhvatilo to vei dio solarnog spektra (prikazan lijevo) Takve fotonaponske elije s vietrukim spojevima mogu imati stupanj djelovanja i do 50%.Savreno poklapanje podruja pokrivanja In1-xGaxN i solarnog spektraIstraivanja na intitutu LBLN s materijalima izra enima na Cornell University SAD i u Japanu, pokazuju da izravna energetska upljina materijala In1-xGaxN pokriva energiju od 0.7 do 3.4 eV (crvene oznake) solarnog spektra, a ne 2.0 do 3.4 eV kako je navedeno u lit. (plave oznake).

Energija (eV)

Energija (eV)

GaInP GaAs

Ge

Solarni tok (1021 fotona/s/m2/mm)

Sadraj Ga u In1-x GaxN leguri

411

PV tehnologije cijena i efikasnost


412

Uporaba 1. Samostalni izvor energije (off-grid): Sateliti (u svemiru snaga suneva zraenja i dobivena energija puno vea jer nema apsorbcije kroz atmosferu), Zemaljska primjena: a) industrija: za potrebe tehnolokih procesa b) ostali potroai: cestovni znakovi, kalkulatori, runi satovi, i sl. c) elektrifikacija ruralnih podruja 2. Dodatni izvor energije na mrei (on-grid) Poput baterija: istosmjerna struja za mala napajanja, npr. opreme). Prikljuene na elektrinu mreu: za sada neisplativo!!! Zahvaljujui sustavima poticaja primjena na mrei ini daleko najvei dio instaliranih kapaciteta (2002.: 320 MW ili 71%) na PV tritu i biljei konstatan rast!Elektrotehniki fakultet Osijek 413

Elektrifikacija ruralnih podruja

Pokazatelji: cijena na sat i cijena po litri vode


414

Primjena na mrei

Pokazatelji: estetika, cijena po povrini i cijena po energiji

Njemaki parlament415


Usporedba primjene na postojeoj mrei i pri elektrifikaciji


416

Primjena na mrei integracija u zgradi

Doxford Int. PLC ured: Prva komercijalna zgrada s integririranim PV u zgradu

Podudarnost PV proizvodnje i potronje u poslovnoj zgradi417

Primjena na mrei - noviji projekt


418

Konstantan porast PV Trite

Neisplativost primjene na mrei

419

PV trite - stanje u EU U Europskoj Uniji trenutno je 40% godinji rast instalirane snage fotonaponskih elija. To se naizgled ini kao velik rast, ali u biti radi se o vrlo malim koliinama, pa rast od 40% ne utjee posebno na ukupnu zastupljenost takvih izvora energije. U 2000. godini u Europskoj Uniji bilo je instalirano 183.5 MWp, a to je 43.6% poveanja u odnosu na 1999. I u tom podruju Njemaka je sa 113.8 MWp (ukljuujui 100 MWp prikljuenih na elektrinu mreu) vodea drava u Europi. (Japan u svijetu). Razlog: njemaki zakon o obnovljivim izv. en.: otkupna cijena energije iz PV je 0.5 po kWh za prvih 350 MWp. Poticaj presudan!!! Plan EU: 3000 MWp do 2010. realno: 1780 MWp.Elektrotehniki fakultet Osijek 420

Njemaka primjer poleta trita: 1999. program 100.000 krovova i 2000. poticaj (feed-in law)


421

Konkurentnost proizvodnje el. energije iz fotonaponskih elija - povijest od 1990., stanje 2000. i predvi anja do 2040.

Fotonaponkse elije Konv.: vrna snaga Konv: temeljna snaga

Ipak i u ovom trenutku mogua isplativost primjene u nekim sluajevima, npr. u kombinaciji s dizelskim agregatom ili baterijom za potrebe priuvnog napajanjaElektrotehniki fakultet Osijek 422

Marginalni trokovi proizvodnje el. energije - satno i sezonski

Zima

Ljeto

Primjer: Australija


423

Ovisnost cijene modula o proizvedenoj energiji - povijest i oekivanja


424

Najvei svjetski proizvo ai PV tehnologije stanje 1999.

16% 35% 15%

6% 13%

BP Solarex Kyocera Sharp Siemens Solar Sanyo Ostali

15%

Izvor: PV newsElektrotehniki fakultet Osijek 425

PV trite u svijetu prognoza porasta Trenutno instalirano oko 600 MWp Oekivani porast: do 2010. 30% godinje, potom do 2030. 25% godinje Oekivano 2030. 300 GWp Industrija 70 GWp , Potr. 20 GWp , Elektrifik. 60 GWp , Na mrei: 150 GWp Oekivana ulaganja do 2030. 200 milijardi eura!


426

Proizvodnja elektrine energije iz PV prognoza do 2030.


427

Fotonaponske elije i ekologija Iako je kod eko-vjernika koritenje Suneve energija putem fotonaponske pretvorbe najpopularniji nekonvencionalni izvor, fotonaponske elije su osobito problematine za okolinu: 1. Poluvodii od kojih su izra ene sadre teke metale (napr. GaAs) pa se tretiraju kao specijalni otpad kod odstranjivanja 2. Pri izradi dijelova koriste za okolinu vrlo neugodne kiseline 3. Tijekom koritenja sunanih elija je dolazilo do poara, koji su prouzrokovali irenje toksinih sastojaka S druge strane (osim mogunosti poara) u pogonu su fotonaponski sustavi pouzdani, ne zahtjevaju vodu za hla enje sustava i ne postoji emisija tetnih plinova. Osnovni nedostatak vee primjene ostaje visoka cijena, za koju se oekuje da e postati prihvatljiva s razvojem tehnologije.Elektrotehniki fakultet Osijek 428

Vizija svjetske FV mree


429

Suneva energija u RH Prirodni potencijal Kopnena povrina RH 56538 km2 ,uz pretpostavku o intenzitetu sunevog zraenja od 3,6 kWh/m2 na dan (oko 13MJ/dan) Godinji prirodni potencijal 250 EJ (700 puta vie od ukupne potronje u HR 2001.: 370 PJ) Tehniki potencijal Povrina od oko 33 km2 dovoljna za finalnu potronju vrue vode, pare i el. energije. 3% povrine na raspolaganju (1700 km2): 2% prekriti termikim pretvornicima s prosjenom godinjom efikasnou od 40%, 1% prekriti fotonaponskim pretvornicima s prosjenom efikasnou od 10% Godinji tehniki potencijal 2,8 EJ (7,5 puta vie od ukupna potronja u HR 2001., 370 PJ)430


Gospodarski potencijalIndustrija Potencijal [PJ]#

Kuanstva 4,6

Usluge 1,6

Poljoprivreda* 13,0

Ukupno 30,7

11,5

podaci samo za primorske upanije, # ne ukljuuje visokotemp. primjene u termalnim i fotonaponskim elektranama, iji se potencijal procjenjuje ukupno na skoro 50 PJ, * podaci za poljoprivredu odnose se na cijelu RH Ekonomski potencijal Potencijal niskotemp. potronje suneve energije priobalnih upanija:Industrija Potencijal [TJ] 91 Kuanstva 888 Usluge 386 Poljoprivreda* 55 Ukupno 1420

Potencijal solarne arhitekture priobalnih upanija:Individualno Potencijal [TJ] 70 Stanogradnja 70 Hoteli 175 Turistika naselja 35 Ukupno 350


431

Potencijal suneve energije u sedam primorskih upanija mnogostruko vei od ukup. energetske potronje topline i el. energije. Dinamika iskoritavanja tog potencijala u funkciji ekonomskih prilika i strategije, financijske atraktivnosti te dinamike razvoja tehnologije koritenja suneve energije. Trenutni planovi i programi (2000.) imaju za cilj prvo razvijati koritenje suneve energije za pripremu potrone tople vode. Tek u drugoj fazi, iza 2010. godine, znatnije bi se poveavao udio suneve energije u potronji za grijanje i hla enje. Za drugi dio programa oslanja se na koritenje hibridnih toplana Sunce - ukapljeni naftni plin (UNP), te Sunce prirodni plin, gdje se oekuje ekonomini udio suneve energije do 50%. Znaajan poetak koritenja fotonaponskih elektrana u EES-u ne oekuje se prije 2005, kada bi cijena takve el. en. mogla pasti tri ili vie puta prema dananjoj (ni danas se ne koriste!!!). Izuzetak su posebne instalacije na otocima i sl. u smislu samostojnih sustava. Snaga iznosi od 100 1000 kWp.Elektrotehniki fakultet Osijek 432

3.5. Energija vjetra


433

Postanak Vjetar je posljedica djelovanja Sunca (oko 50%-tna konvertirana Suneva energija) ist izvor energije ne proizvodi CO2, ne zaga uje, brzo isplativa investicija, tete (ptice, okolina) male i mogu se kontrolirati. Vjetar - masa zraka u pokretu, uzrokuje ga razlika tlakova (rezultat razlike temperatura). Pri tome gibanje zraka moe biti vertikalno i horizontalno. Na vjetar utjee rotacija Zemlje i konfiguracija tla. Energija vjetra je kinetika energija (ovisi o kvadratu brzine vjetra): W = 1/2mv2 Brzina vjetra se vrlo brzo poveava s visinom iznad tla omjer brzina se priblino rauna kao peti korijen omjera visina iznad tla.Elektrotehniki fakultet Osijek 434

Varijabilnost brzine vjetra u vremenu dnevno (esto uzrokovano temp.): more padine planina turbulencije, od tla, prepreka olujnih fronti veliki vremenski susavi visoki/niski tlani sustavi sezonske varijacije

doprinos varijabilnosti

spektralni prekid sat minuta sekunda435

god.

mjesec

dan


Mjerenja maksimalne dnevne brzine vjetra u godini


436

Kako dobiti statistiku vjetra za lokaciju?problem: rjeenje: koreliranje (tlo, prepreke)

podaci s ostalih lokacija

ostale lokacije ne odgovaraju

Korelacioni atlas vjetra

dva putakratko vrijeme mjerenja koreliranje s drugim lokacijama gdje je due mjereno

lokalna mjerenja

Predvi anje koreliranjem mjerenja


437

Mjerenje i vizualizacija

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


438

Primjer: Europski atlas vjetra

439

Maksimalna teorijska energija vjetra:

W=

1 2 1 1 mv = Vv 2 = Av 3 2 2 2

Ovisi o brzini vjetra na treu potenciju!!!

Gdje je: - gustoa zraka (priblino 1,25 kg/m3) A - povrina rotora vjetroelektrane (volumen V = Av) v brzina vjetra

W = 0,625 A v 3Zrak mora strujati i nakon turbine da napravi mjesta zraku koji nadolazi, pa je mogue iskoristiti samo energiju koja je proporcionalna razlici brzina vjetra na treu:

W = 0,625 A (v1 v2 )3Elektrotehniki fakultet Osijek 440

Maksimalna energija vjetroturbine: Maksimalna energija koja se moe dobiti zranom turbinom je 16/25 (0.59259) maksimalne teorijske energije vjetra (konstrukcijski razlozi). Maksimalni stupanj djelovanja zrane turbine je 0.65, a stupanj djelovanja generatora 0.8, pa za maks. energiju vjetroelektrane vrijedi:

W = 16 / 25 0,65 0,8 0,625 A v 3 W = 0,193 A v 3Iskoristi se samo 31% (0,193/0,625) kinetike energije vjetra za proizvodnju elektrine energije u vjetroelektranama. esto se za proraun energije umjesto povrine uvrtava promjer (D) turbine:

W = 0,152 D 2 v 3 10 3Elektrotehniki fakultet Osijek 441

Dijagram snage u ovisnosti o brzini vjetra Energija vjetra po jedinici povrine (J/m2) je proporcionalna: gustoi zraka (za koje se moe uzeti da je priblino konst.) treoj potenciji brzine vjetra Ipak, dobivena energija, a time i snaga iz vjetroelektrane ovisi i ograniena je slijedeim imbenicima:El. snaga

3

2 1

1. 2. 3. 4.

startna brzina promjena stupnja djelovanja maksimalna snaga generatora maksimalna brzina

4Brzina vjetraElektrotehniki fakultet Osijek 442

Stupanj djelovanja vjetroagregata

443

Procjena proizvodnje energijeSnaga (kW) Doprinos godinjoj proizvodnji el. energije (kWh)

Sati/god.

x

Brzina vjetra (m/s)

=Razdioba vjerojatnosti Brzina vjetra (m/s) Ukupna povrina = Godinja proizvodnja (kWh/god)444

Brzina vjetra (m/s)Elektrotehniki fakultet Osijek

Energija vjetra - potencijalEuropa kopno puina potronja (1) TWh/god 500 2000 3000

Svijet potencijal (2) 1) Trenutno priblino 2) Samo kopno! potronja (1)

TWh/god 25.000 20.000


445

Tehnologija - osnovni tipovi Male 1 ~ 30 kW Srednje i velike 30 ~ 1500 kW Puina > 1500 kW

Daleka izolirana mjesta. Raznolikost rjeenja.

Na mrei: samostalne ili u grupi. Na puini (stotine MW). Razvija se. Od 650 kW posve komercijalne i velikih serija.446


Tehnologija - osnovne komponente Lopatice rotora pozicioniranje prijenos generator kontrola

kuite

toranj temelji


447

Tehnologija - Princip rada vjetroturbine

Dotok vjetra

Dotok vjetra pokree rotor (A) i lopatice (B)

Rotor i lopatice okreu osovinu (C) i prijenos (D) koji okree generator (G)


448

Vjetroparkovi

Dobro mjesto

Loe mjesto

Prepreke - loe

449Tok vjetra postavljanje vjetroturbina

Karakteristini trokovi instalacije (kapitalne investicije) Male vjetroelektrane (< 30 kW): 1500 do 3000 /kW Srednje i velike vjetroelektrane (30 - 1500 kW): 700 do 1100 /kW Puina: oko 1500 /kW (ogromna cijena temelja tei se veim VE i veim vjetroparkovima) [%] 80 70 60 50 40 30 20 10 0

Postotni udio pojedinih dijelova VE u ukupnim investicijama

kopnoVT temelj

puinaelektro infrastr. razno450


Cijena proizvodnje elektrine energije - ovisnost o brzini vjetra

3000 2500 2000 1500 1000 Godinja energija Godi nja 2) (kWh/m 500 0 5 6 7 8 9

0,10 0,08 0,06 0,04 0,02 0

Cijena energije ( /kWh) /kWh)

10 Brzina vjetra, m/s451


Cijena proizvodnje - ovisnosti o veliini VE, razvojCijena ($/kWh) $0.14 Snaga (kW)

$0.12 $0.10

Cijena el. en.

3,000 2,500 2,000

$0.08 1,500 $0.06 1,000 $0.04 500 $0.02 $0.00 1985 1990 1995 2000 2005 2010

Velike VE0

Trka za velike jedinice izazov industrije452

Cijena proizvodnje elektrine energije ovisnost o brzini vjetra i izlaznoj snazi na primjeru Cijena el.en. po kWh

Cijena el.en. po kWh

Primjer: Vjetropark inst. snage 51 MW. Prosjena brzina vjetra 8 m/s.

Brzina vjetra

Izlazna snaga453

Trite energije vjetra u Europi (2002) EU najvee i najdinaminije trite energije vjetra U 2002. instalirano dodatnih 5.871 MW u VE, vrijedno 5,8 milijardi , porast od 33% na ukupno 23.056 MW (prosjeni porast 35% od 1997) EU 75 % svjetskih kapaciteta, SAD 15 %, ostatak svijeta 10% Njemaka, panjolska i Danska: 89% instaliranih kapaciteta EU i to: Njemaka: 12.001 MW (pokriva 4.7% potronje el. energije) panjolska: 4.830 MW (2002. novih 1.493 MW) Danska: 2.880 MW (2002. novih 497 MW, 20% potronje el. energije) U ostalim podrujima svijeta razvoj spor


454

MW

Ukupna proizvodnja el. en. iz VE, po regijama

Ukupni instalirani kapaciteti VE Dodatno u godini Svjetsko trite VE - porast455

Trite energije vjetra u SAD-u Trenutno manje od 1% u ukupnoj proizvodnji el.energije, potencijal do 2020. do 6%


456

Vjetroelektrane (VE) - pristup i rad na mrei Vjetra u blizini prenosne mree je znaajno manje od vjetra koji je vie od 30 km udaljen od mree. Ogranienja u kapacitetu mogu zahtjevati izgradnju duih vodova to poveava trokove. Problem vika vjetra (pri radu na mrei): Odbacivanje energije iz vjetroelektrana za snagu koja prelazi optereenje minus baznu proizvodnju. Provodi se na razini regionalne interkonekcije. Promjenjivo za svaki period.3000 2500 2000 MW 1500 1000 500 0 0 2000 4000 Sati 6000 8000 10000Bazna proizvodnja Korisni vjetar

Krivulja trajanja optereenja

1000 MW nazivno vjetra 36% faktor snage

Viak vjetra


457

Vjetroelektrane (VE) problemi u radu na mrei Velika varijabilnost i slaba predvidljivost brzine vjetra ogranienja pri integraciji u mreu. Velika varijabilnost moe se smanjiti instaliranjem VE na irokom podruju. Slaba predvidljivost koritenjem poboljanih metoda predvi anja vremena (vjetra). Mogua i bolja regulacija uporabom VE s kontrolom nagiba lopatica i varijabilnom brzinom, ipak... VE mogu smanjiti potronju goriva u TE, ali ne mogu smanjiti njihovu izgradnju jer ne mogu jamiti proizvodnju elektrine energije u kritinim razdobljima problemi s frekvencijom, smetnje i nestabilnost. Mogua uporaba kao vrnog izvora energije.


458

Proizvo ai tehnologije VE Za 10 godina godinja prodaja porasla 20 puta, trenutna razina oko 4000 MW/god., vrijedno 4 milijarde /god. Oekivani porast oko 20 %. Sredina 80-ih: veliki broj dobavljaa, od poetnika do avio industrije. Trenutno: malo, ali vrlo specijaliziranih dobavljaa.

others7,8% 8,6% 13,3% 19,4%

Podjela trita 1999.9,2% 12,5% 12,6%459

16,6%

VE i poticaji Ekoloki vrlo prihvatljiv izvor (vaan u redukciji emisije CO2), konkurentan u pogonu, jo u razvoju, manji broj velikih privatnih kompanija (EU i SAD) Zbog konkurencije ostalih izvora bri razvoj jako ovisan o dravnim poticajima.ulaganja posebna cijena kWh

istraivanje i razvoj

ulaganje

iskoritavanje

zeleni certifikati

Subvencije

porezne olakice na ulaganja

bez eko-poreza na zelenu energiju


460

Potencijalne zapreke razvoju Politika obnovljivih izvora Isplativost projekata Veza na mreu Javnost / dozvole Pouzdanost / raspoloivost Prognoze Logistika Logistika Financiranje / osiguranje Financiranje Sloeno ali uz organiziranost izvodljivoElektrotehniki fakultet Osijek 461

Energija vjetra u HR Analizom potencijala energije vjetra izdvojeno je 29 povoljnih makrolokacija: 19 na otocima i poluotoku Peljecu, 10 u priobalju Ukupna potencijalna godinja proizvodnja el. energije putem VE na ovim lokacijama procjenjuje se u rasponu od 0,375 do 0,80 TWh godinje (ovisno o nazivnim snagama instaliranih jedinica: 250, 500 i 750 kW) Rauna se da je mogu udio vjetroelektrana u sustavu opskrbe vode na otocima snagom od 20 do 40 MW. Dodatno, potencijal na morskoj povrini procijenjen je u rasponu od 170 do 250 GWh na godinu (ovisno o nazivnim snagama instaliranih jedinica: 750 i 1000 kW). Iskoritavanje energije vjetra na moru ima najmanji prioritet!Elektrotehniki fakultet Osijek 462

Izabrane makrolokacije za vjetroelektrane u HRElektrotehniki fakultet Osijek 463

Makrolokacija Kostanje


464



465


466

Rue vjetrova na nekoliko makrolokacija467

Makrolokacija StupieElektrotehniki fakultet Osijek 468

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

469

Vjetroelektrana Ravne na otoku Pagu

470

Vjetroelektrana Rudine (analiza zona vizualnog utjecaja)

471

obnovljivi izvori

Documents