obnovljivi izvori energije

PRIRUČNIK

O OBNOVLJIVIM IZVORIMA ENERGIJE

Handbook

2

O PROJEKTU

Trening priručnik je izraĎen od strane članova partnerstva u okviru SEE projekta "Energijska efikasnost i obnovljivi izvori – potpora kreiranju politike na lokalnoj razini za energiju" (Ener supply), sufinanciran od strane Europske unije kroz Transnacionalni program za jugoistočnu Europu. Projekat je usmjeren na jačanje institucionalnog kapaciteta lokalnih i regionalnih vlasti u smislu planiranja i upravljanja politike i djelovanja u području odrţive energije. Kroz projekt provedeno je 11 kurseva u jedanaest zemalja na području jugoistočne Europe. U cijelosti 83 lokalne institucije i više od 200 njihovih zaposlenika i stručnjaka iz različitih područja su sudjelovali na treninzima.

Priručnik za osposobljavanje je sam po sebi završni alat i temelji se na iskustvu ovih kurseva. Razvijen od strane tima stručnjaka i prevedena na sve jezike.

Za više informacija o projektu pozvani ste da posjetite web stranicu projekta: www.ener-supply.eu gdje moţete naći i link za e-learning platforme.

Autori

BIOMASA

Prof. Giovanni Riva

Redovni je profesor na Univerzitetu Marche (UNIVPM) sa znanstvenim istraţivanjima u metodama, tehnologijama za proizvodnju energije i uštedu pomoću biomase. U nacionalnom i meĎunarodnom kontekstu kao i istočnoj Europi, Aziji, Africi i Juţnoj Americi (FAO je okvir i EU projekti) realizirao je inovativna postrojenja i sustave za prikupljanje podataka.

Prof. Ester Foppapedretti

Redovni je profesor na Univerzitetu Marche (UNIVPM) sa znanstvenim interesom u području mehaničkih i poljoprivrednih strojeva, energije i skladištenje bio-proizvoda. Glavni istraţivačka područja su: Studija poljoprivredne mehanizacije; Analiza sposobnosti strojeva; Tehnologije za pojedine izvore energije; Studija upravljanja organskim otpadom.

Dr.sc. Carla de Carolis

Naučni istraţivač na UNIVPM sa znanstvenim interesom u LCA, teritorijalnom planiranju i analizama biomase. Studirala je kroz istraţivanje u UE programu - Marie Curie stipendija s IFRF - International Flame Research Foundation, (NI). Od 2007, radi istraţivačke aktivnosti u području energije kroz UE-projekte u IEE i INTERREG programima.

HIDROENERGIJA

Eleftherios Giakoumelos

Inţenjer fizike, diplomirao na Univerzitetu u Patrasu. Posljednjih 15 godina radio za CRES. Tijekom prvih 8 godina, radio je u Odjelu za financijske usluge i kao glavne djelatnosti su mu bile financijsko praćenje, kontrola i administrativna potpora istraţivačkim programima. U posljednjih 7 godina je član Odjela za izobrazbu i provodi programe obuke, izvodi studije i analize potreba trţišta.

Handbook

3

ENERGIJA VJETRA

Dr.sc. Charalambos Malamatenios

Inţenjer fizike, diplomirao na Sveučilištu u Patrasu. Posljednjih 10 godina radio za CRES. Tijekom prvih 8 godina, radio je u Odjelu za financijske usluge s glavnim zadacima u financijskom praćenju, kontroli i administrativnoj potpori za istraţivačke programe. U zadnjih 5 godina je član Odjela za obrazovanje i provodi programe obuke, izvodi studije i analize potreba trţišta.

GEOTERMALNA ENERGIJA

Prof. Patrizio Signanini

Diplomirao je geološke nauke 1971.g. na Sveučilištu u Trstu, specijalizirao primijenjenu geofiziku za hidrogeologiju. Konzultantske poslove je radio u Italiji i u inostranstvu. Bio je univerzitetski profesor zaduţen za primijenjenu geofiziku na Univerzitetu u Camerinu i Univerzitetu u Anconi. Od 2001.g. je voditelj naučnim istraţivanja za Lotti Associati SpA o spremniku vode u suptropskom području. Autor je oko 50 naučnih radova.

Giancarlo Crema

Diplomirao je geološke nauke 1963.g. i kemiju 1968.g. na Univerzitetu u Torinu. Bio je analitičar i istraţivač stijena, vode i tla na Univerzitetu u Torinu i radio je kao nadzorni inţenjer i voditelj mnogih istraţivačkih radova u Italiji. Bio je univerzitetski profesor na Odsjeku hidrogeologije na Univerzitetu u Camerinu. Od 1994.g. je profesor primijenjene hidrogeologije i hidrogeologije okoliša na Univerzitetu u Chietiju-Pescara. Autor je oko 50 naučnih radova.

Micaela Di Fazio

Diplomirala je geološke nauke na Univerzitetu "UNIROMA 3" u Rim je i geološke nauke (poslijediplomski specijalistički studij) 2009.g. na Sveučilištu "G. D'Annunzio "u Chietiju - Pescara. Na doktorskom je studiju na Sveučilištu "G. D'Annunzio "u Chieti - Pescara od 2010.g. SuraĎuje s Institutom za Napredne biomedicinske tehnologije (ITAB) i Drţavnom upravom šumarstva na provoĎenju termografskih istraţivanja tla i kontaminiranih mjesta (odlagališta) .

FINANCIJSKA EVALUACIJA

Prof. Jozef Gajdoš

Diplomirao je na Ekonomskom univezitetu, Fakultetu poslovne administracije. Ima 24 godine iskustva u logistici, upravljanju projektima, ekonomskim i financijskim analizama. SuraĎivao je, od 1990 na Ekonomskom univerzitetu u Bratislavi (Slovačka), Fakultetu poslovne administracije u Košicama, kao docent sa specijalizacijom u logistici. Autor je oko 30 naučnih radova.

Prof. Rastislav Ruĉinský

Diplomirao je na Ekonomskom univezitetu, Fakultetu poslovne administracije. Ima 9 godina iskustva u upravljanju projektima i ekonomske i financijske analize. Prodekan je za razvoj, informatizaciju i odnose s javnošću i docent na Fakultetu poslovnog upravljanja u Kosice, Ekonomskom univezitetu u Bratislavi (Slovačka). Završio je doktorski studij 2004.g. na istom univezitetu. Specijalizirao je upravljanje projektima i financije. Autor je oko 30 naučnih radova

Handbook

4

ZAHVALE

Projektu ENER-SUPPLY dat je velikodušan doprinos, vrijeme i znanje pojedinaca iz šireg projektnog tima, kako bi se ovaj zadatak uspješno realizirao. To su prof Kneţević, dr. Maša Bukurov, Margareta Zidar, inţ. Patrizia Carlucci i dr.sc. Jana Nascakova.

Koordinacija i planiranje aktivnosti tijekom izrade priručnika i sve aktivnosti obuke proveli su Marco Caponigro i Azrudin Husika.

Još jedna skupina osoba zasluţuje posebnu pohvalu. Djelatnici lokalnih i regionalnih vlasti koje su sudjelovale na kursevima u svim zemljama jugoistočne Europe tijekom projekta ENER-SUPPLY, zahvaljujući njihovom sudjelovanju, komentarima i primjedbama bilo je moguće pregledati i prilagoditi sve materijale. Zajedničko tehnički sekretarijat programa Jugoistočna Europa (JTS SEE) je prepoznalo potencijalnu vrijednost ovog projekta i otvorili vrata za raspravu.

Tragično, Ilian Katesky je preminuo u novembru 2011.g. Njegova podrška tokom mog boravka u Bugarskoj, njegov smisao za humor i osjećaj za ugodan ţivot nedostajat će mnogim prijateljima i kolegama.

Marco Caponigro

Napomena

Autori preuzmaju punu odgovornost za informacije i mišljenja iznesena u ovom priručniku. Ti stavovi ne predstavljaju poglede ili stavove Europske komisije, su-financijera ovog projekta. Značaj ovog rada bit će ocijenjen i od drugih korisnika, a sve pogreške i propusti su potpunosti na autorima.

Handbook

5

UVOD

Povećanje emisija stakleničkih plinova pokazuje veliku prijetnju klimatskim promjenama, s potencijalno katastrofalnim posljedicama za ljude. Korištenje obnovljivih izvora energije (OIE), zajedno s poboljšanjem energijske efikasnosti u neposrednoj upotrebi (EE) moţe doprinijeti smanjenju potrošnje primarne energije, ublaţavanju emisija stakleničkih plinova, i tako spriječiti opasne klimatske promjene.

Neiskorišten potencijal biomase, Sunčeve, hidroenergije, energije vjetra i geotermalne energije je još uvijek visok. MeĎutim, u posljednjih nekoliko godina zbog značajnog javnih poticaja u obliku feed-in-tarifa, u mnogim europskim zemljama razvoj ovog sektora je postupno povećan.

EU donijela svoju strategiju u borbi protiv klimatskih promjena kroz Plan odrţivog razvoja Europe 2020.g. u kojoj su postavljeni ambiciozni ciljevi u pogledu energije (tzv. 20-20-20). Smjer prema smanjenja emisija CO2 zahtijeva da javni sektor prepozna i podupre ekonomske mogućnosti. Osobito lokalna uprava moţe igrati stratešku ulogu kao upravitelj aktivnostima i konačni provoditelj javnih politika. Stoga u području odrţive energije, neophodno je ojačati kapacitete javnog sektora kroz osnaţivanje vlastite radne snage.

To je ključni cilj priručnika, ojačati dio vještina i kompetencija u području planiranja i upravljanja obnovljivih izvora energije. Udţbenik se u velikoj mjeri oslanja na različite metodologije, organiziran je u četiri dijela, po jedan za svaki obnovljivi izvor energije:

(1) biomasa, (2) geotermala energija, (3) hidroenergija, (4) energija vjetra.

Cilj priručnika je prikazati dobar pregled obnovljivih izvora energije, glavni tehnološki razvoj i studije slučaja, zajedno s primjerima korištenja izvora. Tekst nastoji - ako postoji - i da se usredotoči na planiranje mogućih koncepata, kako postaviti kartu za identifikaciju i pruţiti prvu dimenziju potencijala svakog izvora i kako provesti studiju izvodljivosti. Podaci se oslanjaju na relevantnim meĎunarodnim izvorima znanja. Publikacija sadrţi na kraju kratki prilog o financijskoj procjeni, korisnoj za onima koji nisu upoznati s takvom vrstom analize.

Ţelja nam je da ovaj rad pridonese prevladavanju postojećih barijera u razvoju obnovljivih izvora energije.

Marco Caponigro Azrudin Husika

Handbook

6

SADRŢAJ

BIOMASA

1. UVOD ..................................................................................................................................................................... 11

2. BIOMASA I ODRŢIVOST ....................................................................................................................................... 11

2.1 DEFINICIJA BIOMASE ................................................................................................................................................ 11

2.2 BIOMASA I ODRŢIVOST .............................................................................................................................................. 11

2.3 EU SHEMA ODRŢIVOSTI ZA BIOGORIVA ....................................................................................................................... 13

3. BIOMASA ............................................................................................................................................................... 14

3.1 VRSTE BIOMASE ...................................................................................................................................................... 14

3.1.1 Biomasa iz energijskih zasada ....................................................................................................................... 14

3.1.2 Biomasa iz ostataka i otpada .......................................................................................................................... 17

4. ANALIZA I PROCJENA PROIZVODNJE BIOMASE ............................................................................................. 20

4.1 KLASIFIKACIJA BIOMASE .......................................................................................................................................... 20

4.2 PROCJENA POTENCIJALA BIOMASE ............................................................................................................................ 21

4.3 IZRAĈUNAVANJE POTENCIJALNE BIOMASE .................................................................................................................. 22

4.3.1 Potencijal biomase iz energijskih usjeva ...................................................................................................... 22

4.3.2 Potencijal biomase od ostataka i otpada ....................................................................................................... 26

4.4 IZRAĈUNAVANJE RASPOLOŢIVE BIOMASE.................................................................................................................... 31

5. PRETVARANJE BIOMASE U ENERGIJU: PREGLED TEHNOLOGIJA ............................................................. 31

5.1 INTEGRACIJA TEHNOLOGIJA: OPŠTI ASPEKTI ............................................................................................................... 33

6. ZAKLJUĈAK .......................................................................................................................................................... 34

HIDROENERGIJA

1. UVOD ..................................................................................................................................................................... 37

1.1 OSNOVNE DEFINICIJE I PROCESI................................................................................................................................. 37

1.2 PREDNOSTI MALE HIDROELEKTRANE ........................................................................................................................... 38

2. OSNOVE HIDROENERGIJE ................................................................................................................................... 38

2.2 SNAGA I ENERGIJA .................................................................................................................................................... 39

2.3 GLAVNI ELEMENTI MALOG HIDROENERGETSKOG SASTAVA ............................................................................................ 40

3. TEHNOLOGIJA ....................................................................................................................................................... 41

Handbook

7

3.1 PREGLED ................................................................................................................................................................. 41

3.2 TIPOVI TURBINA POGODNIH ZA MHE ........................................................................................................................... 41

3.3 KRITERIJI ZA ODABIR TURBINE ................................................................................................................................... 44

3.4 EFIKASNOST TURBINE .............................................................................................................................................. 45

3.5 KONTROLA .............................................................................................................................................................. 46

3.6 ODVAJANJE NEĈISTOĆA ............................................................................................................................................ 46

4. PROCJENA RESURSA .......................................................................................................................................... 48

4.1 UVOD ...................................................................................................................................................................... 48

4.2 NACIONALNI I REGIONALNI NIVOI ................................................................................................................................ 49

4.3 PROCJENA RESURSA NA LOKALNOM NIVOU (SPECIFIĈNA ZA LOKACIJU) .......................................................................... 51

5. CRES METODA ZA PROCJENU POTENCIJALA MALE HIDROELEKTRANE .................................................... 54

5.1 OSNOVNA IDEJA ....................................................................................................................................................... 54

1. VJETAR I ENERGIJA VJETRA .............................................................................................................................. 68

1.2 NOMINALNA SNAGA VT ............................................................................................................................................. 69

1.3 PREUZIMANJE SNAGE VJETRA VJETRO TURBINOM ........................................................................................................ 69

SLIKA 1.3: PROTOK VJETRA KROZ VJETROTURBINU ......................................................................................... 70

1.4 PROMENLJIVOST VJETRA ........................................................................................................................................... 71

1.5 PROMENLJIVOST U VREMENU ................................................................................................................................. 72

2. PROCJENA RESURSA VJETRA ........................................................................................................................... 73

2.1 UVOD ...................................................................................................................................................................... 73

2.2 ODREĐIVANJE KARAKTERISTIKA LOKACIJE .................................................................................................................. 74

2.3 POSTUPAK ............................................................................................................................................................... 75

3. PROFILI BRZINE VJETRA I MJERENJA ............................................................................................................... 77

3.1 PROFILI BRZINE VJETRA ............................................................................................................................................ 77

3.2 MJERENJE BRZINE VJETRA ....................................................................................................................................... 78

TABELA 3.1: KARAKTERISTIKE RAZLIČITIH TIPOVA MANOMETARA ................................................................ 81

3.3 PREDSTAVLJANJE ARHIVIRANIH PODATAKA ................................................................................................................. 81

3.4 ANALIZA PODATAKA NA LICU MJESTA ......................................................................................................................... 83

4. PROCJENA PROIZVODNJE ENERGIJE ............................................................................................................... 85

Handbook

8

4.1 IZRAĈUNAVANJE AEP KORIŠTENJEM IZMJERENOG HISTOGRAMA BRZINE VJETRA ............................................................ 85

4.2 IZRAĈUNAVANJE AEP KORIŠTENJEM TEORIJSKI RASPODJELE BRZINE VJETRA ................................................................ 86

5. UTICAJNI PARAMETRI ZA IZBOR LOKACIJE ..................................................................................................... 87

5.1 PRILAZ LOKACIJI ...................................................................................................................................................... 88

5.2 INTEGRACIJA U POSTOJEĆU MREŢU ............................................................................................................................ 88

5.2.1 Javni sistem za prijenos i distibuciju električne energije ............................................................................. 88

5.2.2 Projekat priključenja na mrežu ........................................................................................................................ 89

5.3 DRUGI UTICAJNI FAKTORI ZA IZBOR LOKACIJE .............................................................................................................. 90

5.3.1 Pitanja od značaja za lokalnu zajednicu ......................................................................................................... 90

BUKA .......................................................................................................................................................................... 92

Tabela 5.1: Uobičajeni nivoi buke (Gipe, Wind Energy Comes of Age, p.375) ..................................................... 92

5.3.2 Izbjegavanje divljih životinja i druge osjetljive oblasti .................................................................................. 93

STANIŠTA DIVLJIH ŢIVOTINJA ................................................................................................................................ 94

5.4 PLANIRANJE RAZVOJA PROJEKTA VJETRO ELEKTRANE ................................................................................................. 95

6. METODOLOGIJA ZA IZRADU ATLASA VJETRA PO CRES-U I REZULTATI PRIMJENE .................................. 95

6.1 UVOD ...................................................................................................................................................................... 95

6.2 OPIS METODOLOGIJE ................................................................................................................................................ 96

1. GEOTERMALNA ENERGIJA I OKOLIŠ ................................................................................................................ 99

1.1 PREDNOSTI GEOTERMALNE ENERGIJE ZA OKOLIŠ ........................................................................................................ 99

1.2 GEOTERMALNI TEMPERATURNI GRADIJENT ................................................................................................................. 99

2. OSNOVNE INFORMACIJE O GEOTERMALNOJ ENERGIJI .............................................................................. 101

2.1 GEOTERMALNI SISTEMI ............................................................................................................................................ 101

2.2 KONCEPT ENTALPIJE .............................................................................................................................................. 102

3. KORIŠTENJE GEOTERMALNIH RESURSA ...................................................................................................... 103

3.1 DIREKTNE UPOTREBE TOPLOTE ................................................................................................................................ 104

4.1.1 Princip rada toplotnih pumpi ......................................................................................................................... 104

4.2 PROIZVODNJA ELEKTRIĈNE ENERGIJE ....................................................................................................................... 105

5. ISTRAŢIVANJE GEOTERMALNIH RESURSA ................................................................................................... 107

5.1 METODE ISTRAŢIVANJA .......................................................................................................................................... 107

Handbook

9

5.1.1 Potrebni ulazni podaci ................................................................................................................................... 107

5.1.2 Raspoloživost ulaznih podataka u različitim zemljama ............................................................................... 109

5.1.3 Metodologija razvoja RES mapa.................................................................................................................... 110

5.1.4 Primjer jedne RES mape ................................................................................................................................ 112

1. UVOD ................................................................................................................................................................... 122

2. EKONOMSKI ASPEKTI EVALUACIJE IZVORA OBNOVLJIVE ENERGIJE ....................................................... 122

2.1 OSNOVNI KONCEPT ..................................................................................................................................... 122

2.2 OSNOVNE METODE ZA EVALUACIJU PRIRODNIH RESURSA ............................................................................................ 123

2.3 OSNOVNI EKONOMSKI PROBLEMI .............................................................................................................................. 124

2.4 ANALIZA TROŠKOVA I KORISTI ................................................................................................................................. 129

2.5 ANALIZA EKONOMSKIH UĈINAKA .............................................................................................................................. 130

2.6 ALTERNATIVNI NAĈINI BUDŢETIRANJA KAPITALA ....................................................................................................... 131

IZRAĈUN ...................................................................................................................................................................... 135

Handbook

10

BIOMASA

Handbook

11

1. Uvod

Ovaj izvještaj je alat za lokalni trening koji je predviĎen u okviru aktivnosti na projektu ENER SUPPLY. U izvještaju se razmatraju različiti aspekti odrţivosti, inovacija, inţinjeringa i nauke. Fokus je na raznim aspektima vezanim za biomasu kao što su: definisanje i klasifikacija; evaluacija potencijala i raspoloţivih izvora, odabir tehnologije za korištenje biomase; izvještaj takoĎe sadrţi uputstvo za rješavanje kritičnih pitanja i za identifikaciju osnovnih strateških mogućnosti. Ovi pojmovi su prezentirani prema sljedećim poglavljima:

Biomasa i održivost Klasifikacija resursa biomase Evaluacija biomase Tehnologije prerade biomase Evaluacija i monitoring projekata vezanih za bioenergiju

U poglavljima 1 - 3 je predstavljena analiza odrţivosti i proizvodnje biomase. Poglavlje 4 sadrţi ključne informacije za razumijevanje pojedinosti koje se odnose na konkretne tehnologije. Poglavlje 5 integriše nalaze u analizu odrţivosti koja je namijenjena kao pomoć projektima, sa saţetkom glavnih strateških odnosa u pogledu razvoja odrţivog korištenja bioenergije.

2. Biomasa i odrţivost

Biomasa koja se smatra izvorom energije bitno se razlikuje od nekarbonskih izvora energije (npr.: vjetar). Ona bi mogla dati energiju i proizvode slične tradicionalnim koji se proizvode korištenjem postojećih fosilnih goriva. Biomasa takoĎer ima vaţnu primjenu kao hrana i sirovina u industriji koja se mora ispravno integrisati u korištenje energije kako bi se poštovao princip odrţivosti koji je analiziran u narednim poglavljima.

2.1 Definicija biomase

Prema definiciji koja je data u dirketivi 2009/28/EK, biomasa je "biorazgradivi dio proizvoda, otpada i ostataka biološkog porijekla iz poljoprivrede (kako biljnog tako i životinjskog porijekla), šumarstva i srodnih sektora kao što je ribarstvo i akvakultura kao i biorazgradivi dio industrijskog i komunalnog otpada"1. Ovo znači da uz odgovarajuću industrijsku preradu, novodobivena biomasa moţe da se pretvori u prirodni gas i tečna i čvrsta fosilna goriva. Korištenjem različitih procesa transformacije kao što je sagorijevanje, gasifikacija i piroliza, biomasa moţe da se transformiše u “bio-goriva” za transport, “bio-toplotnu energiju” ili “bio-električnu energiju”.

2.2 Biomasa i odrţivost

Korištenje bioenergije je povezano sa uticajem na korištenje zemljišta. „Obnovljiv‟, „niska emisija stakleničkih gasova‟ i „odrţiv‟ nisu izrazi čije značenje je sinonimno i moraju se razmatrati zasebno u projektima vezanim za biomasu. Tačnije, “odrţivost” je ispunjena kada projekat koji je baziran na obnovljivim izvorima ima negativan ili, barem, neutralan bilans CO2 tokom ţivotnog ciklusa.

1 Prema članu 2(e) direktive 2009/28/EK

Handbook

12

Lanac biomase moţe imati negativni bilans ugljenika (neto uklanjanje CO2eq. iz atmosfere) kao i pozitivni bilans ugljenika (neto dodatak CO2eq.): to zavisi od prakse na terenu, transporta i tehnologija obrade 2(BCT, 2007). Emisije stakleničkih gasova predstavljaju jedan od kriterija okoliša koji je sadrţan u analizi odrţivosti ali on nije dovoljan. Koncept odrţivosti treba da uzme u obzir i druge različite aspekte kao što je ekoliški, kulturni, zdravstveni aspect kao i da ih integriše sa ekonomskim aspektom (Slika 2). Generalno posmatrano, koncept odrţivosti koji se primjenjuje na sektor bioenergije se zato ne moţe odvojiti od okolišnog, ekonomskog i socijalnog aspekta kao što je prikazano na slici 1 i 2. Ako je jedan od ovih aspekata izostavljen, on moţe biti dio proporcionalnih, podnošljivih ili izvodljivih uslova ali ne i odrţivih. Stoga projekti koji se odnose na biomasu neće biti u potpunosti uspješni ako ne uključuju odrţivo snabdijevanje biomasom, izvodljive poslovne uslove i društvenu podršku kako je prikazano u tabeli 1. Koncept procjene biomase je značajno evoluirao zahvaljujući direktivi RED 2009/208/EK. Na početku je procjena biomase za teritorijalno planiranje bila bazirana na vrijednostima potencijalne biomase, a kasnije je bila bazirana na vrijednostima raspoloţive biomase; sada, je prema direktivi RED potrebno učiniti jedan korak više u eveluaciji “održive biomase”. Nije sva raspoloţiva biomasa odrţiva.

Slika1. – Opšti koncept pristupa odrţivosti, (Adams W.M., 2006)

2 Negativni bilans ugljenika se postiže ako se zaliha biomase povedava ili se ugljenik odstranjuje iz ciklusa ugljenika putem neaktivnog ugljenika iz zemljišta, pirolize dumura ili odstranjivanja i deponovanja ugljenika.

Handbook

13

Slika 2. - Opšti pristup projekta bioenergije

Tabela 1. – Hijerarhija mogućnosti održivosti za projekte biomase (Crucible Carbon, 2008)

Kriteriji odrţivosti Aspekti koi su predmet procjene

Pouzdan izvor snabdijevanja okolinski prihvatljive biomase

- Raspoloživost zemljišta - Raspoloživost vode - Biodiverzitet

Komercijalno i tehnološki izvodiv proces prerade

- Snabdijevanje hranom - Tehnologija - Proizvodi i tržište

Dozvola za rad

- Državne direktive - Dirketive Zajednice - Javni konsenzus

Moţe se zaključiti da je proizvodnja energije iz obnovljivih izvora na odrţive načine isto tako jedan društveni izazov koji podrazumijeva izmjene drţavnog i meĎunarodnog zakonodavstva (kao što je to djelimično uraĎeno s direktivom RED 2009/28/EK), planiranje komunalnog i sektora transporta kao i promjena ţivotnog stila i uvoĎenje potrošačke etike.

2.3 EU Shema odrţivosti za biogoriva

Prednosti biogoriva u odnosu na tradicionalna goriva predstavljaju veću energijsku sigurnost, smanjen uticaj na okoliš, devizne uštede i socioekonomska rješenja koja se odnose na ruralni sektor. Koncept odrţivog razvoja utjelovljava ideju meĎusobne veze i ravnoteţe izmeĎu ekonomskog, socijalnog i okolišnog aspekta (Demirbas A., 2009).

Kao posljednica nivoa EU, sa rezolucijom od 25.09.2007. godine o mapi puta za obnovljivu energiju u Evropi, Evropski parlament je naglasio vaţnost kriterija odrţivosti za biogoriva i zahtijevao da Komisija poduzme mjere da izgradi obavezan sistem certificiranja za biogoriva.

Objavljivanjem direktive RED (2009/28/EK) su obuhvaćeni kriteriji okolišne odrţivosti i zahtjevi u pogledu verifikacije za biogoriva i druge bio tečnosti.

Handbook

14

Komisija je takoĎer zahtijevala fokusiranje na standarde koji su potrebni za implementaciju dirketive 2009/28/EK, a aktivnost standardizacije je u toku u okviru CEN-a (CEN tehnička komisija 383) za definiciju biomase koja je proizvedena na odrţiv način za korištenje energije.

Sa posljednjom direktivom kriterija odrţivosti za upotrebe biomase, Evropska komisija je uvela sveobuhvatnu i naprednu šemu odrţivosti, a zemlje članice su odgovorne da ih potvrde i implementiraju za biogoriva/biotečnosti koje se proizvode u EU. Druga vaţna stvar šeme odrţivih kriterija je tipologija zemljišta. Biogoriva se naročito ne mogu proizvoditi na zemljištima koja imaju visoku vrijednost biodiverziteta. Sirovine ne treba da se dobijaju iz primarnih šuma ili sa zaštićenih područja ili na travnjacima sa visokim stepenom biodiverziteta. Komisija će definisati kriterije i geografske oblasti kako bi identifikovala travnjake sa visokim stepenom biodiverziteta.

Drugi odrţivi kriterij koji je razmatran u direktivi RED je visok nivo zaliha ugljenika: sirovine ne treba uzimati s močvarnog tla, kontinuirano pošumljenih oblasti i oblasti sa 10-30 % zasada konoplje i treseta.

Na kraju, direktiva RED razmatra biogoriva koja se samo djelimično dobijaju iz neobnovljivih izvora. Za neka od njih, kao što je ETBE, direktiva RED pokazuje koji procenat goriva je obnovljiv za svrhe obračuna.

Za goriva koja nisu navedena, (uključujući goriva koja su proizvedena u fleksibilnim procesima, sa kombinacijom različitih izvora, tj. sistem kosagorijevanja), moţe se izvesti odgovarajuća analogija iz pravila za električnu energiju koja je proizvedena u postrojenjima koja koriste više goriva: treba uzeti u obzir doprinos svakog izvora energije u zavisnosti od sadrţaja energije svakog od njih.

3. Biomasa

Lanci bioenergije date teritorije se moraju realizovati uzevši u obzir tehnologije i vrste biomase kako bi se postigli najbolji rezultati. Tato mora biti poznata klasifikacija i specifičnosti različitih resursa biomase.

U ovom poglavlju je sadrţan opšti opis biomase i njena veza sa uslovima prerade. Isto tako, date su karakteristike biomase koje mogu imati veći uticaj na šemu odrţivosti i njihova iskoristivost kod primjene bioenergije.

3.1 Vrste biomase

Većina biomase koja je dostupna za bioenergiju se dobija iz materijala biljnog ţivotinjskog porijekla.

Niţe su navedene neke od vaţnih karakteristika različitih vrsta biomase. Prva se odnosi na porijeklo biomase iz različitih sektora kao što su: poljoprivreda, šumarstvo, industrija i komunalni sektor. Druga klasifikacija je prema prirodi biomase koja moţe biti energijski zasad, ostaci i otpad.

3.1.1 Biomasa iz energijskih zasada

Biomasa od energijskih zasada dolazi iz poljoprivrednog i sektora šumarstva.

Jednogodišnji travnati zasadi

Handbook

15

Travnate (monokotiledone) biljke čine većinu moderne široko rasprostranjene poljoprivrede. Jednogodišnji travnati zasadi uključuju ţitarice kao što je ţito, ječam, zob, raţ i druge ţitarice; šećerna repica, šećerna trska; krmno bilje kao što su vrste djeteline i krmno bilje.

Sjeme ovih ţitarica, korijen i stablo drugih biljaka je obično dobar izvor skroba koji se moţe koristiti u tehnološkim procesima za proizvodnju biogoriva ili energije.

Selektivni uzgoj (posebno za “usjeve koji se ne koriste u ishrani”) se koristi za promjenu koeficijenta sjemena/biljke kod mnogih vrsta kod kojih postoji veliko povećanje prinosa.

Višegodišnji travnati zasadi

Ova vrsta biomase se moţe koristiti kao hrana ukoliko to omogućavaju ekonomske prilike. Trska i šećerna trska koje brzo rastu (kao što je Arundo Donax, visoke trave) su primjeri travnatih zasada koje mogu posluţiti kao dobar nutritijent za povećanje produktivnosti biomase; ali u isto vrijeme, neke druge agronomske karakteristike predstavljaju samo nedostatke kao što je iscrpljivanje hranljivih tvari iz zemljišta, visoka cijena podizanja zasada, relativno slaba mehanizacija ţetve, visok stepen vlage za vrijeme ţetve i visok sadrţaj pepela. (Ranalli P., 2010).

Artičoka i miskantus su su drugi energijski zasadi sa mediteranskim karakteristikama uzgoja sa malo vode: iz ovog razloga im je posvećeno veliko interesovanje i istraţivanje u oblasti agronomije i genetike sa programima za unapreĎenje.

Uljarice

Uljarice obuhvataju jednogodišnje zasade od kojih se iskorištava sjeme i višegodišnje zasade od kojih se iskorištava stablo.

Zasadi od kojih se iskorištava sjeme

Sa agronomske tačke gledišta, zasadi od kojih se iskorištava sjeme su se drugačije razvijali od ţitarica i stoga mogu imati dodatnu prednost kao prvi zasadi koji suzbijaju biljne patogene.

Uljarice koje su najviše zastupljene u Evropi su uljana repica i suncokret. Biljno ulje se obično izdvaja pod presom i/ili otapalom i koristi se za pripremu hrane, sapuna i kozmetike. Ulje iz ovih usjeva obično sadrţi druge elemente sjemena (proteine ili skrob) kao dio prinosa. Lignocelulozni dio uljarica, koji se tradicionalno koristi kao zaštitini prekrivač oko biljke ili stočna hrana, se takoĎer moţe spaljivati za dobijanje toplotne ili druge energije, dok se biljno ulje moţe koristiti za primjenu bioenergije više vrijednosti, posebno kao zamjena za dizel (Crucible Carbon, 2010).

Biljna ulja dobivena iz ovih usjeva i modificirana u metil-esterima se obično nazivaju „„biodizel” i vrlo vjerovatno će postati alternativna goriva za dizel.

Zasadi od kojih se iskorištava stablo

Ulje se zapravo dobija iz nekoliko vrsta stabala: palma, kokosovo drvo i makadamija. Palmino ulje se posebno koristi u razvijenim zemljama za proizvodnju jestivog ulja i primarnih proizvoda za biodizel.

MeĎutim, široka upotreba jestivih ulja moţe prouzrokovati velike probleme kao što je glad u zemljama u razvoju. Udvostručena upotreba palminih ulja povećava konkurenciju izmeĎu trţišta jestivih ulja i trţišta biogoriva i uzrokuje povećanje cijena biljnog ulja u zemljama u razvoju.

Handbook

16

Upotreba nejestivih palminih ulja, u poreĎenju sa jestivim uljima, je vrlo značajna u zemljama u razvoju usljed ogromne potraţnje za jestivim uljima i ona su daleko skuplja ako se trenutno koriste kao gorivo. Proizvodnja biodizela iz različitih nejestivih uljarica se dosta istraţuje u posljednjih nekoliko godina3 (Balat M., 2010).

Zasadi od kojih se iskorištava stablo sa niţom hranljivom vrijednosti mogu biti resurs za bioenergiju i kao višegodišnji usjev obezbjeĎuju vodu i prednosti ponora ugljenika. Nejestivi usjevi takoĎer ne msnifestuju oscilacije u vrijednosti koja se odnosi na pitanja ponude I potraţnje hrane. Mnoge vrste od kojih se dobija nejestivo ulje, kao što je Jatropha (u suptropskim oblastima), mogu biti korisna za bioenergiju i često se naglašava da se ne mogu porediti sa jestivim zasadima. MeĎutim, ove vrste mogu imati dosta odlika karakterističnih za korov i mogu biti zabranjene kako bi se ograničio rizik od zaraze (Crucible Carbon, 2008).

Kao problem se često navodi stopa vegetativnog rasta i prinos usjeva (Balat M., 2010).

Tabela 2. - PoreĎenje različitih uljarica za proizvodnju biodizela (Balat M., 2010)

Uljarica Proizvodnja ulja (t/ha) Izvor

Uljana repica 1 M.Balat, 2010

Soja 0,52 M.Balat, 2010

Suncokret 0,9 Foppa Pedretti et al., 2009

Palma 5 M.Balat, 2010

Jatrofa3 0,5 M.Balat, 2010

Mikroalge 50 M.Balat, 2010

Lignocelulozni zasadi

Ţito i soja su jednogodišnje biljke dok su različite vrste lignoceluloznih bioenergijskih zasada obično višegodišnje.

Lignocelulozni zasadi obuhvataju višegodišnje travnate zasade i druge zasade od kojih se iskorištava stablo.

Herbaceous species include crops as: Switchgrass, Panicum virgatum; Phalaris Arundinacea and Miscanthus (Miscanthus spp.)

Listopadne vrste obuhvataju šumske vrste kao što je vrba Salix spp., jablan Populus spp., eukaliptus i druge. MeĎu njima je jablanu, miskantusu i panicum virgatumu posvećena posebna paţnja zbog njihovog visokog prinosa za biomasu, efikasne nutritivne iskoristivosti, niskog potencijala za eroziju zemljišta, mogućnosti odstranjivanja ugljenika i manjim zahtjevima u pogledu inputa fosilnih goriva u poreĎenju sa jednogodišnjim usjevima (Abbasi T. et al, 2009).

Vršeno je više istraţivanja jablana koji se smatra jednom od najvaţnijih biljaka zbog njegove kratke rotacije: ovo je omogućilo razvoj vaţnih genetičkih programa sa povećanjem vrsta i klonova koji se mogu izvoziti širom svijeta. Druge šumske vrste kao što je eucaliptus omogućavaju proizvodnju biomase u toplijim uslovima kao što je mediteranska klima (Ranalli P., 2010).

3 Proizvodnja biodizela iz različitih nejestivih zasada se posljednjih godina dosta istražuje. Neki od ovih nejestivih zasada su Jatropha tree

(Jatropha curcas), Karanja (Pongamia pinnata), sjeme duhana (Nicotiana tabacum L.), rižine mekinje, Mahua (Madhuca indica), Neem

(Azadirachta indica), kaučuk (Hevea brasiliensis), Castor, Linseed, i Microalgae, itd.

Handbook

17

3.1.2 Biomasa iz ostataka i otpada

Analiza biomase iz ostataka i otpada je komplikovanija iz razloga sloţenosti materijala kojima se upravlja i različitih sektora porijekla (tj.: od poljoprivrede do komunalnog sektora).

Kao prvo, direktiva EU 2008/98/EK definiše razliku izmeĎu sporednog proizvoda i otpada: “Sporedni proizvod je svaki materijal koji se može ponovo iskoristiti dok se otpad definiše kao materijal koji je dobiven na kraju ciklusa proizvodnje i ne može se reciklirati” (Castelli S., 2010).

Otpadni materijali se dobivaju u procesu proizvodnje, industriji i iz komunalnog čvrstog otpada; tipični sadrţaj energije je od 10,5 do 11,5 MJ/kg.

Prakse upravljanja otpadom u razvijenim zemljama se razlikuju od onih u zemljama u razvoju, kao i u urbanim od ruralnih područja i stambeni od industrijskih proizvoĎača otpada.

Početna situacija upravljanja otpadom zemlje u razvoju se razlikuje od one u industrijalizovanoj zemlji. Transfer dokazane tehnologije od jedne do druge zemlje moţe biti prilično neadekvatan iako tehnički izvodiv i priuštiv. Vrlo je vaţno razumjeti lokalne faktore kao što su:

- Karakteristike otpada i promjene klime po godišnjim dobima - Socijalni aspekti, kulturna svijest i stav prema čvrstom otpadu i političke institucije - Svijest o sve očiglednijim ograničenjima resursa koja obično postoji.

Cilj odrţivog upravljanja otpadom je smanjenje količine otpada koji se izbacuje u okolinu smanjenjem količine otpada koji se proizvodi. Velike količine otpada se ne mogu eliminisati. MeĎutim, uticaj na okolinu se moţe smanjiti odrţivijim korištenjem otpada. To se naziva “hijerarhija otpada”.

Hijerarhija otpada se odnosi na smanjenje, ponovno korištenje i recikliranje i klasifikaciju strategija upravljanja otpadom u zavisnosti od njihove neophodnosti u pogledu minimizacije otpada. Cilj hijerarhije otpada je ostvariti maksimalne praktične koristi od proizvoda i proizvesti minimalne količine otpada (Demirbas A., 2010).

Dio biomase je takoĎer klasifikovan kao otpad dobiven iz industrijskih, poljoprivrednih, šumarskih i komunalnih aktivnosti: koncept “hijerarhije otpada” je lako primijeniti na svaki otpad ili ostatke koji su uključeni u sektor biomase kao što je navedeno u nastavku.

Potencijalni ostaci i otpad iz biomase obuhvataju ostatke bilnog i ţivotinjskog porijekla. To su ostaci nastali u poljoprivrednim aktivnostima: slama, kora od voća/povrća; ostaci iz sektora šumarstva i otpad kao što je lišće i pilanski otpad i komponente biomase od komunalnog čvrstog otpada. Energija se moţe proizvoditi od ovog otpada jer je u svijetu nekoliko milijardi tona biomase sadrţano u njemu. (Abbasi et al, 2009).

Postoje različiti načini pretvaranja ostataka ili otpada u energiju. Tehnologije su sanitarne deponije, spaljivanje, piroliza, gasifikacija, anaerobno truljenje i druge. U ovom poglavlju je dat kratak opis svake od tehnologija; u poglavlju 5 se nalazi detaljan opis.

Izbor tehnologije zavisi od vrste otpada, njegovog kvaliteta i lokalnih uslova; meĎutim, klasifikacija različitih vrsta otpada nije jednostavna. U zemljama EU, otpad se klasifikuje

Handbook

18

oznakom “EWC Code”4, (EPA, 2002). U tabeli 5 je prikazana opšta šema procesa upravljanja otpadom.

Tabela 3. – Procesi koji se odnose na otpad (Demirbas A., 2010)

Vrsta otpada Metoda odlaganja otpada

Otpad koji se spaljuje

Rešetkasti incinerator

Incinerator sa fluidizovanim slojem

Piroliza–spaljivanje

Piroloza–gasifikacija

Separacija–Ďubrenje–

Spaljivanje

Separacija-piroliza

Separacija-gasifikacija

Separacija-spaljivanje u cementari

(mokra i suha) separacija-truljenje-spaljivanje u cementari

Otpad koji se ne spaljuje Deponija

Djelimično sagorivi otpad

Drvo

Piroliza i kogeneracija u termoelektrani na ugalj

Piroliza i kogeneracija u termoelektrani na ugalj

Spaljivanje u peći sa fluidizovanim slojem

Plastika Gasifikacija

Recikliranje sirovina

Otpad koji fermentira

Organski

otpad

Đubrenje

Anaerobic digestion

Najbolji kompromis bi bio odabir tehnologije koja ima najniţe troškove ţivotnog ciklusa, zahtijeva najmanju površinu zemljišta, ne izaziva praktično nikakvo zagaĎenje zraka i zemljišta, proizvodi više energije uz manje otpada i uzrokuje maksimalno smanjenje zapremine (Demirbas A., 2010).

Danas je najveći izazov dobiti energiju na čist i efektivan način. Zapravo je jedan od najvećih problema pronaći način da se lignocelulozne komponente ovog otpada brzo i ekonomično pretvore u jednostavne šećere kako bi se omogućila njihovo kasnije biohemijsko pretvaranje u čista goriva (Abbasi M. et al, 2009).

U posljednje vrijeme proizvodnja energije iz otpada i ostataka postaje sve vaţnija u smislu pozitivnih efekata na okoliš i ekonomiju. Korištenjem organskog komunalnog otpada za proizvodnju energije bi se izbjeglo širenje gradskih deponija pa tako i smanjila emisija stakleničkih gasova i zavisnost od fosilnih goriva.

Na kraju, ali i ne manje vaţno je to da je bitno prepoznati činjenicu da otpad često sadrţi i komponente energije i nutrijenata.

Osnovno pravilo za ekološku odrţivost je da energija moţe da se dobije iz sistema proizvodnje/potrošnje ali se nutrijenti moraju reciklirati. Ne preporučuje se da se projekat

4 EWC je skradenica za European Waste Catalogue – Evropski katalog otpada i koristi se za klasifikaciju svih vrsta otpada i opasnog otpada. Njegova svrha je kreiranje konzistentnog sistema klasifikacije otpada u cijeloj EU za odlaganje i ponovnu upotrebu. Nova kodificirana okvirna direktiva o otpadu (Direktiva 2006/12/EK), je sada jedina važeda verzija.

Handbook

19

bioenergije bazira na tokovima otpada koje treba minimizirati ili pretvoriti u rezultate više vrijednosti, (Crucible Carbon, 2008).

Organski otpad iz komunalnog i industrijskog sektora

Otpad nastao iz industrijskih i komunalnih izvora je atraktivan izvor biomase (posebno ako ako se uzme u obzir dio pod nazivom organski dio), jer je material već prikupljen i moţe se dobiti bez troškova zahvaljujući naknadama za odvoz otpada (tj. izvori plaćaju da bi se oslobodili otpada) (Demirbas A., 2010).

Na osnovu koncepta “hijerarhije otpada”, ponovno korištenje dijela organskog komunalnog i industrijskog otpada bi moglo da bude korisna biomasa za povrat energije putem procesa anaerobnog truljenja.

Treba ozbiljno razmotriti upotrebu otpadnog ulja za kuhanje za proizvodnju biogoriva. Proizvodnja biodizela iz otpadnog ulja za kuhanje u svrhu djelimične zamjene naftnog dizela je jedna od mjera za rješavanje dva problema koji idu jedan uz drugi, tj. problema zagaĎivanja okoline i nedostatka energije.

Ostaci i otpad iz poljoprivrednog sektora

Glavni ostaci koji nastaju tokom poljoprivrednih aktivnosti su ostaci usjeva, slame i ljuski, koštica masline i ljuska oraha. Ostaci se mogu podijeliti na dvije opšte kategorije:

- Poljski ostaci: materijal koji je ostao u poljima ili voćnjacima nakon ţetve/berbe kao što su slama, stabljike, lišće i mahune.

- Ostaci nastali u toku obrade: materijali koji ostanu nakon obrade usjeva u proizvodnji iskoristivih resursa, ljuski, sjemena, pljeve i korijenja.

Neki ostaci koji nastaju tokom poljoprivrednih aktivnosti se koriste kao stočna hrana, u obradi zemljišta i u proizvodnji.

Kukurska je dio biljke iznad zemlje, za razliku od zrna i sastoji se od stabljike (uključujući rese), lista, klipa, ljuske i svile. U prosjeku se suha stvar biljke kukuruza sastoji od jednake količine zrna i kukuruske. Trenutno se oko 5% kukuruske koristi za prostirku u štalama i prehranu ţivotinja, a preostalo se zaorava u zemljište ili pali kao aktivnost odlaganja slame, ali zahvaljujući sadrţaju energije u slami, mnoge zemlje EU je koriste za proizvodnju energije.

Ostaci i otpad iz sektora šumarstva

Šumsko drvo je i danas dominantni izvor u zemljama koje nisu članice OPEC-a i zemljama u razvoju i koristi se kao osnovno gorivo za mala postrojenja za proizvodnju energije u ruralnim oblastima gdje se gas ne upotrebljava često. Ono dobro konkurira fosilnim gorivima i koristi se u domaćinstvima za kuhanje i grijanje vode kao i u komercijalnim i industrijskim procesima (za grijanje vode i toplotu za proces).

Alternativna upotreba otpada iz sektora šumarstva ili povezanih industrijskih aktivnosti kao što su pilane predstavlja atraktivan izvor biomase i uspješan je primjer proizvodnje energije iz ostataka. Šumski ostaci su sječka, ostaci od balvana, stabla, ţbunje, kora, itd. (Demirbas A, 2000).

Obično se ostaci šumskog drveta smatraju boljim gorivom od poljoprivrednih ostataka ali su troškovi transporta visoki usljed njihove vrijednosti gustine i sistema sječe (prije svega visok nagib zemljišta); neto emisija CO2 proizvedena za svaku jedinicu energije koja se dobije od

Handbook

20

ostataka šumskog drveta je niţa od one koja nastane od poljoprivrednih ostataka zbog Ďubriva i pesticide koji se koriste (Borjesson P, 1996).

Analizom drveta su utvrĎene sljedeće komponente (Tab.4).

Tabela 4. – Karakteristike biomase dobivene iz drveta.

Parametri Drvo Kora

Isparljive komponente 80 % 74,7 %

Vezani ugljanik 19,4 % 24 %

Pepeo 0,6 % 1,3 %

Sadrţaj energije različog biljnog materijala odreĎuje njegovu kalorijsku vrijednost (sadrţaj toplote). Kalorijska vrijednost zavisi od procenta ugljenika i vodonika koji uglavnom doprinose vrijednosti toplotne energije biomase.

Generalno, jedna od najvaţnijih karakteristika goriva dobivenog iz drveta se ogleda u gustoći drveta, čija vrijednost je u rasponu od 400 – 900 Kg/m3 i sadrţaj energije, koji se generalno izraţava kao donja toplotna vrijednost - LHV (kcal/kg) čija vrijednost je u rasponu od 4200 – 5400.

Da bi se dobila maksimalna energija, biljni materijal bi se trebao osušiti jer količina energije koja je sadrţana u biljkama zavisi od sadrţaja vlage.

Poznato je da kod drveta za ogrjev kalorijska vrijednost linearno opada sa povećanjem sadrţaja vlage (Demirbas, 1995).

Širom EU, energijski zasadi i aktivnosti koje se na njih odnose se svakim danom razvijaju u svrhu proizvodnje energije upotrebom poljoprivrednih i šumskih ostataka i komunalnog otpada. Neki su naglašeni u projektima EU kao što je "Make It Be Project (Učinite da postane projekat – instrument za donošenje odluka i implementaciju lokalnih i regionalnih bioenergijskih lanaca” s ciljem da se promovišu kao najbolje prakse u sektoru bioenergije i da se uzmu u razmatranje kao potencijalni primjeri iz zemalja EU ukoliko budu postojali zahtjevi u pogledu odrţivosti (Make It Be Project, 2010).

4. Analiza i procjena proizvodnje biomase

Raspoloţivost biomase na datoj teritoriji omogućuje procjenu koja količina bioenergije moţe doprinijeti isporuci energije. U ovom poglavlju je definisan potencijal i raspoloţivost biomase u uslovima odrţivosti u nekoliko sektora (poljoprivreda, šumarstvo, industrija i otpad) kao što je prethodno navedeno. Analiza proizvodnje biomase će biti usvojena za proučavane regione prema svakoj pojedinačnoj situaciji: u nekim regionima EU pojedini sektori mogu biti razvijeniji nego u drugim. U preliminarnoj analizi količina biomase se moţe pretvoriti iz tona godišnje u energijsku jedinicu kao što je dţul ili kWh ili TOE. Vaţno je naglasiti da konkretna konverzija energije i relativna tehnologija još uvijek nisu odabrane već će biti razmatrane u ovom poglavlju.

4.1 Klasifikacija biomase

Da bi se izvršila procjena potreba konkretne teritorije biomase se prvo mora identifikovati i klasifikovati. Ova podpodjela moţe biti bazirana na različitim parametrima. U evropskom standardu o čvrstim biogorivima, klasifikacija je bazirana na porijeklu/izvoru biogoriva (CEN/TC-

Handbook

21

335) ali ne pokazuje porijeklo biomase u pogledu ekonomskih sektora kao što je poljoprivreda, šumarstvo, industrija ili upravljanje otpadom. U ovom poglavlju klasifikacija biomase je uraĎena na osnovu sektora koji su ranije navedeni kao što je: poljoprivredni ostaci/usjevi, stočni otpad, šumski ostaci, otpad iz industrije i komunalni otpad. Svaka od ovih klasa obuhvata različite vrste biomase, od kojih su najvaţniji proizvodi (biomasa nastala tokom berbe/ţetve) i ostaci (sporedni proizvodi od obrade, berbe i prerade). Korisno je prikupljati podatke o raspoloţivosti biomase iz različitih izvora izraţene u tona/god. Druga klasifikacija biomase obuhvata pretvaranje biomase u pojedinačna biogoriva. U pogledu produktivnosti, indeksi proizvodnje se izraţavaju prema vrsti biogoriva i to u mjerama t/g, l/g i m3/g. TakoĎer je vaţno razmotriti konverziju biogoriva u bioenergiju u pogledu proizvedene energije i izraziti je u MJ ili kWh ili TOE proizvodnje u tonama, litrima ili m3 iskorištenog goriva. Na kraju, korisno je uporediti rezultate koji se odnose na raspoloţivost biomase5 (tj.: tona /god koja se moţe konvertovati u MJ/god). Pregled klasifikacije biomase je dat u tabeli 5 materijala o biomasi.

4.2 Procjena potencijala biomase

Ključni poslovni izazov potencijalnih projekata bioenergije je pokazati profitabilnost bioenergijskih lanaca u poreĎenju sa drugim upotrebama teritorije u okviru analize cijelog ţivotnog ciklusa. To zahtijeva smanjenje troškova proizvodnje biomase i njenog transporta kao i detaljniju procjenu potencijalne i raspoloţive biomase na osnovu karakteristika date teritorije. U ovom koraku je vaţno odrediti proizvodnju biomase za svaki navedeni sektor. Selekcija vrsta je vaţan faktor produktivnosti; meĎutim, ne treba zaboraviti da u svijetu biljaka vladaju zakoni prirode. Generalno, cilj visoke produktivnosti biomase je moguć od velikih sistema proizvodnje drveta sa prinosom oko 5-15 suhih t/ha godišnje u toku ciklusa rasta i sječe. Pokazani su i drugi sistemi visoke produktivnosti kao što su trvnati zasadi koji brzo rastu, sa godišnjim prinosom i do 50 suhih tona po hektaru. MeĎutim, ovi sistemi zahtijevaju odgovarajuće zemljište i klimu da bi se postigla visoka stopa rasta. Produktivnost definiše površinu na kojoj je moguće izvesti bioenergijski projekat. Produktivnost biomase zavisi i od troškova ţetve/berbe, transporta i logistike. Iz ovog razloga se preporučuje mapiranje biomase kod identifikacije prostorne distribucije. Iako je sveprisutnost jedna od velikih prednosti biomase, ona je u isto vrijeme i ključni nedostatak. Skupo je sakupiti svu biomasu date teritorije u centralno postrojenje ali skoncentrisana proizvodnja biomase i dobro skladištenje omogućuju ekonomiju obima u fabrikama. Iako je resurs biomase "sveprisutan", ne moţe se sva biomasa iskoristiti za proizvodnju energije zbog nekoliko “ograničenja”. Jasno je da je potrebno uspostaviti “pristup biomasi” u svrhu bolje teritorijalne strategije za procjenu snabdijevanja biomasom, a on obuhvata njen potencijal i raspoloţive vrijednosti u uslovima odrţivosti. Potencijal biomase predstavlja cijelu količinu izvora koja je prisutna na datoj teritoriji; potencijal biomase se često sagledava s različitih aspekata: teorijskog, tehničkog, ekološkog i ekonomskog. U praktičnom smislu, stvarna raspoloţiva biomasa za energiju rezultira iz primjene odreĎenih ograničenja (tehničkih, okolišnih, drugih ograničenja koja se odnose na konkurentne alternative). Teoretski potencijal je dat na slici 3 i objašnjen u materijalu o biomasi” (projekat Ener Supply, 2010)

5 Za poređenje rezultata u pogledu potencijala bioenergije (tona/god): - kod izračunavanja se uzima suha biomasa dobivena od drveta, biljaka, voda/sjemenki - prosječan sadržaj energije (MJ/Kg) se mora znati kao i procenat organske stvari poljoprivrednih proizvoda (silaža, đubrivo, itd…) - mora biti poznat sadržaj metana u npr. kanalizacijskom mulju/deponijskom otpadu.

Handbook

22

Slika 3. – procjena pristupa za biomasu (Make It Be Project, 2010)

Na osnovu navedenog “pristupa biomasi”, iz "teoretskih potencijalnih vrijednosti" biomase, bit će moguće procijeniti “najvjerovatnije neto potencijalne vrijednosti" u datom vremenu. Obično se procjena resursa odnosi na odreĎeni period jer je njihova vrijednost podloţna promjenama tokom vremena.

4.3 Izraĉunavanje potencijalne biomase

Kad su u pitanju resursi, posebno za sve vrste biomase na relativno velikim geografskim oblastima, treba se fokusirati na dvije vrste problema kada su u pitanju raspoloţivi resursi raspon i srednja prosječna vrijednost) i raspoloţivost podataka. Ovaj problem je utoliko veći što se raspoloţivost često razmatra u tehničkom i ekonomskom kontekstu. U ovoj studiji se pokušalo striktno razdvojiti značenje raspoloţivosti od troškova i cijena snabdijevanja za svaku pojedinačnu zemlju.

4.3.1 Potencijal biomase iz energijskih usjeva

Poljoprivredni sector je jedan od najvaţnijih u pogledu potencijala biomase koja se moţe obezbijediti za procese pretvaranja u energiju uz pomoć energijskih usjeva i poljoprivrednih ostataka (bit će analizirani u sljedećem poglavlju). U ovom poglavlju je analiziran teoretski potencijal biomase iz energijskih usjeva. Za tačnu procjenu je potrebno uzeti u obzir lokalnu proizvodnju poljoprivrednih materijala.

Na osnovu opisa biomase i relativne klasifikacije u tabeli 6 je prikazan opšti pregled potencijalne proizvodnje biomase iz energijskih usjeva, gdje su kao primjer dati različiti indeksi ţetve glavnih energijskih usjeva; sve vrijednosti su date na osnovu eksperimeneta koji su raĎeni u Grčkoj i Italiji.

Handbook

23

Tabela 5. – Indeksi proizvodnje biomase iz energijskih usjeva: opšti pregled

Energijski usjevi Vrsta biomase

Proizvodnja biomase

6 (tdm/ha)

7

Vlaga za vrijeme ţetve

(%)

Donja toplotna

vrijednost (MJ/kgdm)

Izvor

Jednogodišnji travnati zasadi

Ţitarice Sjeme 2.0 – 3.5, 3.0

-

5.56

4.1-9.2,7.08

14

14

12-14

-

-

-

16.5

-

Cioffo, 2009

Foppa Pedretti et al., 2009

Sager A., et al, 2009

Casagrande L. et al., 2005

Kukuruz Kukuruska 10.60 – 8.34, 9.93

59 – 64 , 62 17 R. Canestrale et al, 2007

Kukuruz 7.09 – 8.34, 7.86

10.9

12.8-14.6, 13.4

4

-

-

19 -24, 20.4

14

-

-

-

-

Barbieri S. et al, 2004

Sacco et al.,2007

Casagrande et al., 2005

Cioffo, 2009

Silaţa 19 34.5 17 Candolo G., 2009

Sirak (Sorghum)

Slatki sirak 13 – 45

9.1

30

30

-

17

Mardikis et al., 2000

Jodice R., 2007

Vlakno 27

20 – 30 8

22 – 28, 25

20.5

309

55 – 70 5

40

-

-

-

16.9

-


Candolo G., 2006


Coaloa D., et al., 2010

Silaţa 18 30 17 Candolo G., 2009

Kanabis Stabljika, list

5 – 15 50 - 60 18 – 25.6 Candolo G. 2006

Djetelina i trave koje se koriste kao krmno bilje

Stabljika

8

1 – 6, 3.5

80

84.5 – 83.5

10.2

2.4

RazraĎeno (Candolo G., 2009)

...

Višegodišnji travnati zasadi

Arundo Donax (visoka trska)

Stabljika, list

20 – 30

15 – 35

-

55 – 70

16 - 17.1

16 – 17

Mardikis M. et al., 2000

Candolo G., 2006

Foppa Pedretti et al.,

6 Rang vrijednosti i prosječna vrijednost 7 Proizvodnja biomase se računa kao suha stvar godišnje. 8 Rang vrijednosti po Candolo 2006. 9 Vlaga u toku žetve zavisi od oblasti. U Grčkoj se procjenjuje na 30%, dok je u Italiji u rasponu od 55 – 70%.

Handbook

24

20 – 35, 28

8.68

40

-

17.5

-

2009

Coaloa D., et al., 2010

Mischantus spp. (visoke trave)

Stabljika, list

11 – 34

15 – 25

15 – 30, 23

-

50 – 60

15 – 30, 25

17.6

17.3 – 17.6

17.0


Candolo G., 2006


Panicum Virgatum (ţbun)

Stabljika, list

14 – 25, 19

10 – 25

10 – 25, 18

-

50 – 60

35 – 40, 35

-

17.4

15.9


Candolo G., 2006


Cynara Cardunculus (artičoka)

Stabljika, lišće

17 – 30

10 -15, 12

7.12 – 14

-

(20 – 30) 20

-

15.6

14 – 18



Ranalli P., 2010

Hibiskus cannabinus (Kenaf)

Stabljika 7.6 – 23.9

10 – 20

10 – 20, 15

22.4 – 26.9

50 – 60

35

-

15.5 – 16.3

15.9


Candolo G., 2006


...

Uljarice

Suncokret Sjemenke 3.0- 3.9, 3.0

10

1.3-1.6, 1.111

2.8213

9

-

37.7

-


Coaloa D. et al., 2010

Brassica Napus (uljana repica)

Sjemenke 1.4 – 2.0

2.713

– 1.114

1.07

1.8813

9 -

37.6

-



Balat M., 2010


Brassica Carinata (etiopijski senf)

Sjemenke 1.4 – 2.0 13

1.01

- 14.6 - 21 Mardikis M. et al., 2000


Glycine Max (soja)

Sjemenke 0.5214

2.714

– 0.514

-

-

-

-

-

-

39.6

Balat M., 2010

MarsonT. Andrade R., 2010

Vegburner.co.uk/oils.htm

Pamuk Sjemenke 0.2714

- - Tickell, 2000

10 Vrijednost se odnosi na proizvodnju sjemenki (tdm/ha godišnje) 11 Vrijednost se odnosi na ekstrahovano sirovo ulje (t/ha godišnje)

Handbook

25

3.02613

- 0.514

-

-

-

39.4


Vegburner.co.uk/oils.htm

Palma Voćne sjemenke

514

13.2813

- 4.514

17.0813

– 514

-

-

67

-

-

18.8 – 20.1

Balat M., 2010


Nasrin A.B.,2008

Jathropha Sjemenke 0.514

-

-

-

-

43-46

Balat M., 2010

www.jatrofuel.com

Mikroalge12

Sva biomasa

25-75

5014

-

-

-

92

-

-

49.4

Trabucco F. et al., 2010

Balat M., 2010

Demirbas A., 2010

...

Ligneocelulozni zasadi od kojih se iskorištava stablo (SRF)13

Jablan Drvo 9 – 12.5

9 -13 11

11.8 – 17

9.56

50 – 60

50

50

-

17.7 – 18

18.6-19.1

-

-

Candolo, 2006


Ranalli P., 2010


Salix spp. (vrba) Drvo

10 – 15

10 – 15, 12.5

50 – 60

50

17.8 – 18.4

18.4-19.2

Candolo, 2006


Robinia Pseudoacacia (crni bagrem)

Drvo 5.6 – 17.1, 7

10 – 13

10 – 15, 11

8.75

-

50 - 60

50

-

17.7 – 17.8

17.8


Candolo, 2006



Eucalyptus spp. (eukaliptus)

Drvo 8 – 9

12

50

50

16 - 1914

18.6



Četinarska šikara Drvo 35 - 60 40 - 50 18.8-19.8 Foppa Pedretti et al., 2009

Listopadna šikara Drvo 36 -60 40 -50 18.5-19.2


12 Mikroalge su novi energijski zasadi sa visokim potencijalom za proizvodnju biogoriva. Prednosti su: kratak životni ciklus, fotosinteza se obavlja sa više CO2 nego kod biljaka, sadržaj lipida je u rasponu (25 -75) t/ha.

13 Neki ligneocelulozni zasadi se uzgajaju kao brzorastude šume. 14 Raspon kalorijske vrijednosti zavisi od dijela biljke koji se više koristi: stabljika sa ili bez lišda.

http://www.jatrofuel.com/

Handbook

26

4.3.2 Potencijal biomase od ostataka i otpada

Ostaci od poljoprivrednog sektora

Prema izvještaju EU o procjeni poljoprivrednih ostataka, ostaci zasada obuhvataju preko 1% ukupnog obraĎivanog zemljišta (UAA)15 u EU15 i proizvode suhe lignocelulozne ostatke (sadrţaj vlage <50%). U njih spadaju: obična pšenica (10,8% UAA), durum pšenica (2,9% UAA), ječam (8,7% UAA), kukuruz (3,3% UAA), suncokret (1,6% UAA), uljana repica (2,8% UAA), masline (2,8% UAA) vinova loza (2,7% UAA) i drugi usjevi (Siemons R., 2004).

Količina ostataka koji nastanu od odreĎenih usjeva (poznat kao koeficijent ostatka i proizvoda) moţe značajno da varira u zavisnosti od poljoprivredne prakse, vrste ili lokalnih klimatskih uslova. Stoga procjena koeficijenta ostatka i proizvoda treba da se odnosi striktno na proučavano područje. MeĎutim, pošto su ovi podaci rijetko dostupni za lokalni nivo, moguće je konsultovati studije koje su objavljene u naučnoj ili sektorskoj literaturi.

Tehnički potencijal ovih ostataka od zasada se izračunava mnoţenjem obraĎenih površina poljoprivrednom proizvodnjom za svaki usjev u svakoj zemlji uzimajući u obzir vrijednost svake prosječne proizvodnje i koeficijente ostataka ili prinos ostataka (u tona/ha suhe stvari) koji je naveden u literaturi.

Pregled proizvodnje ostataka od poljoprivrednih usjeva je sumiran u tabeli 7 prema različitim izvorima.

Tabela 7. – Vrijednost ostataka od poljoprivrednih usjeva

Poljoprivredni usjevi

Vrsta biomase

Koeficijent ostatka

(ostatak/glavni proizvod)

Proizvodnja biomase

16

(tdm/ha)

Vlaga u toku ţetve

(%)

Donja toplotna

vrijednost (MJ/Kgdm)

Izvor

Ostatak od travnatih zasada

Obična pšenica

Slama

0.517

- 15 - Siemons R., 2004

0.918

- 15 - Siemons R., 2004

1 – 1.66 19

2.5 – 5.0 10 – 13 17.5 – 19.5 Cioffo,2009;

Foppa Pedretti et al., 2009.

Durum pšenica

Slama 1 1.2 – 2.5, 2.3 10 -14 17.5 -19.5

Ječam Slama 1.16 – 1.36 3 11 – 14 17.5 -19.5

Ovas Slama 0.34 – 0.39 1 – 1.6 9 – 14 17.5 -19.5

Kukuruz Stabljika,

klip

1.09 – 1.5 4 – 6 40 – 65 13.8 – 17.6

0.7 - 50 - Siemons R., 2004

Uljana repica Stabljika 1.6 - 45 -

Suncokret Stabljika i

list

3.3 - 40 -

0.7 – 1.3 1.7 - 4 14 – 20 15.2 – 17.9 Cioffo,2009;

15 UAA – Utilized Agricultural Area – korišteno poljoprivredno područje. http://epp.eurostat.ec.europa.eu/statistics_explained/index.php/Crop_production_statistics_at_regional_level

16 Rang vrijednosti i prosječna vrijednost 17 Vrijednosti za sjever EU 18 Vrijednosti za središnji dio – jug EU 19 Vrijednosti za jug Italije (Sicilia, Basilicata, Calabria, Campania, Puglia, Sardegna)

http://epp.eurostat.ec.europa.eu/statistics_explained/index.php/Crop_production_statistics_at_regional_level

Handbook

27


Ostaci od drvenastih zasada

Koštuničavo voće (breskva)

Prunings

0.30 -0.50 4 - 6 35 – 45 18 – 18.4 Cioffo,2009;


Pomum (kruška)

0.14 - 0.30 4 - 6 35 18 – 18.4

Badem 0.60 3 35 18 – 18.4

Cioffo,2009

Pistači 0.40 - 35 18 – 18.4

Smokva20

0.21 2 55 18 – 18.4

Koštica 1.57 - 2 1.4 – 2.8 35 18 – 18.4

Narandţa 0.25 – 0.5 3 – 7 35 - 45 -

Klementina 0.27 – 0.5 1.6 – 6.4 35 - 45 -

Mandarina 0.23 – 0.4 0.4 – 1.6 35 - 45 -

Limun 0.33 – 0.4 0.4 35 - 45 -

Bergamot21

0.39 – 0.5 3.6 – 6.8 35 - 45 -

Vinogradi22

0.39 – 0.45 2.0 – 2.5 45 - 50 18.4 – 19.2 Cioffo,2009;


Maslina23

1.14 – 1.25 1 – 4, 3.7 35 - 45 18.4 – 18.8

Raspoloţivost ovih vrsta ostataka za svrhe energije je ograničena tehničkim, okolišnim ili ekonomskim faktorima koje je teško izmjeriti. Prema Dalianis i Panoutsou (1995) od ukupne količine poljoprivrednih ostataka koji se proizvode u EU15, 48% se ne koristi za svrhe energije (npr. ishrana ţivotinja) ili za tradicionalne primjene u oblasti energije, a preostalih 40-45% se ne moţe iskoristiti za različite tehničke i/ili ekonomske svrhe (Siemons R., 2004).

U skladu sa tim, podaci koje je objavio Cioffo ukazuju da u juţnoj Italiji ne treba koristiti ostatke slame kao proizvod za proizvodnju energije jer je namijenjena zootehničkom sektoru ili deponije za agronomske svrh. Čini se da je u slučaju potkresivanja drveta ostvaren odreĎeni uspjeh u pogledu proizvodnje energije: statistički podaci potvrĎuju da se 31% potkresivanog drveta koje se godišnje prikuplja koristi u svrhu proizvodnje energije (Cioffo, 2009).

Ostaci iz zootehničkog sektora

Prosječna zapremina čvrstog i tečnog stajskog Ďubriva se znatno razlikuje u zavisnosti od vrste ţivotinje, a uglavnom zavisi od njene starosti i teţine. MeĎutim, osnovne vrijednosti su razvili glavni istraţivači kako bi pruţili pomoć u planiranju i procesu prikupljanja Ďubriva, skladištenju i preliminarnom tretmanu i sistemima iskorištavanja za preduzeća koja se bave uzgojem stoke. U ovoj analizi, standardni ASAE koeficijenti koji su predstavljeni u tabeli 8 u skladu sa drugim vrijednostima koje su date u drugoj vaţećoj literaturi. Vrijednosti se odnose na svjeţe i tečno stajsko Ďubrivo. Imajući u vidu mogućnosti prikupljanja i korištenja Ďubriva u svrhu proizvodnje energije (u pogledu drţanja stoke vani ili na malim farmama), samo 50% se moţe smatrati dostupnim za proizvodnju energije.

20 Vrijednosti koje se odnose na planiranje 6x6 i 10x10/ha. 21 Vrijednosti koje se odnose na planiranje 500 biljaka/ha. 22 Vrijednosti koje se odnose na planiranje 2x1 sa tehnikom “kresanje za brži rast” 23 Vrijednosti koje se odnose na planiranje 150 biljaka/ha sa proizvodnjom 25 Kg kresanja/biljka*godina.

Handbook

28

Tabela 8. – Koeficijent otpada (čvrsto i tečno Ďubrivo) za kategorije životinja

Ţivotinja

Masa ţive

ţivotinje

(kg)

Ukupno svjeţeg Ċubriva (kgm.)

24

Vlaga (%)

Ukupno ĉvrstih

tvari

(% on Kgm.)

Isparljive tvari

(% on TS)

Proizvodnja biogasa

(m3/tsv)

CH4 u biogasu

(%)

Izvor

Goveda 640 50 – 55,

51

83 -88 86

11 – 15,12

80 – 85 300 – 450 60 – 65 ASAE D384.1; F. Pedretti 2009,

Siemons R., 2004

Svinje 60 5 – 6, 5.2

90 6 – 9, 8 75 – 90 450 – 550 60 – 65

Konji 500 20 – 24.5 23.6

85 14 – 15,

15 75 250 – 500 60 – 65

Pilići 1.6 - 3.5 0.52 -0.72

75 19 – 25,

23 75 300 – 500 60 – 65

ASAE D384.1; F. Pedretti 2009,

Siemons R., 2004

Purani 6 -15 0.48 -

1.2 74 19 95 – 98 300 – 500 60 – 65

Patke 6.5 -8 0.52 -0.64

74 49 33 300 – 500 60 – 65

Ovce 70 -80 5.6 – 6.4

- 22 -40 70 – 75 300 – 500 60 – 65

Na osnovu pretpostavki i podataka koje daje Siemons, raspoloţivost vlaţnog Ďubriva u EU (EU15+10+2) je oko 14 Mt, a moţe se koristiti za proizvodnju metana putem anaerobnog truljenja.

Kako je navedeno u tabeli 8, količina otpada proizvedenog u jednoj jedinici se procjenjuje prema vrsti ţivotinje (godeva, svinje, pilići i konji). Osim toga, količina zavisi i od njihove starosti i funkcije (npr. krave muzare i telad proizvode različitu količinu otpada). Teoretski potencijal treba procijeniti nakon analize ţivotinjske farme, stočnih jedinica i praksi uzgoja. MeĎutim, ovo istraţivanje je u većini slučajeva oteţano ili preskupo.

Ostaci iz sektora šumarstva

Sporedni proizvodi iz sektora šumarstva spadaju u onu biomasu čije porijeklo je iz šume, a koja nastane tokom šumskih aktivnosti. U njih spadaju kora i sječka sa krošnji i grana kao i trupci i sječka nastale tokom vršenja proreda. Kada ovi sporedni proizvod postanu dio procesa proizvodnje (npr. proizvodnja briketa ili peleta od piljevine i strugotine) smatraju se industrijskim proizvodima.

24 Svježe đubrivo se odnosi na težinu žive životinje

Handbook

29

Tabela 9. – Vrijednost ostataka iz sektora šumarstva

Kategorije šumskog

drveta

Vrsta biomase

Proizvodnja biomase

25

(tdm/ha)

Vlaga tokom sjeĉe

(%)

Donja toplotna

vrijednost (MJ/kgdm)

Izvor

Listopadno drveće

Vrhovi i grane 2 – 4 25 – 60, 40 18.5 – 19.2 F. Pedretti E.,

2009 Četinarsko drveće

Vrhovi i grane 2 – 4 25 – 60, 40 18.8 – 19.8

Drveće sa rječnih obala

Vrhovi i grane 0.8 – 1.6 26

40 – 60 16 -18 Francescato,

2009.

Ostaci i otpad iz industrijskog sektora

Nekoliko analiza industrijskog otpada u EU pokazuje da industrijski ostaci zemalja EU (27) dostiţu13 Mtoe, (Siemons R., 2004).

Industrijski ostaci uključuju industrijsko otpadno drvo iz pilana (kora, piljevina, sječka, postranak pilanskog trupca i okorci). Tu takoĎer spada i otpad iz industrije za proizvodnju papira (npr. crni lug) ali je najveći izvor industrijskih ostataka industrija hrane. Ovi ostaci mogu da se sastoje od vlaţnog celuloznog materijala (npr. rep repice), masnoće (korišteno jestivo ulje) i proteina (npr.: otpad iz klaonice). Zbog nedostatka podataka se ne mogu uzeti u razmatranje svi ostaci ali neki od njih su ovdje predstavljeni.

Tabela 10. – Ostaci i otpad iz industrijskog sektora

Industrijske kategorije

Vrsta biomase

Proizvodnja biomase

(tdm)

Vlaga tokom sjeĉe

(%)

Donja toplotna granica

(MJ/kgdm)

Izvor

Ostaci i otpad iz sektora šumarstva

Drvo iz pilana

kora, piljevina, sječka,

postranak pilanskog

trupca, okorci

- 2 5 -60 18 – 21 F. Pedretti,

2009.

paper and pulp mills

Crni lug - - - -

Ostaci i otpad iz zootehniĉkog sektora

Kategorije ţivotinja

Vrsta biomase

% otpada ţive ţivotinje

(%) (MJ/tdm) Izvor

Goveda

Svinje

Pilići

Ovce

Otpad iz klaonica

7 – 9

12 – 14

23 -26

8-11

50 – 60 1.59 – 28.05 F. Pedretti,

2009.

Ostaci i otpad iz poljoprivrednog sektora

Kategorije Vrsta Odnos t/ha (%) (MJ/Kgdm) Izvor

25 Rang vrijednosti i prosječna vrijednost 26 Rang vrijednosti i vrijednost izražena u “ tonama u mokrom stanju po 100 m lineranih metara”

Handbook

30

biomase (Biomasa/primarni proizvod)

Povrće Ljuska,

mahuna, ljuska

- - 75 - 90

- F. Pedretti,

2009.

Breskva Koštica 0.07 0.88 12-15 19.6 – 22 Cioffo, 2009

Badem Ljuska 0.73 3.65 < 15 19.6 – 22

Lješnjak Ljuska

0.50

0.50 – 0.55

0.70

0.77

< 15

12-15

18.4 – 19

16.9 – 17.8

Cioffo, 2009

F. Pedretti, 2009.

Pistaćo Ljuska 0.60 0.3 < 15 19.6 – 22 Cioffo, 2009

Narandţa Kora, dijelovi

voća 0.10

1.48 – 2

> 80 - Cioffo, 2009

Ostaci maslina

Plod nakon potpune ekstrakcije ulja

0.22 – 0.28 1.32-2.8

12 - 20

17.6 – 18.4 Cioffo, 2009

Vinova loza Marc otpad

0.25 – 0.30

0.15 – 0.21

1.2– 1.5

45 – 50

40 - 70

-

16.5 - 17.4

Cioffo, 2009

F. Pedretti, 2009.

Ostaci i otpad iz komunalnog sektora

Kako je navedeno u članu 2 direktive EU 1999/31/ EK, biorazgradivi otpad (BMW) se definiše kao otpad koji je podloţan anaerobnoj ili aerobnoj razgradnji, kao na primjer hrana ili otpad iz bašte, papir i karton. Sintetički organiski materijali kao što je plastika nisu obuhvaćeni ovom definicijom s obzirom da nisu biorazgradivi. MeĎutim, focus je na ostacima biomase koji mogu doprinijeti neto smanjenju emisije stakleničkih gasova.

Teško je procijeniti biorazgradivi dio komunalnog otpada jer različite zemlje imaju različito prikupljanje i upravljanje otpadom. Stoga je data samo lista osnovnih vrsta otpada (Tab. 11).

Tabela 11. Osnovne vrste komunalnog otpada

Kategorije Vrsta

biomase Odnos

(Biomasa/BMW)

Proizvodnja biomase

(t/y)

Vlaga

(%)

DTV

(MJ/kgdm)

Izvor

Organiski dio komunalnog BMW

(domaćinstva)

Organska stvar

- - - - -

Organski dio otpada u sektoru usluga:

restorani, škole, itd...

Organska stvar

- - - - -

Izolovano jestivo ulje Ulje - - - - -

Kresanja drveća na gradskim ulicama

Grane 8 - 2527

80 -250 40 18 – 21 Foppa

Pedretti, 2009.

27 Uzeli smo procenat 8 – 25 % ostataka drveta/biljaka tokom prorjeđivanja/potkresivanja.

Handbook

31

4.4 Izraĉunavanje raspoloţive biomase

Studije i procjene resursa biomase – (posebno studije koje analiziraju sve vrste biomase za relativno velika geografska područja) se generalno suočavaju s problemom koji se odnosi na pouzdanost podataka o postojećim ostacima, otpadu, potencijalnoj biomasi iz energijskih zasada kao i na definiciju raspoloţivih resursa kada tehnička i ekonomska ograničenja nisu dovoljno poznata. Da bi se izvršila procjena raspoloţive biomase, potrebno je u model uključiti različita ograničenja (koja se odnose na okoliš, socijalne i ekonomske aspekta) koja mogu uticati na raspoloţivost. Kada se doĎe do biomase njeno korištenje moţe biti samo djelimično odrţivo. Procjena "održivog snabdijevanja biomasom" je moguća samo procjenom i praćenjem svih ključnih aspekata lanca bioenergije. U nastavku je prikazano izračunavanje “snabdijevanja raspoloživom biomasom” na osnovu “snabdijevanja potencijalnom biomasom”. Generalno, količina materijala se moţe procijeniti uz pomoć sljedeće formule (Eq.1) koja pretvara raspoloţive tone biomase godišnje uzimajući u obzir navedene pojedinačne indekse biomase. Cilj je procijeniti količinu biomase (kao primarni proizvod i ostatke) koja se moţe prikupiti u odreĎenoj oblasti.

iiiiiiii ekonekolupotrebatrenutgubitakRtPprinosdateživotinjeilioblastBiomasa 1_11___

Eq. 1.

Gdje je:

Oblast_ili_životinje datei (ha/br. grla): oblast ili broj grla koji je obuhvaćen u posmatranoj oblasti;

Prinosi (t/ha): prinos usjeva ili Ďubriva stoke i u posmatranoj oblasti;

RtPi: je odnos ostataka i proizvoda za usjeve/Ďubrivo stoke i;

Gubitaki (%): Gubici ostataka usljed tehničkih uslova i;

Trenutt_upotrebai (%): trenutna upotreba ostataka i;

Ekoli (%): dio ostataka koje treba odstraniti zbog ekoloških razloga i;

Ekoni (%): dio ostataka koji su ekonomični za pretvaranje u energiju i.

5. Pretvaranje biomase u energiju: pregled tehnologija

Većina biomase koja je raspoloţiva za projekte bioenergije je čvrsti nepreraĎeni biljni material sa sadrţajem vlage od oko 50%. Postoji širok spektar resursa biomase koji nastaju tokom aktivnosti koje obavlja čovjek: posebno ostaci i otpad iz poljoprivrednog, industrijskog, komunalnog sektora, sektora šumarstva i drugih aktivnosti. Svi ovi resursi se mogu preraditi uz pomoć različitih tehnologija: direktno spaljivanje (sistem kogeneracije), anaerobno truljenje (CHP, za gas bogat metanom), vrenje (šećera za alkohol, bioetanol), ekstrakcija ulja (za biodizel), piroliza (za bioćumur, gas i ulja) i gasifikacija (za ugljen-monoksid i sintetski gas bogat vodonikom - H2) (slika 5).

Handbook

32

Slika 4. – Šema tehnologija za preradu biomase (EC, 2007)

Svaki tehnološki proces moţe biti praćen nizom sekundarnih tretmana (npr.: stabilizacija, isušivanje, unapreĎenje, dorada) u zavisnosti od konkretnih finalnih proizvoda. Raznolikost tehnologija za preradu biomase u svrhu proizvodnje energije i materijala u sektoru električne energije, toplotne energije ili sistema kogeneracije, gasovito, tečno i čvrsto stanje su prikazani u tabeli 12.

Table 12. – Pregled tehnologija prerade biomase (Crucible Carbon, 2008)

Tehnologije

Izlazi energije i biogoriva

Toplotna e. Elektriĉna e.

Gasovito Teĉno Ĉvrsto

Direktno spaljivanje

Anaerobno truljenje

Vrenje

Ekstrakcija ulja

Piroliza Gasifikacija

Odabir tehnologije prerade zavisi od prirode i strukture zaliha biomase i ţeljenih izlaza projekta. Prethodna tabela pokazuje da su direktno spaljivanje ili gasifikacija biomase odgovarajuće tehnologije u slučaju kada je cilj proizvodnja toplotne i električne energije. Anaerobno truljenje, vrenje i ekstrakcija ulja su pogodne tehnologije sa biomasom kod koje se ulje, šećer i visok sadrţaj vode lako ekstrahuju. Samo termalna prerada pirolizom moţe omogućiti osnovu za sve oblike navedenih proizvoda.

Mnoge termalne tehnologije zahtijevaju mali sadrţaj vode u biomasi (<15%) da bi se obrada odvijala adekvatno. Kod ovih tehnologija troškovi utroška energije u svrhu sušenja mogu značajno umanjiti efikasnost procesa.

Stoga je bitno identifikovati izvore biomase jer neke vrste biomase mogu dati bolji kvalitet goriva ili energije za manju cijenu od nekih drugih. U tu svrhu se razvijaju programi proizvodnje energije iz takvih vrsta biomase (Tasmeen A., 2009).

Handbook

33

Gustoća energije i fizičke osobine biomase su ključni faktori za razmatranje zaliha bioenergije i treba ih shvatiti kako bi se odabrala odgovarajuća tehnologija prerade za date zalihe.

Pregled kapaciteta generičke biomase koja se preraĎuje uz pomoć postojećih tehnologija je dat u tabeli 13.

Tabela 13. – Hemijske karakteristike različitih izvora biomase (Crucible Carbon, 2008)

Masnoće, ulja Proteini Šećeri/skrob Lignoceluloza

Izvori biomase

Godišnji zasadi

Travnati zasadi Uljarice (zrna)

Višegodišnji usjevi

Travnati zasadi Uljarice (drvo) Ligneocelulozni zasadi (stablo)

Ostaci i otpad

Otpad biljnog porijekla

Otpad ţivotinjskog porijekla

Organski dio komunalnog otpada

Tehnologija prerade


Anaerobno truljenje Samo celuloza

Vrenje Samo celuloza

Ekstrakcija ulja

Piroliza Gasifikacija

Visoko produktivna i opseţna industrija bioenergije mora u potpunosti iskoristiti resurse biomase i njene konstituente da bi se dobila maksimalna vrijednost. U tabeli 13 je naglašeno da je lignocelulozni konstituent sa najvećom zapreminom kada je u pitanju biomasa. Stoga kada se testiraju, termalna obrada i vrenje celuloze mogu da budu jedan od najvaţnijih izvora bioenergije u svijetu u bliskoj budućnosti; drugi procesi (truljenje, ekstrakcija ulja i vrenje) mogu da se koriste kao primarni tretmani obrade za izvore biomase sa značajnim udjelom elemenata koji nisu lignocelulozni i koji se mogu ekstrahovati (Crucible Carbon 2008). Dobivena energija ne zavisi samo od raspoloţive biomase već i od vrste korištene tehnologije proizvodnje energije: korištenjem efikasnijih tehnologija se dobiva više energije od iste količine biomase. Iz ovog razloga je tehnologijama prerade biomase posvećeno posebno poglavlje 5.1. projektnog materijala.

5.1 Integracija tehnologija: opšti aspekti

Sinteza ključnih faktora tehnologija prerade biomase je data u tabeli 14. Termalne tehnologije su najmanje osjetljive na količine zaliha i uz pomoć njih se mogu efektivno preraditi lignocelulozni materijali. Ove tehnologije su najopseţnije i ne zahtijevaju namjenski uzgajanu biomasu. Sve druge osim tehnologije direktnog spaljivanja su značajno ograničene u pogledu obima zbog njihove zavisnosti od specifičnih i ograničenih zaliha. Tehnoligije koje daju veliku zapreminu i vrijednost su trenutno najmanje razvijene i za njih će se u budućnosti raditi istraţivanja.

Handbook

34

Tabela 14. – PoreĎenje tehnologija proizvodnje energije od biomase (Crucible Carbon, 2008)

Tehnologija prerade biomase

Potencijalni obim

28

Fleksibilnost zaliha

Efikasnost29

Fleksibilnost

izlaza

Trţišna vrijednost proizvoda

Status razvoja


Veliki Visoka Mala Mala Niska Uspostavljen

Anaerobno truljenje

Mali Srednja Srednja Mala Srednja Uspostavljen

Vrenje Srednji30

Srednja31

Srednja Mala Visoka Uspostavljen

Ekstrakcija ulja/esterifikacija

Mali Mala Velika Mala Visoka Uspostavljen

Piroloza Veliki Visoka Srednja Velika Srednja Rani

komercijalni

Gasifikacija Veliki Srednja Srednja Srednja32

Srednja Rani

komercijalni

Analiza ističe stratešku atraktivnost termalne prerade u čvrste, tečne i gasovite proizvode energije čak i ako trenutni projekti koji su vremenski ograničeni moraju biti ograničeni i u pogledu obima.

6. Zakljuĉak

U predstavljenoj analizi se ističe da je procjena obima izvora sloţena i da se koncept “snabdijevanje potencijalnim izvorima” razlikuje od "snabdijevanje raspoloživim i održivim izvorima".

Teritorijalna analiza često predviĎa dobru ponudu biomase, ali samo ako su realizovani lanci bioenergije, mali dio raspoloţive biomase se moţe iskoristiti u uslovima odrţivosti. Zapravo, potencijalna biomasa nije isto što i raspoloţiva biomasa, a odrţiva biomasa je poseban koncept. Procjena raspoloţivosti i odrţivosti je ključna za strateški razvoj projekata bioenergije i direktno je povezana sa odabirom tehnologija biomase za proizvodnju energije.

Lignocelulozni izvori biomase (iz energijskih zasada i iz ostataka i otpada) su daleko najznačajniji i mogu se dobro ikoristiti u spoju sa upotrebom drugih oblika biomase kao što je hrana, materijali, ekološke usluge i prirodno stanište. Korištenje spororastućih šumskih vrsta za biomasu predstavlja najznačajniju priliku za razvoj novih velikih resursa biomase koji podrţavaju biodiverzitet, ekološki prihvatljive zalihe ugljenika i usluge ekosistema sa minimalnim uticajem na resurse hrane.

Drugi naglašeni aspekt je da je svaka kategorija tehnologije prerade prilagoĎena konkretnim biohemijskim karakteristikama biomase. Termalna prerada je najfleksibilnija od svih tehnologija i najbolja za potpuno iskorištavanje strateški isplaniranih količina resursa lignocelulozne biomase.

Tehnologije prerade kojima se proizvodi više vrsta energije i proizvodi širokog trţišta najčešće zadovoljavaju društvene potrebe i obezbjeĎuju odrţive poslovne prilike. Kako u budućnosti ne bi

28 Obim potencijalnog sektora zavisi od obima raspoloživog resursa biomase. One tehnologije kojima se može vršiti prerada lignocelulozne biomase su u prednosti.

29 Energetska efikasnost mjeri količinu energije u zalihama proizvoda. 30 Depolimerizacija celuloze u šedere omogudava pristup vedem obimu biomase; međutim, ova tehnologija nije komercijalno zaživjela. 31 Može biti veda ukoliko se unaprijede tehnologije proizvodnje šedera od celuloze. 32 Direktni proizvod gasifikacije je mali, ali je osnova za veliki niz goriva i hemijskih proizvoda putem reakcije sinteze.

Handbook

35

došlo do povećanja ugljenika u atmosferi, i dalje će biti potrebni značajni resursi bazirani na ugljeniku kao što su tečna transportna goriva, metalurški reduktanti i organske hemikalije tako da su poţeljne tehnologije termalne prerade kojima se dobijaju višestruki proizvodi.

Na kraju, odrţiv lanac bioenergije zahtijeva maksimalnu vrijednost od resursa biomase. Ovi sporedni proizvodi biomase koji zadrţavaju suštinski kvalitet resursa obično imaju veću vrijednost. Preliminarna prerada u svrhu ekstrakcije drveta, ulja, proteina i razgradivih šećera se zato preporučuje (ukoliko sredstva dozvoljavaju) u zalihama i treba je posmatrati kao ekonomsku prednost u proizvodnji bioenergije, ukoliko trţište ima odgovarajući obim.

Razvoj specifičnih projekata bioenergije zato nije baziran samo na ekonomskim uslovima već treba da uzme u obzir socijalne i okolišne aspekte poput: obezbjeĎivanje odobrenja populacije za rad i uvrštavanje okolišnih, tehnoloških, finansijskih i socijalnih aspekata.

Ukoliko su navedeni faktori uzeti u obzir, predloţeni projekti bi se trebali detaljno analizirati prema tehničko-ekonomskim parametrima nakon čega bi uslijedila preliminarna studija izvodljivosti, procjena ţivotnog ciklusa i kompletna procjena izvodljivosti. Uspješna realizacija svake od navedenih faza je vaţna za upravljanje rizikom kao i za izgradnju povjerenja populacije i investitora u pogledu projekata bioenergije.

Handbook

36

MALE

HIDROELEKTRANE

Handbook

37

1. UVOD

1.1 Osnovne definicije i procesi

Hidroelektrična energija potiče od djelovanja vode, od njezinog kretanja. Ona se moţe shvatiti kao oblik solarne energije, pošto sunce pokreće hidrološki ciklus koji zemlju snabdijeva vodom. Hidrološkim ciklusom voda iz atmosfere dospijeva na zemljinu površinu u obliku padavina. Dio te vode se isparava, no veći dio upije se u tlo ili se pretvori u površinsko oticanje. Kišnica i otopljeni snijeg naposljetku stiţu do ribnjaka, prirodnih i akumulacijskih jezera ili okeana, gdje se neprestano odvija isparavanje.

Slika 1.: Hidrološki ciklus

Voda koja se upije u tlo moţe se pretvoriti u podzemne vode (dubinske vode), od čega se dio ulijeva u vodotoke kroz izvore ili podzemne tokove. Podzemne vode mogu se u sušnim razdobljima podići prema površini tla, te se isparavanjem vratiti u atmosferu. Vodena para odlazi u atmosferu isparavanjem, potom kruţi, kondenzira se u oblake, te se dio vraća na zemlju kao kiša. Na taj način kruţenje vode se zatvara. Priroda se brine da voda bude obnovljivi izvor energije.

Male hidroelektrane imaju najveći udjel u proizvodnji električne energije iz obnovljivih izvora, na evropskom i svjetskom nivou. Procjenjuje se da instalirana snaga na svjetskom nivou iznosi 47.000 MW, uz tehnički i ekonomski potencijal od skoro 180.000 MW.

Malu hidroelektranu (MHE) obično pokreće vodeni tok, tj. nije potrebno neko značajnije dovoĎenje vode, kao ni izgradnja velikih brana i akumulacijskih jezera, iako pomaţe ako oni postoje i ako se mogu jednostavno upotrijebiti. Ne postoji općenita meĎunarodna suglasnost o definiciji MHE; gornja granica kreće se izmeĎu 2,5 i 25 MW u različitim zemljama, no uglavnom se prihvata vrijednost od 10 MW, a prihvatila ju je i ESHA (Evropsko udruzennje malih hidroelektrana).

Ovdje će se stoga koristiti definicija MHE kao hidrološkog sastava nazivne snage 10 MW ili manje. MHE se nadalje moţe podijeliti na “mini hidroelektranu”, koja se obično opisuje kao sastav snage do 500kW, te “mikro hidroelektranu” snage do 100kW. Bez obzira koju definiciju primjenjujemo, MHE predstavlja jedan od najbezopasnijih oblika proizvodnje energije za okoliš, temeljen na iskorištavanju obnovljivog izvora energije koji ne zagaĎuje okolinu i ne zahtijeva velike zahvate u okolnu prirodu.

MHE takoĎe moţe imati značajnu ulogu kao zamjena za fosilna goriva, jer za razliku od mnogih drugih izvora obnovljive energije moţe po potrebi proizvesti odreĎenu količinu električne

Handbook

38

energije u bilo koje vrijeme, (tj. nisu joj potrebni sastavi za skladištenje ni potporu), barem u onim razdobljima godine kada je protok vode dovoljan, a u mnogim slučajevima po cijenama koje su konkurentne elektranama na fosilna goriva.

1.2 Prednosti male hidroelektrane

Mala hidroelektrana jedna je od najekonomičnijih i najpouzdanijih energetskih tehnologija koje se mogu uzeti u obzir za proizvodnju električne energije bez zagaĎenja. Glavne prednosti koje mala hidroelektrana ima pred proizvodnjom energije pomoću vjetra, valova i sunca posebno uključuju:

Visoku efikasnost (70 - 90%), daleko najbolju od svih energetskih tehnologija.

Visoki koeficijent iskoristivosti (obično >50%) u poreĎenju sa 10% kod solarne i 30% kod energije vjetra.

Visoka razina predvidljivosti koja se mijenja u skladu s godišnjim modelom padavina.

Spora promjena izlazne snage; mijenja se samo postupno od dana do dana (ne svake minute).

Dobra usklaĎenost s potraţnjom, tj. proizvodnja je najveća zimi.

Tehnologija je trajna i čvrsta; sastavi se mogu jednostavno izvesti da traju 50 ili više godina.

Nadalje, mala hidroelektrana bezopasna je za okolinu. Najčešće se pokreće vodenim tokom; drugim riječima, bilo kakva brana ili nasip prilično je malena, obično tek ustava, a pohranjuje se sa malo ili ništa vode. Stoga riječne instalacije nemaju onu vrstu štetnog utjecaja na okolnu prirodu kao velike hidroelektrane.

2. OSNOVE HIDROENERGIJE

2.1 Vodeni pad i protok

Cilj korištenja hidroenergetskog sastava je pretvoriti potencijalnu energiju vodene mase koja teče i ima neki pad u električnu energiju na donjem dijelu sastava gdje se nalazi električna centrala.

Vertikalni pad vode, zvan vodeni pad, nuţan je za proizvodnju hidroelektrične energije; voda koja brzo teče nema sama po sebi dovoljnu snagu za proizvodnju iskoristive energije, osim u velikim razmjerima kao kod obalnih morskih struja. Stoga su potrebne dvije veličine: stopa protoka vode Q i pad vode H. Općenito je bolje imati veći pad nego veću stopu protoka, jer je u tom slučaju potrebna manja oprema.

Bruto pad vode (H) je najveći postojeći vertikalni pad vode od uzvodnog do nizvodnog vodostaja. Stvarni pad vode na turbini će biti nešto manji od ukupnog pada zbog gubitaka

Handbook

39

nastalih prilikom unošenja vode u pogon i iz pogona. Ovaj smanjeni pad naziva se neto pad vode.

Stopa protoka (Q) tekućice označava zapreminu protoka vode u sekundi, a mjeri se u m3/s. Za male sastave stopa protoka moţe se izraţavati i u litrama u sekundi, pri čemu je 1000 l/s jednako 1 m3/s.

Prema vodenom padu sastavi se mogu podijeliti u tri kategorije:

Visoki pad: 100 m i više

Srednji pad: 30 - 100 m

Niski pad: 2 - 30 m.

Ovi iznosi nisu nepromjenjivi, već predstavljaju način kategoriziranja terena.

Sastavi se takoĎer mogu definirati kao

Sastavi koje pokreće voda

Sastavi s centralom smještenom ispod brane

Sastavi integrirani s kanalom ili vodovodnom cijevi.

Tereni s visokim padom uglavnom su jeftiniji za razvoj od onih s niskim padom, jer su protok kroz turbinu i potrebne hidraulične strukture za jednaku izlaznu energiju manji. Kod rijeka s razmjerno strmim nagibom na jednom dijelu toka, razlika u vodostaju moţe se iskoristiti tako da se cijeli ili dio toka skrene, te vrati u korito nakon što proĎe kroz turbinu. Voda se moţe dovesti od zahvata direktno na turbinu kroz cijev pritiska.

2.2 Snaga i energija

Hidro-turbine pretvaraju pritisak vode u mehaničku osovinsku snagu, koja se moţe koristiti za pokretanje generatora električne energije ili drugih mašina. Raspoloţiva snaga proporcionalna je mnoţini pada i stope protoka. Opća formula za izlaznu snagu hidro sastava je:

P = n ρ g Q H

gdje je:

P mehanička snaga proizvedena na osi turbine (Watt),

n hidraulična učinkovitost turbine,

ρ gustina vode (1000 kg/m3),

g ubrzanje uzrokovano gravitacijom (9.81 m/s2),

Q zapreminska stopa protoka kroz turbinu (m3/s),

H stvarni pad pritiska vode na turbini (m).

Handbook

40

Hidraulična djelovanje najboljih turbina kreće se u rasponu od 80 do preko 90% (više nego kod svih drugih osnovnih vrsta pogona), iako se smanjuje s obzirom na veličinu. Učinkovitost mikro-hidroenergetskih sustava (<100kW) obično je izmeĎu 60 i 80%. Uzme li se u obzir uobičajena 70%-tna učinkovitost pretvaranja vode u struju, navedena jednadţba moţe se pojednostavljeno prikazati kao:

P (kW) = 7 × Q (m3

/s) × H (m)

2.3 Glavni elementi malog hidroenergetskog sastava

Slika 2.: Dijelovi hidroenergetskog sastava

Slika 2. prikazuje tipičan mali hidroenergetski sastav sa srednjim ili visokim vodenim padom. Ukratko se moţe opisati ovako:

Voda se uzima skretanjem rijeke kroz zahvat na ustavi.

U postrojenjima sa srednjim ili visokim vodnim padom voda se moţe najprije dovoditi vodoravno do predspremnika malim kanalom ili „vodeničnim jarkom“.

Prije nego što se pusti do turbine voda prolazi kroz taloţni spremnik u kom se voda usporava toliko koliko je potrebno da se zaustavljene čestice staloţe.

Predspremnik je obično zaštićen metalnom rešetkom (zaštitna rešetka) koja filtrira naplavine koje voda donosi.

Cijev pritiska ili regulator protoka odvodi vodu iz predspremnika na turbinu, koja je ugraĎena u električnoj centrali zajedno s generatorom i kontrolnom opremom.

Po izlasku iz turbine voda se ispušta niz odvodni kanal nazad u rijeku.

Handbook

41

3. TEHNOLOGIJA

3.1 Pregled

Osnovni element male hidroelektrane je hidro turbina. Sve takve turbine pretvaraju energiju pada vode u snagu rotirajuće osovine, no često dolazi do zabune kod pitanja koju vrstu turbine treba koristiti u odreĎenim okolnostima. Odabir turbine zavisi od obiljeţjima terena, prvenstveno o postojećem vodnom padu i protoku, kao i o ţeljenoj brzini rada generatora i o tome hoće li turbina morati raditi u uslovima smanjenog protoka.

Postoje dvije osnovne vrste turbine koje se nazivaju “impulsna” i “reakcijska”. Impulsne turbine pretvaraju potencijalnu energiju vode u kinetičku energiju u mlazovima koji izlaze iz mlaznice i izbacuju se na lopatice rotora ili grabilice. Reakcijske turbine za proizvodnju struje koriste i pritisak i brzinu vode. Rotor je potpuno prekrivena mlazom, a pritisaki brzina se smanjuju od ulaza do izlaza iz mlaznice.

Nasuprot tome, rotor impulsne turbine radi na vazduh, a pokreće ga mlaz (ili mlazovi) vode. U upotrebi su tri osnovna tipa impulsnih turbina: Peltonova turbina, Turgo turbina i turbina s krstatim protokom (ili Banki turbina). Dva osnovna tipa reakcijskih turbina su propelerna turbina (s Kaplanovom inačicom) i Francisova turbina. U tabeli 1. dana je vrlo gruba podjela vodenih turbina prema tipu i rasponu vodenih padova kod kojih se oni primjenjuju. Padovi su pribliţni i zavise od specifičnoj konstrukciji pojedinog proizvoĎača.

Tabela 1.: Impulsne i reakcijske turbine

Tip turbine Podjela padova

Visoki (>50m) Srednji (10-50m) Niski (<10m)

Impulsna

Peltonova, Turgo,

Peltonova s više

mlaznica

s krstatim

protokom, Turgo,

Peltonova s više

mlaznica

s krstatim protokom

Reakcijska

Francisova (spiralni

dovod)

Francisova (otvoren

dovodni kanal),

propelerna,

Kaplanova

3.2 Tipovi turbina pogodnih za MHE

Većina postojećih turbina moţe se podijeliti u jednu od tri grupe:

Kaplanove i propelerne turbine.

Francisove turbine.

Peltonove i druge impulsne turbine.

Kaplanove i propelerne turbine su reakcijske turbine s aksijalnim protokom koje se uglavnom koriste kod niskih padova vode (obično do 16 m). Kaplanova turbina ima podesive lopatice rotora, a moţe imati i podesive regulacijske lopatice. Ako su rotorske i regulacijske lopatice podesive, turbinom se moţe upravljati takozvanom „dvostrukom regulacijom“. Ako su regulacijske lopatice nepomične, regulacija je jednostruka.

Obična Kaplanova turbine ima spiralni dovod (čelični ili od armiranog betona); vodeni tok ulazi u turbinu radijalno i skreće pod pravim uglom prije nego što doĎe na rotor u aksijalnom smjeru.

Handbook

42

Kada su lopatice na rotoru nepomične, govorimo o propelernoj turbini. Propelerne turbine mogu imati pomične ili nepomične regulacijske lopatice. Propelerne turbine bez regulacije protoka koriste se samo kada su protok i pad gotovo nepromjenjivi.

Turbinske kruške i cijevne turbine izvedene su iz propelernih i Kaplanovih turbina, kod kojih vodni tok ulazi i izlazi s malim promjenama smjera. kod turbinske kruške multiplikator i generator smješteni su unutar turbinske kruške i nalaze se pod vodom. Kod cijevnih turbina moguće je nekoliko izvoĎenja, desni pogon, Straflo turbina sa S izvoĎenjem, generatori na remenski pogon, itd. Desni pogon predstavlja vrlo prihvatljivo rješenje, no proizvodi se samo do maksimalne snage od 2 MW.

Francisove turbine su reakcijske turbine s radijalnim protokom, nepomičnim lopaticama rotora i zakretnim regulacijskim lopaticama, a koriste se kod srednjih padova. Rotor se sastoji od grabilica sačinjenih od sloţenih krivih linija. Francisova turbina obično ima spiralni dovod iskovan od lijevanog ţeljeza ili čelika za rasporeĎivanje vode po cijelom obodu rotora, te nekoliko nizova lopatica za voĎenje i regulaciju protoka vode u rotoru. Slika 9 daje šematski prikaz ovog tipa turbine.

Peltonove turbine su impulsne turbine s jednim ili više mlazova, koji izlaze iz mlaznica s regulacijskom iglom za kontrolu protoka. Koriste se kod srednjih i visokih padova. Osna mlaznica nalazi se u ravni sa rotorom. Slika 10 prikazuje šemu vertikalne Peltonove turbine i osa mlaznice u ravni rotora. Neki proizvoĎači razvili su posebne vrste mašina sa ograničenim rasponom protoka i izlazne snage, ali korisnih u odreĎenim okolnostima.

Turbina s krstatim protokom, koja se ponekad naziva i Ossbergerova turbina, po kompaniji koja je proizvodi već više od 50 godina, ili Michell turbina, koristi se kod raznih veličina vodnih padova koji se djelimično preklapaju s onima za Kaplanovu, Francisovu i Peltonovu turbinu. Posebno je pogodna za vodne tokove velikog protoka i niskog pada.

Turgo turbina moţe raditi pod vodenim padom u rasponu od 30-300 m. Poput Peltonove, ona je impulsna turbina, no lopatice su joj drugačije oblikovane, a mlaz vode upada u ravan rotora pod uglom od 20°. Voda ulazi u rotor na jednoj strani radnog kola, a izlazi na drugoj. Zbog veće brzine rotora Turgo turbine, zbog manjeg prečnika u poreĎenju sa drugim tipovima, direktno spajanje turbine i generatora je vjerojatnije. Turgo turbina moţe biti pogodna kod srednjeg vodnog pada gdje bi se inače koristila Francisova turbina. MeĎutim, za razliku od Peltonove, ovdje protok vode kroz rotor stvara aksijalnu silu, zbog čega se na osovinu mora postaviti potporni leţaj.

Handbook

43

PELTONOVA

TURGO

FRANCISOVA S OTVORENIM DOVODNIM

KANALOM

FRANCISOVA SA SPIRALNIM

DOVODOM

S KRSTATIM PROTOKOM

PROPELERNA

Slika 3: Prikaz osnovnih tipova turbina

Handbook

44

3.3 Kriteriji za odabir turbine

Tip, geometrija i veličina turbine u osnovi će zavisiti od slijedećih kriterija:

Neto pad

Raspon protoka kroz turbinu

Brzina rotacije

Problemi zbog kavitacije

Trošak

Slika 4: Rasponi rada različitih tipova turbina

Slika 4. prikazuje raspone rada različitih tipova turbina kao funkciju neto pada i protoka. Neto pad je ujedno i prvi kriterij pri izboru tipa turbine koja će se ugraditi. Slijedeća tabela daje raspone odgovarajućih neto padova za različite tipove turbina.

Tabela 2.: Rasponi padova

Tip turbine Raspon pada u metrima

Kaplanova i

propelerna

2 < H < 15

Francisova 4 < H < 100

Peltonova 30 < H < 1000

S kriţnim protokom 1 < H < 150

Turgo 50 < H < 250

Za isti neto pad neke je turbine teţe proizvesti, te su stoga skuplje. Na primjer za niske padove propelerna turbina je jeftinija od Kaplanove koja je dizajnirana za istu nominalna protočnosti. U

Handbook

45

sastavu sa srednjim padom turbina s krstatim protokom će biti jeftinija od Francisove, čiji je rotor sloţeniji, iako je efikasnija. Što se tiče protočnosti treba imati na umu da turbine ne mogu raditi od nultog pada do nominalne protočnosti.

3.4 Efikasnost turbine

Efikasnost turbine definira se kao odnos snage koju daje turbina (mehanička snaga koja se prenosi osovinom turbine) prema apsorbiranoj snazi (hidraulična snaga jednaka izmjerenoj protočnosti ispod neto pada). Za procjenu ukupne efikasnosti, efikasnost turbine treba pomnoţiti sa efikasnost pojačivača brzine (ako se koristi) i alternatora.

Kao što se vidi na slici 4, koja prikazuje srednju efikasnost za nekoliko tipova turbina, efikasnost se ubrzano smanjuje ispod odreĎenog procenta nominalne protočnosti. Turbina je osmišljena tako da radi pri ili blizu najveće efikasnosti, obično na 80 % maksimalne stope protoka, a kako protok odstupa od tog protoka,dolazi i do odstupanja hidraulične efikasnosti turbine.

Raspon protoka koji se moţe koristiti, odnosno proizvedena energija, mijenja se ako:

sastav mora električnom energijom obezbijediti malu mreţu,

sastav je dizajniran za spajanje na veliku distribucijsku mreţu.

U prvom slučaju treba odabrati protok koji će omogućiti proizvodnju električne energije gotovo cijele godine. U drugom treba uzeti nominalnu protočnost koja će omogućiti najveći neto prihod od prodaje električne energije.

Kaplanove i Peltonove turbine s dvostrukom regulacijom mogu uspješno raditi s velikim rasponom protoka – od oko petine nominalne protočnosti na gore. Kaplanove s jednostrukom regulacijom su prihvatljivo efikasne od jedne trećine na gore, a Francisove turbine od polovine nominalne protočnosti. Ispod 40 % nominalne protočnosti Francisove turbine mogu biti nestabilne, zbog čega dolazi do vibracija ili mehaničkog šoka. Propelerne turbine s nepomičnim regulacijskim lopaticama imaju zadovoljavajuću efikasnost na malom rasponu protoka, blizu svoje nominalne protočnosti. Treba napomenuti da je kod propelernih turbina s jednostrukom regulacijom efikasnosti općenito bolja kada se rotor moţe zakretati.

Slika 5.: efikasnost kod djelimičnog protoka

Handbook

46

3.5 Kontrola

Kontrolna ploča je crna kutija koja nadzire rad hidroenergetskog sastava. Glavne funkcije kontrolne ploče su:

pokretanje i zaustavljanje turbine

sinhroniziranje generatora s lokalnom mreţom

Nadzor uzvodnog vodostaja i provjera da se odrţava iznad minimalne vrijednosti

Upravljanje regulacijskim ventilom dotoka na turbinu u skladu s raspoloţivom količinom vode

Otkrivanje grešaka i aktiviranje signala za upozorenje ili zaustavljanje.

Kontrolna ploča umreţenih sastava mora biti u skladu s lokalnim preporukama za umreţenje ugraĎenih generatora. Kod sustava koji nisu spojeni s lokalnom mreţom već rade odvojeno, kontrolni sastav će brinuti o tome da su napon i frekvencija generatora unutar dozvoljenih veličina bez obzira na dato opterećenje.

Kod većih elektrana koje snabdjevaju trofazne potrošače kontrolna ploča obično prikazuje sljedeće:

voltmetar s preklopnom sklopkom za očitavanje napona izmeĎu faza i napona dalekovoda,

ampermetar na svakoj fazi za mjerenje struje

mjerač frekvencije struje

trenutnu potrošnju kilovata

brojilo kilovata po satu za energiju proizvedenu u nekom razdoblju

mjerač koeficijenta snage

3.6 Odvajanje neĉistoća

Zaštitne rešetke

Zaštitna rešetka vrsta je ograde koja sluţi za filtriranje naplavina koje donosi vodeni tok. To je korisno sredstvo za odrţavanje potoka, rijeka i jezera čistima od smeća i neţeljenih elemenata. Osnovni izgled svih zaštitnih rešetki je sličan, no unutrašnje, vanjske i rešetke koje pokreće turbina sluţe za različite svrhe. TakoĎe mogu biti napravljene od različitih materijala.

Jednostavna vodna zaštitna rešetka izraĎuje se od bilo koje vrste mreţastog materijala kroz koji voda moţe proći, a zadrţava velike komade naplavina. Rešetke se obično rade od istih materijala kao i mnoge ograde, kao što su kovina ili plastika. Ovisno o vodnom toku i količini naplavina, rešetke često treba čistiti kako bi se izbjegla začepljenja vodnih tokova.

Handbook

47

Rešetka predstavlja prepreku vodnom toku i uzrokuje manji gubitak pada. Stoga, razmak izmeĎu rešetki treba biti najveći mogući koji će ipak zaustaviti najveće komade naplavina koji bi mogli oštetiti turbinu. Dobavljač turbine moţe vam dati savjet o pravilnim dimenzijama. Osim toga, brzina toka koji se pribliţava rešetki treba biti relativno mala, po mogućnosti manja od 0.3 m/s i ne veća od 0.5 m/s.

Automatski čistači

Ručno čišćenje ima smisla samo u malim sastavima ili na mjestima na kojima su ljudi postavljeni iz drugih razloga. Danas postoji niz automatskih sprava za čišćenje rešetki i uklanjanje zaustavljenih naplavljenih komada. To su najčešće:

Automatske grabulje: Ima ih različitih oblika, no obično se sastoje od jednih ili više grabulja kojima upravlja hidraulinka ruka. Za neka rješenja potrebne su samo jedne grablje koje se pomiču uzduţ rešetke; inače dvoje ili više grabulja mogu raditi jedne pored drugih. Takvi su sastavi obično veoma otporni, dijelom zbog toga što se njihov pogon cijelo vrijeme nalazi izvan vode. Glavni nedostaci su izgled takve opreme i donekle veća opasnost uslijed nenadgledanog rada opreme.

Ĉistaĉ s grabuljama i lancem, kod kojega se preko rešetke povlači motka pomoću lančanog pogona na svakom kraju. Motka odlaţe prikupljene naplavine u ţlijeb koji prolazi cijelom duţinom rešetke. Ţlijeb se moţe isprati vodom (po potrebi dovedenom pomoću pumpe), gurajući naplavine prema bočnom propusnom otvoru za vodu.

Ĉistaĉ grabilica čvršća je alternativa automatskim grabuljama. Jedan par grabilica pomiče se uzduţ rešetke i podiţe materijal u ţeljeznu košaru.

Kod Coanda rešetki, primjenjivih samo u sastavima s visokim i srednjim padom, nije potrebno ograbiti, jer one koriste „Coanda efekt“ za filtriranje i ispiranje naplavina i čestica mulja, propuštajući u privodni sastav samo čistu vodu. Precizno postavljene, usko razmaknute vodoravne ţice od nehrĎajućeg čelika ugraĎene su u paţljivo oblikovanu rešetku postavljenu na nizvodnoj strani ulazne preljevne komore. Čista voda skuplja se u komori ispod rešetki koja je direktno spojena s cijevi pritiska turbine.

(a) Grabulje i lanac (b) Hidraulična ruka

Handbook

48

(c) Grabilica

(d) Coanda rešetka

Izdvajanje ribe

Na rijekama na kojima ribarstvo predstavlja vaţno pitanje obično postoje stroţi uvjeti za izdvajanje naplavina kako bi se osiguralo da će se riba odvratiti od privoda turbine i skrenuti u odgovarajući sporedni kanal. Tačne mjere za izdvajanje ribe stvar su dogovora, a zavise od osjetljivosti odreĎenog mjesta.

Iskušavaju se brojne inovativne metode izdvajanja ribe iz privoda, koje izbjegavaju korištenje rešetke. One uključuju upotrebu električne struje, zastore od mjehurića i zvučne talase koji navode ribu dalje od privoda. Takve metode imaju značajne prednosti za operatora pogona, a ne predstavljaju prepreke za protok.

4. PROCJENA RESURSA

4.1 Uvod

Planiranje ima vaţnu ulogu u razvoju hidroenergije. Količina dobijene hidroenergije na odreĎenom mjestu zavisi od vodenog pada na turbini i odgovarajućoj stopi protoka. Stoga je za iskorištavanje hidroenergije potrebno procijeniti vodne resurse, što zavisi od lokalnih prirodnih procesa, kao i obiljeţja terena. Precizna i pouzdana procjena vodenih resursa ključ je uspješnog planiranja. MeĎutim, pouzdana procjena vodenih resursa i nadalje predstavlja prepreku. To posebno vrijedi za ne-industrijalizirana nedovoljno razvijena područja i moglo bi biti jedan od uzroka nedovoljnog razvoja hidroenergije u takvim područjima.

Istorijski podaci o protoku koji odgovara odreĎenoj lokaciji tradicionalno se koristi za procjenu vodenih resursa, pa se zbog toga te informacije uzimaju u planiranju. Ministarstva okoliša, agencije za zaštitu voda i/ili okoliša (nacionalne/lokalne) ili druge slične organizacije obično su izvor podataka o mjerenjima toka u najvaţnijim rijekama i potocima evropskih zemalja. Podaci se mogu koristiti za procjenu toka tekućice na odreĎenom mjestu ako se uzme u obzir odnos izmeĎu stvarne lokacije i mjerne stanice (uzvodno ili nizvodno).

Ali u većini slučajeva podaci o dostupnosti vode za prošla razdoblja specifični su za odreĎenu lokaciju. Zbog sloţenosti same hidrologije kao prirodne pojave, buduća procjena temeljena na podacima specifičnim za lokaciju iz prošlih razdoblja dovodi u pitanje tačnost i pouzdanost

Handbook

49

procjene. Takve netačne informacije iz procjene vodenih resursa mogu imati nekoliko posljedica:

podcjenjivanje bi moglo biti glavni razlog slabog zanimanja za hidroenergiju – čak bi i stvarna dostupnost bila ohrabrujuća;

procjena temeljena na promatranju odabrane lokacije moţe propustiti neke bolje prilike na drugim lokacijama, što takoĎe moţe dovesti do pogrešnog planiranja;

prikupljanje podataka o promatranju s brojnih lokacija koje pokrivaju velike udaljenosti skupo je i sporo.

Pojavom novih kompjuteriziranih alata kao što je geografski informacijski sastav (GIS), daljinska istraţivanja i hidrološki modeli, gore navedene prepreke mogu se sustavnije rešavati. Realistične slike: (i) postojećeg terena, (ii) sloţenih hidroloških pojava, te (iii) promjenjive klime sada su moguće pomoću prostornih alata i tehnika modeliranja. Na taj način sada je moguće napraviti ne samo prostornu, već i vremensku simulaciju stvarne hidrologije vis-à-vis dostupnosti vode u nekom području.

Hidrološki modeli su pojednostavljeni, konceptualni opisi nekog dijela hidrološkog ciklusa. Prvenstveno se koriste za hidrološka predviĎanja i za razumijevanje hidroloških procesa. Oni predstavljaju značajnu tehniku ispitivanja hidrološkog sastava za istraţivače u hidrologiji i za djelatne inţenjere u vodenim resursima. Ovi modeli općenito koriste matematičke i statističke koncepte za povezivanje odreĎenih unosa (na primjer, količine kiše, temperature, itd.) s rezultatima modela (na primjer, količina otjecanja).

Danas je moguće povezati sve fizikalne dogaĎaje u sluţbi bolje simulacije prirodnog svijeta pomoću GIS-a i hidroloških modela. Prednosti ovih alata i modela su u njihovoj sposobnosti simuliranja sadrţaja vode s obzirom na protoke unutar male površine za tri različita toka, tj. nadzemne, podzemne i tokove kroz kanale. Upotreba hidroloških modela se proširila zbog njihovih prednosti pred tradicionalnim metodama procjene vodenih resursa.

U novije vrijeme GIS i alati daljinskog istraţivanja takoĎer se često primjenjuju u procjeni hidro-energetskog potencijala. Korisnost GIS-a i tehnologija daljinskog istraţivanja se povećava povezivanjem s hidrološkim modelima koji se temelje na procesima. Iako integrirani hidrološki GIS modeli zasnovani na procesima pruţaju niz pogodnosti, pronaĎena su i neka ograničenja. Jedan od glavnih nedostataka izrade hidroloških modela je potreba za velikom količinom podataka u svezi upotrebe zemljišta, vrste tla i klimatskih uvjeta. Prisutnost mnogobrojnih pod-modela i s njima povezanih pitanja takoĎer predstavljaju prepreke u nekim specifičnim situacijama. Takve prepreke mogu dovesti do nesigurnosti u predviĎanju pomoću modela. One se meĎutim mogu umanjiti standardnim postupcima kalibracije i provjere valjanosti.

4.2 NacionalnI i regionalni nivoi

Za procjenu nacionalnih i regionalnih resursa koriste se satelitski snimci pomoću kojih se stvara baza podataka GIS-a za identifikaciju izvora, odabir lokacije, planiranje okoliša, prikupljanje podataka za digitalni model terena (DMT), te mreţu dalekovoda i rangiranje lokacija. Takvi pothvati za opseţne procjene resursa uglavnom izvode timovi stručnjaka iz područja GIS-a, hidrologije, hidroenergije, itd.

Geografski informacijski sastav (GIS) je kompjuterski informacijski sastav koji sluţi za digitalan prikaz i analizu zemljopisnih obiljeţja na Zemljinoj površini. U metodologiji procjene hidroenergetskog potencijala za neko područje mogu se primijeniti sljedeće metode.

Handbook

50

Regionalni modeli trajanja protoka

Dva su načina izraţavanja promjene riječnog toka tijekom godine: godišnji hidrogram i kriva linija trajanja protoka, kao što je dolje prikazano.

Godišnji hidrograf

Krivulja trajanja protoka

Krivulja trajanja protoka jednostavan je grafički prikaz promjenjivosti vodnog protoka na nekoj lokaciji bez obzira na redoslijed pojavljivanja toga protoka. Ona pokazuje kako je protok rasporeĎen u nekom razdoblju (obično tokom godine). Vertikalna osa prikazuje protok, a vodoravna daje procenat godine u kom protok prelazi vrijednost zadanu na osi y. Stoga kriva linija trajanja moţe, na primjer, odmah pokazati nivo protoka koja će biti dostupna barem tokom 50% godine (koja se naziva Q50). Protok koji je prekoračen tokom 95% godine (Q95) često se uzima kao karakteristična vrijednost za minimalan riječni protok.

Krive linije trajanja protoka za moguće lokacije za koje postoje odgovarajući podaci o protoku mogu se direktno razviti. Iz takve krive linije moţe se procijeniti protok za različite nivoe postojanosti na standardiziranoj lokaciji. No u stvarnom ţivotu većina potencijalnih lokacija za hidroenergetske projekte obično nisu standardizirane jer te lokacije nemaju značajno korisne podatke ili uopće nemaju podatke o protoku za takve analize.

Za izračunavanje krive linije trajanja za lokaciju na vodenom toku za koji nema odgovarajućih podataka o protoku moţe se koristiti regionalna kriva linija trajanja protoka. Regionalni modeli protoka razvijaju se na temelju podataka dostupnih za nekoliko drugih standardiziranih slivnih površina na istom području ili prenesenih iz nekog sličnog obliţnjeg područja. Takvi modeli koriste se za izračun krivih linija trajanja protoka za nestandardizirane slivne površine dotičnog područja. Postojanje takvih regionalnih modela trajanja protoka od velike je vaţnosti (na primjer za procjenu hidroenergetskog potencijala u nepristupačnim brdovitim dijelovima zemlje).

Godišnji model trajanja protoka pokazuje obrazac protoka na nekoj nestandardiziranoj slivnoj površini. Za razvijanje modela trajanja protoka treba uzeti u obzir geomorfološka obiljeţja slivne površine kao što su površina, opseg i duţina glavnog kanala, kote najviše i najniţe tačke, geologija područja, hidrogeologija područja, način korištenja zemlje, klimatski uslovi i drugi parametri. Ovisno o dostupnosti tih podataka, trajanje protoka dobijeno iz navedenih regionalnih modela protoka mogu se koristiti samo za studije gospodarske opravdanosti. Nakon njih mogu uslijediti podrobne studije provedivosti (za potencijalne lokacije) temeljene na stvarnom mjerenju isticanja iz vodnog toka.

Podaci daljinskih istraživanja za analizu slivne površine

Tehnologija daljinskog istraţivanja je efikasan alat za prepoznavanje pogodnih lokacija za nove hidroenergetske projekte, posebno u nedostupnim područjima s visokim vodnim potencijalom. Podaci daljinskog istraţivanja iz bliskog infracrvenog područja (0.8 um - 1.1 um) jasno pokazuju

Handbook

51

razliku izmeĎu kopnenih i vodenih obiljeţja, te su najpogodniji za biljeţenje trajnih vodnih tokova. Kod takvih procjena podaci dobijeni pomoću „IRS-LISS III-Geocoded False Colour Composites“ (FCC) mogu se koristiti za identifikaciju granica slivne površine, odvodne mreţe, trajnih vodnih tokova, upotrebe zemljišta i vegetacije. Pomoću izohipsi i visinskih kota na topografskim kartama moţe se generirati digitalni model visine (DEM) tih slivnih površina pomoću bilo kojega od nekoliko postojećih GIS programskih paketa– Manifold, ARC-INFO, MapInfo, itd. Za daljnju analizu preko ovih modela mogu se postaviti granice sline površine, odvodna mreţa i lokacija naseljenih područja.

Digitalni modeli terena (DMT)

Digitalni modeli terena mogu se koristiti za odreĎivanje nagiba, duţine kanala, površine sliva, raspoloţivog pada za proizvodnju struje, te lokacije pogodnih mjesta za objekte niskogradnje dijelova malih hidrocentrala kao što su preljevni prag, dovodni kanal i ulazni kanal, taloţni bazen, pred-spremnik, zgrada centrale, itd. Satelitski snimci i GIS mogu se nadalje koristiti za planiranje odgovarajućih (optimalnih) prolaza, analizu profila, tehnološki dizajn stupova i ţica, te procjenu troškova dalekovodne mreţe ili mreţe dovodnih kanala do najbliţe pod-stanice.

4.3 Procjena resursa na lokalnom nivou (specifiĉna za lokaciju)

Jedini resurs potreban za malu/mikro hidroelektranu je tekuća voda s nagibom. Planiranje male hidroelektrane započinje sa što preciznijom procjenom raspoloţivog pada i protoka na predloţenoj lokaciji. U sljedećim odlomcima detaljno se opisuju raspoloţivi pad i protok.

Mjerenje vodnog pada

Postoji nekoliko metoda za mjerenje raspoloţivog pada. Neke su primjerenije lokacijama s malim padom, a presloţene i neefikasne na onima s velikim padom. Uvijek je potrebno napraviti nekoliko posebnih mjerenja pada na svakoj lokaciji.

Sljedeći vaţan uzrok je da neto pad nije konstantan, već se mijenja s riječnim protokom. Što je protok veći, vodostaj u niţem dijelu ustave često se podiţe brţe nego onaj u višem, na taj način smanjujući ukupni vodni pad. Iako je ova promjena pada manja nego promjena protoka, ona moţe značajno utjecati na raspoloţivu snagu, posebno u sastavima s niskim padom gdje čak 0.5 metara moţe biti kritično. Za tačnu procjenu raspoloţivog bruto pada potrebno je mjeriti vodostaje u niţem i višem dijelu ustave za sve vrijednosti riječnog protoka. Neke od najčešćih metoda/tehnika mjerenja vodnog pada uključuju:

Nivelir i teodolit: mjerenje nivelirom uobičajena je metoda za mjerenje pada i treba se koristiti kad god vrijeme i sredstva dozvoljavaju. Te se naprave moraju precizno kalibrirati te ih trebaju koristiti ljudi s iskustvom. Niveliri se koriste s nivelmanskim letvama za mjerenje pada u nekoliko faza. Nivelir je naprava koja omogućuje rukovatelju usmjeriti pogled na letvu koju drţi pomagač, tako da je vizurna osa potpuno vodoravna. Faze mjerenja obično su ograničene duţinom letve, pa se moraju pomicati po visini (koja obično nije dulja od 3 m). Potrebno je imati dobar nezaklonjen pogled, pa je lokacije s puno zelenila uglavnom teško procijeniti ovom metodom. Nivelirima se moţe mjeriti samo vodoravno, no teodolitom se mogu mjeriti vertikalni i vodoravni uglovi, što pruţa veću okretnost i omogućuje brţi rad.

Handbook

52

Opaţajni instrumenti: ručni opaţajni instrumenti mjere kut nagiba padine (još se nazivaju klinometri). Maleni su i čvrsti, a ponekad sadrţe i daljinar, što rješava problem mjerenja pravocrtne udaljenosti. Greška u procjeni je obično izmeĎu 2 i 10%, sve zavisi od vještine korisnika.

Cijev ispunjena vodom i manometar: ovo je vjerojatno jedna od najjednostavnijih metoda mjerenja raspoloţivog pada, no ima odreĎene nedostatke. Dva glavna uzroka grešakakoje se moraju (i mogu) izbjeći su nekalibrirani manometri i mjehurići zraka u cijevi. Za izbjegavanje prve greškepotrebno je iznova kalibrirati manometar prije i poslije svake veće izmjere lokacije. Kako bi se izbjegla druga greška, treba koristiti prozirnu plastičnu cijev kako bi se mjehurići mogli vidjeti.

Ova metoda moţe se primjenjivati na visokim i na niskim padovima, no odabir manometra zavisi od pada koji se mjeri.

Cijev ispunjena vodom i motka: ova metoda primjerena je lokacijama s niskim padom. Jeftina je, prilično tačna i ne javlja puno grešaka. Treba napraviti dva ili tri odvojena mjerenja kako bi se potvrdilo da su konačni rezultati dosljedni i pouzdani. Osim toga, rezultati se mogu provjeriti poreĎenjem s mjerenjima izvršenim nekom drugom metodom, na primjer cijevi ispunjenom vodom i manometrom.

Libela i daska: ova metoda načelno je slična kao metoda s cijevi ispunjene vodom i motkom. Kod ove metode stolarska libela poloţi se na čvrstu ravnu dasku, pa se odredi vodoravno opaţanje. Na blagim padinama ova je metoda obično veoma spora, ali na strmijim padinama je korisna.

Biljeţenjem po dva očitavanja u svakoj fazi (obiljeţavanjem jednog kraja daske te okrećući je na drugu stranu) uklanjaju se greške. Greška je općenito oko 2%.

Karte: kao što je spomenuto ranije kod regionalnih procjena, karte su u velikoj mjeri korisne za pribliţne vrijednosti pada, ali nisu uvijek dostupne ili potpuno pouzdane. Kod lokacija s visokim padom (>100 m) karte u mjerilu 1:50,000 korisne su za studije gospodarske opravdanosti i uglavnom su dostupne.

Visinomjeri: Visinomjeri su prilično korisni za studije gospodarske opravdanosti kod visokog pada. Geodetski visinomjeri obično griješe manje od 3% na 100 m. no, treba uzeti u obzir promjene atmosferskog pritiska, pa se ova metoda ne moţe općenito preporučiti osim za pribliţna očitavanja (studije gospodarske opravdanosti).

Mjerenje protoka

Svrha hidrološke studije jeste predviĎanje promjene protoka tokom godine. Budući da se protok mijenja od dana do dana, jednokratno mjerenje je od male koristi. U nedostatku hidrološke analize, moţe se uspostaviti dugoročan sastav mjerenja. Takav se sastav često koristi kao podrška hidrološkog pristupa pa je ujedno i najpouzdaniji način odreĎivanja stvarnog protoka na nekoj lokaciji. Jednokratna mjerenja korisna su za trenutnu provjeru hidroloških predviĎanja.

Tehnike mjerenja koje se ovdje spominju su:

metoda ustave,

privremene ustave,

mjerenje pomoću soli,

mjerenje kablom,

mjerenje plovkom,

Handbook

53

mjerenje brzine vodotoka.

Mjerne ustave: ustava koja mjeri protok je ustava s usjekom kroz koji mora proći sva voda neke vodne struje. Stopa protoka utvrĎuje se na temelju razlike u visini izmeĎu uzvodnog vodostaja i dna usjeka. Za pouzdane rezultate gornji rub ustave mora biti oštar, a iza ustave ne smije se nakupljati sediment.

Ustave mogu biti napravljene od betona, kovine ili čak drveta i uvijek moraju biti postavljene vertikalno na vodni tok. Ustava treba biti postavljena na mjestu gdje se tok kreće ravno i nema vrtloga. Uzvodna udaljenost izmeĎu tačke mjerenja i gornjeg ruba ustave treba biti barem dva puta veća od maksimalnog pada koji se mjeri. U blizini usjeka ne smije biti prepreka u vodnom toku, a ustava mora biti potpuno nepropusna.

Mjerna ustava s pravokutnim usjekom: za kratkoročna mjerenja ili ona u sušnoj sezoni koriste se privremene mjerne ustave (uglavnom izraĎene od drveta) koje se učvršćuju u obalu i korito vodotoka. Potrebno je procijeniti raspon protoka koji će se mjeriti ispred ustave kako bi usjek na ustavi bio odgovarajuće veličine. Trajne ustave mogu biti korisne za male vodotoke, ali za veće vodne tokove bolje je rješenje postavljanje privremenih ustava.

Mjerenje pomoću soli: metoda mjerenja protoka pomoću soli prilagoĎena je iz metoda baţdarenja razreĎivanjem pomoću radioaktivnih indikatora koji se koriste u rijekama. Prilično je jednostavna za izvoĎenje, razmjerno precizna (vjerovatnost greške manja je od 7%), i pouzdana je za brojne vrste vodnih tokova. Daje bolje rezultate u jače uzburkanim vodotocima. Pomoću ove metode trenutna procjena vodnog toka moţe se napraviti za manje od 10 minuta s vrlo malo opreme.

Kanta solju zasićene vode izlije se u vodni tok. Putujući nizvodno, oblak slane vode u vodotoku počinje se širiti. Kada preĎe odreĎeni put nizvodno, širi se cijelom širinom vodotoka. Prednji dio oblaka manje je zasićen solju, u njegovom srednjem dijelu ima mnogo soli, dok je zadnji dio opet manje zasićen. Slanost (salinitet) vode moţe se mjeriti konduktometrom. Ako protok nije veliki, neće jako razrijediti sol, pa će provodljivost oblaka (koja je veća u slanijoj vodi) biti visoka. Stoga visoka provodljivost ukazuje na nizak pad i obratno.

Stopa protoka obrnuto je proporcionalna stepenu provodljivosti oblaka. Za navedenu pojavu pretpostavka je da oblak u svakom slučaju proĎe pored mjerne sonde u jednakom vremenu. Ali što je protok sporiji, oblaku će trebati više vremena da proĎe sondu. Zato je protok takoĎe obrnuto proporcionalan vremenu prolaza oblaka. Oprema potrebna za mjerenje protoka pomoću ove metode uključuje kantu, kuhinjsku so, termometar i konduktometar (raspona 0-1000 mS).

Mjerenje kablom: ova metoda najjednostavniji je i najbrţi način mjerenja protoka u veoma malim vodotocima. Cijeli protok skrene se u kabao ili bačvu te se biljeţi vrijeme potrebno da se isti napuni. Stopa protoka dobije se jednostavnim dijeljenjem zapremine dotičnog spremnika s vremenom punjenja. Protoci do 20 l/s mogu se mjeriti pomoću uljnih bačvi od 200 litara. Potrebna oprema uključuje bačvu i štopericu.

Mjerenje plovkom: osnova svih metoda koje se zasnivaju na brzini i površini je da je protok (Q) jednak prosjeku brzine (V) na jednolikom presjeku površine (A). Matematički to izgleda ovako:

Q = V × A

Odabire se onaj poprečni presjek korita vodotoka koji je što jednoličniji u odreĎenom dijelu duţine vodotoka (takoĎer se moţe uzeti prosječan presjek za znanu duţinu vodotoka – ukoliko se korito pretjerano ne mijenja). Potom se za niz plovaka, uglavnom komada drveta, mjeri vrijeme niz odreĎenu duljinu vodotoka. Brzina protoka dobija se izračunom srednje vrijednosti

Handbook

54

rezultata brojnih mjerenja. Ovu brzinu treba potom umanjiti faktorom korekcije koji daje procjenu srednje brzine za razliku od površinske brzine. Mnoţenjem srednje vrijednosti i popravljene brzine protoka moţe se procijeniti zapreminska stopa protoka.

Mjerenje brzine vodotoka: ova je metoda preciznija od mjerenja plovkom. Mjerač brzine vodotoka sastoji se od osovine s propelerom ili zakretnim lopaticama pričvršćenim za kraj. Propeler se slobodno okreće, a brzina okretaja povezana je s brzinom vodotoka. Jednostavan mehanički brojač biljeţi broj okretaja propelera koji se postavlja na ţeljenu dubinu. Izračunom srednje vrijednosti podataka očitanih jednoliko kroz cijeli presjek dobija se prosječna brzina vodotoka.

5. CRES METODA ZA PROCJENU POTENCIJALA MALE HIDROELEKTRANE

5.1 Osnovna ideja

Eksperimentalni potencijal, na način kako je definiran za male hidroelektrane, uključuje obraĎene rezultate dobijene mjerenjem stope protoka na lokaciji u onim vodotokovima koje obiljeţavaju iskoristivi protoci. Takva mjerenja vrše u odreĎene svrhe nacionalna/regionalna/lokalna upravna tijela koja djeluju u području vodnih resursa, ili se ona dobijaju iz obrade prošlih mjerenja koja su izvele druge slične organizacije.

Podaci uključeni u eksperimentalni potencijal odgovaraju „krivoj liniji trajanja protoka“ u odreĎenim tačkama vodotoka. Na temelju tih mjernih podataka i primjene modela vodotoka, dobijenog obradom digitalnog modela visine – DEM (kako je analitički opisano u sljedećem odlomku), moguće je predvidjeti elemente protoka za vodotok u svakoj njegovoj tački.

Potonji se sastoji od teoretskog potencijala za male hidroelektrane i predstavlja osnovni unos za izračune kojima se ţeli procijeniti tehnički i gospodarski isplativ potencijal koji će uslijediti. Podaci za teoretski potencijal dio su sistemske baze podataka, te omogućuju pronalaţenje i opis raspoloţivih informacija (predviĎanje krive linije trajanja protoka, elementi topografije i iskorištavanja tla) u odreĎenim točkama, kao i općeniti pregled potencijala na velikim površinama vodotokova u obliku tematskih slikovnih karti.

Raspoloživi potencijal proučava se kroz obradu navedenih elemenata, a nakon postavljanja nekih ograničenja povezanih s jednim od sljedećih pitanja:

Zakon i okoliš (ograničenja zbog ureĎenja okoliša, minimalan preostali riječni protok),

Opća tehničko-gospodarska pitanja (minimalna stopa protoka, neto pad, očekivana proizvodnja električne energije, duţina cjevovoda pritiska/maksimalna udaljenost od vodnog zahvata do centrale).

Rezultat ovog istraţivanja je odreĎenje parova tačaka (zahvat vode – centrala) koji udovoljavaju navedenim ograničenjima. Takvi parovi simuliraju hipotetske (ispitivane) projekte, a sastoje se od ulaznih podataka za sljedeće korake kojima je cilj procijeniti tehnički i finansijski iskoristivi potencijal.

Za procjenu tehnološkog potencijala sastav simulira odabir i rad hipotetske vodne turbine pomoću algoritama za izračun sljedećeg (za svaku hipotetsku centralu koja ima raspoloţivi potencijal):

tip turbine i optimalna instalirana snaga,

proizvedena energija,

Handbook

55

faktor iskorištenja turbine i raspoloţive stope protoka,

za to vrijeme radi se početna procjena troškova ulaganja i elemenata finansijske odrţivosti dotičnih hipotetskih projekata, i to kroz izračun:

instalacijskih troškova

troškova rada i odrţavanja

troškova proizvodnje energije (izraţeno u € / kWh)

nekih osnovnih pokazatelja profitabilnosti ulaganja (IRR, NPV).

Kao rezultat, sastav predlaže dijelove vodnih tokova na kojima postoji mogućnost za instaliranje malih hidrocentrala uz optimalnu energiju i finansijsku učinkovitost.

5.2 Opis baze podataka geografskog sastava

Baza podataka geografskog sastava sastoji se od centralni spremnika informacija u koji se pohranjuju brojni podaci za kasnije pronalaţenje i jednostavnu obradu ili za sloţeniju obradu pomoću kalkulacijskih modela. Ovisno o informacijama koje sadrţe, elementi baze podataka mogu se podijeliti na sljedeći način:

Podaci o teoretskom potencijalu sadrţe podatke o geografskoj rasprostranjenosti potencijala za male hidroelektrane,

Opći geografski referentni podaci sadrže osnovne postojeće geografske slojeve okoliša, infrastrukture, i iskorištavanja zemlje,

Topologija i osobine elektroenergetskih mreža visokog i srednjeg napona,

Opisni podaci vezani uz tehnologiju odnose se na osnovne podatke za tehnologiju malih HE.

S obzirom na vrstu, elementi baze podataka dijele se na:

Podaci o objektima u prostoru (prometna infrastruktura, zemljišni pokrov …)

Podaci (opisni ili brojčani) koji nose prostorno obiljeţje i povezani su s onima u prvoj skupini (npr. vrijednosti stope protoka…)

Ostali podaci kojima upravlja relacijska baza podataka.

Podaci iz prve skupine organizirani su u bazi podataka geografskog sastava u sljedeća tri oblika:

U tabelarnom obliku (mozaik ili raster)

U vektorskom obliku

U mreţnom obliku.

Odabir oblika prikaza temelji se s jedne strane na vrsti pojedine grupe podataka, a s druge strane na prednostima ili nedostacima pojedinog oblika prikaza u poreĎenju sa ostalima. Podatke koji su zabiljeţeni u tabelarnom obliku jednostavnije je povezati s ostalim tematskim poljima, brţe se dohvaćaju, ali nedostaje im preciznost u prikazu. Razlog tome je što se podaci biljeţe na pravouglom matričnom obrascu (ćeliji), te se stoga prethodni procesi, iako sloţeni, pretvaraju u jednostavne ili sloţene postupke koji se odvijaju izmeĎu matrica.

Tabelarni oblik obično se koristi za biljeţenje datoteka kod kojih preciznost tumačenja ne utječe na rezultate tijekom faze obrade i analize. Ukupna količina potencijalnih RES podataka biljeţi se

Handbook

56

u ovom obliku uz upotrebu jednog jednostavnog pravouglog referentnog okvira, koji se zasniva na digitalnom modelu terena (u slučaju MHE, podaci o stopi protoka u topološkim modelima vodotokova). Na Slici 6. vidi se analitički prikaz korištenih mozaičkih modela.

Slika 6.: mozaiĉki modeli koji se koriste u CRES metodi za izraĉun potencijala MHE

Vektorski oblik (vektor), kao i mreţni, koristi se kod datoteka kod kojih postoji velika potreba za preciznošću biljeţenja i tumačenja informacija, tako da se treba osigurati siguran skup rezultata (mjerenje udaljenosti hipotetskih instalacija od prometnica ili energetskih mreţa), ili mora postojati precizno kartografsko tumačenje. U tabeli 3. saţete su osnovne razine baze podataka geografskog sastava organizirane kao vektorska struktura.

Model vodotoka

- smjer protoka

- akumulacija protoka

- šifra vodotoka

- šifra segmenta vodotoka

- šifra tačke vodotoka

- tačka kraja protoka

Podaci o stopama protoka

PRAVOUGLI REFERENTNI OKVIR VELIČINE 150 m

Digitalni model terena (DMT)

- kota

- nagib

- orijentacija

- zakrivljenost

Handbook

57

Tabela 3.:

TEMATSKI NIVO STRUKTURA UPOTREBA

ZEMLJIŠNI POKROV

Primjena klasifikacije 'CORINE'

Vektor, raster Poštovanje ograničenja zbog

okoliša prilikom postavljanja MHE

INSTITUCIONALIZIRANO

KORIŠTENJE ZEMLJE

Podruĉja zaštite prirode

Arheološka nalazišta

Opći urbanistiĉki planovi

Podruĉja nadzora stambenih

oblasti

Industrijske zone

Vektor Poštovanje ograničenja zbog

okoliša prilikom postavljanja MHE

NASELJENA PODRUĈJA Vektor Poštivanje ograničenja zbog okoliša

prilikom postavljanja MHE

HIDROLOŠKA MREŢA Vektor, mreţa Bilježenje mjerenja stope protoka

vodnih tokova

PROMETNA MREŢA Vektor Izračun udaljenosti i radovi na

proširenju za moguće projekte

ELEKTROENERGETSKA MREŢA

VISOKOG I SREDNJEG NAPONA

Vektor, mreţa Nadzor parametara spajanja,

izračun troškova spajanja

IZOMETRIJSKE KRIVE LINIJE

VISINE

Vektor Prikaz topografije

ADMINISTRATIVNI ODJEL

(okruzni)

Vektor Za potrebe lokalnog planiranja

Neka potrebna objašnjenja za gore navedeno:

Smjer protoka pokazuje smjer protoka vode u svakom pravouglu. To znači da čitajući tu informaciju, moţemo znati na koji od susjednih pravokutnika se odnosi hipotetska stopa protoka (npr. padavina). Smjer protoka računa se tako da se procijeni maksimalan vodni pad za svaki susjedni pravougao onoga koji promatramo. Pad se računa iz:

(Razlika u visini između promatranog pravougla i susjednog pravougla)*100

Pad =

Udaljenost između središta pravougla

Ova veličina koristi se kao osnovni ulazni podatak za procjenu akumulacije protoka.

Handbook

58

Akumulacija protoka odreĎuje iz koliko drugih ćelija neka ćelija prima vodu. Pomoću akumulacije protoka moguće je pratiti rijeke u području koje se istraţuje. To se radi odabirom odreĎene vrijednosti koja će biti minimalna vrijednost koja se moţe dodijeliti ćeliji kako bi ta ćelija pripadala vodnoj mreţi područja. Rezultati analize koriste se za definiranje klase vodotoka, kao i za izračun stope protoka svakog vodotoka.

Metodološki pristup izračunu iskoristivog potencijala MHE

U sljedećem dijelu analitički su predstavljene specifikacije modela koji su korišteni za dizajn i razvoj programa za procjenu tehničkog i gospodarskog iskoristivog potencijala male hidroelektrane. Kao što je već rečeno, predstavljeni modeli dio su programa razvijenih kao biblioteke. Te bibilioteke koristi informacijski sustav u ispitivanju scenarija za iskorištavanje potencijala malih hidroelektrana.

Podatkovni model vodotoka

Vodni tokovi i s njima povezane informacije (hidrološke slivne površine, stope protoka, itd.) mogu se simulirati pomoću dva različita modela.

Prema vektorskom načinu prikaza vodotok se sastoji od niza meĎusobno topološki povezanih linearnih segmenata (klasa segmenta, vezni čvor segmenta, prethodni i sljedeći segment, itd.). Na ovaj način

Sve informacije koje se odnose na dotični vodotok (podaci o izmjerenoj ili izračunatoj stopi protoka, informacije o terenu kao što je visina, orijentacija i nagib, itd.) biljeţe se kao elementi segmenta ili čvora koji se digitaliziraju iz pojedinih karti.

Slivne površine na odreĎenim tačkama vodnog toka su poligoni koji se digitaliziraju na sličan način primijenjen u postupku digitalizacije vodotokova. Svi podaci o tim slivnim površinama biljeţe se kao podaci/elementi tih poligona.

Zemljopisna tačnost upisanih podataka predstavlja razmjernu prednost vektorskog načina prikaza, dok osnovni nedostatak predstavljaju spor postupak umetanja i organiziranja potrebnih podataka, te „usporenost“ u smislu provoĎenja analitičkih izračuna (posebno u slučaju izračunavanja i iskorištavanja elemenata slivnih površina, kao i DMT-a).

Drugi način organiziranja elemenata vodotokova prati mozaički način prikaza. Prema ovome načinu prostor se dijeli na normalne jedinične segmente (ćelije) i sve dostupne informacije unose se u te ćelije. Prema ovom modelu vodotok se sastoji od niza segmenata ćelija koji se razlikuju od okolnih isključivo po tome što čine dio vodotoka (njima se dodjeljuje vrijednost 1, dok se drugi obiljeţavaju s vrijednosti 0).

Kao što je vidljivo, navedeni način ne garantuje tačan zemljopisni prikaz elemenata vodnog toka. Nadalje, teško uspostavlja topološke odnose izmeĎu elemenata vodotoka (čvorovi, segmenti, slivne površine). No, s druge strane, jednostavnost gore opisanog modela moţe garantovati neograničenu mogućnost analize, naravno ukoliko se riješe dva osnovna problema (tačnost, topologija).

Metodologija procjene potencijala tehničke i gospodarske iskoristivosti male hidroelektrane temelji se na kontinuiranoj implementacija izračuna, kao i na primjeni algoritama koji izmeĎu ostalog uzimaju u obzir zemljopisne i topografske podatke. S obzirom na početno razmatranje

Handbook

59

da je mogućnost obrade navedenih elemenata vaţnija od njihove zemljopisne preciznosti, odabran je mozaički organizacijski model.

U sljedećim odlomcima slijedi analiza:

elemenata DMT-a u odnosu na elemente vodotokova uzimajući u obzir da se podatkovni modeli za vodotoke izvode iteracijom DMT-a, kao i

metode implementacije topološkog modela cjelokupnog vodotoka.

Digitalni model terena i vodotoci

Elementi digitalnog modela terena (DMT) dijele se na:

Podatke o visini direktno dobivene mjernim metodama [visina – z].

Morfološke podatke dobijene obradom podataka o visini

[nagib – sl]33

[poloţaj - as]

[zakrivljenost profila – prfcv]34

[zakrivljenost forme – plncv]35

Podatke hidrografske mreţe dobijene obradom podataka o visini

[smjer protoka – fd]

[akumulacija protoka – fd]

Smjer protoka odreĎuje smjer (uzimajući u obzir osam smjerova okolnih ćelija) maksimalnog nagiba (slika 6.) za odreĎenu tačku. U skladu s time, akumulacija protoka prepoznaje broj ćelija koje su „usmjerene“ na jednu odreĎenu ćeliju. Moglo bi se reći da ovaj parametar indirektno odreĎuje i površinu slivnog područja za svaku pojedinu tačku, pri čemu je

površina slivnog područja = akumulacija protoka Χ površina ćelije

Očigledno je da sve ćelije kojima je dodijeljena vrijednost akumulacije protoka 0 predstavljaju rubove, dok su ćelije s velikom vrijednosti akumulacije protoka korita.

Topološki model vodotoka

Kao što je navedeno u prethodnom poglavlju, podatkovni model vodotoka definira se kao zbroj točaka koje se same sastoje od podskupa referentnog DMT-a. ono što nije definirano ovim modelom su topološki odnosi izmeĎu svakog elementa vodotoka. Sve što je potrebno za izricanje tih topoloških odnosa je odreĎenje sljedećih parametara za svaki pojedini tok:

33 Prva derivacija visine 34 Druga derivacija visine 35 Prva derivacija orijentacije

Handbook

60

Zasebni segmenti36 koji čine vodotok

Klasa svakog segmenta37

Poloţaj segmenta na hidrografskom dijagramu

Poloţaj svake točke u segmentu gdje treba biti.

Slika 6.

Kako bi se opisali ovi odnosi, (a time i posebna obiljeţja protoka vodnog toka), tri nove informacije moraju se umetnuti za svaku ćeliju koja je element vodotoka. Te tri informacije su:

šifra koja obiljeţava specifičan hidrografski sastav (dijagram) [RV_ID] kojemu tačka (ćelija) pripada;

šifra koja obiljeţava segment kojemu ćelija pripada [SGMN_ID] (vidi sliku 6.);

serijski broj ćelije unutar segmenta kojemu pripada [PNT_SN] uzlaznim redoslijedom u smjeru suprotnom od smjera protoka.

Šifra koja obiljeţava segment kom ćelija pripada ujedno odreĎuje najvaţnije topološko obiljeţje vodotoka, te na indirektan način tvori mreţno-hijerarhijsku topologiju vodotoka. Slika 6 jasno prikazuje kako su šifre dodijeljene, a prema njima se jednostavnim matematičkim formulama definira klasa svakog segmenta, kao i njemu prethodnog segmenta, kako će poslije biti objašnjeno.

36 The segment is defined as the flow from one junction node to another 37 It is considered that the last segment (estuaries) of a water stream is of first class and in each junction the class is increased by one.

Handbook

61

Hidrološki dijagram ima nekih ograničenja koja treba uzeti u obzir, a ona uključuju:

odstupanje izmeĎu kartografskog prikaza vodnih tokova i prikaza temeljenog na prethodno opisanom modelu. Ovo je odstupanje veće na nizvodnom nego na uzvodnom dijelu, a to je posljedica toga što, s jedne strane, analiza DMT-a ne moţe uvijek jamčiti pouzdane rezultate za male vrijednosti nagiba, dok s druge strane postoje greške koje se javljaju prilikom stvaranja DMT-a.

nemogućnost postupka šifriranja da na odgovarajući način izrazi neke strukture (delta vrijednosti i petlje protoka).

U svezi istraţivanja obnovljivog potencijala vodnog toka, vaţno je napomenuti koncept putanje protoka, utoliko što u hipotetskoj hidro centrali postoji točka razdvajanja (pnt_fa) i stanišna točka (pnt_pr), a povezuje ih cjevovod pritiska koji prati kretanje putanje protoka (vidi sliku 7.).

Slika 7.: Putanja protoka u vodnom toku

Na temelju opisanih topoloških odnosa moţe se doći do sljedećih informacija:

uzvodne i nizvodne lokacije odreĎene tačke,

pripadaju li dvije tačke (ćelije) istoj putanji (putanja protoka),

tačne tačke (ćelije) putanje protoka u smjeru protoka,

duţina putanje protoka.

Nadalje:

usmjerenost putanje protoka ili bilo kojeg drugog segmenta.

klasifikacija segmenata putanje protoka ili drugih segmenata s obzirom na nagib i smjer.

kombinacija bilo kojih drugih zemljopisnih informacija (primarnih ili izračunatih) koje bi mogle biti korisne (korištenje zemlje, udaljenosti od tačaka ili putanja, itd.).

Handbook

62

Neki dodatni upotrijebljeni korisni algoritmi:

prepoznavanje ćelija koje čine slivnu površinu zadane tačke;

dodjeljivanje šifri tačkama vodnog toka.

Proizvodnja energije u malim hidroelektranama

Potencijalna lokacija za instaliranje male hidroelektrane odreĎena je lokacijom dotjecanja vode kao i lokacijom gradnje hidrocentrale pored vodnog toka. Visinska razlika izmeĎu ove dvije lokacije definira se kao hidraulički (neto) pad (h).

Procjena potencijalne lokacije za malu hidroelektranu mora uzeti u obzir sljedeća obiljeţja:

velike promjene u prirodnom otjecanju vodnog toka u poreĎenju sa promjenama koje nastaju zbog godišnjih doba, ili čak zbog razlike izmeĎu vlaţnih i sušnih hidroloških godina. Ovo je obiljeţje veoma intenzivno kada se radi o mali vodnim tokovima.

razlike među vodnim turbinama. Kao što je prije objašnjeno, pojedina vrsta vodnih turbina najbolje odgovara odreĎenom rasponu raspoloţivog nominalnog hidrauličmog neto pada (h), kao i nominalnoj stopi protoka Qr, jer ima drugačiji raspon rada, drugačiju efikasnost (čiji maksimum zavisi od nominalne snage turbine), drugačiju veličinu i troškove.

Male hidroelektrane takoĎe se dodatno razlikuju od velikih centrala po tome što obično zbog finansijskih razloga nemaju uzvodno postavljen vodni rezervoar velikog kapaciteta. Treba napomenuti da su velike hidrocentrale (osim onih koje su smještene pored velikih rijeka) opremljene velikim branama koje tvore rezervoare velikih kapaciteta. Na taj način prirodno otjecanje vodotoka prekinuto je stopom protoka koju turbina moţe iskoristiti, jer je glavni cilj velikih hidrocentrala pokriti najveću potrošnju meĎusobno povezanih elektroenergetskih mreţa.

Male hidrocentrale, zbog svoje manje snage, ne mogu bitno doprinijeti pokrivanju najveće potrošnje velikih povezanih elektroenergetskih mreţa, što je razlog zašto izgradnja rezervoara nije proporcionalna uloţenim troškovima, odnosno ne donosi korist od ulaganja. Stoga mala hidrocentrala, čak i kada se gradi na skrenutom vodotoku, djeluje kao protočna elektrana, što znači da je njezina osnovna zadaća iskorištenje raspoloţivog prirodnog otjecanja na najbolji mogući način. To je takoĎe razlog zašto se analiza procjene male hidroelektrane provodi pomoću krive trajanja protoka, umjesto vremena prirodnog izlijevanja, budući da mala hidroelektrana nema rezervoara nego tek manji bazen čija zapremina omogućuje dobro dotjecanje vode u cjevovod, što odgovara stopi protoka od nekoliko sati.

Zbog ovih razloga parametarska analiza tehno-gospodarskih obiljeţja male hidroelektrane mora se provesti prije procjene potencijala lokacije, jer će na temelju te parametarske analize i odreĎenih kriterija biti odabrana optimalna veličina vodne turbine (nominalna stopa protoka i nominalna snaga) kao i optimalan broj turbina koje je potrebno instalirati. Nominalna stopa protoka vodne turbine Qr i broj vodnih turbina od sada se smatraju varijabilnim parametrima razvijene analitičke metodologije.

Handbook

63

Gore navedeni razlozi ukazuju na činjenicu da se analiza tehnički i gospodarski iskoristivog potencijala hidroelektrane izraĎuje zasebno za svaki vodni tok. Za svaki vodni tok sustav daje informacije o:

teoretskom potencijalu

raspoloţivom potencijalu

tehnički i finansijski iskoristivom potencijalu

na način na koji su analizirani u daljnjem tekstu. Potrebni primarni podaci uneseni u bazu podataka sustava uključuju geografske podatke o vodotoku (topološki hidrografski dijagram), kao i karakterističnu krivu trajanja protoka u odreĎenoj tački ili tačkama hidrografskog dijagrama.

TEORETSKI POTENCIJAL

Teoretski potencijal definira se kao ukupna potencijalna energija dostupna na odabranim čvorovima vodotoka. Podaci koji se koriste su:

čvorovi vodotoka;

godišnja kriva trajanja protoka u barem jednoj tački vodotoka;

geografski podaci,

a sastav računa:

godišnju krivu trajanja vodotoka u svakom čvoru vodotoka, a u skladu sa zakonitosti jednakih površina (neprekidnost);

visinsku razliku izmeĎu čvorova;

potencijalnu energiju vode na svakom grananju vodotoka.

RASPOLOŢIVI POTENCIJAL

Tokom ispitivanja raspoloţivog potencijala vodotoka, unose se neki filtri za raspoloţivost koji u stvari predstavljaju odreĎena ograničenja u svezi iskorištavanja vode. Drugi načini korištenja vode, osim energetskih potreba, čine vaţan parametar iskoristivosti za rijeke (navodnjavanje, vodoopskrba, itd.). Sustav korisniku takoĎer pruţa neke korisne informacije o onima koji su imali prava korištenja vode, i to za svaki dio (segment) vodnog toka.

Neka ograničenja koja unosi korisnik predstavljaju okvirna pravila u svezi raspoloţivosti, tehničkih prepreka i odrţivosti iskorištavanja vodnog toka. Ta ograničenja mogu biti:

udaljenost izmeĎu grananja (ili čvorova) vodotoka i prometnica

udaljenost izmeĎu grananja (ili čvorova) vodotoka i elektro mreţe srednjeg napona.

minimalna visinska razlika

minimalna srednja godišnja stopa protoka

geografski podaci (npr. najmanji nagib cijevi pritiska, udaljenosti, minimalna-maksimalna visina, itd.)

iskorištavanje zemljišta.

Uzimajući u obzir uvedena ograničenja, sastav prepoznaje ona grananja vodotoka koja im udovoljavaju te su time dostupna za korištenje.

ANALIZA PO POJEDINOM VODOTOKU

U ovom dijelu izvodi se tehno-gospodarska analiza svih hidrocentrala koje bi se mogle instalirati na odreĎenom vodotoku. Za svaku potencijalnu hidrocentralu procjenjuju se sljedeći parametri:

Handbook

64

očekivana godišnja proizvodnja energije

pokazatelji finansijske procjene za hidrocentralu

Sastav potom provodi procjenu mogućih hidroelektrana prema njihovoj energetskoj učinkovitosti i finansijskoj isplativosti, te daje sljedeće informacije:

energetski najefikasnije i finansijski najisplativije hidrocentrale

energetski najefikasnije i finansijski najisplativije hidrocentrale koje bi se mogle izgraditi istovremeno

Korisniku se takoĎer omogućuje provesti analizu odreĎene hidrocentrale prema vlastitim postavkama (odreĎene tačke zahvata vode i lokacija vodne turbine). Podjela hidrocentrala ostvaruje se na temelju parametarski definiranih kriterija, kao što su:

maksimalna proizvodnja energije

najmanji energetski troškovi

maksimalna finansijska korist (neto sadašnja vrijednost)

maksimalna rentabilnost kapitala (interna stopa prinosa)

opći filteri za dopuštene parove čvorova (uvoĎenje korisničkih filtera kako je navedeno u odlomku o raspoloţivom potencijalu).

Korisnik će takoĎe imati mogućnost postaviti neka okvirna ograničenja u svezi hidrocentrala koje se ispituju (s ciljem smanjenja broja ispitivanih centrala, te na taj način kraćeg vremena izračunavanja). Ova vrsta ograničenja moţe biti:

maksimalna duţina cijevi pritiska

minimalna visinska razlika

minimalna srednja godišnja stopa protoka

maksimalan broj turbina koje se mogu instalirati u pojedinoj hidrocentrali

geografska ograničenja (npr. minimalni nagib cijevi pritiska, udaljenosti, minimalna-maksimalna visina, itd.)

Na temelju navedenih ograničenja sustav moţe odrediti sve moguće hidrocentrale za koje se primjenjuje “algoritam za analizu hidrocentrale”, kao što se opisuje u sljedećem poglavlju.

ALGORITAM ZA ANALIZU HIDROCENTRALE

Algoritam za analizu hidrocentrale podrobno analizira hidrocentralu za određeni par čvorova (dotok vode – vodna turbina). Korišteni podaci su:

tačka dotjecanja vode-točka instaliranja vodne turbine

geografski podaci

godišnja kriva trajanja protoka u tački dotoka vode

kriterij klasifikacije

U skladu s primijenjenom metodologijom procjenjuje se nominalna stopa protoka vodne turbine za svaki par čvorova koji optimizira hidrocentralu prema kriteriju klasifikacije. Optimalna nominalna stopa protoka moţe se izračunati nizom uzastopnih testova počevši od referentne vrijednosti Qref. Za svaku vrijednost stope protoka izvode se zasebni algoritmi s obzirom na dimenzioniranje hidrocentrale, kao i na očekivanu godišnju proizvodnju energije, procjenu troškova hidroelektrane te izračun finansijskih pokazatelja (troškovi proizvodnje energije, IRR, NPV, itd.).

IZRADA STUDIJE IZVEDIVOSTI

Handbook

65

Pripreme

Stručna pomoć

Svaki poduzetnik trebao bi potraţiti savjet nezavisnog stručnjaka prije nego što izdvoji značajna sredstva za planiranje i gradnju malog hidroenergetskog sastava.

Sudjelovanje stručnjaka u razvoju male hidroelektrane moţe se odnositi na početnu procjenu lokacije, izradu studije izvedivosti, ili potpunu uslugu „ključ u ruke“, uključujući izvoĎenje svih vidova izgradnje. Osim toga, postoje kompanije kojima je posao iznajmljivati, razvijati i upravljati lokacijama, te mogu ponuditi paket cjelokupnih usluga radova i finansiranja.

Početna procjena lokacije

Na osnovi posjete lokaciji i razgovora s poduzetnikom i ostalima, iskusni stručnjak treba moći procijeniti je li neka lokacija vrijedna daljnjeg razmatranja.

Početna ispitivanja ove vrste obično ne traju duţe od 2-3 radna dana. Manje ulaganje u ovom trenutku moţe uštedjeti mnogo veće naknadne troškove i moguće probleme u kasnijoj fazi posla.

Glavna pitanja o kojima treba razmisliti u početnoj istrazi su:

Postojanje odgovarajućeg vodopada ili brane, te lokacije za turbinu

Neprekidan protok vode s iskoristivim padom

Prihvatljivost skretanja vode na turbinu

Odgovarajući pristup lokaciji za graĎevinsku opremu

Potreba za električnom energijom u blizini ili mogućnost umreţenja po prihvatljivoj cijeni

Utjecaj na društvo i okoliš lokalnog područja

Zemljišno vlasništvo i/ili mogućnost pribavljanja ili najma zemljišta po prihvatljivoj cijeni

Početni pokazatelj snage projektirane elektrane i godišnje proizvedene energije.

Točnost ovih podataka moţe biti tek više ili manje od 25%, ali to bi trebalo biti dovoljno za odluku hoće li se krenuti u detaljniju studiju izvedivosti.

Izvodljivost

Studija izvodljivosti koristi tačne podatke i strogo procjenjuje troškove. Moţe sagledati projekt od početne zamisli do konačnog plana koji će se prilagati uz prijave za finansiranje projekta i potrebne dozvole. Stoga je uvijek uputno uzeti stručnjaka za izradu studije izvodljivosti i detaljnog planiranja. Trošak cjelokupne studije izvodljivosti koju izraĎuje nezavisni konzultant zavisi od njenog opsega i specifičnog obiljeţja lokacije, ali uglavnom iznosi od € 6,000-€ 12,000.

Sljedeći nuţni zadaci trebaju biti uključeni u studij izvodljivosti:

Hidrološko ispitivanje. Hidrološkim ispitivanjem obično se dobije kriva trajanja protoka. Ona se zasniva na dugoročnim zapisima količine padavina i/ili podataka o protoku, kao i na poznavanju geologije sliva i vrste tla. Takve dugoročne informacije mogu se potkrijepiti kratkoročnim mjerenjima protoka. Studij takoĎer treba uključiti procjenu potrebnog kompenzacijskog protoka.

Handbook

66

Projekat sastava. Ovo uključuje opis izgleda cjelokupnog projekta, zajedno s nacrtom općenitog rasporeda lokacije. Vaţne elemente pogona treba detaljno opisati, obuhvatajući:

Niskogradnju (zahvat i ustav, privodni kanal, cijev pritiska, kućište turbine, odvodni kanal, pristup lokaciji, detalji gradnje)

Oprema za proizvodnju (turbina, prijenosnik, generator, kontrolni sastav)

Spoj na mreţu

Proraĉun troškova sastava. Pregledan proračun troškova sastava uključivao bi detaljnu procjenu glavnih troškova projekta podijeljenih na:

Troškovi niskogradnje

Troškovi umreţavanja

Troškovi elektro-mehaničke opreme

Naknade za inţenjerski rad i rukovoĎenje projektom

Procjena izlazne energije i godišnjeg prihoda. Ovo bi bio zbroj izvornih podataka (riječni protoci, hidraulički gubitci, stvarni pad, efikasnost turbine i metode izračuna) i izračun izlaznih vrijednosti sastava u obliku maksimalne potencijalne izlazne snage (u kW) i prosječne godišnje količine dobijene energije (kWh/godina) pretvorene u godišnji prihod (€/godina)

Dodatni zadatak koji moţe biti dijelom glavne studije izvedivosti, iako se često radi zasebno, je procjena utjecaja sustava na okoliš.

Handbook

67

VJETROENERGIJA

Handbook

68

1. VJETAR I ENERGIJA VJETRA

Vjetrovi nastaju kao posljedica veće količine prispjelog sunčevog zračenja u ekvatorijalne regione Zemlje u odnosu na polarne regije, čime se stvaraju velika strujanja u atmosferi. Prema procjenama meteorologa, oko 1% dolaznog sunčevog zračenja konvertuje se u energije vjetra, dok je 1% dnevnog unosa energije vjetra u ovom trenutku skoro ekvivalent svjetske dnevne potrošnje energije. To znači da je vjetar kao globalni resurs veoma veliki, ali i naširoko rasporeĎen. Naravno, potrebne su detaljnije procjene da bi se ovaj resurs kvantificirao u pojedinim oblastima.

Iskorištavanje energije vjetra počelo je prije mnogo vijekova, izgradnjom brodova na jedra, mlinova i vršalica. Tek su krajem prošlog vijeka razvijene vjetro turbine velikih brzina za proizvodnju električne energije. "Vjetro turbina" je termin koji je danas u širokoj upotrebi za ureĎaje sa rotirajućim krilima koji pretvaraju kinetičku energiju vjetra u upotrebljivi vid energije. Postoje dva osnovna tipa vjetro turbina u zavisnosti od orijentacije ose rotora: sa horizontalnom osom (HAVT) i sa vertikalnom osom (VAVT).

Slika 1: Konfiguracija vjetro turbine

U današnje vrijeme preovlaĎujuća primjena energije vjetra za proizvodnju električne energije, jeste pomoću vjetro turbina paralelno priključenih na korisničku naponsku mreţu, ili u udaljenim lokacijama, paralelno sa motorima na fosilna goriva (hibridni sistemi). Korist pri eksploataciji energije vjetra je smanjena potrošnja fosilnih goriva, kao i smanjenje ukupnih troškova proizvodnje električne energije. Javni energetski sistem posjeduje fleksibilnost prihvatanja oko 20% učešća energije vjetra. Vjetro-dizel sistemi mogu uštediti više od 50% goriva.

Proizvodnja električne energije iz vjetra je prilično nova industrija (prije 20 godina nije postojala komercijalna proizvodnja energije iz vjetra u Evropi). U nekim zemljama energije vjetra je već konkurentna fosilnoj i nuklearnoj energiji, čak i ne uzimajući u obzir ekološke prednosti iskorištavanja energije vjetra. Troškovi električne energije iz konvencionalnih elektrana obično ne uzimaju u obzir njihov uticaj na ţivotnu sredinu (kisele kiše, čišćenje naftnih mrlja, posljedice klimatskih promjena, itd.). Proizvodnja energije iz vjetra stalno se unaprijeĎuje smanjivanjem troškova i povećavanjem efikasnosti.

Struja proizvedena iz vjetra košta oko 5 do 8 € centi po kWh i predviĎa se da će pasti ispod 4 € centi po kWh u bliskoj budućnosti. Projekti korištenja energije vjetra su jednostavni i jeftini za odrţavanje. Naknada poljoprivrednicima od zakupnina zemljišta za postavljanje vjetro turbina obezbjeĎuje bitne dodatne prihode u ruralnim zajednicama. Lokalne kompanije za obavljanje

Handbook

69

graĎevinskih radova uglavnom angaţuju lokalnu radnu snagu, dok se dugoročna radna mjesta stvaraju na poslovima odrţavanja. Energija vjetra je industrija koja se ubrzano razvija širom svijeta. Trenutno postoji pribliţno 60 proizvoĎača opreme za vjetro turbine širom svijeta i većina njih su iz Evrope.

Više od 10 velikih evropskih banaka i više od 20 komunalnih preduzeća u Evropi investirali su u energije vjetra, a to čine i privatna lica i preduzeća. Industrija energije vjetra takoĎe je i veliki poslodavac. Nedavna studija Danskog udruţenja proizvoĎača vjetro turbina dovela je do zaključka da samo Danska industrija vjetra zapošljava 8.500 Danaca i da je otvoreno još 4.000 radnih mjesta izvan Danske. Danska industrija vjetra je sada veći poslodavac od Danske industrije ribarstva. Ukupna zaposlenost u industriji vjetra u Evropi, u cjelini, procijenjuje se na više od od 20.000 radnih mjesta.

1.2 Nominalna snaga VT

Stabilno puhanje dovoljno jakog vjetra neophodan je uslov za korištenje njegove energije. Maksimalna snaga za koju su vjetro turbine projektovane da stvaraju, zove se "nominalna snaga", a brzina vjetra na kojoj se ona ostvaruje je "nominalna brzina vjetra". Ovi parametri su izabrani tako da odgovaraju reţimu vjetra na odabranoj lokaciji, i često iznose oko 1,5 puta srednje brzine vjetra na odabranoj lokaciji. Boforova skala (Beaufort), klasifikacija brzine vjetra, daje opis dejstva vjetra. Prvobitno je napravljena za mornare i opisuje stanje mora, ali je modificirana tako da uključi efekte vjetra na kopnu.

Slika 2: Kriva snage od standardnih vjetro turbina

Vjetro turbina započinje predaju snage od nule, pri brzini uključenja (obično oko 5 m/s, ali varira u zavisnosti od lokacije), do maksimalne vrijednosti pri nominalnim brzinama vjetra (vidi sliku 1.2.). Iznad nominalne brzine vjetra, turbina nastavlja da proizvodi istu nominalna snagu, ali sa smanjenom efikasnošću, sve dok se ne isključi, ukoliko brzina vjetra postane opasno visoka, odnosno iznad 25 do 30 m/s. Ovo je brzina isključenja vjetra. Tačne specifikacije za odreĎivanje preuzete energije vjetro turbinom zavise od raspodijele brzine vjetra tokom godine na lokaciji.

1.3 Preuzimanje snage vjetra vjetro turbinom

Vjetroturbine koriste kinetičku energiju vjetra. Njihovi rotori smanjuju brzinu vjetra od brzine ne uznemirene struje vjetra v1, daleko ispred rotora, na brzinu vazduha v2 iza rotora (slika 1.3). Ova

Handbook

70

razlika u brzini je mjera za preuzetu kinetičku energiju koja obrće rotor i na suprotnom kraju pogonski mehanizam povezan sa električni generatorom. Snaga preuzeta vjetroturbinom data je sa:

3

1

1

2PP c v A (1.1)

gde su:

- gustina vazduha

cP - koeficijent snage

- mehanički/električni stepen efikasnosti

A - površina rotorskog diska.

Slika 3: Protok vjetra kroz vjetroturbinu

Pri idealnim uslovima, teorijski maksimum koeficijenta snage je cp=16/27=0,593 (poznat kao Becova granica) ili drugim riječima, turbina teoretski moţe da preuzme 59,3% od energije sadrţane u protoku vazduha (vjetru). Pod realnim uslovima, snaga dostiţe koeficijent ne veći od 0,5, jer obuhvata sve aerodinamičke gubitke vjetroturbine. U većini današnjih tehničkih

publikacija vrijednost cP uključuje sve gubitke i u stvari predstavlja cP. Različite snage i iskorištavanje potencijala preuzimanja snage u zavisnosti od koeficijenta snage i stepena efikasnost vjetroturbine prikazani na na slici 1.4.

U slučaju da cP dostigne svoj teorijski maksimum, brzina vjetra v2 iza rotora samo je 1/3 od brzine v1 ispred rotora. Dakle, vjetroturbine postavljene u vjetroparkovima proizvode manje energije zbog smanjenja brzine vjetra uslijed vjetroturbina postavljenih ispred njih. Povećanje rastojanja izmeĎu vjetroturbina moţe umanjiti gubitak energije, jer će okolno polje opet ubrzati vjetar iza vjetroturbine. Pravilno projektovani vjetroparkovi mogu imati manje od 10% gubitaka usled meĎusobne interakcije.

Handbook

71

Slika 4: Preuzeta snaga po kvadratnom metru površine rotorskog diska u odnosu na brzinu vjetra

Jednadţba za preuzetu snagu vjetroturbine [jed. (1.1)] pokazuje da godišnje stvaranje energije

vjetroturbinom zavisi od raspodjele brzine vjetra na lokaciji, gustine vazduha, dimenzije rotora i tehničkog rješenja. Poseban značaj na preuzetu energiju ima visina tornja, jer brzina vjetra raste sa povećavanjem visine u odnosu na tlo. Kada se radi o gustini vazduha, generalno gledano, vazduh je manje gustine u toplijim klimatskim područjima i takoĎe, njegova se gustina smanjuje sa povećavanjem visine, tako da njegova gustina varira od oko 0,9 do 1,4 kg/m3. Ovaj utjecaj je veoma mali u odnosu na varijacije brzine vjetra.

1.4 Promenljivost vjetra

Vjetar se mijenja tokom sati sa promjenom vremenskih prilika. Ova promenljivost vjetra znači da je i generisanje električne energije promenljivo. Ovo predstavlja razliku u odnosu na većinu konvencionalnih izvora energije, gdje je dotok goriva obično konstantan. Snabdijevanje gorivom pri proizvodnji energije iz vjetra nema konstantan protok. Klimatske karakteristike vjetra na odreĎenoj lokaciji opisuju ovu promenjlivost statistički. Različita podneblja imaju drugačije klimatske karakteristike vjetra. Tropski predjeli imaju stalne umjerene vjetrove cijele godine, u umjerenom pojasu vjetrovi imaju mnogo promenljivije brzine, ali i češću pojavu velikih brzina vjetra.

Pošto energija vjetra zavisi od kuba brzine vjetra, jasno je da će prosječna godišnja snaga varirati od lokacije do lokacije. Lokacije sa više visokih brzina vjetra davat će više snage. Kao jednostavan primjer, razmotrićemo dvije lokacije, obje sa prosječnom godišnjom brzinom vjetra od 10 m/s (vidjeti sliku 1.5.). Kao što se vidi na slici, prva lokacija moţe da ima ukupnu snagu vjetra tokom godine od 1232.4 W/m2, a druga od 1739,5 W/m2. Na ovaj način se ističe značaj jakih vjetrova, a samim tim i uticaj klimatskih karakterisitka vjetra na isplativost proizvodnje energije vjetra.

0

200

400

600

800

1000

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Undisturbed Wind Speed, m/s

Po

we

r E

xtr

ac

tio

n,

W/m

²

Stall control

Pitch control

P

Av cP

21

3

P

Av

2

16

271

3

P

Av

21

3

Handbook

72

Slika 5: Razlike u proizvodnji električne energije izmeĎu dvije lokacije sa istom prosječnom godišnjom brzinom vjetra

Pored toga, dostupnost vjetra nije pod kontrolom i mada moţe da se predviĎa do 36 sati unaprijed, dostupnost snage ne moţe se garantirati cijelo vrijeme. U terminologiji energetičara, energija proizvedena iz jedne turbine nije "sigurna". Dakle, neophodan je neki oblik skladištenja energije, kao što su baterije ili kontrola nad snabdijevanjem, npr. preko električne mreţe. To je ključni faktor u ekonomskoj odrţivosti energije vjetra. Ovaj očigledan nedostatak stabilnosti u snabdijevanju korišten je u prošlosti kao argument protiv korištenja energije vjetra.

MeĎutim, vjetar se moţe opisati u statističkim terminima. Osim toga, prosječna godišnja proizvedena energija koristi se za opisivanje instalacije. Kako je potraţnja na mreţi takoĎe opisana statistički, udjel energije vjetra moţe se smatrati sigurnim, pod uslovom da su uključene samo male količine električne energije generisane iz vjetra. Ovo je opisano kapacitetom turbine ili faktorom opterećenja. Dalja poboljšanja u "sigurnosti" mogu se postići putem klastera ureĎaja (turbina) sa velikim geografskim razdvajanjem. Na taj način se varijacije u dostupnosti vjetra na teritoriji ujednačavaju.

1.5 Promenljivost u vremenu

Vjetar stalno varira, i to se odmah vidi iz anemometra za snimanje brzine vjetra. Ako se brzina vjetra duţi vrijemenski period transformira u frekventni domen kao spektar snage, tada se moţe identificirati vremenska skala dominantne energije vjetra (slika 1.6). U umjerenim geografskim širinama postoje dva osnovna pika, najveći u vremenskom periodu od nekoliko dana, drugi u vremenskom periodu od oko 10 sekundi. Prvi je zbog prolaska velikih sistema vazdušnih masa, a drugi je povezan sa turbulencijom strujanja.

Slika 6: Uobičajeni spektar promjene brzine vjetra

Handbook

73

Vaţno je uočiti da su dva pika (maksimuma) razdvojena jazom od oko 10 minuta do 2 sata. U ovoj praznini sadrţano je vrlo malo energije vjetra. Ovo je značajna pojava jer omogućava odvojeno razmatranje dvije vrste kretanja, gdje se turbulencija posmatra kao komešanje velikih struja. Matematička riješenja su tada mnogo jednostavnija, a trenutna brzina vjetra moţe se izraziti kao zbir prosječne brzine vjetra i brzine trenutnog odstupanja, i to: U(t) = Ū + U’(t).

Znači da bi prosječna brzina vjetra trebala biti osrednjena u periodu koji se nalazi u okviru jaza u spektru, obično 1 sat. Na taj način bi se opisalo ustaljeno stanje, a time i energija na raspolaganju vjetro turbini. Brzine trenutnog odstupanja takoĎe utječu na snagu turbina, ali na manje direktan način, jer turbina ne reaguje na brze (tj. na kraće od nekoliko minuta), promjene u brzini i pravcu vjetra. Ova promjena brzine vjetra u vrijemenu moţe da se vizuelizuje opisivanjem strukture vjetra kao niza vrtloga ili trodimenzionalnih kovitlaca svih veličina koje nosi struja.

Vrtlozi su odgovorni za miješanje vazduha i njihovo dejstvo slično je molekularnoj difuziji. Kako vrtlog prolazi kroz mjernu tačku, brzina vjetra ima vrijednost koju ima vrtlog tokom odrijeĎenog perioda vremena proporcionalnog veličini vrtloga; ovo je "nalet". U većini slučajeva, promjene u kretanju vjetra preko turbina se osrednjavaju i prekomjerna opterećenja se zanemaruju. MeĎutim, ako je duţina vrtloga istog reda veličine kao i dimenzija turbinskog kola, onda promjene u opterećenju mogu da utiču na cijelu vjetroturbinu. Trosekundni nalet vjetra odgovara veličini vrtloga od oko 20 metara (to jest slične je veličine kao rotor turbine), dok petnaestosekundnom naletu vjetra odgovara vrtlog veličine do 50 m.

Iz tog razloga, najviše vrijednosti naleta vjetra relevantne vremenske skale koristi se za izračunavanje maksimalno dozvoljenih opterećenja turbine ili njenih komponenti tokom očekivanog vijeka trajanja turbine. To se izraţava kao maksimalna brzina vjetra i nalet vjetra u poslednjih 50 godina. Naravno, brzina vjetra moţe biti prekoračena u ovom periodu, ali se ograničavanjem opterećenja dozvoljava izvesno prekoračenje. Proračun opterećenja je naročito vaţan za fleksibilne strukture, kao što su turbine, koje su osjetljivije na vjetrom izazvana oštećenja nego čvrste strukture, kao što su graĎevine.

2. PROCJENA RESURSA VJETRA

2.1 Uvod

Vjetroturbine mogu biti postavljene u bilo kojem, dovoljno velikom, otvorenom prostoru. MeĎutim, vjetro parkovi su komercijalna postrojenja i neophodna je optimizacija njihove isplativosti. To je vaţno ne samo iz razloga da se tokom njihovog radnog vijeka otplati investicija, već i da se u isto vrijeme ostvari dobit. Za planiranje ekonomski atraktivnog projekta energije vjetra, neophodno je da imate pouzdano znanje o karakteristikama vjetra koje preovladavaju u regionu od interesa.

Zbog vrijemenskih i finansijskih razloga, dugotrajni periodi mjerenja često su izostavljeni iz razmatranja. Kao zamjena, mogu se koristiti matematičke metode za predviĎanje brzine vjetra na svakoj lokaciji. Izračunate karakteristike vjetra i podaci u vezi sa proizvodnjom energije, mogu posluţiti kao osnova za ekonomske proračune. Osim toga, simulacije karakteristika vjetra mogu se iskoristiti za uspostavljanje korelacije izmeĎu mjerenih parametara vjetra na odreĎenom mjernom mjestu i prilika na obliţnjim lokacijama u cilju uspostavljanja reţima vjetra za cijelo područje.

Handbook

74

2.2 OdreĊivanje karakteristika lokacije

Pošto brzina vjetra moţe značajno da varira izmeĎu na kraćim rastojanjima, na primjer, na stotinjak metara, procedure za procjenu buduće lokacije vjetroturbina obično uzimaju u obzir sve parametre u posmatranoj oblasti koji bi mogli da utiču na vjetar. Ti parametri su:

• Prepreke u bliskoj okolini;

• Topografija okoline u široj oblasti, koju karakterišu vegetacija, korišćenje zemljišta i postojanje i poloţaj objekata (opis hrapavosti terena);

• Orografija, kao npr. postojanje brda koje moţe da dovede do ubrzanja ili usporenja protoka vazduha.

Slika 7: Rangiranje brzine vjetra prema Grig-Patnamovom indeksu

Ove informacija o posmatranoj okolini dobijaju se iz topografskih mapa, kao i na osnovu posjeta terena u bliskoj okolini. Satelitski podaci okoline takoĎe čine vaţan doprinos. U oblastima u kojima postoji veliki broj stabala, razvijeni su indeksi deformacije vegetacije, kao što Grig Patnamov (Griggs-Puttnam) indeks borova (vidjeti sliku 2.1). Ovi pokazatelji mogu da daju kvalitativne informacije o brzini i smjeru preovlaĎujućeg vjetra, ali ih treba koristiti paţljivo, jer i drugi faktori mogu biti od utjecaja, ili se jaki vjetrovi mogu pojaviti samo tokom glavne sezone rasta. Ostali indikatori na posmatranoj lokaciji mogu uključiti i geomorfološke karakteristike, kao na primjer pješčane dine.

Neke informacije o resursima vjetra mogu već postojati. Klimatološki srednji podaci o vjetru su prikazani u obliku istovjentne mape, koja povezuje linije iste, srednje i godišnje brzine vjetra preuzete iz evidencije praćenih parametara. Godišnja prosječna dostupna energije vjetra na posmatranoj lokaciji moţe se procijeniti iz ovih podataka. Neke rane studije procjene izvoĎene su na osnovu ovih podataka, jer je malo šta drugo bilo na raspolaganju. MeĎutim, nije preporučljivo da se koriste istovjetni podaci za bilo šta drugo osim za grubu procjenu ukupnog resursa vjetra u oblasti, jer je obično veoma malo podataka sa nadmorski viših lokacija na raspolaganju i uticaj terena je zanemaren.

Mogu da se jave ozbiljne greške pri korištenju ovih podataka, kao sredstva za procjenu lokacije u brdskom području, jer interpolacija brzine vjetra po veoma strmim terenima nije tačna i energija vjetra na posmatranoj lokaciji moţe biti ozbiljno potcijenjena. Kao zaključak moţe se reći da su podaci potrebni za procjenu lokacije mogu dobiti iz više izvora, uključujući:

Handbook

75

• arhivirane meteorološke podatke;

• podatke sa lica mjesta;

• podatke dobijene numeričkim ili fizičkim modelovanjem.

Neke od prednosti i nedostataka različitih vrsta podataka prikazani su u tabeli 1 dole. Tačna procjena srednje godišnje brzine vjetra neophodna je za izračunavanje srednje godišnje snage na očekivanoj lokaciji. Osim toga, potrebni su i podaci o raspodjeli brzine vjetra tokom vremena. Da bi se dobili pouzdani podaci, potrebni su podaci iz nekoliko poslijednjih godina, ali se obično procjena vrši na osnovu podataka iz vremenski kraćeg intervala pomoću odgovarajućih računarskih modela. Nakon toga, očekivana proizvodnja energije moţe biti utvrĎena prema performansama snage vjetroturbine.

Tabela 1: Prednosti i nedostaci različitih vrsta podataka za procjenu potencijala resursa vjetra na posmatranoj lokaciji

Prednosti Nedostaci

Arhivirani meteorološki podaci

1.Dugoročne serije

2. Širok geografski prostor

Rijetko sa posmatrane lokacije

Mjerenja na 10 m visine, a ne na visini glavčine

Teška interpolacija na kompleksnom terenu

Podaci sa lica mjesta

Podaci vezani za samu lokaciju

Podaci snimljeni na visini glavčine turbine

Snimljeni podaci mogu se prilagoditi za specifične informacije, na primjer, turbulenciju

Visoki troškovi

Kratkoročni podaci ne moraju biti mjerodavni

Moguć gubitak pri prijenosu podataka

Loše pozicioniranje mjerne opreme daje ne reprezentativne rezultate

Modeliranje Jeftinije od mjerenja na licu mjesta

Nekoliko lokacija mogu biti predmet ispitivanja u kratkom vrijemenskom periodu

Brzo

Moţe se primijeniti nedovoljno promišljeno

Pretpostavke o modelu mogu biti pogrešne ili neadekvatne

Rezolucija moţe biti suviše niska

Skaliranje moţe da bude pogrešno

2.3 Postupak

Najrasprostranjeniji postupak za dugoročno predviĎanje brzine vjetra i raspoloţive energije za jednu lokaciju je Evropski model atlasa vjetra "Vasp" (WASP) (vidjeti sliku 8). Raspodjele frekvencija brzine vjetra mjerene na referentnim stanicama dugi niz godina su prilagoĎene tako da se mogu prenijeti na druge lokacije. Kompjuterski model kombinuje detaljan opis lokacije za koju potencijal vjetra treba da se predvidi / uporedi sa modifikovanom raspodjelom frekvencija referentne stanice.

Handbook

76

Slika 8: Potrebne ulazne veličine za primjenu "WASP" koda

Referentna stanica moţe da bude postavljena na udaljenost do 100 kilometara od posmatrane lokacije. Na osnovu krive snage vjetroturbine (električna energija u funkciji brzine vetra) moţe se odrediti očekivana proizvodnja energije na posmatranoj lokaciji. Ključna stavka "WASP" koda je u tome što koristi polarne koordinate sa koordinatnim početkom u posmatranoj lokaciji. Na taj način je oblast oko lokacije prikazana u visokoj rezoluciji, sa mreţom gustine manje od 2 metra. Rješenje je na tom mjestu sa najviše graničnih uslova, te su i greške najmanje.

"WASP" obuhvata i fizičke modele atmosfere i statističke opise klime vjetra. Korišteni fizički modeli uključuju:

Sličnosti površinskog sloja - pretpostavlja se logaritamski zakon promjene. Geotropski otpor - procjena površine vjetra na osnovu Rosbijevog (Rossby) broja sličnosti. Ispravke stabilnosti - omogućava varijacije od neutralne stabilnosti. Promjena hrapavosti - omogućava promjene u korištenju zemljišta u oblasti. Modela zaštite (Shelter model) - modeliranje uticaja zatupljenog tijela na protok. Orografski model - modeliranje utjecaja brzine strujanja preko oblasti.

Handbook

77

Klima vjetra je statistički opisana Vejbulovom (Weibull) raspodjelom na osnovu referentnih podataka. Dobijena Vejbulova raspodjela napravljena je tako da najbolje odgovara visokim vrijednostima brzine vjetra. Ovo se opravdava činjenicom da se na malim brzinama vjetra proizvodi malo energije. Raspodjela vjetra u visini glavčine vjetroturbine se zatim kombinuje sa krivom snage turbine i na taj način je moguće izračunati vjerovatnoću raspodjele snage. Da bi se postigla najveća moguća preciznost za procjenu raspoloţive energije potrebno je primijeniti samo krive snage izmjerene od strane nezavisnih institucija. Pored toga, nove referentne stanice se neprestano grade da bi se smanjila neizvesnost predviĎanja potencijala vjetra.

U zavisnosti od sloţenosti ispitivanih oblasti, koriste se različite procedure za odreĎivanje uslova vjetra. Pored pomenutog računarskog koda "WASP", postoje i druge procedure, kao na primer model mezo-razmjere. Uopćeno govoreći, ovi modeli zahtijevaju mnogo računarskog zalaganja, ali oni omogućavaju trodimenzionalni opis kretanja fluida, naročito u kompleksnim planinskim predjelima. Sasvim drugačiji način procjene resursa uključuje mjerenja brzine vjetra neposredno na posmatranoj lokaciji.

Takva mjerenja, obično izvršena za period od godinu dana, mogu se dovesti u vezu sa cijelim okolnim područjem ili se mogu prevesti u podatke na visini glavčine turbine korištenjem simulacije strujanja opisane ranije (često se naziva MCP-metod: mjeri, poveţi, predvidi). Jedan od načina da se uključe sama mjerenja sa posmatrane lokacije je da se zabiljeţeni podaci iskoriste kao referentna tačka u "WASP" kodu. Ovo je posebno korisno ako nijedan drugi pouzdan relevantan podatak nije dostupan ili da bi se proverio predviĎeni potencijal vjetra na kompleksnim terenima.

3. PROFILI BRZINE VJETRA I MJERENJA

3.1 Profili brzine vjetra

Hrapavosti površine Zemlje smanjuje brzinu vjetra. Sa porastom visine iznad nivoa tla, hrapavost ima manje utjecaja i brzina vjetra se povećava. Slika 9 daje utisak mogućeg oblika graničnog sloja brzine vjetra. Jednostavna pretpostavka za raspodjelu brzine vjetra sa visinom (h) je logaritamski profil:

gde su:

v - brzina vjetra na visini h,

v* - brzina trenja,

κ - Karmanova konstanta,

z0 - duţina hrapavosti.

vv h

z

*ln

0

Handbook

78

Slika 9: Izmjereni profil brzine vjetra

Ponekad se koristi stepeni zakon da se opiše profil brzine vjetra:

v2 = v1(h2/h1)

gdje su:

v2 - brzina vjetra na visini h2

v1 - brzina vjetra na visini h1

Veličina α zavisi od elemenata hrapavosti površine i razlikuje se od z0. Više detalja u vezi sa srednjom brzinom profila vjetra, kao i protok vazduha unutar planetarnog graničnog sloja dati su u dijelu koji se odnosi na meteorologiju i strukturu vjetra.

3.2 Mjerenje brzine vjetra

Procjena resursa vjetra na odreĎenoj lokaciji u idealnom slučaju zahtijeva podatke iz što duţeg vremenskog perioda na mjestu predloţenih turbina. Osim toga, razumijevanje turbulencije koja se javlja pri opstrujavanju vjetroturbine korisno je pri projektovanju vjetroturbina. Da bi se ovo postiglo potrebno je da vrijeme uzorkovanja bude kratko na odreĎenom prostornom rasporedu mjernih tačaka. U praksi, vrijeme i novac često upravljaju takvim detaljnim ispitivanjem.

Mjerenja brzine vjetra su mjerenja od najvećeg značaja za procjenu resursa vjetra, odreĎivanje performansi i procjenu godišnjih energetskih prinosa. U ekonomskom smislu, neizvijesnosti direktno utječu na finansijski rizik. Ni u jednoj drugoj oblasti neizvijesnost u mjerenju nije od utjecaja na energetski potencijal, kao što je to slučaj sa mjerenjima brzine vjetra. Uslijed nedostatka iskustva, veliki broj mjerenja brzine vjetra neprihvatljivo je visoke nesigurnosti, jer se ne vodi računa o preporukama u izboru anemometara i o kalibraciji anemometra, niti se primjenjuju pravila za montaţu anemometra i izbor mjerne lokacije.

PoreĎenje koje ja napravila meĎunarodna ustanova za kalibraciju anemometara pokazalo je da se neizvjesnost veća od +/- 3,5% dogaĎa pri kalibraciji u različitim vazdušnim tunelima. Ovo se odnosi na oko 10% neizvjesnosti u predviĎanju prinosa energije. Vazdušni tuneli, prihvaćeni od strane meĎunarodne mjerne mreţe MEASNET (MEASurement NETwork) daju rezultate koji se

0

20

40

60

80

100

120

140

0 2 4 6 8 10

Wind Speed / m/s

Heig

ht

/ m

Handbook

79

ne razlikuju za više od 0,5% od referentne brzine vjetra. MEASNET daje Mjerne procedure za kalibraciju kofičastih anemometra, posebno razvijene za primjenu u utvrĎivanju energije vetra.

Veoma je vaţno da se svaki anemometar za merenje brzine vjetra kalibriše u vazdušnom tunelu. MeĎutim, ukoliko prikupljanje podataka treba da traje neko vrijeme, preporučljivo je da se na licu mjesta izvrši kalibracija pomoću referentnih anemometara. Kao što je vaţna kalibracija anemometara, veliki značaj igra i izbor anemometara. Loš anemometar ima visoku nepreciznost mjerenja brzine vjetra, čak i ako je kalibrisan u vazdušnom tunelu.

Razlog za to je što se u turbulentnom vazduhu pri realnim atmosferskim uslovima anemometar ponaša drugačije nego u vazdušnom tunelu. Ispitivanja su pokazala da su neki anemometri izuzetno osjetljivi na povećanje ugla strujanja, što se pri stvarnim uslovima javlja čak i na ravnom terenu uslijed turbulentnog strujanja. Na kompleksnim terenima ovi efekti su od velikog značaja i mogu da dovedu do pre- ili pod-cjenjivanja realnih uslova vjetra. Samo nekoliko tipova anemometara zahvaljujući svom dizajnu nisu podloţni ovim efektima.

Drugi izvor grešaka u mjerenjima brzina vjetra je postavljanje anemometara. Anemometar treba biti postavljen tako da lopatice i jarbol na koji je postavljen što manje remete strujno polje. Ako je neophodna gromobranska zaštita, moraju se poštovati uputstva za postavljanje. Da bi se izbjegao utjecaj zakošenja vaţna je tačnost horizontalne montaţe anemometara. Praksa merenja brzine vjetra u periodu od najmanje godinu dana smanjuje finansijski rizik izgradnje vjetroparka u velikoj mjeri, jer je neizvjesnosti odgovarajućih mjerenja brzina vjetra mnogo niţa od modelom predviĎenih.

Mora se odabrati odgovarajući poloţaj anemometra u okviru prostora na kome se predviĎa vjetropark. Za velike vjetroparkove na sloţenim terenima potrebno je odabrati dva-tri mjesta za mjerne stubove. Potrebno je sprovesti barem jedno mjerenje na visini glavčine planirane turbine, što smanjuje neizvjesnost. Ako se jedan mjerni stub nalazi u blizini vjetroparka (kao M1 ili M2 na slici 10) moţe se koristiti kao referentni pokazivač brzine vjetra tokom rada vjetroturbina i za odreĎivanje snage vjetroparka.

Slika 10: Moguće pozicije mjernih stubova za mjerenje brzine vjetra prije i poslije postavljanja vjetroparka

Mref

M1

M1, M2: mast in undisturbed air flow

M2

Mref: reference mast in wind farm

Handbook

80

Ako je proizvodnja energije garantovana u ugovoru projekta vjetroparka, ugovorne strane trebaju odlučiti o poloţaju mjernog stuba, a mjerenja brzine vjetra i procjene treba da uradi nezavisna institucija. Za prikupljanje podataka sa odreĎene lokacije postavlja se jedan ili više mjernih stubova u blizini predloţene lokacije vjetroturbina. Izabrani instrumenti postavljaju se na stub za snimanje relevantnih podataka. Sva mjerenja se snimaju, a podaci čuvaju ili na traci na licu mjesta ili se automatski skladište na nekom drugom mjestu, npr. u kancelariji razvojnog tima.

Mjerenja brzine i pravca vjetra su očigledno neophodni, ali i drugi meteorološki podaci, kao na primjer temperatura i pritisak, takoĎe treba da se biljeţe radi poreĎenja i kompletiranja svih relevantnih podataka. Oprema koja se koristi za ova mjerenja treba da bude robusna i pouzdana, obzirom da će biti ostavljena bez nadzora duţi vrijemenski period. Mjerenja brzine i pravca vjetra potrebno je obaviti na barem dvije visine, na 10 m i na visini glavčine turbine. Ukoliko se podaci koriste za procjenu hrapavosti površine (z0), tada je potrebno obaviti barem još jedno mjerenje.

Podaci o srednjoj brzini vjetra obično se prikupljaju pomoću kofičastog anemometara, pouzdanog i relativno jeftinog ureĎaja. Ovi kofičasti anemometri često imaju mnogo bolje osobine od onih koji se koriste u meteorološke svrhe. Pravac vjetra mjeri se krilom, što omogućava odreĎivanje horizontalne brzine vjetra i njegov pravac. Ako su potrebni podaci o turbulenciji na lokaciji, tada su poţeljni i trodimenzionalni podaci o vjetru. Oni se mogu dobiti pomoću lopatičnog anemometra, koji je manje robustan ili ultrazvučnog anemometara, koji je skup.

Ovi anemometri daju podatke i o brzini i o pravcu vjetra. Podaci moraju biti uzorkovani na visokim frekvencijama, moţda i 20 Hz. Na ovaj način traka se vrlo brzo popunjava podacima tako da se obično ne snimaju podaci u kontinuitetu. Obrtanje kofica ili lopatica anemometra proporcionalno je brzini vjetra, što se mjeri promjenom napona ili serijom impulsa. Svi obrtni anemometri imaju prag brzine pokretanja. To je obično izmeĎu 0,5 m/s i 2,0 m/s.

Odgovor instrumenta na promjene u brzini vjetra opisuje se prostornom ili vremenskom konstantom. Prostorna konstanta je duţina stuba vazduha koji mora da proĎe kroz anemometar da bi se dobio odziv u vidu 63,2% promjene koraka i zavisi samo od gustine vazduha. Vremenska konstanta je vrijeme potrebno da anemometar napravi 63,2% promjene koraka i obrnuto je srazmjerna brzini vjetra. Shodno tome, kofičast anemometar teţi da precijeni vjetar koji usporava, što se zove "over run" greška.

Lopatice su najčešće povezane sa potenciometrom. Uobičajen maksimalni napon se dobija pri orijentaciji na sever u odnosu na tijelo instrumenta, a minimalni na oko 357 stepeni. Tako da se praznina javlja u blizini severa na instrumentu. Greška instrumenta kreće se u opsegu od oko

+/- 2, a pravac varira oko 0,30. Instrumenti moraju biti paţljivo poravnati, a često je to i najveći izvor grešaka. Na lopatično kolo utiče mjerni stub, tako da se ono postavlja tako da se stub nalazi ustrujno od najmanje verovatnog pravca puhanja vjetra. Potpuna lista različitih tipova anemometara i njihovih karakteristika data je u tabeli 2.

Handbook

81

Tabela 2: Karakteristike različitih tipova manometara

Anemometar Metod mjerenja Primjedba

Kofičasti Brzina vjetra proporcionalna brzini obrtanja kofica

Izdrţljiv, pouzdan, jeftin

Lopatični Brzina vjetra proporcionalna brzini obrtanja lopatičnog kola

Mora se poravnati sa pravcem vjetra, ali daje brţi odgovor od kofičastog. Manje izdrţljiv od kofičastog.

Prantlova sonda Brzina vjetra proporcionalna porastu pritiska u cijevi

Mora se poravnati sa pravcem vjetra, spor odziv.

Topla ţica Brzina vjetra proporcionalna brzini hlaĎenja tople ţice

Veoma osjetljiv sa brzim odzivom, ali se lako oštećuje, obično se koristi u vazdušnim tunelima.

Ultrazvučni Brzina vjetra proporcionalna vremenu kretanja ultrazvučnog talasa izmeĎu odašiljača i prijemnika

Mjeri brzinu vjetra, pravac i turbulentne flukseve.

Komplikovan za kalibraciju.

Vaţno je da je prikupljanje podataka pouzdano. Da bi se to postiglo data loger (ureĎaj za akviziciju podataka) mora biti dobro izolovan od vremenskih prilika, a posebno kiše. U mnogim eksperimentima desi se veliki gubitak podataka usljed različitih problema, uključujući i prodiranje vode u ureĎaj i nestanak struje. Većina potencijalnih lokacija za vjetroturbine često su u veoma negostoljubivom okruţenju, meĎutim, trenutno je na trţištu moguće naći dovoljno pouzdane sisteme za akviziciju podataka. Podatke je moguće prikupiti daljinski, preuzimanjem podataka preko telefonske linije. Ova prednost omogućava da se podaci redovno prate i da se bilo kakav problem sa instrumentom brzo uoči. Pored toga, drugi podaci mogu biti netačni. Paţljivo planiranje faze prikupljanja podataka je od suštinskog značaja za razvoj projekta vetroelektrane.

3.3 Predstavljanje arhiviranih podataka

Dnevna informacija o vremenskim prilikama obično je slobodno dostupna u meteorološkoj sluţbi. MeĎutim, obično se naplaćuju arhivirani podaci i konsultantske usluge. Srednja brzina i pravac vjetra često su prikazani zajedno na ruţi vetrova (primjer na slici 11). Na taj način se mogu predstaviti dominantni vjetrovi u godini za bilo koju meteorološku stanicu. Podaci se takoĎe mogu podijeliti tako da se prikaţu sezonske ili mjesečne varijacije u srednje brzine vetra. U principu, u sjevernoj Evropi dominantni su jugozapadni vjetrovi. MeĎutim, mogu se javiti i značajna sezonska odstupanja u brzini i pravcu vjetra.

Handbook

82

Slika 11: Primjer ruže vjetrova

U juţnoj Evropi, reţimom vjetra dominiraju sezonski vjetrovi. U najhladnije zimsko doba najčešće pušu sjeverni i sjevero-istočni vjetrovi. Ove varijacije mogu se vidjeti u evidenciji brzine vjetra i temperature u meteorološkoj stanici. Meteorološki podaci iz pojedinih stanica takoĎe mogu biti predstavljeni u vidu tabelarnih prikaza frekvencija pojava. Podaci anemometara meteoroloških stanica daju opsege brzina i smjerova vjetra. Ovi podaci prikazani su za cijelu godinu i za svaki mjesec u obliku tabele, kao što je ova koja slijedi.

Srednja brzina vjetra i najvjerovatnija brzina vjetra (obično nešto niţa) mogu se odrijediti crtanjem podataka u vidu raspodjele vjerovatnoće, kao što je prikazano na slici 12. Podaci mogu biti upareni sa Vejbulovom (Weibull) raspodjelom, na osnovu čega se moţe izračunati procijenjena raspoloţiva snaga. Razvojni tim zatim moţe da definiše kriterijume za izbor turbina. Pošto postoje dugogodišnji podaci za svaku meteorološku stanicu, moţe se formirati dobra statistička baza na koju ne bi trebalo da utječu nedostaci podataka iz pojedinih godina.

Handbook

83

Slika 12: Raspodjela frekvencija brzina vjetra (izmjereni podaci i proračunate raspodjele)

3.4 Analiza podataka na licu mjesta

Podaci se mogu djelimično analizirati odmah ili skladišti za kasnije analize, u zavisnosti od mogućnosti i lakoće pristupa lokaciji. Uobičajeno je da se podaci snimaju svaki minut. Brţi podaci će omogućiti više informacija za procjenu karakteristika turbulencije na lokaciji. Podaci podlijeţu kontroli kvaliteta, loši podaci se uklanjaju, očitavanja se kalibrišu i provjerava se konzistentnost podataka. Preostali podaci su zatim analiziraju tako da se obično daje 10-o minutna srednja brzina vjetra tokom dana, poţeljno je za svaki dan tokom cijele godine, jer bi to trebalo da obuhvati sve sezonske varijacije.

Neke studije pokazuju da je potrebno imati podatke za najmanje 8 mjeseci da bi se obezbijedila adekvatna procjena godišnjih resursa vjetra. Drugi istraţivači sugerišu da je zimski resurs vjetra najznačajniji, jer se poklapa sa maksimumom potraţnje za električnom energijom. Podaci se sortiraju u različite opsege brzina vjetra, bilo za svaki pojedini smer vjetra ili zbirno. Izmjerene vrijednosti svrstavaju se u odgovarajuće intervale, broje se vrijednosti po intervalima i crta se udio od ukupnog broja očitanih vrijednosti u cilju dobijanja frekventne raspodjele.

Iz ovih podataka mogu se odrediti srednja brzina vjetra i najvjerovatnija brzina vjetra. TakoĎe se dobija i raspodjela snage vjetra (proporcionalna kubu brzine vjetra). Podaci mogu takoĎe biti prikazani kao vjerovatnoća brzine vjetra veće od odreĎene brzine vjetra, što je obično nula, u> 0. Ovi podaci se obično mogu upariti sa dva parametra Vejbulove raspodjele, parametri k i c, koji se dobijaju korištenjem npr. metode momenata, najmanjih kvadrata ili nekom drugom metodom. Tačnije, utvrĎeno je da se dvo-parametarska Vejbulova raspodjela dobro poklapa sa većinom podataka o vjetru sa prihvatljivom tačnošću. Izraţava se na slijedeći način:

kk

c

U

c

U

c

kUp exp

1

gde su:

p(U) - gustina vjerovatnoće raspodjele za srednju brzinu vjetra U,

Handbook

84

c - parametar skaliranja (sa dimenzijom brzine),

k - parametar oblika (bezdimanzijski).

Kada je k=2 raspodjela se svodi na Rejlijevu (Rayleigh) raspodjelu, dok se za k=1 dobija eksponencijalna raspodjela. Ovo su specijalni slučajevi Vejbulove raspodjele (videti sliku 3.4). U većini sjevernoevropskih zemalja faktor k je pribliţno jednak 2. Integracijom prvog momenta u jednadţbi, dobija se da je faktor c u bliskoj vezi sa srednjom brzinom vjetra, pošto je:

k

cU1

1

gdje je Γ(•) - potpuna gama funkcija.

Slično tome

kn

cU nn 1,

te je:

k

cU3

133

(3.3)

Тada se gustina raspoloţive snage E (W/m2) dobija kao:

k

cE3

12

1 3 (3.4)

dok je faktor oblika u vezi sa varijansom vjetra σ2 preko relacije

kk

c1

12

1 222. (3.5)

S druge strane, veoma je vaţno znati da su prikupljeni podaci reprezentativni, odnosno da posmatrana godina nije posebno vjetrovita ili mirna. Da bi postojala sigurnost u pogledu ovog, potrebno je imati podatke poslijednjih desetak godina. Očigledno je da ovo nije praktično za jednu lokaciju. Moguće je, meĎutim, uporediti podatke sa lokacije sa podacima iz lokacije koja se nalazi u blizini i izvesti neku vrstu mjerenja-korelacija-predviĎanje (MCP) metodologiju u cilju proširenja podataka sa posmatrane lokacije na period od 10 godina.

Postoji veliki broj MCP metoda na raspolaganju, kao što su:

1. Uparivanje - odreĎivanje Vejbulovih parametara na osnovu mjerenja sa lokacije i sa referentne lokacije i uspostavljanje korelacije izmeĎu njih za odreĎen period mjerenja, a zatim se izvrši korekcija ostalih referentnih podataka.

2. Računanje faktora brzine vjetra izmeĎu lokacije i referentne lokacije, tokom perioda mjerenja i za svaki od pravaca vjetra.

3. Nalaţenje neprekidne funkcije za sve podatke tokom mjernog perioda i njena primjena na

Handbook

85

ostale referentne podatke.

Jednom kada se napravi dugoročna raspodjela frekvencija, kriva snage turbine moţe biti uparena sa podacima o vjetru da bi se dobila raspodjela frekvencija proizvodnje snage. Iz ovoga slijedi očekivana godišnje proizvodnja snage na lokaciji. Podaci se, naravno, mogu proveriti za različite tipove turbina i konfiguracija u cilju optimizacije rezultata.

4. PROCJENA PROIZVODNJE ENERGIJE

Godišnja proizvodnja energije vjetroturbinom predstavlja najvaţniji ekonomski faktor. Neizvijesnosti u odreĎivanju godišnje brzine vjetra i krive snage doprinose ukupnoj neizvijesnosti u predviĎanju godišnjih energetskih prinosa i dovоde do većeg finansijskog rizika. U nastavku je prikazan način izračunavanja godišnje proizvodnje energije (AEP). Godišnja proizvodnja energije moţe se procijeniti jednim od slijedeća dva metoda:

• Histogramom brzine vjetra histograma i krivom snage.

• Raspodjelom teorijske brzine vjetra i krivom snage.

4.1 Izraĉunavanje AEP korištenjem izmjerenog histograma brzine vjetra

Ako je na osnovu mjerenja dobijen histogram brzine vjetra, dobra procjena AEP moţe se izračunati korištenjem izmjerenog histograma (slika 13) i krive snage (slika 14). Za svaki interval brzine vjetra, broj sati rada u intervalu mnoţi se sa odgovarajućom generisanom snagom turbine u cilju dobijanja proizvodnje energije za dati interval. Ove vrijednosti su sabiraju da bi se dobila godišnja proizvodnja energije. Vaţno je napomenuti da postoje granične brzine uključenja i isključenja, ispod i iznad koje VT ne radi. Iz tih razloga, ovi intervali brzina vjetra moraju se isključiti iz ukupnog iznosa.

Slika 4.1: Primjer izmjerenog histograma brzine vjetra (v[i]=10,25 m/s; t[i]=275 h)

Handbook

86

Slika 13: Primjer izmjerene krive snage pri standardnim uslovima vazduha (1,225 kg/m³)

(p[i]=345 kW; v[i]=10,25 m/s)

Slika 14: Primjer procijenjene energije u intervalu i (E[i]=95 MWh)

Ukupna proizvodnja energije tokom jedne godine (AEP) (vidjeti sliku 4.3) je: 3

4.2 Izraĉunavanje AEP korištenjem teorijski raspodjele brzine vjetra

Ako je raspodjela brzine vjetra za posmatranu lokaciju nepoznata, moţe se izračunati histogram iz poznate ili procijenjene srednje prosječne brzine vjetra. Kao što je ranije pomenuto, uglavnom su u upotrebi dvije teorijske raspodjele za izračunavanje brzina vjetra: Vejbulova raspodjela,

E P i h ii

i n

[ ]* [ ]1

Handbook

87

koja koristi dva parametra, parametar oblika i parametar skaliranja, i jedno-parametarska raspodjela, Rejlijeva raspodjela, koji je identična sa Vejbulovom raspodelom kada je faktor oblika jednak dva (obično je to i poţeljna vrijednost, dok je parametar oblika najčešće nepoznat).

Rejlijeva raspodjela glasi:

gdje su:

F(v) - Rejlijeva kumulativna raspodjela za brzinu vjetra,

- je godišnja prosječna brzina na visini glavčine turbine.

Proizvodnja energije je:

gdje su:

N - broj mjerila,

vi - brzina vjetra v u intervalu i

Pi - srednji izlaz snage u intervalu i.

5. UTICAJNI PARAMETRI ZA IZBOR LOKACIJE

Postoji niz faktora osim reţima vjetra koje treba uzeti u obzir u konačnom izboru optimalne lokacije za instaliranje vjetro elektrane. Ukratko, oni su:

pristup na mreţu; lokalna prilazna putna mreţa; lokalni uticaji na ţivotnu sredinu, uključujući i klasifikaciju terena; blizina lokalnog stanovništva; utjecaj buke; miješanja u TV i radio signale, i dr.

Lokacija vjetroelektrana i vrijemenski uslovi postavili su pred inţenjere velike izazove u ispunjenju zahtijeva u pogledu projekta vjetro parka i instaliranje sistema. Loš prilaz lokaciji

F v e

v

v( )

1 4

2

v

AEP F v F vP P

i i

i i

i

N

876021

1

1

* ( ) ( )

Handbook

88

moţe spriječiti isporuku velikih i teških komponenata, gole stijene mogu onemogućiti uzemljenje, a kiše i magle mogu dovesti do prodora vode u kablove i spojnice. Stavke kao što su lokacija transformatora i napon generatora takoĎe postaju vaţne kako dimenzije turbina rastu. Posebno pitanje za električne sisteme vjetroelektrana je izbor lokacije distributivnog naponskog sistema.

5.1 Prilaz lokaciji

Izgradnju i rad postrojenja vjetro turbine zahtjeva upotrebu teške mehanizacije za pripremu lokacije, transport graĎevinskog materijala i komponenti projekta, kao i za podizanje turbine i električnih stubova i kabina. Prema tome, moţe se desiti da projekti podizanja vjetroturbina utiču na lokalne puteve projektovane za saobraćaj slabijeg intenziteta ili lakših vozila. Postoji mogućnost da će biti neophodna obnova ili poboljšanje postojeće putne mreţe da bi mogla da izdrţi dodatna opterećenja bez deformacija, a uobičajeno redovno odrţavanje ovih puteva moţe da se poveća.

Izgradnja novih puteva na padinama u cilju omogućavanja pristupa grebenu takoĎe otvara mogućnost erozije koja moţe da proizvede dugoročne promene u izgledu lokacije. Dakle, smanjivanje potrebe za putevima tokom razvoja vjetro parka smanjuje troškove infrastrukture vezane za projekat, probleme sa erozijom i kvalitetom vode, kao i utjecaj na izgled lokacije. Koristeći vazdušni transport za prevoz komponenti turbina, za instalaciju turbina, glavne radove na odrţavanju, i dr. u velikoj mjeri smanjuju veličinu i potrebu za izgradnju puteva u udaljenim lokacijama ili vizuelno osjetljivim oblastima. Ovo takoĎe moţe da smanji utjecaj na javne i lokalne puteve i omogući brţu instalaciju, ali je skupo i moţe biti neisplativo za veće turbine.

U principu, poţeljno je:

koristiti konstrukciju i tehnike odrţavanja koje ne zahtijevaju puteve u cilju smanjenja privremenog i trajnog gubitka zemljišta;

ograničiti većini vozila krijetanje na postojeće pristupne puteve;

ograničiti izgradnju novih pristupnih puteva i njihovu širinu, kao i smanjiti ili u potpunosti izbjeći njihovo oštećenje ;

izgraditi nove pristupne puteve koji prate postojeće konture u najvećoj mogućoj mjeri.

5.2 Integracija u postojeću mreţu

5.2.1 Javni sistem za prijenos i distibuciju elektriĉne energije

Turbine se obično nalaze u ruralnim ili brdskim oblastima, gdje električni priključak do najbliţe podstanice moţe biti slab i lokalna potraţnju za električnom energijom moţe biti mnogo manja od kapaciteta vjetro generatora. Jedan od načina definisanja "jačine" električne mreţe jeste nivo greške, što predstavlja veličinu struje koja će teći kada postoji greška na mreţi. Na kraju dugog električnog kola nivo greške je mnogo niţi nego u centru meĎusobno povezanih mreţa, na primjer, u gradu ili industrijskoj zoni.

Na lokaciji sa niskim nivom greške, utjecaj vjetroturbina moţe biti dovoljno velik da uteče na druge lokalne potrošače. Iz tog razloga, ponekad je neophodno da se mreţa ojača ili da se vjetroturbina poveţe na viši naponski ili udaljeni jači dio mreţe. To povećava troškove. Višenaponski sistem, kao što su 400 kV ili 275 kV sistemi imaju visok nivo greške. Uopćeno

Handbook

89

govoreći, što je niţi napon, sistem će biti slabiji. Distributivni naponski sistem u ruralnim područjima u većini zemalja Evropske unije je 132, 33 i 11 kV. 11 kV sistem je najzastupljeniji, ali ne moţe da podrţi više od jednog do tri megavata (MW) generisane snage.

Termin "javni snabdjevač električnom energijom" (PES) ovdje se koristi za kompaniju koja posluje u okviru lokalne električne mreţe (u većini slučajeva to je sinonim za termin REC, tj. regionalnu energetsku kompaniju). PES je odgovoran za upravljanje svojim sistemima i njihovu bezbijednost i ima obavezu da odrţava zadovoljavajuća kvaliteta snabdijevanja korisnika svog sistema, a to nije nuţno kupac električne energije od vjetroturbine. PES bi trebao biti upozoren na predloţene šeme u ranoj fazi.

PES inţenjeri će sprovesti početne studije da se utvrdi tehnička izvodljivost projekta i tada se mogu navesti troškovi za povezivanje, koji mogu ukazati da li će se projekat dalje razvijati ili ne (PES moţe da naplati ovu uslugu). Troškovi će zavisiti od veličine razvoja, udaljenosti od najbliţeg priključka, kao i od veličine naponske mreţe. Ova posljednja tačka moţe biti najvaţnija, jer troškovi priključka lahko uzrokuju da mali projekti daleko od postojećeg distributivnog sistema budu potpuno neekonomični. Ovo je najbolje utvrditi, prije nego što se uloţi previše truda.

U ruralnim ili brdskim oblastima, vjerovatno je da su najbliţe tačke na lokalnoj električnoj mreţi na nadzemnom vodu, a ne na podzemnom kablu. Moţe se naći broj stuba ili toranja (bandere), koji će pomoći inţenjerima PES da pronaĎu predloţenu lokaciju na njihovim mapama, i oni će onda biti u stanju da definišu napon voda. Mogu se koristiti zvanični podaci geodetskog premjeravanja referentne mreţe. Svaki nadzemni vod sa samo dvije ţice nosi jednofazni sistem i obično zahtijeva pojačanje u slučaju instalisanja vetrogeneratora.

5.2.2 Projekat prikljuĉenja na mreţu

OdreĎivanje pravog tehničko/ekonomskog projekta sistema za prikupljanje proizvedene snage vjetroparka i njegovog povezivanja sa električnom mreţom je proces više kriterijumske optimizacije i zahtijeva veliko iskustvo projektanta/inţenjera, kao i dostupnost modernih računarskih alata kako bi se olakšao zadatak pronalaţenja i dokumentovanja pravog rješenja.

U ovoj fazi potrebno je razmotriti brojna pitanja, uključujući:

Priključni napon, što ima značajan uticaj na troškove veze. Na primer, nov 33 kV dalekovod košta znatno više nego povezivanje u postojeći 11 kV, meĎutim, nov 11 kV dalekovod moţe da košta više od novog 33 kV dalekovoda, za isti vjetropark.

Raspodjela napona u okviru vjetroparka.

RasporeĎivanje transformatora i vjetroturbina.

Uzemljenje; električne instalacije moraju biti adekvatno uzemljene da se osigura da ljudi ne bi bili povreĎeni, a oprema oštećena usled električnih kvarova ili groma, kao i da budu u skladu sa Pravilnikom o isporuci električne energije i bezbednosti na radu. Ovo je kompleksno pitanje i ne treba ga potcenjivati.

Zaštita; oprema mora da obezbjedi uslov da se turbina ili vjetropark automatski isključuju kada se javi greška na mreţi. TakoĎe, mreţa mora biti zaštićena od utjecaja greške u vjetroparku.

Mjerenje; električna energija se mjeri na mjestu priključenja na lokalnu mreţu. Mjerila su potrebna za mjerenje i izlazne i ulazne snage (koja se moţe javiti kada je veoma slab vjetar), i za mjerenje reaktivne snage. Mjerna tačnost povećava troškove, kao i veličina vjetroelektrane.

Handbook

90

Obično se ukupan izgled vjetroparka zasniva na optimizaciji proizvodnje vjetroparka, imajući u vidu i poloţaj pojedinačnih turbina i pristup turbini - tj. infrastrukturu. Utjecaj kratkog spoja iz mreţe je vaţan parametar i zavisi od raspoloţivosti i nivoa elektroopreme - transformatori, kablovi, prekidači, itd. - raspored zadovoljava osnovne zahtjeve elektro projekta, izabranog i verifikovanog kroz greške postojećeg proračuna.

Na kraju, procjenjuju se ukupni gubici za cijelo vrijeme roka trajanja ureĎaja (sistema) - i njihova sadašnja neto vrijednost - da bi se utvrdilo da li upotreba opreme sa manjim gubicima moţe biti ekonomski opravdana. Proračuni gubitaka zasnovani su na proizvodnom profilu vjetroparka, na osnovu parametara koji opisuju vjetar - Vejbulovi parametri - i na osnovu krive snage posmatrane vjetroturbine.

5.3 Drugi uticajni faktori za izbor lokacije

Vjetroelektrane imaju nekoliko bitnih ekoloških prednosti u odnosu na konvencionalne elektrane koje rade na ugalj, naftu ili prirodni gas; naime, one ne koriste gorivo, ne emituju polutante, gasove staklene bašte, odnosno toksični otpad i rade bez vode ili drugih ograničenih resursa. Ipak, vjetroelektrane skreću paţnju zajednice u ekološkom pogledu. Na primjer, one stvaraju buku i mogu vizuelno da se nametnu stanovnicima koji ţive u njihovoj blizini. One takoĎe mogu da poremete staništa divljih ţivotinja i izazovu povrede ili smrt ptica.

Srećom, i pored grešaka iz prošlosti, ovi i drugi potencijalni problemi u većini slučajeva ne bi trebalo da predstavljaju ozbiljnu prepreku razvoju vjetroelektrana. Kroz savjesno sprovedena istraţivanja i planiranja, pravilan dizajn i rane i učestale konsultacije sa zajednicom na koju će vjetroparkovi utjecati, projektanti mogu da identifikuju i riješe najozbiljnije probleme prije nego što budu uloţene značajne investicije u novi projekat. Komunalna preduzeća, vladine agencije, ekološke organizacije i drugi trebalo bi da saraĎuju sa razvojnim timom i da na taj način obezbijede da se primjeni što efikasnija strategija.

U interesu je i razvojnog tima i javnosti da se suoče sa svim legitimnim pitanjima na otvoren, pravičan i nepristrasan način, uz minimiziranje troškova učesnika i odlaganja u donošenju odluka. U nekim slučajevima, rezultat procesa moţe da bude da se predloţena lokacija za razvoj vjetroparka odbaci. U drugim slučajevima, moţe se ustanoviti nema razloga za ozbiljnu zabrinutost, ili da se konkretnim mjerama mogu riješiti problemi.

5.3.1 Pitanja od znaĉaja za lokalnu zajednicu

Izgradnja i rad vjetroelektrane uključuje mnoge od aktivnosti koje uključuje i izgradnja i rad konvencionalnih elektrana, uključujući i izgradnju puteva, raščišćavanje zemljišta, saobraćaj teške mehanizacije, izgradnja dalekovoda. Nije iznenaĎujuće da aktivnosti poput ovih ponekad izazivaju značajnu zabrinutost zajednice. Pored toga, projekti vjetroelektrana izazivaju jedinstvene probleme u zajednici, uglavnom u vezi sa njihovim vizuelnim utjecajem i bukom.

Razmatranje korištenja zemljišta

Za razliku od većine elektrana, projekti vjetro elektrana su projekti koji zahtijevaju zaposijedanje zemljišta. Mjereno proizvedenim megavatima (MW), zemljište potrebno za projekte vjetroelektrana veće je od zemljišta potrebnog za većinu drugih energetskih tehnologija. MeĎutim, dok se objekti vjetro elektrana prostiru na velikom geografskom području i imaju široko područje utjecaja, projekat fizički pokriva relativno mali dio tog zemljišta. Postrojenje od 50 MW, na primjer, moţe da zauzima I do 1.500 hektara, ali površina zemljišta koju stvarno zauzimaju objekti vjetroelektrane moţe biti samo tri do pet odsto ukupne površine, ostavljajući ostatak zemljišta na raspolaganju za druge kompatibilne svrhe.

Handbook

91

Pošto je nastajanje vjetra ograničeno na oblasti u kojima su meteorološki uslovi takvi da postoje relativno duge sezone jakih i stalnih vjetrova, razvoj projekata vjetroelektrana širom svijeta pojavio se prije svega u seoskom i relativno otvorenom prostoru. Ovi prostorima često se koriste za poljoprivredu, ispašu, rekreaciju; to je otvoren prostor, prostranstvo, stanište divljih ţivotinja, šumsko gazdinstvo ili zona izlivanja pri sezonskim poplavama. Razvoj vjetra obično je u skladu sa korištenjem lokacije za poljoprivredu ili ispašu.

Iako sve ove namjene zemljišta mogu biti prekinute tokom izgradnje, samo intenzivna poljoprivredna upotreba moţe biti smanjena ili modifikovana tokom rada postrojenja. Razvoj projekata vjetrelektrana moţe utjecati na druga korištenja same lokacije ili okoline. Neki parkovi i rekreativne zone koji ističu vrijednosti divljine i posvećeni su zaštiti divljih ţivotinja - naročito ptica - ne mogu biti kompatibilni sa izvoĎenjem ovakvih projekata.

Druge namjene, kao što je očuvanje prirode ili objekata rekreacije, mogu biti kompatibilne uzimajući u obzir i negativne strane, način razvoja lokacije i utjecaj na resurse od regionalnog značaja. Faktori kojima se moţe utvrditi način korištenja zemljišta obuhvataju: topografiju lokacije, veličinu i broj turbina, njihovo meĎusobno rastojanje; lokaciju i putnu mreţu, da li je dodatna oprema postrojenja na jednoj ili više pozicija, kao i da li su električni vodovi iznad ili ispod zemlje.

Utjecaj na izgled okoline

Turbine su veoma vidljive strukture. Moderne turbine nalaze se na 30 do 50 metara iznad tla, ne računajući lopatice rotora koji mogu biti i do 40 metara u prečniku. Pored toga, turbine su često rasporeĎene u nizove od deset ili više ureĎaja na grebenima ili vrhovima brda. Da li će vizuelni utjecaj vjetroturbina izazvati negativnu reakciju djelimično zavisi i od mjesta gdje se nalaze.

U mnogim poljoprivrednim oblastima u SAD, investitori su naišli na relativno malo problema u dobijanju saglasnosti od lokalne zajednice za izgradnju vjetro parkova. Ovo je razumljivo, s obzirom da su vjetroturbine bile uobičajen prizor sa američkih farmi sve do sredine 20. veka. Pomaţe i to što vlasnici poljoprivrednih parcela imaju često direktne materijalne koristi od vjetroelektrana u vidu zakupnina i naknada za vlasnika zemljišta. U drugačijem okruţenju prihvatanje lokalne zajednice moţe biti ozbiljniji problem.

Ponekad, predloţene vjetroelektrane u blizini naselja pobuĎuju veliko protivljenje vlasnika kuća i i preduzimača. U slučaju stanovnika koji su se protivili izgradnji vjetroelektrane na brdu Kordelija, sjeveroistočno od San Franciska, razlog je bio što nisu ţeljeli prisustvo turbine u svom okruţenju, iako su brda izabrana za projekat već imala brojne elektronske releje i dalekovode. Nepotrebno je reći da će lociranje vjetroelektrana u blizini nacionalnog parka ili parka zaštićene prirode izazvati protivljenje lokalnih ekoloških organizacija i aktivista.

Bez obzira na sve, koraci se mogu preduzeti da se smanji broj ţalbi tako što će vjetroturbine biti manje nametljive i ugodne oku. Na primjer, cjevasti tornjevi manje su upadljivi od rešetkastih, a djelimično iz tog razloga oni su sada izbor većine projektanata. U kombinaciji sa elegantnim, minimalističkim izgledom modernog kućišta turbine i rotora, ukupan efekat moţe biti savim prihvatljiv.

Paţnju treba posvetiti kako turbina se turbina uklapa u pejzaţ. Dobro poreĎan niz vjetroturbina daje izgled svrsishodnosti i efikasnosti, dok nasumično razbacane turbine ostavljaju utisak besciljnosti i konfuzije. Turbine koje prate konture grebena lakše se uklapaju sa okolinom. Od velike je vaţnosti preduzimanje mjera radi sprječavanja naruţnjivanja izgleda okoline pri izgradnji puteva, kao i uklanjanje nepotrebnog nereda iz vidika ukopavanjem dalekovoda i sakrivanjem graĎevinskih i drugih objekata iza grebena ili vegetacije.

Handbook

92

Dragocjeno sredstvo za proces procjene mogućih utjecaja projekta na osjetljive vizuelne resurse je priprema i upotreba vizuelnih simulacija. IzvoĎenje ovih simulacija omogućava preduzimaču, agenciji za izdavanje dozvola i javnosti da vide kako lokacija trenutno izgleda, i kako će planirane promjene utjecati na budući izgled lokacije i ostale osjetljive resurse. Nakon pregleda simulacije i vaţnih tačaka, sve zainteresovane strane mogu biti uključene u prilagoĎavanje projekta u cilju smanjivanja mogućih utjecaja.

Dodatni napori da se lokalna zajednica edukuje i informiše u vezi sa energijom vjetra i njenim prednostima, takoĎe moţe pomoći smanjivanju protivljenja s estetskog stanovišta. Na primjer, postoji tendencija da ljudi koji prolaze pored vjetroelektrana primjećuju turbine koje ne rade, a ne većinu koje rade. To moţe da navede ljude da misle da tehnologija nije dovoljno napredna. Edukacijom se ljudi upoznaju da je normalno za neke turbine da se zaustave u bilo koje doba (zbog varijacije vjetra ili potrebe odrţavanja) i na taj način se ublaţava problem otpora javnosti prema vjetroelektranama.

Buka

Vjetroturbina svojom bukom ima uticaj na stanovništvo i okruţenje. Taj uiecaj moţe da bude u prečniku od nekoliko stotina metara od jedne ili više malih turbina, do nekoliko kilometara od velikih vjetroelektrana. Iako buka na ovim udaljenostima nije velika - 300 kW turbina obično proizvodi manje buke na 120 metara nego što je buka na 30 metara od raskrsnice sa semaforom - ipak je dovoljno da se čuje u zatvorenom prostoru i posebno moţe da bude uznemirujuća noću, kada je i saobraćajna, a i buka iz domaćinstva smanjena (vidi tabelu 3).

Tabela 3: Uobičajeni nivoi buke (Gipe, Wind Energy Comes of Age, p.375)

Izvor buke Rastojanje [m] Jačina zvuka [dB]

Prag bola 140

Brodska sirena 30 130

Mlazni motor 60 120

Teretni voz 30 70

Usisivač 3 70

Autoput 30 70

Mala vjetroturbina (10 kW) 36 57

Veliki transformator 40 55

Vetar u drveću 12 55

Raskrsnica sa semaforom 30 50

Prosječno domaćinstvo 50

Vjetroturbina od 300 kW 120 45

USW 56-100 turbine 240 45

Šapat 1,5 30

Studio za snimanje zvuka / tiha spavaća soba

20

Prag čujnosti 0

Kada planirate projekat vjetroturbine, paţljivo treba uzeti u obzir buku koja se čuje izvan obliţnjih kuća. Unutrar kuća, nivo buke će vjerovatno biti mnogo niţi, čak i sa otvorenim prozorima. PredviĎanje buke koja će se proizvoditi kada vjetar puše od turbine ka kućama obično utječe na potencijalni utjecaj buke. Zatim se vrši poreĎenje sa postojećom bukom bez turbina u toj oblasti.

Pravilo o zoniranju, razvijeno od strane nekih zajednica, rješava ovaj problem tako što se odredi dozvoljeni nivoe buke da se smanji uznemiravanje komšija. U Palm Springsu, na primjer,

Handbook

93

zahtjeva se da se turbina ne nalazi bliţe od 370 metara od bilo kog stambenog objekta, hotela, bolnice, škole, biblioteke ili sanatorijuma, osim u slučaju kada topografija dozvoljava izuzetak. Na tom rastojanju, buka mora biti manja od 55 decibela, što po jačini odgovara buci koju stvara vjetar kada puše kroz drveće udaljeno 15 metara.

Značajan napredak postignut je u smanjenju buke koju proizvode turbine, od prve instalirane mašine početkom 1980. Veće turbine na trţištu sada stvaraju manje buke (po jedinici energetske proizvodnje), nego manje mašine koje su one zamijenile, dijelom i zbog niţih brzina vrha rotora i paţljivog projektovanje i izrade aerodinamičkih krila. Sve u svemu, voĎenjem računa o odgovarajućem rastojanju i inţenjerskim mjerama za smanjenje buke, malobrojno stanovništvo, a moţda ni ono, neće biti ugroţeno bukom.

Elektromagnetna interferencija (EMI)

Elektromagnetna interferencija je poremećaj elektromagnetnih signala koji se koriste u komunikacionim tehnologijama, uključujući radio, televiziju i mikrovalove. EMI se uzima kao mogući problem, pre svega zbog rotacije lopatica vjetroturbina i veoma visokog napona električnih dalekovoda. Lopatica turbina najlakše odbija UHF televizijski signal, dok TV prijem u opsegu od pet kilometara (UHF) ili 6/5 kilometara (VHF) mogu biti pogoĎeni radom turbina dovoljne veličine. Stepen miješanja signala zavisi od materijala lopatice, lokacije turbina u odnosu na put signala i veličine turbina.

Ometanje FM radio prijema nije zabeleţeno. Repetitori sa mikrovalovima često se nalaze na udaljenim i ruralnim brdskim područjima, na vrhovima. Ove stanice se oslanjaju na nesmetanu liniju emitovanja signala i samim tim projekti vjetroelektrana mogu uticati jer se nameću u vazdušnom koridoru. Osim toga, električna kola u turbini mogu da emituju elektromagnetne signale (šum) ako nisu pravilno instalirani i odrţavani. Zbog toga su kontakti sa operatorima stanica mikrovalne komunikacije neophodni da bi se projektima vjetroelektrana spriječilo stvaranje smetnji.

5.3.2 Izbjegavanje divljih ţivotinja i druge osjetljive oblasti

Ptice

U posljednjih nekoliko godina paţnju privlače potencijalni utjecaji razvoja energije vjetra na ţivi svijet i oblasti netaknute prirode. Ovo pitanje je prvi put dobilo na značaju krajem 1980-ih, kada je ustanovljeno da ptice, naročito zakonom zaštićeni zlatni orlovi i crvenorepi jastrebovi, stradaju od strane vjetroturbina i visoko naponskih dalekovoda na Altamont Pasu (Altamont Pass) u Kaliforniji. Ovo otkriće izazvalo je protivljenje nekih ekoloških aktivista Altamont Pas projektu i probudilo je zabrinutost Sluţbe SAD za ribe i divljači, koja je odgovorna za primjenu saveznih zakona u vezi sa zaštićenim vrstama.

Od tada su primjećeni problemi i na drugim lokacijama. Prijavljeno je stradanje ptica u vjetroelektrani u Tarifi (Tarifa) u Španiji (jedna od dvije glavne tačke migratornih puteva ptica preko Sredozemnog mora), kao i na različitim vjetroelektranama u severnoj Evropi. Ovi incidenti rezultovali su povećanjem svijesti o mogućim utjecajima korištenja energije vjetra na ţivotnu sredinu i kod američkih i evropskih grupa koje se zalaţu za očuvanje ţivog sveta. MeĎutim, dugoročni pokazatelji utjecaja ptica na industriju vjetra još uvek su nejasni.

Najizglednija neslaganja oko korištenja energije vjetra uglavnom su ograničena na oblasti u kojima se okuplja ili migrira veliki broj ptica (kao u Tarifi), ili gdje ţive zaštićene vrste (kao u Altamont Pasu). MeĎutim, to bi moglo da obuhvati dosta lokacija, jer su lokacije atraktivne po pitanju korištenja vjetra imaju karakteristike koje često privlače i ptice. Na primer, na planinskim

Handbook

94

prevojima često je vjetrovito, jer oni pruţaju kanal za strujanje vjetrova preko planinskog lanca, a upravo iz istog razloga, često su i ruta ptica selica.

Samo zato što su ptice zastupljene u velikom broju na odreĎenoj lokaciji, ne znači da vjetro elektrane ne bi trebalo da budu izgraĎene. Potrebno je razmotriti nekoliko faktora pri donošenju ove odluke. Jedan je da li ptica moţe da doĎe u kontakt sa vjetroturbinom. Istraţivanje o broju ptica i njihovom ponašanje moţe da ukaţe na vjerovatnoću da će ptice naletjeti na lopatice turbine.

Još jedan argument je mogući značaj smrtnih slučajeva i povrjeda ptica za lokalnu populaciju ptica. Idealan slučaj je da ptice ne stradaju, ali to nije vjerovatno u najvećem broju slučajeva. Sa naučnog gledišta, značajnije je sprovesti istraţivanje da li će stradanje ptica dovesti do značajnog smanjenja ukupne populacije ili značajno povećati ukupni mortalitet oboljelih jedinki.

Ako početna istraţivanja pokazuju da je malo vjerovatno da će projekat vjetro parka značajno utjecati na populaciju ptica, potrebno je sprovesti dalja ispitivanja da bi se potvrdio ovaj zaključak. Ova istraţivanja mogu da se zasnivaju na prethodnim praćenjima populacije ptica i njihovog ponašanja prije nego što projekat vjetro parka započne, a zatim da se istovremeno vrši posmatranje i kontrolne oblasti i lokacije vjetroelektrane u toku izgradnje i probnog rada. U odreĎenim slučajevima, moţe biti potrebno da se operativni monitoring nastavi godinama.

Zbog prepoznavanja potencijalne ozbiljnosti za ptice, industriji energije vjetra saraĎuje sa različitim nacionalnim / regionalnim agencijama i ekološkim organizacijama u cilju razvijanja odgovarajućeg programa istraţivanja ptica i postavljanja smijernica. Iako su neslaganja neizbijeţna, sve strane prepoznaju zajednički interes u tome da se energija vjetra uspiješno koristi i u Evropskoj uniji i u Sjedinjenim Drţavama, bez izazivanja ozbiljnih stradanja ptica i drugih divljih ţivotinja.

Staništa divljih ţivotinja

Neka istraţivanja pokazala su da ptice i druge ţivotnje teţe da izbegnu pravljenje gnezda ili potragu za hranom u neposrednoj blizini vjetroturbina. Osim toga, aktivnosti kao što su izgradnja puta i sječa šuma mogu da unište ili naruše habitat, kao i da omoguće razmnoţavanje neţeljenih vrsta. Problem se usloţnjava i time što su neke od najboljih lokacija po pitanju vjetro potencijala smještene u udaljenim, planinskim regijama koje su ujedno stanište mnogim I raznovrsnim vrstama biljkama i ţivotinja.

Zbog ovih problema, neka ekološki osjetljiva područja (čak i ako nisu eksplicitno zaštićena nacionalnim ili regionalnim zakonima) trebaju biti van granica projekta vjetro elektrane. MeĎutim, u drugim slučajevima mogu postojati opcije za ublaţavanje ili uklanjanje utjecaja koji se javljaju u odnosu na staništa. Na primjer, preduzimači mogu da investiraju u preseljenje ţivotinjskih vrsta na neke druge lokacije, pošumljavanjem ili stvaranjem staništa za vrste raseljene vjetro-projektom. Koje će konkretne mjere biti preduzete, ako bude potrebe za njima, zavisiće od lokacije i vrste o kojoj se radi u konkretnom slučaju i trebalo bi da budu utvrĎene u konsultaciji sa odgovarajućim nacionalnim i regionalnim agencijama i ekološkim organizacijama.

Kulturna i paleontološka razmatranja

Za pojedine vrste kulturnih dobara, samo fizičko postavljanje i blizina lokacije vjetroelektrane doprinose materijalno njihovoj vrijednosti. U tom slučaju, oblast potencijalniog utjecaja moţe obuhvatiti oblasti u okviru audio ili vizuelnog rastojanja od osjetljivih resursa. Na primer, lokacije vjetro parkova često se nalaze na stranama i grebenima brda i mogu biti u blizini obale ili duţ obale velikih vodnih površina. Stanovništvo takoĎe koristi takve oblasti za tradicionalnu berbu/ţetvu i sezonske i vijerske rituale. Tako da tokom izrade projekta i definisanja lokacije, kulturna dobra i mjesta fosilnih ostataka treba izbjegavati i zaštititi.

Handbook

95

Razvoj vjetro parkova na takvim lokacijama ima veći potencijal da utječe na velika, nadzemna, kulturna dobra. Oblast mogućih utjecaja moţe se produţiti samo nekoliko desetina metara ili moţe proširiti na 250 metra ili više. Uticaj na kulturne resurse u ovim oblastima moţe da se izrazi i kao zabrinutost zbog narušavanja tradicionalnih obreda zbog buke i vizuelnih efekata.

Obim potencijalnog uticaja variraće u zavisnosti od topografije, vegetacije, veličine oblasti, kao i prisustva ili odsustva drugih preduzimača. Tehnike za spašavanje podataka i kartiranje fosilnih ostataka moţe da pokaţe da nije potrebno redizajnirati ili modificirati raspored vjetroturbina. S druge strane, lokacija najvišeg tornja vjetroturbine i pristupni putevi, dalekovodi, kao i usluga ili odrţavanje objekata obično moţe da se prilagodi još u toku faze projektovanja da bi se izbjegao utjecaj na poznata površinska ili podzemna kulturna dobra i fosilne ostatke.

5.4 Planiranje razvoja projekta vjetro elektrane

U općem slučaju, korisno je pri izboru lokacije ako zajednica, kao što su gradovi i okruzi, ima implementirane amandmane zoniranja projekata vjetro elektrana, i da za svaku vrstu zone (komercijalne, industrijske ili poljoprivredne) postoje standardi u slijedećim oblastima:

Veličina turbine, uključujući maksimalne dimenzije rotora, minimalnu i maksimalnu visinu, visinu tornja, itd.

Instalacija i dizajn, uključujući toranj i turbinu, kao i električna bezbijednosti, komunalna obavještenja, znakovi upozorenja i pristup tornju.

Lokacija, uključujući postavljene granice elektrane i susedne objekte, estetski izgled (kao što su cjevasti ili rešetkasti tornjevi) i rastojanja od električnih vodova.

Poštovanje propisa o različitim utjecajima, kao što su propisi o buci, propisi o ometanju radio i televizijskog prenosa.

Drugi propisi, uključujući i osiguranje, javni pristup na objekate vjetro elektrane, popravke, odrţavanje i zahtjevi za prestanak upotrebe.

Neke lokalne agencije, prepoznajući potencijal vjetra, formalno su identifikovale oblasti resursa vjetra (WRAs) u svojim planovima kako bi se olakšalo izdavanje dozvola i razvoj vjetro elektrana na ţeljenim lokacijama, i pripremile su mape tih područja u kojima su prikazane informacija kao što su brzina vjetra, trajanje, topografske karakteristike, karakteristike lokacije, postojeći putevi i objekti, potencijalno osjetljivo korištenje zemljišta, itd, Na taj način, oni unaprijed pruţaju uputstva preduzimačima o tome gdje i kako da postave vjetro park, da bi bili u skladu sa postojećim korištenja zemljišta i ţivotnom sredinom.

6. METODOLOGIJA ZA IZRADU ATLASA VJETRA PO CRES-U I REZULTATI PRIMJENE

6.1 Uvod

Kada je dostupan dovoljan broj pojedinačnih mjerenja koji pokriva odreĎenu oblast, tada moţe biti od interesa da se dalje istraţuju ovi podaci za procjenu potencijal vjetra, i da se oblast tretira kao kontinium umjesto kao diskretna mreţa podataka. Metodologija opisana u nastavku za rezultat daje procjenu potencijala vjetra u velikoj oblasti, bez ikakvih ograničenja u pogledu njegove veličine. Uspješno je upotrebljena za procjenu potencijala vjetra u Grčkoj, sa zadovoljavajućim rezultatima na prilično gustoj mreţi površine rezolucije 150 m za cijelu zemlju.

Handbook

96

Računarski metod razvijen od strane CRES-a omogućava da se uspostavi procedura interpolacije koja kao ulazni parametar uzima dovoljan broj mjerenja i daje procjenu u bilo kojoj tački unutar oblasti od interesa. Postupci mjerenja izvan su opsega metode interpolacije, sve dok postoji dovoljno tačaka u kojima su dostupni podaci o vjetru da se opiše utjecaj na srednjem nivou.

6.2 Opis metodologije

Metodologija je izvedena iz pretpostavke da je strujanje vjetra na velikim visinanama neviskozno, bez utjecaja površinskog graničnog sloja, po zakonima meteoroloških mehanizama. S druge strane, fenomeni graničnog sloja dominantni su u blizini površine. Na tom mjestu, kombinovani uticaj topografije i graničnog sloja dovoljan je da se odredi brzina i pravac vjetra u bilo kom datom trenutku. U suštini, uveden je trodimenzionalni metod korekcije granica.

Cijeli postupak proračuna obavlja se u dva koraka. Prvo, trodimenzionalni prostor, koji je definisan površinom i dostiţe i do nekoliko kilometara u visinu, analizira se korištenjem jednačine kontinuiteta potencijalnog strujanja (zakon odrţanja mase). Ovaj postupak koristi normalizovane promjenljive, smatrajući da je brzina u graničnom sloju jednaka jedinici (normalizivana) na gornjoj strani mreţe. Zbog potrebe da pokriju veoma velika geografska područja, u nastavku je prikazan multi-blok.

Oblast je podjeljena na veliki broj blokova, sa kojima se sa svakim pojedinačno rukuje (videti sliku 6.1 levo). Drugi set blokova je generisan iz prvog, definisanjem pomjerene mreţe u odnosu na originalnu seriju blokova (slika 15 - desno). Ova dva seta blokova koriste se zajedno za generisanje konačnih rezultata, preko proširenja, uprosečnjavanja i interpolacija. Zahvaljujući tome da potencijalno strujanje nastaje daleko od granica i neosjetljivo je na perturbacije graničnih uslova, gornji postupak daje glatko i kontinualno rješenje interfejsa blokova. Pojedinačni proračuni obavljaju se za svaki od izabranih pravaca vjetra.

Slika 15: Multi-blok pristup modeliranju u slučaju Grčke (levo) i postavljanje mreže za računanje (desno)

EXTENSION

STAGGERED GRID

INITIAL GRID

Handbook

97

U drugom koraku, korekcija graničnog sloja primjenjuje se u cilju uvoĎenja viskoznih svojstava u proračun. U nastavku slijedi pojednostavljen pristup korekcije viskoznosti, izveden iz teorije graničnog sloja ravnog terena uz pretpostavku o konstantnoj vrijednosti hrapavosti terena (sve dok nisu dostupne mape hrapavosti terena). Ispravka se vrši iz tačke u tačku. Ova jednostavna metoda predstavlja značajnu prijednost jer vaţi zakon odrţanja mase. MeĎutim, to moţe da se izmijeni bilo kojim postupkom izmjene graničnog sloja.

Na kraju ovog postupka od dva koraka strujno polje je u potpunosti definisano, iako je normalizovano naspram brzine vjetra na gornjoj granici. Pretpostavka korištena za normalizaciju, da brzina vjetra na velikim visinama jednaka jedinici, nije ekvivalentna sa sa sugestijom da je i konstantna. Naprotiv, mogu da se jave značajne varijacije. U ovoj fazi metodologije, namjera je da se izračuna brzina vjetra na gornjoj granici. U tom cilju, koriste se dostupna mjerenja.

Za svaku tačku u geografskoj oblasti gdje postoje mjerenja, moguće je izračunati prosječnu brzinu vjetra za svaki smjer od interesa. Koristeći ovu vrijednost, kao i odgovarajuću vrijednost u čvoru računarske mreţe, moţe se predvidjeti brzina vjetra na gornjoj granici odreĎene tačke. Na ovaj način, mjerenja se koriste za predviĎanje brzine vjetra u tačkama mreţe na gornjoj granici. Interpolacijom ovih vrijednosti dobija se brzina vjetra u svakoj tački gornje granice. Normalizovane vrijednosti u celokupnoj geografskoj oblast i na svakoj visini mogu se pretvoriti u stvarnu brzinu vjetra.

Rezultati dobijeni do sada, još uvek pokrivaju nezavisno različite aspekte. Korištenje informacija osrednjenih po vremenu (gustine vjerovatnoće funkcija pravca vjetra), takoĎe dobijenih putem mjerenja, omogućavaju izračunavanje prosječne brzine vjetra u svakom trenutku. Koristeći ovaj postupak Vejbulove raspodjele mogu se izvesti faktori oblika, koji mogu biti od interesa za bolje predviĎanje proizvodnje električne energije od vjetroturbinama u posmatranoj oblasti. Slika 16 prikazuje mapu vjetra na Peloponezu, odnosno teorijski potencijal vjetra na Peloponezu, koja je izračunata na osnovu mjerenja i simulacija, izohipsi i informacija od strane lokalnih vlasti

Slika 16: Teorijski potencijal vjetra na Peloponezu

Handbook

98

GEOTERMALNA ENERGIJA

Handbook

99

1. GEOTERMALNA ENERGIJA I OKOLIŠ

1.1 Prednosti geotermalne energije za okoliš

Geotermalna energija se definiše kao prirodna toplota iz Zemlje koja se sakuplja za proizvodnju električne energije, toplotne energije za zagrijavanje prostora ili industrijske pare. Prisutna je svuda ispod površine Zemlje mada su resursi sa najvišim temperaturama, pa samim tim i oni najvrjedniji, skoncentrisani u regijama aktivnih ili geološki mladih vulkana.

To je čist, obnovljiv resurs jer toplota koja se emituje iz unutrašnjosti Zemlje je u osnovi beskonačna. Izvor geotermalne energije, toplota iz Zemlje, je dostupan 24 sata na dan, 365 dana u godini. Za razliku od termalne energije, solarna i energija vjetra zavise od niza faktora, uključujući dnevne i sezonske oscilacije i promjene vremenskih prilika. Iz ovih razloga je električna energija nastala iz geotermalne energije dosta pouzdanija od svih ostalih oblika električne energije u trenutku kada se resurs počne koristiti. Toplota koja stalno teče iz unutrašnjosti Zemlje se procjenjuje na 42 miliona megavata (Heat balance, Stacey and Loper, 1988). Jedan megavat moţe da zadovolji potrebe za energijom oko 1.000 domaćinstava.

Zato Zemlja predstavlja izobilje termalne energije koje se praktično ne moţe potrošiti, ali je vrlo disperzna, rijetko se nalazi u koncentracijama i često je na dubini koja je prevelika za industrijsku eksploataciju. Dosadašnje korištenje ove energije je bilo ograničeno na oblasti u kojima geološki uslovi omogućavaju nosiocu energije (voda u tečnom stanju ili para) da „izvrši transfer‟ toplote iz dubokih vrelih zona na površinu ili blizu nje, stvarajući na taj način geotermalne resurse.

Korištenje geotermalne toplote ima prilično mali uticaj na okoliš i on se moţe kontrolisati. Geotermalna energija zapravo proizvodi minimalne emisije u zrak. Emisije azotnog oksida, vodonik-sulfida, sumpor dioksida, amonijaka, metana, čestica i ugljen dioksida su jako male, posebno u poreĎenju sa emisijama fosilnih goriva.

MeĎutim, voda i kondenzovana para geotermalnih elektrana takoĎer sadrţe različite hemijske elemente, kao što su arsen, ţiva, olovo, cink, bor i sumpor, čija toksičnost zasigurno zavisi od njihovih koncentracija. MeĎutim, većina tih elemenata se zadrţava u rastvoru vode koja se ponovno ubrizgava u onu akumulaciju stijena iz koje su izdvojeni kao vrela voda ili para.

Binarna geotermalna para, zajedno sa binarnim postrojenjem, ne proizvodi skoro nimalo emisija u zrak.

U direktnoj upotrebi geotermalne vode, uticaj na okoliš je zanemariv i moţe se lako ublaţiti primjenom sistema zatvorenog ciklusa, ekstrakcijom i finalnim ponovnim ubrizgavanjem fluida u isti geotermalni izvor.

Ekonomski aspekt korištenja vrele vode još uvijek predstavlja ograničenje za dalje širenje u sektoru energije. Ekonomska prednost zapravo nastaje dugoročnim korištenjem tokom niza godina po niskim operativnim troškovima u odnosu na početne investicije koje mogu biti znatno velike.

1.2 Geotermalni temperaturni gradijent

Najvaţniji parameter u korištenju ove energije je temperatura geotermalnih fluida koja odreĎuje vrstu primjene geotermalne energije koja se moţe koristiti u svrhu grijanja ili za proizvodnju električne energije.

Handbook

100

Idući od površine prema zemljinom jezgru, primjećuje se da temperatura progresivno raste što je dubina veća za 3 °C, u prosjeku, svakih 100 metara (30 °C/km). Ovo se naziva geotermalnil gradijent. Na primjer, ako je temperatura na prvih nekoliko metara ispod površine15 °C, a što u prosjeku odgovara srednjoj godišnjoj temperaturi vanjskog zraka, onda se s razlogom moţe pretpostaviti da će temperatura biti oko 65°-75 °C na dubini od 2000 m, 90°- 105 °C na dubini od 3000 m i tako dalje na sljedećih nekoliko hiljada metara (Slika 1).

Regije od interesa za primjenu geotermalne energije su one gdje je geotermalni gradijent veći od normalnog. Na nekim mjestima, usljed vulkanske aktivnosti tokom prošlog geološkog doba, ili usljed povećanja nivoa vrele vode iz vrlo dubokih nivoa kroz pukotine, geotermalni gradijent je značajno veći od prosječnog, da su na dubini od oko 2000-4000 m temperature oko 250-350°C.

Takve “vrele” zone su generalno blizu granica desetina komada tvrdih stijena (koje se nazivaju pločama) koje čine Zemljinu litosferu koja se sastoji od Zemljine kore i površinskog, čvrstog sloja koji se nalazi ispod nje i koji je gušći i vreliji (omotač).

Slika 1 – Temperatura u odnosu na dubinu različitih geotermalnih gradijenata; površinska temperature 17° C

Srednji toplotni fluks na površini kontinenata i okeana je 65 i 101 mWm-2, pojedinačno, što, daje globalnu srednju vrijednost od 87 mWm-2 (Pollack et al., 1993).

Handbook

101

2. OSNOVNE INFORMACIJE O GEOTERMALNOJ ENERGIJI

2.1 Geotermalni sistemi

Geotermalni sistem se sastoji od nekih glavnih elemenata: izvor toplote, rezervoar, fluid, koji je prenosnik, koji vrši transfer toplote, površina za obnavljanje i nepropusne površinske stijene koja zaptiva akvafere. Izvor toplote moţe biti magmatska intruzija vrlo visoke temperature (> 600 °C) koja je dospjela do relativno malih dubina (5-10 km) ili, kao u nekim sistemima u kojim su temperature niske, normalna temperature Zemlje, koja se, kako je ranije objašnjeno, povećava sa dubinom. Rezervoar je količina propustljivih stijena iz kojih cirkulirajući fluidi (voda ili para) izvlače toplotu. Rezervoar je generalno prekriven primarno nepromočivim slojevima ili stijenama čija slaba propustljivost je rezultat fenomena samozaptivanja koji je taloţenje minerala u pukotinama i porama stijena. Rezervoar je povezan sa tankom plitkom površinom za obnavljanje kroz koji meteorske vode mogu zamijeniti ili djelimično zamijeniti fluide koji izlaze iz njega putem izvora ili se vade bušotinama. Geotermalni fluid je voda, u većini slučajeva meteorska voda u tečnom ili gasovitom stanju, u zavisnosti od temperature i pritiska. Ova voda sa sobom često nosi hemikalije i gasove kao što je CO2, H2S, itd. Na slici 2 je vrlo pojednostavljen prikaz idealnog geotermalnog sistema.

Mehanizam koji je u osnovi geotermalnih sistema uvelike zavisi od strujanja fluida. Strujanje se dogaĎa zbog grijanja i njime uzrokovanog termalnog širenja fluida u gravitacionom polju; toplota, koja se doprema u bazi sistema cirkulacije, predstavlja energiju koja pokreće sistem. Zagrijani fluid manje gustine ima tendenciju podizanja i biva zamijenjen sa hladnijim fluidom veće gustine, koji dolazi s kraja sistema. Strujanje, u svojoj prirodi, povećava temperature u gornjem dijelu sistema kako temperature u donjem dijelu opadaju (White, 1973).

Ovaj prethodno opisani fenomen moţda izgleda jednostavno ali geotermalni sistemi se u prirodi pojavljuju u više kombinacija geoloških, fizičkih i hemijskih karakteristika, na taj način stvarajući više vrsta sistema.

Slika 2 – Šematski prikaz idealnog geotermalnog sistema

Handbook

102

2.2 Koncept entalpije

Najčešći kriterij klasifikacije geotermalnih resursa je onaj koji je baziran na entalpiji geotermalnih fluida koji djeluju kao prenosnici toplote iz dubokih vrelih stijena na površinu. Entalpija, koja se moţe smatrati manje više proporcionalnom temperaturi, se koristi za izraţavanje sadrţaja toplote (termalne energije) fluida, i daje grubu sliku njihove 'vrijednosti'. Resursi se dijele na one sa niskom, srednjom i visokom entalpijom (ili temperaturom), prema kriterijima koji su generalno zasnovani na sadrţaju energije fluida i njihovim potencijalnim oblicima korištenja. Tabela 1 predstavlja klasifikaciju koju je predloţilo više autora.

(a) (b) (c) (d) (e)

Resursi niske entalpije < 90 <125 <100 ≤150 ≤190

Resursi srednje entalpije 90-150 125-225 100-200 - -

Resursi visoke entalpije >150 >225 >200 >150 >190

Tabela 1 – Klasifikacija geotermalnih resursa (°C)

Izvor:

(a) Muffler and Cataldi (1978).

(b) Hochstein (1990).

(c) Benderitter and Cormy (1990).

(d) Nicholson (1993).

(e) Axelsson and Gunnlaugsson (2000)

Polja visoke temperature koja se koriste za konvencionalnu proizvodnju energije su usko vezana za oblasti seizmičkih i magmatskih aktivnosti i aktivnosti mladih vulkana. S druge strane, resursi niskih temperature mogu da se naĎu u većini zemalja. Oni se obrazuju dubokom cirkulacijom meteorskih voda duţ pukotina i rasjeda i od vode koja se zadrţava u visokoporoznim stijenama, kao što su sedimentne i krečnjačke stijene, na dubinama dovoljnim da bi se voda zagrijala zemljinim geotermalnim gradijentom.

Često se pravi razlika izmeĎu geotermalnih sistema u kojima dominira voda ili tečnost i geotermalnih sistema u kojima dominira para (ili suha para) (White, 1973). U sistema u kojima dominira voda tečna voda je kontinuirana faza fluida koji kontroliše pritisak. Para se moţe naći u tragovima uglavnom u vidu malih mjehurića. Ovi geotermalni sistemi, čija temperatura moţe da se kreće u rasponu od < 125 do > 225 °C, su u svijetu najrasprostranjeniji. U zavisnosti od uslova temperature i pritiska, oni mogu da proizvode vrelu vodu, mješavinu vode i pare, vlaţnu paru i, u nekim slučajevima, suhu paru. U sistemima u kojima dominira para tečna voda i para se obično nalaze zajedno u rezervoaru, sa parnom komponentom kao kontinuiranom fazom koja kontroliše pritisak. Geotermalni sistemi ove vrste, od kojih su najpoznatiji Larderello u Italiji i Gejzir u Kaliforniji, su prilično rijetki, i to su sistemi sa visokim temperaturama. Oni obično proizvode suhozasičenu i pregrijanu paru.

Handbook

103

Druga podjela geotermalnih sistema je ona koja je zasnovana na stanju ravnoteže rezervoara (Nicholson, 1993), uzimajući u obzir kruţenje fluida u rezervoaru i mehanizam prenosa toplote. U dinamičnim sistemima rezervoar se kontinuirano ponovo puni vodom koja se grije i potom ispušta iz rezervoara na površinu ili u podzemne propusne formacije. Toplota se prenosi kroz sistem strujanjem i kruţenjem fluida. Ova kategorija obuhvata sisteme s visokim temperaturama (>150 °C) i niskim temperaturama (<150 °C). U statičnim sistemima (koji su takoĎer poznati i kao neaktivni sistemi ili skladišni sistemi) ne postoji ili postoji samo malo ponovno punjenje rezervoara, a toplota se prenosi samo kondukcijom. Ova kategorija uključuje sisteme s niskom temperaturom i sisteme koji su pod pritiskom zemlje.

3. KORIŠTENJE GEOTERMALNIH RESURSA

Proizvodnja električne energije je najvaţniji oblik korištenja geotermalnih resursa visoke temperature (> 150 °C). Resursi srednje do niske temperature (< 150 °C) su pogodni za različite vrste primjena. Klasični Lindalov dijagram (Lindal, 1973) pokazuje potencijalne upotrebe geotermalnih fluida na različitim temperaturama (slika 3, uz dodatak proizvodnje električne energije iz binarnih ciklusa). Fluidi na temperaturama ispod 20 °C se rijetko koriste i to u vrlo posebnim uslovima ili kod primjene toplotnih pumpi.

Slika 3 – Dijagram korištenja geotermalnih fluida (izvor: Lindal, 1973)

Handbook

104

3.1 Direktne upotrebe toplote

U slučaju kada je temperatura niţa od 90 °C, geotermalna voda se moţe koristiti direktno umjesto da se konvertuje u električnu energiju. Najpoznatiji oblik koji se koristi je zagrijavanje prostora sa voda-zrak grijačima ili sistem podnog grijanja, primjena u poljoprivredi, akvakulturi i neke primjene u industriji. U slučaju kada je temperatura vode niţa od 40°C primjenjuju se toplotne pumpe za zagrijavanje i hlaĎenje prostora. U slučaju da nema podzemnih voda, toplotne pumpe se mogu kombinovati sa zemnim izmjenjivačima toplote.

4.1.1 Princip rada toplotnih pumpi

Toplotna pumpa (slika 4) je termalna mašina koja omogućava ekstrakciju toplote iz zemlje ili akvifera na maloj dubini (desetine ili stotine metara) i niskoj temperaturi i vrši njen transfer na visokoj temperaturi u okolinu da se zagrije. Prednost toplotnih pumpi je u činjenici da se za svaku jedinicu potrošene električne energije dobiju oko tri jedinice energije u obliku toplote uz doprinos geotermalne vode.

Prilikom hlaĎenja, toplota se izdvaja iz prostora i rasprostire u zemlju; prilikom zagrijavanja, toplota se izdvaja iz Zemlje i pumpa u prostor.

Toplotna pumpa je predmet istih ograničenja koji proizilaze iz drugog zakona termodinamike (svaka transformacija energije dovodi do rasipanja jednog njenog dijela u obliku toplote na niskoj temperaturi, a taj dio nije više upotrebljiv) kao i svaka druga toplotna mašina i stoga se maksimalna efikasnost moţe izračunati iz Karnotovog ciklusa. Toplotne pume obično karakterizira koeficijent rada koji predstavlja broj jedinica energije koje se isporučuju vrelom rezervoaru po jedinici ulaznog rada.

Slika 4 – Geotermalne toplotne pumpe

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/thermo/carnot.html#c1

Handbook

105

4.2 Proizvodnja elektriĉne energije

Geotermalna energija visoke entalpije se uglavnom koristi za proizvodnju električne energije.

Tipični geotermalni sistem koji se koristi za proizvodnju električne energije mora dati pribliţno 10 kg pare da bi se proizvela jedna jedinica (kWh) električne energije. Proizvodnja velikih količina električne energije, po stopi u stotinama megavata, zahtijeva proizvodnju velikih količina fluida. Stoga je jedan aspekt geotermalnog sistema da on mora sadrţati velike količine fluida na visokim temperaturama ili rezervoar koji se moţe ponovo puniti fluidima koji se zagrijavaju prilikom kontakta sa stijenama.

Tri osnovna tipa postrojenja za proizvodnju električne energije iz geotermalne su binarni, postrojenja sa suhozasičenom parom i postrojenja sa vlaţnom parom. Proizvodnja električne energije iz svakog tipa postrojenja zavisi od temperature i pritiska u rezervoaru, a proizvodnja u svakom tipu postrojenja izaziva nešto drugačiji uticaj na okoliš.

Najčešći tip elektrane do sada je postrojenje sa vlaţnom parom sa vodom hlaĎenim sistemom, gdje se mješavina vode i pare proizvodi iz izvora. Para se odvaja u odvajaču pare i dovodi u turbinu, a turbina pokreće generator.

U postrojenju sa suhozasićenom parom, para direktno iz geotermalnog rezervoara ide u turbine koje pokreću generator, a separacija nije potrebna jer izvori proizvode samo paru. Na slici 5 je prikazan sistem sa vlaţnom i suhozasićenom parom.

Slika 5 – Shema postrojenja sa vlažnom i suhozasićenom parom

Najnoviji razvoj geotermalne tehnologije je omogućio ekonomsku proizvodnju električne energije iz geotermalnih resursa niţih temperature, od 100°C do 150°C. poznata kao postrojenja na geotermalnu energiju “sa binarnim ciklusima”, ova postrojenja svode skoro na nulu već niske emisije proizvodnje energije iz geotermalnih izvora. U binarnom procesu, geotermalna voda zagrijava drugu tečnost, kao što je izobutan (poznatiji kao n-pentan), koja ključa na niţoj temperaturi od vode i ima visok pritisak isparavanja na niskim temperaturama u poreĎenju sa vodenom parom. Dvije tečnosti se drţe potpuno odvojeno korištenjem izmjenjivača toplote koji se koristi za prebacivanje toplotne energije iz geotermalne vode u “radni fluid”. Sekundarni fluid prelazi u gasoviti isparljivi fluid (kao para), a snaga isparljivog fluida koji se širi okreće turbine koje pokreću generatore. Tako da elektrana u kojoj se proizvodi geotermalna električna energije koja koristi zatvoreni sistem izmjene toplote u kojoj se toplota geotermalnog fluida ("primarni fluid") prebacuje u fluid sa niţom tačkom ključanja ("sekundarni" ili "radni" fluid), koji tako isparava i koristi se za pokretanje turbine/generatora.

Handbook

106

Odabirom odgovarajućih sekunardnih fluida, sistem sa binarnim ciklusima se moţe projektovati da koristi geotermalne fluide na temperaturnom rasponu od 85-170 °C. Gornja granica zavisi od termalne stabilnosti organskog binarnog fluida, a donja granica od tehničko-ekonomskih faktora: projekat ne bi bio isplativ u slučaju niţe temperature koja bi zahtijevala veće izmjenjivače toplote. Osim geotermalnih i otpadnih fluida sa niskim do srednjim temperaturama, binarni sistemi se mogu takoĎer koristiti kada po mogućnosti treba izbjeći brzo isparavanje geotermalnih fluida (na primjer, spriječiti začepljavanje izvora). U ovom slučaju, podzemne pumpe se mogu koristiti za drţanje fluida u tečnom stanju pod pritiskom, a energija se moţe dobiti od fluida koji kruţi uz pomoć blokova sa binarnim ciklusima. Novi sistem sa binarnim ciklusima, ciklus Kalina, koji koristi mješavinu vode i amonijaka kao radnog fluida, je razvijen 1990-ih. Radni fluid se širi u vrlo zagrijanim uslovima, kroz turbine sa visokim pritiskom, a potom se ponovno zagrijava prije nego što preĎe u turbine sa niskim pritiskom. Nakon drugog širenja, zasićena para prolazi kroz kotao za rekuperaciju energije prije nego se kondenzuje u vodom hlaĎenom kondenzatoru.

Ukoliko elektrana koristi zrak za hlaĎenje geotermalni fluidi nikada ne ostvare kontakt sa atmosferom prije nego se ponovo upumpaju u podzemni geotermalni rezevoar, što za rezultat ima nultu emisiju iz elektrane. Razvijena 1980-ih, ova tehnologija se već svuda u svijetu koristi u geotermalnim elektranama u oblastima koje imaju niţe temperature resursa. Mogućnost korištenja resursa sa niţim temperaturama povećava broj geotermalnih rezervoara koji se mogu koristiti za proizvodnju električne energije. Na slici 6 je prikazana elektrana sa binarnim ciklusima.

Slika 6 – Elektrana sa binarnim ciklusom

Sa današnjom tehnologijom se pretpostavlja da geotermalne elektrane mogu ekonomično proizvoditi električnu energiju kada temperature resursa preĎe pribliţno 100°C ili su na dubini od oko 4 kilometra ili manje. Da bi se resurs ekonomično razvijao na minimalnoj temperaturi, resurs mora biti na relativno maloj dubini. Isto tako, da bi se resurs razvijao na dubinama od pribliţno 4 km, temperatura mora biti relativno visoka; tako da se ova dva parametra u odreĎenoj mjeri dopunjavaju.

Handbook

107

5. ISTRAŢIVANJE GEOTERMALNIH RESURSA

Identifikacija geotermalnog rezervoara je sloţena aktivnost koja se sastoji od različitih faza počevši od istraţivanja površine date oblasti. Ovo se sastoji od preliminarne procjene postojećih geotermalnih manifestacija (izvori vrele vode, otvor na kupoli vulkana iz kojih izlaze gasovi, mlazovi pare, gejziri, itd.), nakon koje slijede geološka, geohemijska, geofizička istraţivanja i iskopavanje izvora (na dubini od nekoliko stotina metara) kako bi se izmjerila temperatura (geotermalni gradijent) i procijenio zemljin toplotni fluks.

Tumačenje prikupljenih podataka ukazuje na to gdje treba nastaviti sa dubokim iskopavanjima, bušenjem bunara (do dubini od preko 4.000 m) što će potvrditi postojanje geotermalnih fluida.

U slučaju pozitivnih rezultata, geotermalno polje koje je identifikovano će se eksploatisati bušenjem dovoljnog broja izvora za proizvodnju geotermalnog fluida (vrela voda ili para).

5.1 Metode istraţivanja

Ciljevi geotermalnog istraživanja su (Lumb, 1981):

1. Identifikovati pojavu geotermalnih izvora.

2. Potvrditi da postoji korisno polje proizvodnje geotermalnih izvora.

3. Procijeniti veličinu resursa.

4. Odrediti vrstu geotermalnog polja.

5. Locirati produktivne zone.

6. Odrediti sadrţaj toplote fluida koja će biti ispuštena iz izvora u geotermalno polje.

7. Prikupiti bazu osnovnih podataka na osnovu kojih će se analizirati rezultati budućeg monitoringa.

5.1.1 Potrebni ulazni podaci

Svi podaci o geološkim, geofizičkim i geohemijskim osobinama koji postoje se moraju prikupiti.

Geološke i hidrogeološke studije su početak svakog programa istraţivanja, a njihova osnovna funkcija je identifikacija lokacije i proširenje oblasti za koje vrijedi vršiti detaljnije istraţivanje i preporuka najboljih metoda istraţivanja za ove oblasti. Geološke i hidrološke studije imaju vaţnu ulogu u svim kasnijim fazama geotermalnog istraţivanja, sve do postavljanja bušilica za bušenje i crpljenje. U njima su takoĎer sadrţane osnovne informacije za tumačenje podataka koji su dobiveni putem drugih metoda istraţivanja i, na kraju, za izgradnju realnog modela geotermalnog sistema i procjenu potencijala resursa.

Geotermalna istraživanja (uključujući geohemiju izotopa) su korisno sredstvo za utvrĎivanje da li u geotermalnom sistemu dominira voda ili para kao i za procjenu minimalne temperature koja se očekuje na dubini, homogenosti vodosnabdijevanja, zaključivanje hemijskih svojstava dubokih fluida i odreĎivanje izvora za obnavkjanje vode. Vrijedne informacije se takoĎer mogu dobiti o

Handbook

108

vrsti problema koji se mogu pojaviti tokom faze ponovnog upumpavanja i korištenja postrojenja (npr. promjene u sastavu fluida, korozija i kamenac na cijevima i pogonskim instalacijama, uticaj na okoliš) i načinu njihovog prevazilaţenja ili izbjegavanja. Geohemijsko istraţivanje se sastoji od uzorkovanja i hemijskih i/ili analiza izotopa vode i gasa iz geotermalnih manifestacija (vreli izvori, otvori na površini vulkana iz kojih izlaze gasovi, itd.) ili bunara u oblasti koja se istraţuje. Pošto geohemijsko istraţivanje obezbjeĎuje korisne podatke za planiranje istraţivanja i njegovi troškovi su relativno niski u poreĎenju sa drugim naprednijim metodama, kao što su geofizička istraţivanja, geohemijske tehnike bi se trebale koristiti u što većoj mjeri prije nego se preĎe na druge skuplje metode.

Geotermalne oblasti treba dodatno testirati primjenom nekih ili svih geofizičkih tehnika koje su brojne (gravimetrijska, magnetska i električna analiza, hemijska analiza vrele vode, itd.) i namijenjene za lociranje specifičnih rezervoara iz kojih se mogu proizvoditi fluidi.

Geofizičke analize su usmjerene na indirektno dobivanje sa površine ili intervala dubine koji su blizu površini fizičkih parametara dubokih geoloških formacija. Ovi fizički parametri uključuju:

temperaturu (termalna analiza);

električnu provodljivost (električne i elektromagnetne metode);

brzina širenja elastičnih talasa (seizmička analiza);

gustina (analiza gravitacije);

magnetska osjetljivost (magnetska analiza).

Neke od ovih tehnika, kao što je seizmička, gravitaciona i magnetna, koje se tradicionalno primjenjuju u istraţivanju naftnih polja, mogu dati vrijedne informacije o obliku, veličini, dubini i drugim vaţnim karakteristikama dubokih geoloških struktura koje mogu činiti geotermalni rezervoar, ali ne mogu pokazati, ili mogu samo u maloj mjeri, da li ove strukture zapravo sadrţe fluide koji su primarni cilj istraţivanja. Ove metodologije su stoga adekvatnije za definisanje detalja u toku završnih faza istraţivanja, prije postavljanj opreme za bušenje. Informacije o postojanju geotermalnih fluida u geološkim strukturama se mogu dobiti električnim i elektromagnetnim istraţivanju, koji su osjetljiviji od drugih analiza na prisustvo ovih fluida i varijacije u temperaturi; ove dvije tehnike se dosta primjenjuju sa zadovoljavajućim rezultatima. Termalne tehnike (mjerenja temperature, odreĎivanje geotermalnog gradijenta i toplotnog fluksa) često mogu dati dobru pribliţnu temperaturu na vrhu rezervoara.

Bušenje bušotine predstavlja finalnu fazu svakog programa geotermalnih istraţivanja i jedini je način da se odrede stvarne karakteristike geotermalnog rezervoara, a samim tim i njegovog potencijala (Combs and Muffler, 1973). Podaci koji se dobiju iz bušotina treba da potvrde sve hipoteze i modele koji su elaborirani iz rezultata površinskih istraţivanja i da je rezervoar produktivan i sadrţi dovoljno fluida odgovarajućih karakteristika za svrhu za koju je namijenjen. Postavljanje bušotina je zato dupli posao.

Geotermalno istraţivanje se sastoji od niza koraka:

studija termalnih uslova prikupljanjem informacija i mapa protoka toplote; studija hidro-geoloških mapa za procjenu distribucije resursa površinskih voda; vaĎenje fluida bušilicama.

Tek nakon što površinska istraţivanja pokaţu da postoji resurs koji se moţe eksploatisati, pristupa se bušenju bušilicom.

Handbook

109

5.1.2 Raspoloţivost ulaznih podataka u razliĉitim zemljama

BUGARSKA : Lista izvora sa geografskim koordinatama, dubinom izvora, najvišom i najniţom temperaturom (T) u ° C koja je izmjerena na dubini od 500 m do 2500 m.

Regionalna geografska mapa sa legendom, stratigrafijom.

MAĐARSKA : Mapa „ Termalni rezervoar MaĎarske ‟, mapa „ Karbonatni termalni rezervoari sa velikom entalpijom (150 °C) ‟.

Dokument u excelu s podacima o geotermalnim izvorima.

Publikacije: “Potencijal geotermalne toplote MaĎarske sa posebnim osvrtom na rezervoare sa visokom entalpijom (Balazs Kovacs, Janos Szanyi, Tivadar M. Toth, Istvan Vass);

“Koncepti geotermalnih elektrana u Panonskom slivu u MaĎarskoj (Attila Kujbus)”;

“Geotermalni resursi u MaĎarskoj (Liz Battocletti)”;

“Pilot projekat gotermalnog postrojenja za višestruko integrisano korištenje u MaĎarskoj (Franciska. H. Karman, Mihaly Kurunczi, Bela Adam i Roland Varga);

“Integrisana studija izvodljivosti o korištenju geotermalnih izvora u MaĎarskoj”.

Bušotine na georeferenciranoj mapi (QGIS).

HRVATSKA : Geološka mapa Republike Hrvatske (krupna razmjera), geotermalna oblast i lokacije na kojim se eksploatiše geotermalna voda u Republici Hrvatskoj, lista pet izvora u MeĎimurju sa temperaturama na dubini i površini izvora.

MAKEDONIJA : Mapa „Mjesta geotermalnih izvora u Republici Makedoniji‟ (krupna razmjera), lista geotermalnih oblasti sa tokom i temperaturom u ° C.

Glavne geotermalne oblasti u Republici Makedoniji i regionalno tektonsko okruţenje; geološka mapa Makedonije (bez razmjere); hidrogeološka mapa Makedonije (sa lokacijom mineralnih izvora i bušilica); termalne vode u Makedoniji i njihova fizička svojstva; sastav makrokomponenti termalnih voda u Makedoniji i njihova fizička svojstva; sastav makrokomponenti termalnih voda u Makedoniji; mapa geotermalnog polja u Skoplju; mapa geotermalnog polja Podlog – Istibanja, Kočani; mapa geotermalnog polja Strmovec – Kumanovo; mapa geotermalnog polja Kratovo; mapa geotermalnog polja Strumica; mapa geotermalnog polja Kezovica; mapa geotermalnog polja ĐevĎelija; mapa geotermalnog polja Debar i trenutno stanje i procjena potencijalnog razvoja geotermalnog resursa Republike Makedonije.

SLOVAČKA : Stopa protoka i temperatura geotermalne vode na tri testna izvora u mjestu Kosice, potencijalne mape geotermalne energije u upravi mjesta Kosice (fizička mapa, digitalni model terena, mapa padine, geotermalne oblasti sa lokacijom izvora, temperatura u °C mjerena na različitim dubinama, gustina protoka toplote, hemijski podaci, mapa izohermi na dubini od 500 m i mapa gustine protoka toplote).

Dokumentacija o obliku osnovnih vrsta geotermalnih stijena; dokumentacija o obliku geomorfoloških blokova; dokumentacija o obliku izvora i temperaturi u ° C mjerenoj na dubini od 500 m do 6000 m, dokumentacija o obliku pukotina i protoku toplote.

Handbook

110

5.1.3 Metodologija razvoja RES mapa

Mape su izraĎene uz pomoć geografskog informacionog sistema (GIS), ArcGis 9, Arcmap 9.2.

Geografski informacioni sistem (GIS) je najefikasnija tehnologija za rukovanje prostornim podacima i informacijama.

Geografski informacioni sistem (GIS) je sistem za upravljanje, analizu i predstavljanje geografskih informacija. Geografske informacije su svaki set podataka ili informacija koje se mogu koristiti za modeliranje geografije (tj. svojstva i aktivnosti na zemljinoj površini).

U osnovi, GIS sistemi su metode bazirane na kompjuteru za rješavanje stvarnih problema u svijetu.

Podaci o objektima iz stvarnog svijeta se čuvaju u bazi podataka i dinamično se povezuju na mapu koja je prikazana na ekranu koja pokazuje grafiku objekata iz stvarnog svijeta.

GIS se sastoji od pet glavnih komponenti:

• Ljudi; stručnjaci obučeni za rad s GIS-om

• Podaci; iz kojih se izvode informacije. Oni mogu biti organizovani u bazama podataka uz korištenje GIS struktura, koje se zajednički nazivaju Geodatabases

• Hardware; oprema za preuzimanje, obradu i čuvanje podataka, predstavljanje podataka i rezultata. Ovo obuhvata ureĎaje kao što je GPSs, kompjuterski sistemi, ureĎaji za digitalizaciju podataka, ploteri, itd.

• Software; specijalni kompjuterski programi za manipulisanje podacima i vršenje prostornih analiza koje su ključne u analizi problema

• Procedure; sistematska organizacija procesa i koraka radnih tokova koji će se koristiti u prikupljanju, sreĎivanju, analizi podataka, izdvajanju informacija i širenje znanja za korisno rješavanje problema.

Primjena GI-a u geo-nauci

Tehnologija geografskog informacionog sistema (GIS) predstavlja najmodernije metode prikupljanja podataka/informacija koje se odnose na lokacije. Stoga on ima široku primjenu u geo-nauci od osnovnih do sloţenijih aktivnosti kao što je modeliranje geoloških i geografskih procesa. GIS ima geološko mapiranje, posebno integraciju udaljenih podataka sa podacima prikupljenim na terenu poljoprivredi, urbanizmu, okolišu, monitoringu, itd.

Mogućnost kreiranja prostornih baza podataka (geo-baza podataka) koje predstavljaju informacije u smislu modela je vrlo vaţan aspect za upravljanje geološkim podacima pošto se većina podataka/informacija sastoji od osobina Zemlje i dogaĎaja na njoj, a što je u meĎusobnoj vezi. Još jedan vaţan aspekt GIS tehnologije je mogućnost vršenja geoprocesuiranja čije informacije se koriste (funkcije software programa) za izvoĎenje seta podataka od postojećih setova podataka. Ovo obuhvata analitičke funkcije kao što su statističke analize, itd. Geo-vizualizacija je još jedna vrlo vaţna funkcija GIS-a u kojoj su različite mape vaţnih informacija organizovane u setove inteligentnih mapa koje pokazuju različite odnose osobina. To je kao kreiranje prozora koji gleda na bazu podataka za ispitivanje i analizu podataka.

Handbook

111

Svaki geografski informacioni sistem treba da bude osposobljen za šest osnovnih operacija za iznalaţenje rješenja za stvarne probleme. GIS treba da bude osposobljen da:

• Unosi podatke

• Čuva podatke

• Ispituje podatke

• Analizira podatke

• Prikazuje podatke

• Isporučuje podatke

U istraţivanju i razvoju geotermalnih resursa se razumljivo radi s velikom količinom podataka/informacija iz više izvora. U svim fazama razvoja geotermalnih resursa, procjene resursa, bušenja, eksploatacije i upravljanja poljima pare/vrele vode, većina podataka/informacija o resursima su bazirani na lokacijama (geografski podaci)), tako da GIS dolazi kao najbolja opcija za upravljanje informacijama.

Kreiranje baze podataka geotermalnih izvora moţe pomoći u prikupljanju tematskih mapa i studija izvodljivosti, itd.

Slika 7 -- GIS model

Handbook

112

Objedinjujući različite nivoe informacija koje se odnose na oblasti, GIS omogućuje bolje razumijevanje procesa interesa ili karakteriziranja faktora. Broj nivoa i kvalitet informacija koje se koriste je praktično beskonačan i zavisi od cilja koji se ţeli postići.

Ključna osobina GIS-a je njegova sposobnost da podacima dodijeli geografske reference i da potom svakom elementu dodijeli stvarne koordinate u prostoru.

Koordinate objekta se pohranjuju u sistemu referenci koordinata u kojem su stvarno locirane u stvarnoj veličini, ne u razmjeri. Razmjer dogaĎaja postaje parametar za definisanje stepena tačnosti i rješenje grafike informacija. Najvaţniji element modela podataka GIS-a su uvijek svojstva.

Zapravo, glavni cilj GIS-a je analiza podataka kako bi postali instrument za podršku donošenju odluka.

5.1.4 Primjer jedne RES mape

Primjer će biti objašnjen u odnosu na geotermalne mape u Bugarskoj.

Digitalni model uzvišenja (DEM) -- Oblast Dolni Chiflik ( Bugarska),

Prebaciti DEM sa stranice http://www.gdem.aster.ersdac.or.jp/ ; logovati se na stranicu; odabrati "Search" na lijevoj koloni za traţenje ploče koja odgovara oblasti koja će biti obraĎena; odabrati ploču koja vam je potrebna i koju ćete skinuti. Dobiveni DEM se unosi u GIS i moţe se obraĎivati interpolacijom dijelova DEM, čime nastaje realizovana topografska mapa.

Digitalni model uzvišenja (Dem Shade).

Lokacija georeferentnih izvora u oblasti Dolni Chiflik (BULGARY).

Mapa izotermi na dubini od 500 m sa georeferentnim izvorima.

Mapa (sa filterom Raster interpolacije) izotermi na dubini od 500 m.











http://www.gdem.aster.ersdac.or.jp/

Handbook

113

Slika 8 -- DIGITALNI MODEL TERENA (DEM) - OBLAST DOLNI CHIFLIK

Slika 9-- DIGITALNI MODEL TERENA (DEM SHADE) - OBLAST DOLNI CHIFLIK

Handbook

114

Slika 10—LOKACIJA IZVORA NA SJEVEROISTOKU BUGARSKE

Slika 11—LOKACIJA IZVORA U OBLASTI DOLNI CHIFLIK

Handbook

115

Slika 12—MAPA IZOTERMI NA DUBINI OD 500 m

Slika 13- MAPA (sa filterom Raster interpolacije) IZOTERMI NA DUBINI OD 500 m

Handbook

116



Handbook

117



Handbook

118



Handbook

119



Handbook

120



Predstavljanje ovih mapa olakšava identifikaciju potencijalno interesantnih oblasti za razvoj geotermalne energije i direktno vršenje odabira izmeĎu postojećih izvora u oblastima gdje izoterme imaju višu temperaturu.

Handbook

121

FINANCIJSKA

EVALUACIJA

Handbook

122

1. Uvod

U zadnje vrijeme sve više se priča o financijskoj evaluaciji obnovljivih izvora energije. Najčešći razlozi jesu energetska sigurnost, povećanje cijena fosilnih goriva i posljedični rast troškova grijanja i električne energije, kao i gospodarski razvoj koji podrţava ideju odrţivog ţivotnog stila. Od 2004. godine globalni sektor obnovljive energije biljeţio je rast svake godine, no krajem 2008. godine počeo se osjećati učinak financijske krize, a posebno u odnosu na tok duga od banaka prema razvijačima obnovljive energije. Porast investicija koji je bio vidljiv zadnjih godina napokon je počeo olakšavati protočnost u lancu ponude kada je stigla kreditna kriza i prekinula potraţnju. Rezultat jesu dramatične i trajne promjene u dinamici industrije. Na strani ponude, cijene padaju prema marginalnom, i slijedi konsolidacija nekoliko igrača. Na strani potraţnje, cilj obnovljive energije i dalje će tjerati javne sluţbe na izgradnju projekata, ali bit će uključeno manje razvijača i nezavisnih proizvoĎača energije. Odjeljak 3 Financijska evaluacija pripremljen je kako bi se dobila raznolikija slika evaluacije gospodarskih učinaka obnovljivih izvora energije iz dvije perspektive. S jedne strane, metodologija input-output koristi se za kvantifikaciju učinaka projekata na varijable kao što su zapošljavanje, dodana vrijednost i uvoz. S druge strane, metodologija troškova i koristi koristi se za integraciju troškova i koristi svakog projekta unutar zajedničkog okvira. Još jedan podzadatak sastoji se od evaluacije socioekonomskih učinaka koje projekti obnovljive energije koji se već provode u cijelom svijetu imaju na lokalnoj, regionalnoj i nacionalnoj razini.

2. Ekonomski aspekti evaluacije izvora obnovljive energije

2.1 Osnovni koncept

U svrhu klarifikacije, potrebno je definirati osnovne pojmove ekonomske evaluacije izvora obnovljive energije. Gospodarska vrijednost - jest vrijednost izraţena kroz novac. Različite ekonomske škole objašnjavaju je različito. Postoje dva osnovna pristupa - subjektivno i objektivno shvaćanje vrijednosti. Subjektivno - zasniva se na individualnim preferencama pojedinca. Objektivno - jest odnos izmeĎu preferenci (individualnih i kolektivnih) i cijene ispunjavanja potreba. Usluga (uporabna vrijednost) - sposobnost ispunjavanja potreba. Neuporabna vrijednost, pasivna uporabna vrijednost - jest usluga koja je dobra za ostale (subjektivna ekonomija) Okolišna (interna) vrijednost - jest rezultat vjerovanja da priroda ima pozitivnu vrijednost za okoliš neovisno o ljudskim preferencama i direktnu korist za ljudsku vrstu. Pad vrijednosti - ljudi vrednuju sadašnje (troškove i koristi) više od budućih (troškova i koristi), postoji pad vrijednosti. Nominalna diskontna stopa - jest saţeta stopa koja uključuje inflaciju. Realna diskontna stopa - jest neto diskontna stopa, nominalna stopa bez stope inflacije.

Čimbenici koji utječu na evaluaciju prirodnih resursa:

iznos očekivanih budućih koristi od korištenja resursa;

vremenski čimbenik.

Handbook

123

Vremenski čimbenik (pad vrijednosti)

Ekonomska analiza zasniva se na činjenici da vrijednost vremenom opada. Pozitivna diskontna stopa izraţava stopu pada ekonomskih pokazatelja kroz vrijeme. Pad vrijednosti jest uobičajeni dio evaluacije ekonomske učinkovitosti.

Razlozi za pozitivne diskontne stope:

davanje prednosti sadašnjim prednostima u odnosu na buduće;

produktivnost kapitala (očekivanje da će davanje prednosti ulaganjima umjesto trenutnoj potrošnji dovesti do buduće veće potrošnje).

U nekim slučajevima, prikladno je koristiti nultu diskontnu stopu.

Pretpostavke pada vrijednosti koriste:

sav prihod kroz odreĎeno investicijsko razdoblje bit će iskorišten za ulaganje;

pad buduće vrijednosti procijenjenog dobra (kvaliteta, usluga), ili rast njegovog iznosa.

Pravilo za investicijski proces:

granična produktivnost kapitala trebala bi biti viša od granične produktivnosti vremena (prihod zadnje input jedinice ne pada ispod vrijednosti vremenske preference);

nominalna diskontna stopa viša je od stope inflacije.

Osnovna formula za izračun sadašnje vrijednosti budućih novčanih tokova jest sljedeća:

K0 = Kt / (1+i)t

s tim da je:

K0 sadašnja vrijednost Kt, koja je u vremenu t,

Kt jesu troškovi (prihodi) očekivani u vremenu t,

i jest kamatna (diskontna) stopa,

(1+i)t jest diskontni čimbenik za razdoblja t.

2.2 Osnovne metode za evaluaciju prirodnih resursa

Postoje tri osnovne metode za evaluaciju:

- Komparativna metoda (koja se izvodi iz cijene nekog drugog sličnog dobra);

- Troškovna metoda (sukladno trošku nastalom u postupku dobivanja subjekta);

- Metoda povrata (sukladno korisnim učincima, koje osigurava izvor)

Handbook

124

n

1tt

t

t

i1

rC

C jest cijena prirodnog izvora,

rt jest očekivana vrijednost anuiteta za vremensko razdoblje,

it jest očekivana vrijednost kamatne (diskontne) stope za jedno vremensko razdoblje (koeficijent),

t jest vremensko razdoblje,

n jest broj razdoblja.

Kamatna stopa i diskontna stopa smatraju se varijabilnim kroz vrijeme.

Očekivana vrijednost anuiteta za odreĎeno vremensko razdoblje jest funkcija mnogih varijabli - vrste i cijene proizvodnje, ulazne cijene, visine poreza, kamatne stope, inflacije, itd. One moraju biti definirane.

Očekivana vrijednost kamatne (diskontne) stope za odreĎeno vremensko razdoblje jest funkcija mnogih varijabli - vremenske preference novca, rizika, inflacije, itd. One moraju biti definirane.

Često korištene pretpostavke:

Pretpostavka da je vrijednost rt konstantna u danom vremenu (dugoročni ugovori);

Pretpostavka da je vrijednost it konstanta u danom vremeno;

Pretpostavka beskonačnosti vremenskog horizonta (beskrajne vremenske serije).

Najjednostavnija formula jest sljedeća:

1 1t

tsi

r

i

rC

2.3 Osnovni ekonomski problemi

1. Problem izračuna troškova

Ne postoji jedan univerzalan pristup izračunu troškova.

Kod obnovljivih izvora energije postoje relativno velike razlike. Na primjer, kod izračuna troškova povezanih s korištenjem organskih gnojiva radi razlikovanja izmeĎu različitih tipova gnojiva, konkretnih uvjeta primjene i karakteristika zemljišta;

Handbook

125

ostali parametri koji se uzimaju u obzir jesu količina gnojiva, veličina zemljišta, cijena goriva i troškovi radne snage.

2. Problem kvantifikacije realnih troškova

Moguće je točno kvantificirati troškove, ali postavlja se pitanje koje stavke uključiti. Na primjer, problemi povezani sa sučeljem, problemi povezani s informacijskom tehnologijom, itd.

Primjer

S financijskog stajališta, potencijalni ulagači moraju izračunati ove osnovne troškove (investicija u stanicu bio goriva):

- Pad vrijednosti tehnologije i zgrada;

- Osiguranje,

- Potrošnja električne energije i topline u stanici bio goriva;

- Laboratorijski testovi, certifikati;

- Nabava (ostali relevantni troškovi) bio goriva;

- Troškovi osoblja;

- Troškovi vode;

- Troškovi povezani s vodoopskrbom.

3. Problem kvantifikacije koristi

Koristi mogu biti podijeljene u direktne i indirektne.

Direktne koristi jesu uštede povezane s nabavom primarnih energetskih sirovina i stvaranje novog manje rizičnog portfelja (nekoliko mogućnosti za kvantifikaciju).

Indirektne koristi su upitne.

Ovo je prostor za diskusiju, lobiranje, itd.

promjene u inovacijskom potencijalu i znanju u poljoprivredi, ali takoĎer u računalnoj znanosti, visokotehnološkim industrijama, elektronskoj industriji, itd.;

novo područje za znanstveno istraţivanje (prirodne, socijalne i gospodarske znanosti);

prilike za nove poslove;

stvaranje novog progresivnijeg makroekonomskog okoliša koji je povezan s novim tehnologijama;

korist se odnosi na imidţ tehnologije za zaštitu okoliša s direktnim učinkom na mlaĎu generaciju.

Handbook

126

Sve indirektne koristi imaju jedan zajednički problem, a to je da ih je vrlo teško kvantificirati.

4. Problemi povezani s ulaganjem

Potencijalni investitor mora znati i postići prije realizacije ulaganja (na primjeru biomase):

a) tehnički i tehnološki uvjeti

Povoljno tlo i klima za uzgoj biomase;

Dovoljno potencijala na tlu za proizvodnju biomase;

Razmotriti energetski potencijal tla;

Odrţavati bioraznolikost i proizvodnju biljaka za prehrambenu industriju;

Dio zemljišta koji koristi stanica za bio gorivo uz navoĎenje imovinskih prava;

Procjena performansi stanice za bio gorivo u odnosu na potencijal za poljoprivredni otpad i biomasu u neposrednoj blizini;

Laboratorijsko testiranje karakteristika izvora biomase, i to:

- krutog sadrţaja;

- vrijednosti pH u fermentacijskoj cisterni;

- temperature u fermentacijskoj cisterni;

- količine razgradive organske tvari;

- količine dušika i njegovih oblika;

- količine sumpora i hidrosulfida;

- količine teških metala;

- fizičkih karakteristika substratuma;

- količine toksičnih elemenata;

Osigurati dovoljno izvora biomase kroz vlastitu proizvodnju ili od strane dobavljača, ali najveća udaljenost za isporuku ne moţe biti veća od 150 km;

Osigurati spremište za biomasu;

Konstantan monitoring bioloških, toplinskih i kemijskih uvjeta u fermentacijskoj cisterni za vrijeme anaerobnog digestivnog procesa koji osigurava maksimalnu proizvodnju bio goriva;

Osigurati specijalizirano tehničko i upravno osoblje za poslovanje stanice za bio gorivo;

Osigurati dostatan kapacitet nositelja goriva kojim se garantira konstantan dotok bio goriva u stanicu za bio gorivo;

Redovna specijalizirana usluga tehnologije za kombiniranu proizvodnju električne i toplinske energije.

b) pravni uvjeti

Pravni uvjeti razlikuju se u različitim zemljama:

Pratiti lokalne i regionalne pravne propise;

Instrumenti nacionalnog prava koji sluţe kao podrška projektima o izvorima obnovljive energije različiti su

Handbook

127

(na primjer, drţavna kupovna cijena za toplinsku i električnu energiju iz obnovljivih izvora, cijena je zagarantirana za odreĎeno razdoblje, drţavne potpore takoĎer su na raspolaganju za proizvoĎače koji ne isporučuju energiju javnoj energetskoj mreţi, obvezna kupnja bioenergije od strane dobavljača energije, davanje prioriteta proizvoĎačima bioenergije za priključke na distribucijsku mreţu, financijska podrška, itd.);

c) gospodarski uvjeti

Mogućnosti za sufinanciranje ulaganja u obnovljive izvore energije:

Opće drţavne potpore;

Strukturni fondovi Europske unije;

Nacionalne donacije i fondovi.

Osnovne strategije potpore za projekte vezane za obnovljive izvore energije nalaze se u Tabeli 3.

Tabela 3 Države članice EU klasifikacija strategija potpore za električnu energiju iz obnovljivih

izvora energije (direktni alati)

Orijentirane na cijenu Orijentirane na volumen

Regulirane Zasnovane na

investicijama

investicijski doprinosi

financijska podrška

porezni poticaji

neutrţive/obvezne kvote

ponude

Zasnovane na

proizvodnji

otkupne cijene

porezni poticaji za

proizvodnju

utrţivi zeleni certifikati

ponude

opcionalno Zasnovane na

investicijama

Dioničarski projekti

Projekti temeljeni na

doprinosima

Zasnovani na

proizvodnji

Zelene tarife

Izvor: Huber, 2004

Regulirani alati podrške

Investicijski doprinosi

Oni se u pravilu koriste za stimulaciju tehnologija s visokom ulaznom cijenom (fotovolti - FV). Podrška kroz projekt za izvor obnovljive energije predviĎa se u obliku postotka kroz udio u ukupnim troškovima ili kao svota za svaki instalirani kW outputa (ranije navedeni je uobičajeniji). Finalni doprinos ovisi o tehnologijama, regijama i varira izmeĎu 20 i 50 posto od dokazivih investicijskih troškova.

http://www.ozeport.sk/podpora/podpora_eu.htm#regulovane

http://www.ozeport.sk/podpora/podpora_eu.htm#ip

http://www.ozeport.sk/podpora/podpora_eu.htm#fp

http://www.ozeport.sk/podpora/podpora_eu.htm#ivds

http://www.ozeport.sk/podpora/podpora_eu.htm#pk

http://www.ozeport.sk/podpora/podpora_eu.htm#vc

http://www.ozeport.sk/podpora/podpora_eu.htm#dobrovolne

Handbook

128

Diskonstni sustav dio je ove skupine alata. Diskontiranje sniţava kapitalne izdatke na način kako se primjenjivalo kod FV i kod sustava za energiju vjetra u prošlosti (projekt "1000 krovova" u Njemačkoj, na primjer). Rizik leţi u činjenici da podrţava investiciju, ali ne i rad cijelog sustava. Vremensko ograničenje za ovu vrstu doprinosa moglo bi riješiti ovo pitanje.

Financijska podrška

To je oblik podrške u kojem drţava (nakon prethodne ocjene rizika) pokreće "lease-lend" uz nisku kamatnu stopu. Financira se iz javnih izvora kroz nacionalne i regionalne financijske subjekte. Fondovi za zaštitu okoliša mogu biti jedan od mogućih izvora.

Porezni poticaji za ulaganja i proizvodnju

To su raznolike akcije od rabata i osloboĎenja od poreza za plaćanje za proizvedenu energiju, rabata u odnosu na porez na emisiju, povrata poreza ili smanjenja PDV-a. Smisao poticaja jest smanjenje troškova. Moţe biti usmjeren prema svim ili prema odabranim skupinama proizvoĎača (stari, postojeći ili novi). Glavni cilj fiskalnih akcija jest usmjeravanje proizvodnje i potrošnje energije u skladu s vladinim programom za energiju i zaštitu okoliša. Učinkovitost se povećava kada postanu dio šire ekološke porezne reforme. Ovisno o iznosu investiranom u RES projekt, krediti u odnosu na porez na investicije omogućit će smanjenje poreza.

Otkupne cijene

One su fiksne po kWh proizvedene električne energije. Obično su u obliku ukupne cijene ili u obliku dodatnog bonusa na najvišu cijenu plaćenu proizvoĎačima RES na trţištu električne energije. Ova cijena jest na štetu potrošača i kupaca i njezina vrijednost ovisi o vrsti tehnologije koja se koristi.

U razdoblju uvoĎenja OZE, ovaj alat se pokazao vrlo učinkovitim. Često se koristi u drţavama članicama EU (u Njemačkoj, Španjolskoj ili Danskoj, na primjer). Jedan od uvjeta za uspješnu provedbu ovog alata jest ispravno odreĎivanje cijene, kao i garancija njezine postojanosti kroz razdoblje od 12 do 20 godina.

Kvote

One uglavnom sluţe za osiguranje minimalne proizvodnje ili potrošnje energije iz obnovljivih izvora. Njih moraju ispunjavati distributeri energije ili dobavljači električne energije kroz udio u obliku postotka ili iznosu energije koja dolazi iz RES. Ispunjavanje ovih kriterija iziskuje inkluziju odreĎenih RES u portfelj društva, a kasnije i kupnju certifikata (oni nisu nuţno dio ove strategije). S obzirom da RES nisu specificirani, odabrani su uglavnom najbolji za otvoreno trţište. Kazne za neispunjavanje kvota moraju biti barem na istoj razini kao očekivani troškovi povezani s naknadnim ispunjavanjem kvota.

Dostupnost RES, sposobnost energetske industrije za uvoĎenje RES, kao i dovoljno vremena za realizaciju ulaganja jesu premise za učinkovitost sustava kvota. Kako bi se mogao garantirati povrat od investicije, razdoblje trajanja obveznih kvota mora se temeljiti na dugoročnom razdoblju.

Ponude

One mogu biti usredotočene na investicije ili proizvodnju. U oba slučaja, moraju biti u vezi s količinom proizvedene energije. U ranije navedenom slučaju, postoji objava cijelog iznosa kapaciteta koji mora biti instaliran (sukladno individualnim tipovima RES). Ugovori se potpisuju nakon što je odabrana ponuda s najboljom cijenom. Ovi ugovori garantiraju lukrativne uvjete

Handbook

129

ulaganja (što uključuje investicijsku podršku za svaki proizvedeni kW) za pobjednika. S druge strane, sustav koji je orijentiran na volumen nudi pobjedniku "cijenu po dogovoru" po kWh, koja vrijedi za cijelo vrijeme trajanja ugovora.

Utrţivi zeleni certifikati

To je alat koji se najčešće primjenjuje kod zadataka i obveza definiranih od strane drţave za potrošače i dobavljače energije. Zeleni certifikat jest dokument kojim se potvrĎuje proizvodnja odreĎenog iznosa energije iz OZE. Ovi certifikati se kupuju i prodaju odvojeno na energetskom trţištu. Na ovaj način, stvaraju se dva paralelna trţišta. To znači dva potencijalna izvora prihoda za proizvoĎače energije. Cijenu certifikata odreĎuje ponuda i potraţnja. U isto vrijeme, potraţnja ovisi o zadacima i obvezama koje definira drţava.

Ostali alati

Uz gore navedene alate, postoje i drugi direktni i indirektni alati u skupini reguliranih strategija (zakoni i ostali oblici zakonskih mjera za podršku RES, oslobaĎanje sektora proizvodnje energije, otvaranje distribucijskog sustava neovisnim proizvoĎačima energije, porezi za zaštitu okoliša, osloboĎenje od plaćanja poreza u slučaju potrošnje bio goriva i ostalo).

Izborni alati podrške

Zajednička karakteristika gore navedenih akcija jest spremnost fizičkih osoba, organizacija ili poslovnih i industrijskih osoba da plaćaju za OZE. Plaćanje moţe biti u obliku financijskog sudjelovanja u organizacijama koje ulaţu u OZE, plaćanja tzv. "zelenih" poreza kao dodatak na reguliranu otkupnu cijenu OZE ili mnogim drugim.

Obnovljivi resursi moraju gledajući dugoročno postati dio redovnog trţišta.

2.4 Analiza troškova i koristi

Analiza troškova i koristi (CBA) jest skup metoda i pravila za ocjenu društvenih troškova i koristi alternativnih javnih politika. Ona promiče učinkovitost kroz identifikaciju ostvarivih projekata koji bi omogućili realizaciju najvećih mogućih pozitivnih neto koristi za društvo. Spremnost ljudi da plaćaju za dobivanje ili izbjegavanje učinaka politike jest vodeće načelo za mjerenje koristi. Oportunitetni trošak jest vodeće načelo za mjerenje troškova. CBA iziskuje izvoĎenje odgovarajućih cijena u sjeni u slučaju kada politika ima učinke koji premašuju one koji mogu biti uzeti u obzir kao promjene u cijenama ili količinama na neizobličenim trţištima.

Analiza troškova i koristi jest pojam koji se odnosi na sljedeće:

pomoć kod ocjenjivanja ili procjenjivanja slučaja za projekt ili prijedlog koji je sam po sebi proces poznat kao ocjena projekta; i

neformalan pristup donošenju ekonomskih odluka bilo koje vrste.

U smislu obje definicije proces uključuje, eksplicitno ili implicitno, ponderiranje ukupnih očekivanih troškova u odnosu na ukupne očekivane koristi od jedne ili više akcija kako bi se odabrala najbolja ili najisplativija opcija. Formalni proces često se naziva CBA (Cost-Benefit Analysis odnosno analiza troškova i koristi) ili BCA (Benefit-Cost Analysis odnosno analiza koristi i troškova).

Koristi i troškovi često se izraţavaju u novcu i korigiraju za vremensku vrijednost novca, tako da se svi tokovi koristi ili tokovi projektnih troškova kroz vrijeme (što se obično dogaĎa u različitim trenucima) izraţavaju na zajedničkoj osnovi u smislu njihove "sadašnje vrijednosti". Iako su u

Handbook

130

bliskoj vezi, tek nešto drugačije, formalne tehnike uključuju analizu ekonomičnosti, analizu gospodarskog učinka, analizu fiskalnog učinka i analizu društvenog povrata od ulaganja (Social Return on Investment (SROI)). Potonja predstavlja nadogradnju analize troškova i koristi, ali razlikuje se na način da je njezin cilj utjecati na praktično donošenje odluka od strane menadţera i investitora poduzeća koji ţele optimizirati učinke na društvo i okoliš. Analiza troškova i koristi takoĎer se koristi u Arhitekturi odluka kako bi se opravdale investicijske odluke.

Vremenska vrijednost novca

Buduća vrijednost (FV) jest vrijednost imovine na odreĎeni datum. Ona mjeri nominalnu buduću svotu novca koju odreĎena svota novca "vrijedi" u odreĎenom budućem trenutku uz pretpostavku odreĎene kamatne stope ili, općenitije, stope rentabilnosti. To je sadašnja vrijednost pomnoţena s akumulacijskom funkcijom.

Vremenska vrijednost novca jest vrijednost novca u odreĎenom iznosu kamata zaraĎenih u odreĎenom vremenskom razdoblju.

Metoda koja omogućava vrednovanje vjerojatnog priljeva prihoda u budućnosti na način da se godišnji prihodi diskontiraju i zatim zbrajaju, te se na taj način dobiva paušalna "sadašnja vrijednost" cijelog priljeva prihoda.

Svi standardni izračuni vremenske vrijednosti novca proizlaze iz najosnovnijeg algebarskog izraza za sadašnju vrijednost buduće svote, "diskontirano" na sadašnjost za iznos jednak vremenskoj vrijednosti novca. Na primjer, svota FV koja će biti ostvarena kroz jednu godinu diskontira se (po kamatnoj stopi r) da bi se dobila svota PV u sadašnjosti: PV = FV − r·PV = FV/(1+r).

Neki od standardnih izračuna koji se temelje na vremenskoj vrijednosti novca jesu:

Sadašnja vrijednost (PV) - Sadašnja vrijednost buduće svote novca ili struja novčanih tokova uz specificiranu stopu rentabilnosti. Budući novčani tokovi diskontiraju se prema diskontnoj stopi, i što je viša diskontna stopa to je niţa sadašnja vrijednost budućih novčanih tokova. OdreĎivanje odgovarajuće diskontne stope predstavlja ključ za pravilno vrednovanje budućih novčanih tokova, bez obzira da li se radi o zaradi ili obvezama.

2.5 Analiza ekonomskih uĉinaka

Analiza ekonomskih učinaka (Economic impact analysis (EIA)) analizira učinak politike, programa, projekta, aktivnosti ili dogaĎaja na ekonomiju odreĎenog područja. Područje učinka moţe biti susjedstvo, zajednica, regija ili nacija. Gospodarski učinak obično se mjeri u smislu promjena u gospodarskom rastu (output ili dodana vrijednost) i povezanih promjena u radnim mjestima (zapošljavanju) i dohotku (plaće).

Analiza se tipično provodi kroz mjerenje ili procjenu razine gospodarske aktivnosti u odreĎenom trenutku s realizacijom projekta ili politike, i izračunavanje razlike u odnosu na ono što bi se očekivalo da se projekt ili politika nisu dogodili (što se zove protučinjenični slučaj). Ova analiza moţe biti provedena ex post (nakon činjenice) ili ex ante (prije činjenice). Ponekad se pojam gospodarskog učinka takoĎer primjenjuje na analizu gospodarskog doprinosa odreĎene aktivnosti ili industrije postojećem lokalnom gospodarstvu.

Analiza gospodarskih učinaka obično se provodi kao jedan element procjene utjecaja na okoliš, a koja je potrebna da bi se ispitali širi okolišni, društveni i gospodarski utjecaji predloţenih projekata. TakoĎer se provodi kada postoji javna bojazan o potencijalnim negativnim

http://en.wikipedia.org/wiki/Value

http://en.wikipedia.org/wiki/Asset

http://en.wikipedia.org/wiki/Interest_rate

http://en.wikipedia.org/wiki/Rate_of_return

http://en.wikipedia.org/wiki/Present_value



http://en.wikipedia.org/wiki/Accumulation_function

http://en.wikipedia.org/wiki/Interest

http://en.wikipedia.org/wiki/Discounting


http://en.wikipedia.org/wiki/Cash_flows

http://en.wikipedia.org/wiki/Economic_growth

http://en.wikipedia.org/wiki/Environmental_impact_assessment

Handbook

131

gospodarskim učincima predloţenog projekta ili politike, ili kada postoji javno očekivanje pozitivnih gospodarskih učinaka predloţenog projekta ili politike.

2.6 Alternativni naĉini budţetiranja kapitala

Neto sadašnja vrijednost (net present value (NPV)): razlika izmeĎu sadašnje vrijednosti novčanih tokova i sadašnje vrijednosti novčanih odljeva.

Korigirana sadašnja vrijednost (adjusted present value (APV)): korigirana sadašnja vrijednost jest neto sadašnja vrijednost projekta ako ga se financira isključivo kroz vlasnički kapital plus sadašnja vrijednost svih koristi od financiranja.

Razdoblje isplate: koje mjeri vrijeme potrebno da bi novčani priljevi bili jednaki inicijalnom trošku. Mjeri rizik, ne povrat.

Metoda realne opcije: koja pokušava vrednovati upravljačku fleksibilnost koja se pretpostavlja u NPV.

Interna stopa rentabilnosti: koja izračunava stopu rentabilnosti projekta, bez da se zanemaruje apsolutan iznos novca koji će biti dobiven.

Modificirana interna stopa rentabilnosti (modified internal rate of return (MIRR)): slično IRR, ali daje eksplicitne pretpostavke o ponovnom ulaganju novčanih tokova. Ponekad se naziva Stopa rasta rentabilnosti.

Računovodstvena stopa rentabilnosti (accounting rate of return (ARR)): omjer sličan IRR i MIRR.

Neto sadašnja vrijednost

Neto sadašnja vrijednost (net present value (NPV) ili net present worth (NPW)) vremenske serije novčanih tokova, ulaznih i izlaznih, definirana je kao zbroj sadašnjih vrijednosti individualnih novčanih tokova. U slučaju kada su svi budući novčani tokovi ulazni (kao što su kuponi i glavnica obveznice) i jedini odljev novca jest kupoprodajna cijena, NPV jest jednostavno PV budućih novčanih tokova, umanjeno za kupoprodajnu cijenu (koja je vlastita PV). NPV jest središnji alat u analizi diskontiranog novčanog toka (DCF) i standardna metoda za korištenje vremenske vrijednosti novca za ocjenu dugoročnih projekata. Koristi se u budţetiranju kapitala, i ima široku primjenu u ekonomiji, financijama i računovodstvu, a mjeri višak ili manjak novčanih tokova, u smislu sadašnje vrijednosti, nakon ispunjenja financijskih obveza.

NPV sekvence novčanih tokova uzima kao input novčane tokove i diskontnu stopu ili diskontnu krivulju i izbacivanje cijene; suprotan proces u DCF analizi, gdje se kao input uzima sekvenca novčanih tokova i cijena, a kao output diskontna stopa (diskontna stopa koja bi omogućila odnosnu cijenu kao NPV) naziva se prinos, i više se koristi u trgovanju obveznicama.

Svaki novčani priljev/odljev diskontira se prema svojoj sadašnjoj vrijednosti (present value (PV)). Zatim se zbrajaju. Dakle, neto sadašnja vrijednost predstavlja zbroj svih pojmova

,

s tim da je:

t - vrijeme novčanog toka

Handbook

132

i - diskontna stopa (stopa rentabilnosti koja bi se mogla zaraditi od investicije na financijskim trţištima sličnog rizika)

Rt - neto novčani tok (iznos gotovine, priljev minus odljev) u vremenu t (za obrazovne svrhe, R0 se u pravilu stavlja lijevo od sume kako bi se naglasila njezina uloga kao (minus) investicije.

Korigirana sadašnja vrijednost

Korigirana sadašnja vrijednost (adjusted present value (APV)) jest metoda poslovnog vrednovanja. APV jest neto sadašnja vrijednost projekta ako se financira isključivo kroz vlasnički kapital, plus sadašnja vrijednost svih koristi financiranja. Prvi ju je proučavao Steward Myers, profesor na MIT Sloan School of Management, a kasnije ju je u teoriju pretočio Lorenzo Peccati, profesor na Bocconi University, 1973. godine.

Metoda se sastoji od izračunavanja neto sadašnje vrijednosti na način kao da je u cijelosti financirana iz vlastitog kapitala (tzv. osnovni slučaj). Zatim se osnovni slučaj neto sadašnje vrijednosti korigira za koristi od financiranja. U pravilu, glavna korist jest porezni štit uslijed mogućnosti odbijanja plaćanja kamata od poreza. Druga korist moţe biti subvencionirano posuĎivanje prema podtrţišnim stopama. Metoda APV posebno je učinkovita kada se razmatra stjecanje uz značajan iznos posuĎenog novca (leveraged buyout), budući da društvo u tom slučaju snosi ekstreman iznos duga, tako da je porezni štit povelik.

Tehnički, model za vrednovanje APV izgleda poprilično kao standardni DCF model. MeĎutim, umjesto WACC, novčani tokovi bili bi diskontirani prema nezaduţenoj cijeni kapitala, a porezni štitovi prema cijeni duga. Pristupi APV i standardni DCF moraju dati identičan rezultat ako struktura kapitala ostaje stabilna.

APV = Osnovni slučaj NPV + PV učinka financiranja

Razdoblje isplate

Razdoblje isplate u budţetiranju proračuna odnosi se na vremensko razdoblje koje je potrebno za povrat od investicije u svrhu "otplate" iznosa originalne investicije. Na primjer, investicija od USD 1.000,00 kojom se ostvaruje povrat od USD 500 godišnje, imala bi dvogodišnje razdoblje isplate. Vremenska vrijednost novca ne uzima se u obzir. Razdoblje isplate intuitivno mjeri koliko dugo nečemu treba da se "isplati". Pod uvjetom da su ostali uvjeti isti, kraća razdoblja isplate bolja su od duţih razdoblja isplate. Razdoblje isplate dosta se koristi zbog laganog korištenja usprkos prihvaćenim ograničenjima koja su opisana dolje u tekstu.

Pojam se takoĎer dosta koristi u drugim tipovima investicijskih područja, često u odnosu na tehnologije za energetsku učinkovitost, odrţavanje, upgrading ili ostale promjene. Na primjer, za kompaktnu fluorescentnu ţaruljicu moţe se reći da ima razdoblje isplate kroz odreĎeni broj godina ili operativnih sati, uz pretpostavku odreĎenih troškova. Ovdje se povrat od investicije sastoji od smanjenih operativnih troškova. Iako je prvenstveno financijski pojam, korištenje koncepta razdoblja isplate ponekad se moţe proširiti i na ostale načine uporabe, kao što je razdoblje isplate energije (vremensko razdoblje kroz koje su energetske uštede projekta jednake iznosu potrošene energije od početka projekta); ovi ostali pojmovi ne smiju biti standardizirani ili široko korišteni.

Razdoblje isplate kao alat za analizu često se koristi, jer ga većina osoba moţe lagano primijeniti i razumjeti, bez obzira na stupanj njihovog obrazovanja ili područje rada. Kada se

http://en.wikipedia.org/wiki/Business_valuation



http://en.wikipedia.org/wiki/Net_present_value

http://en.wikipedia.org/wiki/Ownership_equity




http://en.wikipedia.org/wiki/Financing

http://en.wikipedia.org/wiki/Stewart_Myers

http://en.wikipedia.org/wiki/MIT_Sloan_School_of_Management

http://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Lorenzo_Peccati&action=edit&redlink=1

http://en.wikipedia.org/wiki/Bocconi_University

http://en.wikipedia.org/wiki/Tax_shield

http://en.wikipedia.org/wiki/Leveraged_buyout

http://en.wikipedia.org/wiki/DCF

http://en.wikipedia.org/wiki/Weighted_average_cost_of_capital




http://en.wikipedia.org/wiki/Cost_of_debt

http://en.wikipedia.org/wiki/Capital_structure

http://en.wikipedia.org/wiki/Capital_budgeting

http://en.wikipedia.org/wiki/Time_value_of_money

http://en.wikipedia.org/wiki/Energy_efficiency

http://en.wikipedia.org/wiki/Compact_fluorescent

Handbook

133

koristi paţljivo ili za usporedbu sličnih investicija, moţe biti prilično koristan. Kao samostalan alat za usporedbu investicije i situacije u kojoj se "ne poduzima ništa", razdoblje isplate nema eksplicitnih kriterija za donošenje odluka (osim, moţda, da bi razdoblje isplate trebalo biti manje od beskonačnosti).

Razdoblje isplate smatra se analitičkom metodom s ozbiljnim ograničenjima i kvalifikacijama za korištenje, jer ne uzima dovoljno u obzir vremensku vrijednost novca, rizik, financiranje ili ostala vaţna razmatranja, kao što je oportunitetni trošak. Iako se vremenska vrijednost novca moţe ispraviti primjenom ponderiranog prosječnog troška kapitalnog diskontiranja, u pravilu se smatra da se ovaj alat za investicijske odluke ne bi trebao koristiti sam. Alternativne mjere "povrata" koje preferiraju ekonomosti jesu neto sadašnja vrijednost i interna stopa rentabilnosti. Implicitna pretpostavka kod korištenja razdoblja isplate jest da se povrat od investicije nastavlja nakon razdoblja isplate. Razdoblje isplate ne specificira da je potrebno izvršiti usporedbu s drugim investicijama ili sa scenarijom da se investicija ne realizira.

Ne postoji formula za izračunavanje razdoblja isplate, osim u slučaju jednostavnog i nerealističnog slučaja inicijalnog postavljanja novca i daljnjeg konstantnog priljeva novca ili konstantnog rastućeg priljeva novca. Za izračun razdoblja isplate potreban je algoritam. Jednostavno ga je koristiti u proračunskim tablicama. Tipičan algoritam reducira na izračun kumulativnog novčanog toka i trenutka u kojem se pretvara u pozitivno iz negativnog.

Situacija postaje dodatno sloţena kada novčani tok mijenja znak nekoliko puta odnosno kada sadrţi odljeve u sredini ili na kraju ţivotnog vijeka projekta. Tada se smije primijeniti algoritam za modificirano razdoblje isplate. Kao prvo, izračunava se iznos svih novčanih tokova. Tada se za svako razdoblje utvrĎuju kumulativni pozitivni novčani tokovi. Modificirano razdoblje isplate izračunava se u trenutku u kojem kumulativni pozitivan novčani tok premašuje ukupni novčani odljev.

Analiza stvarnih opcija

U financijama, analiza stvarnih opcija ili ROA (real options analysis), koju se ne smije zamijeniti s povratom od imovine (return on assets), primjenjuje tehnike vrednovanja za opciju prodaje i opciju kupnje na odluke za budţetiranje kapitala.[1] Stvarna opcija predstavlja pravo - ne i obvezu - da se donese neka poslovna odluka; u pravilu opcija da se izvrši, napusti, proširi ili smanji kapitalno ulaganje. Na primjer, prilika za ulaganje u ekspanziju tvornice firme ili alternativno prodaju tvornice predstavlja realnu opciju.

ROA, kao disciplina, izlazi iz okvira svoje primjene u Korporativnim financijama, i proširuje se na donošenje odluka u neizvjesnim situacijama općenito, uz prilagoĎavanje matematičkih tehnika koje su razvijene za financijske opcije na odluke "iz stvarnog ţivota". Na primjer, direktori za istraţivanje i razvoj odnosno R&D mogu koristiti analizu stvarnih opcija kako bi lakše utvrdili na koji je način najbolje uloţiti novac u istraţivanje; primjer iz neposlovnog svijeta mogla bi biti odluka za pronalaţenje zaposlenja ili prestanak ostvarivanja prihoda na razdoblje od nekoliko godina i pohaĎanje diplomskog studija. Dakle, ona primorava donositelje odluka da budu jasni o pretpostavkama koje se nalaze u pozadini njihovih projekcija, te se ROA sve više koristi kao alat u formulaciji poslovne strategije.[2]

Interna stopa rentabilnosti

Interna stopa rentabilnosti (Internal Rate of Return (IRR)) jest stopa rentabilnosti koja se koristi u budţetiranju kapitala s ciljem mjerenja i usporedbe profitabilnosti ulaganja. TakoĎer ima naziv stopa rentabilnosti diskontiranog novčanog toka (discounted cash flow rate of return (DCFROR)) ili jednostavno stopa rentabilnosti (rate of return (ROR)).[1] U kontekstu štednje i kredita, IRR se takoĎer naziva efektivna kamatna stopa (effective interest rate). Pojam interna


http://en.wikipedia.org/wiki/Risk

http://en.wikipedia.org/wiki/Financing

http://en.wikipedia.org/wiki/Opportunity_cost

http://en.wikipedia.org/wiki/Internal_rate_of_return


http://en.wikipedia.org/wiki/Finance

http://en.wikipedia.org/wiki/Return_on_assets

http://en.wikipedia.org/wiki/Valuation_of_options

http://en.wikipedia.org/wiki/Put_option

http://en.wikipedia.org/wiki/Call_option


http://en.wikipedia.org/wiki/Real_option#cite_note-0

http://en.wikipedia.org/wiki/Decision_theory#Choice_under_uncertainty

http://en.wikipedia.org/wiki/Option_%28finance%29

http://en.wikipedia.org/wiki/R%26D

http://en.wikipedia.org/wiki/Graduate_school

http://en.wikipedia.org/wiki/Business_strategy

http://en.wikipedia.org/wiki/Real_option#cite_note-1




http://en.wikipedia.org/wiki/Profit_%28economics%29

http://en.wikipedia.org/wiki/Investment

http://en.wikipedia.org/wiki/Internal_rate_of_return#cite_note-main269-0

http://en.wikipedia.org/wiki/Effective_interest_rate

Handbook

134

odnosi se na činjenincu da njezin izračun ne uključuje vanjske čimbenike (na primjer, kamatnu stopu ili inflaciju).

Interna stopa rentabilnosti u odnosu na investiciju ili potencijalnu investiciju jest efektivna sloţena stopa rentabilnosti na godišnjoj razini koju je moguće zaraditi na uloţeni kapital.

Jednostavnijim riječima, IRR u odnosu na ulaganje jest kamatna stopa prema kojoj troškovi ulaganja vode prema koristima ulaganja. To znači da cijeli dobitak iz investicije pripada vremenskoj vrijednosti novca i da investicija ima nula neto sadašnju vrijednost u slučaju ove kamatne stope.

Buući da je interna stopa rentabilnosti kvantiteta u obliku stope ona predstavlja pokazatelj učinkovitosti, kvalitete ili prinosa od investicije. To je u suprotnosti s neto sadašnjom vrijednošću, koja je pokazatelj vrijednosti ili magnitude investicije.

Investicija se smatra prihvatljivom ako je interna stopa povrata veća od utvrĎene minimalne prihvatljive stope rentabilnosti ili cijene kapitala. U scenariju u kojem neka firma koja ima dioničare razmatra odreĎenu investiciju, navedena minimalna stopa jest cijena kapitala investicije (koja moţe biti utvrĎena putem cijene kapitala korigirane za rizik iz alternativnih investicija). Time se osigurava da investiciju podrţavaju dioničari, budući da, u pravilu, investicija čija IRR prelazi njezinu cijenu kapitala predstavljau dodanu vrijednost za društvo (odnosno ona je profitabilna).

S obzirom na kolekciju parova (vrijeme, novčani tok) koji su uključeni u projekt, interna stopa rentabilnosti proizlazi iz neto sadašnje vrijednosti kao funkcije stope rentabilnosti. Stopa rentabilnosti za koju je ova funkcija nula jest interna stopa rentabilnosti.

S obzirom na (razdoblje, novčani tok) parove (n, Cn), gdje je n pozitivan cijeli broj, ukupni broj razdoblja N, i neto sadašnja vrijednost NPV, internu stopu povrata daje r u:

Potrebno je uzeti u obzir da se razdoblje u pravilu navodi u godinama, ali izračun moţe biti jednostavniji ako se r izračunava uz korištenje razdoblja u kojem je definirana glavnina problema (na primjer, koristeći mjesece, ako se većina novčanih tokova odvija u mjesečnim intervalima) i nakon toga pretvara u godišnje razdoblje.

Potrebno je takoĎer obratiti pozornost na činjenicu da je moguće koristiti fiksno vrijeme umjesto sadašnjeg (na primjer, kraj intervala u slučaju rente); dobivena vrijednost jest nula ako i samo ako je neto sadašnja vrijednost nula.

U slučaju kada su novčani tokovi slučajne varijable, kao što je slučaj kod doţivotne rente, očekivane vrijednosti ubacuju se u gore navedenu formulu.

Često, vrijednost r nije moguće pronaći analitičkim putem. U tom slučaju, moraju se koristiti numeričke metode ili grafičke metode.

Modificirana interna stopa rentabilnosti

Modificirana interna stopa rentabilnosti (modified internal rate of return (MIRR)) jest financijska mjera atraktivnosti investicije. Koristi se u budţetiranju kapitala u svrhu rangiranja alternativnih







http://en.wikipedia.org/wiki/Rate_%28mathematics%29

http://en.wikipedia.org/wiki/Yield_%28finance%29

http://en.wikipedia.org/wiki/Magnitude_%28mathematics%29

http://en.wikipedia.org/wiki/Minimum_acceptable_rate_of_return



http://en.wikipedia.org/wiki/Cost_of_capital

http://en.wikipedia.org/wiki/Equity_investment

http://en.wikipedia.org/wiki/Cost_of_capital

http://en.wikipedia.org/wiki/Value_%28economics%29

http://en.wikipedia.org/wiki/Time

http://en.wikipedia.org/wiki/Cash_flow



http://en.wikipedia.org/wiki/Annuity_%28finance_theory%29

http://en.wikipedia.org/wiki/Random_variable

http://en.wikipedia.org/wiki/Life_annuity

http://en.wikipedia.org/wiki/Expected_value

http://en.wikipedia.org/wiki/Numerical_analysis

http://en.wikipedia.org/wiki/Plot_%28graphics%29

http://en.wikipedia.org/wiki/Finance

http://en.wikipedia.org/wiki/Investment


Handbook

135

investicija. Kao što je vidljivo i iz imena, MIRR predstavlja modifikaciju interne stope rentabilnosti (internal rate of return (IRR)), i kao takvoj cilj joj je riješiti neke probleme s IRR.

Dok postoji nekoliko problema s IRR, MIRR rješava dva.

Kao prvo, IRR pretpostavlja da su privremeni pozitivni novčani tokovi ponovno uloţeni prema istoj stopi rentabilnosti kao i u projektu koji ih je stvorio. To je u pravilu nerealan scenarij i vjerojatnije je da će sredstva biti ponovno uloţena prema stopi koja je bliţa cijeni kapitala firme. IRR iz tog razloga često daje previše optimističnu sliku projekata koji se prate. U pravilu, u svrhu pravičnije usporedbe projekata, ponderirana prosječna cijena kapitala trebala bi se iskoristiti za ponovno ulaganje privremenih novčanih tokova.

Kao drugo, u slučaju projekata s izmjenjivim pozitivnim i negativnim novčanim tokovima moguće je pronaći više od jedne IRR, što dovodi to nedoumica i nejasnoća. MIRR pronalazi samo jednu vrijednost.

Izračun

MIRR je izračunat na sljedeći način:

,

gdje je n broj jednakih razdoblja na kraju kojih dolazi do novčanih tokova (a ne broj novčanih tokova), PV jest sadašnja vrijednost (na početku prvog razdoblja), FV jest buduća vrijednost (na kraju zadnjeg razdoblja).

Formula zbraja negativne novčane tokove nakon što su diskontirani na vrijeme nula, zbraja pozitivne novčane tokove nakon dodavanja prihoda od ponovnog ulaganja u finalnom razdoblju, i zatim izračunava koja bi stopa rentabilnosti bila jednaka diskontiranim negativnim novčanim tokovima u vrijeme nula u odnosu na buduću vrijednost pozitivnih novčanih tokova u razdoblju finalnog vremena.

Aplikacije za tabličnu obradu podataka, kao što je Microsoft Excel, imaju ugraĎene funkcije za izračunavanje MIRR. U Microsoft Excel-u, ova funkcija glasi "=MIRR".

Računovodstvena stopa rentabilnosti

Računovodstvena stopa rentabilnosti, koja je takoĎer poznata kao Prosječna stopa rentabilnosti (average rate of return (ARR)), jest financijski omjer koji se koristi u budţetiranju kapitala. [1] Omjer ne uzima u obzir koncept vremenske vrijednosti novca. ARR izračunava rentabilnost, stvorenu iz neto prihoda predloţene kapitalne investicije. ARR jest postotak rentabilnosti. Na primjer, ako je ARR = 7%, to znači da se očekuje da će projekt zaraditi sedam centa na uloţeni dolar. Ako je ARR jednaka ili veća od traţene stope povrata, projekt je prihvatljiv. Ako je manja od ţeljene stope, treba biti odbijen. Kod usporedbe investicija, što je viša ARR, to je atraktivnija investicija.[2] Upravljačko računovodstvo




http://en.wikipedia.org/wiki/Internal_rate_of_return#Problems_with_using_internal_rate_of_return

http://en.wikipedia.org/wiki/Weighted_average_cost_of_capital


http://en.wikipedia.org/wiki/Future_value

http://en.wikipedia.org/wiki/Spreadsheet

http://en.wikipedia.org/wiki/Microsoft_Excel


http://en.wikipedia.org/wiki/Accounting_rate_of_return#cite_note-0


http://en.wikipedia.org/wiki/Accounting_rate_of_return#cite_note-1

Handbook

136

5.

POJMOVNIK

Handbook

137

Biomasa

GJ gigadţul – jedinica energije jednaka 109 dţula

PJ Petadţul – jedinica energije jednaka 1015

dţula

kWe Kilowat električni – jedinica električne energije jednaka 103 W

kWth Kilowat toplotni – jedinica toplotne energije jednaka 103 W

CO2 ugljen dioksid CO2e Ekvivalent stakleničkog gasa ugljen dioksida predstavlja količinu

emisije svih stakleničkih gasova koji se porede u efektu globalnog zagrijavanja sa CO2 uzimajući u obzir vrijednosti konverzije. Efekat metana za globalno zagrijavanje se poredi u rasponu od 21 put u odnosu na CO2, dok se N20 uzima kao 310 puta u odnosu na CO2.

N2O Azotni oksid je staklenički gas koji se oslobaĎa razgradnjom bakterija u tlu i tokom sagorijevanja

Alkohol Hidrokarboni sa –OH grupom vezanom za lanac ugljikovodonika Anaerobno truljenje Biološka razgradnja uz pomoć mikroorganizama karbonskih

materijala, uglavnom u odsustvu kiseonika na metan (CH4) vodonik (H2) i male količine CO2, H2S.

Drveni ćumur Crni karbonski čvrsti materijal nastao kao rezultat pirolize biomase

Bioenergija Tehnički svaka termalna ili električna energija nastala konverzijom biomase

Biogorivo Tehnički svako biološki dobiveno čvrsto, tečno ili gasovito gorivo za sagorijevanje, a nekad ograničeno samo na tansportna goriva

Kalorijska vrijednost Količina energije koja se oslobaĎa tokom sagorijevanja goriva

Ugljovodonici Molekuli najčešće biološkog porijekla koji se sastoje od ugljenika, vodonika i kiseonika

Odlaganje ugljenika Sakupljanje i skladištenje (srednjoročno do dugoročno) atmosferskog ugljenika (uglavnom ugljendioksida) u „ponore‟ ugljenika kao što su šume, zemlja, okeani i geološke formacije

Celuloza Nerastvorivi kristalni polimer glukoze i najveće molekularne komponente biljaka. Vidi lignoceluloza i ugljovodonici

Klimatske promjene Varijacija srednje globalne temperature kao rezultat antropogenih aktivnosti, poznata i kao globalno zagrijavanje

Kogeneracija Postupak istovremene proizvodnje električne i toplotne energije

Sagorijevanje Potpuna oksidacija goriva

Šikara Drveće ili grmlje koje se redovno kreše u svrhu obnavljanja rasta

Vrenje Biološka razgradnja rastvorivih šećera na etanol ili butanol i CO2 uz pomoć mikroorganizama u odsustvu kiseonika

Gasifikacija Zagrijavanje i djelimična oksidacija karbonskog materijala za proizvodnju „sintetičkog gasa‟

Stakleniĉki gasovi Emisija gasova koja doprinosi globalnom zagrijavanju. Tu spadaju ugljendioksid (CO2), metan (CH4=25 CO2e), azotni oksid (N2O=296 CO2e) i drugi gasovi koji nastaju u industrijskim procesima

Ugljovodonici Molekuli koji se sastoje od ugljenika i vodonika povezanih u nizu, razgranati ili u prstenastoj strukturi; osnova tečnih transportnih goriva

Lignin Amorfni matrični molekul u biljkama koji sadrţi aromatične prstenove. Vidi Lignoceluloza

Lignoceluloza Nerastvoriv ugljovodonik u zidovima ćelija biljaka is toga glavni sastojak biomase koja se dobiva od biljaka. Sastoji se od celuloze i vlakana u matrici 137ystem, sa nešto hemiceluloze koja pomaţe vezivanje

Piroliza Zagrijavanje karbonskog materijala u odsustvu kiseonika za proizvodnju ćumura, ulja i gasa

Ulje pirolize Sloţena kombinacija visoko oksidovanih ugljovodonika koja nastaje termalnom depolimerizacijom biomase u odsustvu kiseonika

Handbook

138

Sintetiĉki gas Kombinacija vodonika (H2) i ugljenmonoksida (CO) nastala

gasifikacijom kojase moţe spaliti ili koristiti kao hemijska zaliha

za reakcije sinteze

Watt (W) Jedinica energije koja odgovara 1 dţulu energije iskorištene u sekundi

Vjetroenergija

Aerofoil/aeroprofil Oblik poprečnog presjeka lopatice rotora. Angle of attack/napadni ugao krila (α):

Ugao izmeĎu rezultante (ili promjenjive) brzine vjetra i linije tetive poprečnog presjeka lopatice.

Aspect ratio (AR)/koeficijent strane

Koeficijent radijusa lopatice rotora R prema prosječnoj duţini tetive lopatice

c (koeficijent duge strane: 1Rc ).

Capacity factor/138ystem kapaciteta

Faktor kapaciteta se definiše kao godišnja proizvodnja električne energije turbine (u kWh) podijeljen mogućom proizvodnjom električne struje ako bi turbine radial nazivnim kapacitetom cijele godine (tj. Instalirana snaga puta 365 dana puta 24 sata). Faktori racionalnog kapaciteta variraju od 0,25 do 0,30, dok bi faktor jako dobrog kapaciteta iznosio 0.40.

Capital cost/kapitalni troškovi:

Kapitalni troškovi uključuju cijenu kupovine, troškove transporta, sklapanja i postavljanja vjetroturbine na neko mjesto, kao I troškove instaliranja linija mreţe i povezivanja turbine sa mreţom.

Chord (c)/tetiva Širina poprečnog presjeka lopatice rotora, tj. Dimenzija okomita na radijus lopatice R.

Coherent gusts/koherentni naleti vjetra:

Naleti vjetra dimenzija većih od naleta u mjestu u kojem se okreće rotor, vidi nekoherentni naleti vjetra.

Control system/system upravljanja:

UreĎaj čija dinamika je u interakciji sa dinamikom fizičkog sistema (npr. Vjetroturbine), i tako utiče na dobivene performanse.

Damping/prigušivanje: Prigušivanje je disipacija energije sa vremenom ili udaljenosti. Degrees of freedom/stepeni slobode

Broj stepena slobode mehaničkog sistema je jednak najmanjem broju nezavisnih koordinata koje su potrebne da se potpuno definišu pozicije svih dijelova sistema u bilo kom vremenskom trenutku. Generalno, jednak je broju nezavisnih pomijeranja koja su moguća.

Downwind/u smjeru duvanja vjetra

Pokazuje da je rotor postavljen na straţnjem dijelu tornja posmatrano iz smjera glavnog vjetra, cf. U smjeru suprotnom od smjera duvanja vjetra.

Drive-train Dio vjetroturbine koji se sastoji od osovine rotora, inercije rotora, transmisije i generatora

Dynamic stall/dinamiĉka petlja

Dinamička petlja ili histereza petlje je dinamički efekat koji se dogaĎa na aeroprofilima ako se napadni ugao krila mijenja brţe nego što se protok zraka oko lopatice (ili elementa lopatice) moţe prilagoditi. Rezultat je podizanje aeroprofila i koeficijenti povlačenja koji ne zavise samo od trenutnog napadnog ugla krila (pretpostavka qvazi-stalne aerodinamike), već i od prethodnih napadnih uglova krila.

Euler-Bernoullijeva teorija zraka

prizmatični zrak duţine L, oblast poprečnog presjeka A = π·R2, konstanta fleksibilne

krutosti EI, i jednako rasporeĎena masa po jedinici duţine ρ = m/L, gdje je m ukupna masa zraka. Pretpostavlja se da je deformacija usljed savijanja pod pritiskom i rotaciona intercija poprečnih presjeka zanemariva u poreĎenju sa deformacijom usljed savijanja i translacijskom intercijom ponaosob. Pretpostavka void ka dobroj aproksimaciji ako je zrak tanak (tj. R << L).

External cost/eksterni troškovi

Troškovi povezani sa štetom po okoliš i zdravlje koji nisu uključeni u cijenu električne struje, npr. Troškovi emisije stakleničkih plinova koji izazivaju globalno zagrijavanje.

Extreme loads/ekstremno opterećenje

Najviši napon koji moţe podnijeti vjetroturbina u svom ţivotnom ciklusu (npr. U ekstremnim uslovima rada).

Fatigue loads/zamorna opterećenja

Dinamički napon koji vjetroturbina moţe podnijeti u ponavljanjima u svom ţivotnom ciklusu (npr. U normalnim uslovima rada).

Flap motion/zamahno kretanje

Vanravansko (elastično) savijanje lopatice, tj. Normalno na ravan rotacije

Handbook

139

Flexible body/fleksibilno tijelo

Tijelo u sistemu treba tretirati kao fleksibilno kada ne vaţi pretpostavka krutog tijela. Drugim riječima: deformacija tijela ima značajan efekat na dinamičko ponašanje sistema, cf. Kruto tijelo.

Generator UreĎaj koji pretvara mehaničku energiju u električnu energiju. Horizontal-axis wind turbine/vjetroturbina horizontalne osovine

Vjetroturbina čija osovina rotora je u osnovi paralelna sa protokom vjetra, cf. Vt. Vertikalne osovine.

Hub/glavĉina UreĎaj za pričvršćivanje lopatica ili sklapanje lopatica na osovinu rotora. Hub height/visina glavĉine

Visina središta rotora vjetroturbine horizontalne osovine iznad površine terena.

Infinite bus/beskonaĉna sabirnica

Izvor napona stalne voltaţe i frekvencije.

Kinematics/kinematika Studija geometrije pokreta. Kinematika se koristi za poreĎenje pokreta, brzine, ubrzanja, i vremena bez obzira na uzrok pokreta

Leakage/isticanje Isticanje je problem koji je direktna posljedica činjenice da Fast Fourier Transform (FFT) pretpostavlja da poseban skup N tačaka dolazi od trigonometrijskog polinomiala frekvencija koje su nastale umnoţavanjem primjerka frekvencije, tj. Fs = 1/T. Stoga, FFT pretpostavlja da je konačni zapis duţine T periodičan u odnosu na interval uzorkovanja koji je odabran za period T. Ovo generalno nije istinito i dovodi do problema poznatok ga isticanje. Isticanje dovodi do precjenjivanja smanjenja. Isticanje se do neke mjere moţe korigovati uz pomoć funkcije prozora (npr. Hanningov prozor ili eksponencijalni prozor) koji utiče na signal za smenjenje na kraju zapisa vremena. Ali s prozorima imamo novo smenjenje, koje izaziva novo isticanje. U svakom slučaju, uvijek se preporučuje korištenje prozora osim kada je signal zaista periodičan u vremenu ili je prolazan i nestao tokom duţine zapisa

Load/opterećenje Snaga ili moment na komponenti (ili njenom dijelu) vjetroturbine. Multibody system/višedijeli sistem

Aproksimacija stvarnog mehaničkog sistema nizom meĎusobno povezanih krutih i fleksibilnih tijela.

Nacelle Kućište koje sadrţi statični dio generatora (stator), i uzemljenu ploču na koju je postavljen krivudavi mehanizam. Masa kućišta je jednaka zbiru mase osovine I mase statora generatora

Non-coherent gusts/nekoherentni naleti vjetra

Naleti vjetra dimanzija manjih od od naleta u mjestu u kojem se okreće rotor, vidi koherentni naleti vjetra.

Operation and maintenance (O&M) costs/troškovi rada i odrţavanja

Obuhvataju otklanjanje problema, inspekciju, podešavanja, obnovu, preventivne preglede, kao i neplansko odrţavanje vjetroturbina, i vrijeme koje prolazi dok se čekaju dijelovi, uputstva, ili vanjske usluge koje ne postoje na datom mjestu ali su potrebne da bi se turbine osposobila za rad.

Particle/ĉestica Najjednostavnija aproksimacija (elementa) sistema je slobodna čestica (ili tačkasta masa). Pretpostavlja se da čestica nema dimenzije, pa se moţe tretirati kao tačka u trodimenzionalnom prostoru. Drugim riječima: pretpostavlja se da masa moţe da se koncentriše na jednoj tački 139yst sve sile djeluju u jednoj tački (npr. Rotacija oko centra mase se zanemaruje).

Pitch-flap flutter/frekventno vibriranje

Kombinovano savijanje i torziona vibracija lopatice rotora u stalnom protoku zraka. Podiţe se kada osa inercije (mjesto središta mase poprečnog presjeka duţ lopatice) ne podudara sa elastičnom osom (mjesto središta savijanja, gdje je središte savijanja tačka kroz koju kada proĎe sila savijanja prouzrokuje čisto savijanje, a moment oko nje čistu torziju). Napominjemo da ako je poprečni presjek simetričan, središte savijanja se podudara sa središtem mase poprečnog presjeka (pod pretpostavkom da je središte mase identično sa središtem mjesta poprečnog presjeka).

Point mass/taĉkasta masa

vidi čestica.

Power electronics/elektronika snage

Zadatak elektronike snage je obrada i upravljanje protokom električne energije davanjem voltaţe i struja u obliku koji optimalno odgovara naponu korisnika.

Reynolds number (Re): Rejnoldsov broj je bezdimenzioni broj koji odreĎuje da li je protok oko lopatice rotora vjetroturbine (ili elementa lopatice) laminaran ili turbulentan,

Handbook

140

i definisan je kao: Re = (W.c)/ν, gdje je W relativna brzina vjetra, c lokalna tetiva, i ν kinematička viskoznost. Kinematička viskoznost je, s druge strane, definisana kao ν = ρ/μ, gdje je ρ gustina zraka, a μ dinamička viskoznost. Rejnoldsov broj moţe da se tumači i kao koeficijent inercije viskoznih sila koje djeluju na protok zraka. Za zrak u standardnim uslovima

na nivou mora, Re = 69000 W.c. Vaţno je naglasiti da podaci o zračnom 140ystem140 koji se koriste za modeliranje rotora moraju biti blizu tačnosti Rejnoldsovog broja, jer se u suprotnom ne mogu očekivati tačni rezultati.

Rigid body/kruto tijelo Tijelo u sistemu se moţe tretirati kao kruto kada je deformacija suviše mala da se moţe zanemariti. Za kruto tijelo udaljenost izmeĎu dvije tačke na tijelu je uvijek konstantna, stoga je kinematika krutog tijela ista kao njegova referentna kinematika. Dinamički pokret krutog tijela je opisan skupom običnih diferencijalnih jednačina, vidi fleksibilno tijelo.

Rotational sampling/rotaciono uzorkovanje

Pojava kada kruţni pokreti zraka, dimenzija manjih od dimenzija pokreta u mjestu u kojem se okreće rotor, u mjestu sudaraju tokom svakom ciklusa rotacijom lopatica vjetroturbine

Solidity/ĉvrstoća Odnos cijelog mjesta lopatice i mjesta u kojem se okreće rotor, vidi mjesto u kojem se okreće rotor.

Super-element Super-element je aproksimacija više tijela (dijela) fleksibilnog tijela koje se sastoji od tri (samo sa opisom savijanja) ili četiri (sa opisom savijanja, osnog odstupanja, i trozije) kruta tijela koja su povezana idealnom oprugom i ravnalima.

Stall hysteresis/histereza petlje

vidi dinamička petlja.

Support structure/potporna struktura

Odnos promjene sile (ili torzije) i odgovarajuće promjene na translacijskom (ili rotacionom) odstupanju elastičnog elementa.

Swept area (A)/ravan rotacije

dio vjetroturbine koji se sastoji od tornja i osovine.

Theoretical modelling/teoretsko modeliranje

Zamišljeno mjesto na ravni koja je okomita na 140ystem brzine vjetra, disk duţ kojeg se lopatice rotora pokreću prilikom rotacije.

Total harmonic distortion (THD)/totalna harmonijska distorzija

U teoretskom ili osnovnom modeliranju, relevantne fizičke osobine sistema su dobivene iz prvih principa (npr. Zakona očuvanja).

Twist/zavoj THD struja ili napon je zbirni kvadratni korijen harmonijskih komponenti koje su podijeljene osnovnom komponentom.

Unsteady aerodynamics/nestabilna aerodinamika

Sistem koji pretvara kinetičku energiju vjetra u električnu energiju. Napominjemo da se definicija “turbine” u smislu vjetroturbine koristi kao pars pro toto (dio se tretira kao cjelina) za cijelu strukturu (npr. Od lopatica rotora do osnove).

Upwind/suprotno smjeru vjetra

Vjetroturbine stalno rade u nestabilnom okruţenju. Razlikuju se dvije glavne oblasti: dinamički dotok i dinamička petlja.

Validation/validacija Rotor postavljen na čelu tornja gledano iz glavnog smjera vjetra, cf. U smjeru vjetra.

Verification/verifikacija UtvrĎivanje da li se ili ne verifikovani matematički model sistema ponaša slično stvarnom ponašanju koje je povezano sa namjeravanim korištenjem modela.

Vertical-axis wind turbine/vjetroturbina vertikalne osovine

UtvrĎivanje da li je ili nije model kompjuterske simulacije konzistentan sa glavnim matematičkim modelom do odreĎenog nivoa preciznosti.

Wind turbine/vjetroturbina

Vjetroturbina čija osovina rotora je vertikalna, cf. Vjetroturbina horizontalne osovine.

Windmill/vjetrenjaĉa vidi vjetroturbina. Wind Energy Conversion System (WECS)/140ystem konverzije energije vjetra

Sistem koji pretvara kinetičku energiju vjetra u mehaničku energiju. Mehanička energija se obično koristi za mljevenje ţita, pumpanje vode i rezanje drveta. Engleska riječ “windmill” nastale je od riječi “mill” što znači mljeti.

Handbook

141

Hidroenergija

Alternating current/naizmjeniĉna struja (AC):

električna struja koja periodično mijenja svoj polaritet za razliku od

istosmjerne struje. U Evropi je frekvencija standardnog ciklusa 50 Hz, u S. I

J. Americi 60 Hz.

Anadromous fish/anadromne ribe

riba (npr. Losos) koja pliva uzvodno uz rijeke iz mora u odreĎenim

periodima da bi se mrijestila.

Average Daily Flow/prosjeĉni dnevni tok

prosječna dnevna količina vode koja prolazi odreĎenu mjernu stanicu.

Baseflow/osnovni protok dio ispusta rijeke nastao od podzemnih voda koje polako utiču u rijeku kroz

tlo prolazeći kroz obale i korito.

BFI baseflow index/BFI indeks osnovnog protoka

dio isticanja iz osnovnog protoka.

Butterfly Valve/leptir ventil

kontrolni ventil u obliku diska, potpuno zatvoren u cirkularnoj cijevi koji se

moţe otvarati i zatvarati uz pomoć vanjske poluge. Često se koristi u

hidrauličnim sistemima.

Capacitor/kondenzator spremnik statičkog elektriciteta i energije.

Catchment Area/zahvatna zona

cijela površina zemljišta i vode koja doprinosi ispustu na odreĎenom mjestu

riječnog toka.

Cavitation/kavitacija hidraulička pojava isparavanja vode i stvaranja mjehura vodene pare na niskom pritisku koji u trenutku nestaju uzrokujući hidraulični šok na mjestu gdje se naĎu. To moţe dovesti do ozbiljnih fizičkih oštećenja u nekim slučajevima

Compensation flow/kompenzacioni protok

minimalni tok koji je zakonski potreban da se ispusti u riječni tok ispod

zahvatišta, brane ili nasipa, da bi se osigurao adekvatan tok nizvodno za

okoliš.

Demand (Electric)/potrebe (elektriĉna energija):

stalne potrebe za snagu na električnom sistemu (kW or MW).

Demand Charge/naplata potreba

dio troškova za snabdijevanje električnom energijom na osnovu

karakteristika zahtjeva kupca.

Direct Current (DC)/istosmjerna struja

električna struja koja stalno teče u jednom smjeru za razliku od naizmjenične struje.

Draft tube/difuzor cijev koja se proteţe od mjesta ispod turbine do mjesta ispod minimalnog nivoa vode.

Energy/energija rad, u njutnmetrima ili dţulima(J). Jedinica za električnu energiju koja se

koristi je kilowatt-sat (kWh) i predstavlja snagu (kilowatti) koja se izvrši

tokom perioda vremena u satima (hours) 1 kWh = 3.6x103 J.

Evapotranspiration/evapotranspiracija

kombinovani efekat evaporacije i transpiracije.

FDC krivulja trajanja toka: grafikon ispusta vs. Procenat vremena tokom kojeg su odreĎene magnitude ispusta izjednačene ili prekoračene.

Fish Ladder/riblja staza hidrotehnička graĎevina koja obilazi brane, ustave i brodske prevodnice

visine oko 30cm, a omogućuje ribama koje se sele, da stignu do mjesta za

mriještenje.

Output/izlaz snaga (ili energija, u zavisnosti od definicije) koju ima oprema, stanica ili sistem.

(In) Parallel/paralelno termin kojim se opisuje da proizvodni blok radi povezan sa snabdijevanjem glavnih

električnih vodova, i tako radi sinhronizovano na istoj frekvenciji.

Overspeed/prekoraĉenje brzine

brzina kada je, pod odreĎenim uslovima, uklonjen sav vanjski teret.

P.E.: poliethilen.

Peak Load/vršno opterećenje

električno opterećenje u vrijeme maksimalne potraţnje.

http://bs.wikipedia.org/wiki/Elektricitet

http://bs.wikipedia.org/wiki/Energija

Handbook

142

Peaking Plant/postrojenje za vršno opterećenje

postrojenje koje uglavnom proizvodi tokom perioda maksimalne potraţnje

mreţe elektrosnabdijevanja.

Penstock/dovodna cijev cijev (obično čelična ili betonska, nekad i plastična) kojom se voda prenosi pod pritiskom od ustave do turbine

Percolation/perkolacija nizvodno kretanje vode kroz čestice tla do freatičke površine (zasićene

površine u zemlji; tzv. Površinski nivo).

Power/snaga kapacitet da se izvrši rad. Jedinica dţul/sec ili vat (1MW = 1 J/s). Električna

snaga se obično izraţava u kW.

Power factor/faktor snage

koeficijent količine snage, mjerene u kilovatima (kW); stvarna snaga se

mjeri u kilovolt-amperima (kVA).

Reynolds Number/Rejnoldsov broj

bezdimenziona veličina i parameter strujanja viskoznog fluida, izveden iz prečnika cijevi, brzine tečnosti i kinematske viskoznosti.

Rip-rap: kamen, razbijene stijene ili betonske ploče nasumično poredane u

slojevima kao zaštita od erozije.

Runoff kišnica koja ulazi u tok putem površinskog ili podzemnog toka.

Run-of-river scheme/protoĉna shema

postrojenje gdje se iskoristi onoliko vode koliko “protrči” niz rijeku

SOIL parametar propusnosti.

Stage (of a river)/vodostaj (rijeke):

uzvišenje vodene površine.

Tailrace/vodeni tok brzi tok na kojeg ne utiču uslovi koji vladaju nizvodno.

Supercritical flow/superkritiĉni tok

rotaciona brzina generatora takva da je frekvencija naizmjenične struje

potpuno ista kao i frekvencija sistema prilikom snabdijevanja.

Synchronous speed/sinhronizovana brzina

kanal ispusta iz turbine prije pridruţivanja glavnom riječnom kanalu.

Alternating current/naizmjeniĉna struja (AC):

električna struja koja periodično mijenja svoj polaritet za razliku od

istosmjerne struje. U Evropi je frekvencija standardnog ciklusa 50 Hz, u S. I

J. Americi 60 Hz.

Anadromous fish/anadromne ribe

riba (npr. Losos) koja pliva uzvodno uz rijeke iz mora u odreĎenim

periodima da bi se mrijestila.

Average Daily Flow/prosjeĉni dnevni tok

prosječna dnevna količina vode koja prolazi odreĎenu mjernu stanicu.

Handbook

143

Geotermalna energija

Kisele kiše zajednički naziv za sve padavine (kiša, snijeg, susnjeţica, grad, magla) koje sadrţe veće količine sumporne kiseline i/ili azotne kiseline ili im je pH vrijednost manja od 5.6. Normalna kiša ima pH vrijednost od 5,6 – 5,7. Akumulacija kiselina u jezerima i rijekama šteti ili ubija ţivotinjski i biljni svijet. Kisele kiše takoĎer razgraĎuju gradivni materijal i izvlače hranjive materije iz tla uzrokujući štete na usjevima. Elektrane na fosilna goriva su glavni izvori kiselih kiša.

Poljoprivreda uzgajanje biljaka, cvijeća, drveća, ţita i drugih usjeva. Plastenici se mogu zagrijavati vrelom vodom iz geotermalnih rezervoara. Na nekim mjestima cijevi sa vrelom vodom su ukopane u zemlju. Geotermalna toplota se takoĎer koristi i za sušenje usjeva.

Akvakultura uzgajanje ribe i drugih vodenih organizama u slatkoj ili morskoj vodi. Geotermalna voda se koristi za potpomaganje brţeg rasta ribe, školjki i aligatora. Kina prednjači u akvakulturi u odnosu na sve druge zemlje

Akvifer/izdan veliki propusni dijelovi podzemnih stijena iz kojih voda dolazi u izvore ili bunare. Iz akvifera se dobija 60 % pitke vode u Americi. Podzemni akviferi vrele vode i pare se nazivaju geotermalnim rezervoarima.

Balneologija korištenje vrele izvorske mineralne vode za terapije. Ovo je vjerovatno

najstarija upotreba prirodnih geotermalnih voda Taĉka kljuĉanja temperatura na kojoj jedna supstanca, kao što je voda, prelazi iz tečnog u

gasovito stanje (paru) pod normalnim atmosferskim pritiskom. Tačka ključanja u kojoj voda prelazi u paru je 212°F (100°C). Neke tečnosti ključaju na niţoj temperaturi od vode -- princip koji se koristi kod binarnih elektrana. Na tačku ključanja utiče i pritisak. Što je veći pritisak, to je viša tačka ključanja. Princip se primjenjuje kod geotermalnih elektrana kada supervrela (vrelija od ključale) geotermalna voda se uzima iz izvora. Vrela voda prelazi u paru kada se pritisak oslobaĎa dok dospijeva na površinu.

Kaldera geološki oblik koga stvara eksplozija vulkana ili vulkan kada se uruši sam u sebe, tako stvarajući veliki i poseban oblik vulkanskog kratera.

Ugljendioksid (CO2) gas koji nastaje sagorijevanjem fosilnih goriva i drugih supstanci. CO2 se prirodno nalazi u velikim

Hemijska energija količinama u rastopljenoj magmi, koja učestvuje u eksplozivnoj erupciji vulkana. Vidi efekat staklene bašte.

Sagorijevanje energija karakteristična za hemijske veze koje povezuju molekule. Primjeri su ugalj i nafta, koji imaju energijski potencijal koji se oslobaĎa nakon sagorijevanja.

Kondenzovati preći iz gasovitog stanja u kapljice tečnosti. Vodom hlaĎene geotermalne elektrane koriste rashladne tornjeve da bi rashladili korištenu paru i ponovo je kondenzovali u vodu za ubrizgavanje na ivici rezervoara. Kod binarnih elektrana prvo isparava organska tečnost (sa toplotom iz geoterlane vode) za pokretanje turbine, potom se hladi i kondenzuje u tečnost i tako kruţi u zatvorenom krugu.

Kondukcija prenos toplote kao rezultat direktnog kontakta molekula koji se brzo kreću kroz medijum ili iz jednog medijuma u drugi, bez pokretanja medijuma. Toplota iz geotermalne vode se, na primjer, moţe provoditi kroz metalne pločice ili cijevi kako bi zagrijala drugu vodu u sistemima daljinskog grijanja ili drugu organsku tečnost za korištenje u binarnoj elektrani.

Razmicanje kontinenata teorija da su se kontinenti razmakli kada se superkontinent, Pangaea, razdvojio. Vidi tektonske ploče.

Konvekcijske struje su manje ili više neprekidno dizanje struje toplog vlaţnog zraka kroz neporemećeni okolni zrak. Topli zrak ili fluid se širi i zato je manje gust od hladnijeg okolnog zraka, pa se diţe; kako se hladi, on se sabija, postaje gušći i pada na način da se kotrlja. Ovi pokreti se smatraju dijelom dinamičkih geoloških procesa koji izazivaju pokrete ploča zemljine kore. Vidi tektonske ploče

Handbook

144

Jezgro (vanjsko i spoljašnje):

jako vrelo središte Zemlje. Vanjsko jezgro su vjerovatno rastopljene stijene i nalazi se oko 3.200 milja (5.100) kilometara od površine zemlje; unutrašnje jezgro moţe biti čvrsto ţeljezo i nalazi se u samom središtu Zemlje – na udaljenosti od oko 4.000 milja (6.400 kilometara) od površine.

Kora čvrsti sloj koji obavija Zemlju, uglavnom se sastoji od stijena Ii moţe biti debljine od 3 - 35 milja (4,8 - 56 kilometara), obuhvata gornji dio litosfere (vidi ploče litosfere). Zemljina kora nas izoluje od vrele unutrašnjosti.

Obrada uzgoj i njega (biljaka ili usjeva). Isušiti osloboditi vlage radi čuvanja; npr. isušiti voće, povrće ili graĎu. Fabrika u

Nevadi, na primjer, koristi geotermalnu toplotu za isušivanje bijelog Iicrnog luka za restorane.

Gustina količina mase nečega u datoj zapremini. Dvije stvari mogu biti iste veličine, ali različitih gustina jer jedna stvar ima bolje “upakovanu” masu u prostoru iste veličine. Stvari su manje kada su hladnije, a veće kada su tople.

Direktna upotreba upotreba geotermalne vode i njene toplote za uzgoj ribe, isušivanje povrća, voća i hrane, zagrijavanje staklenika i gradskih zgrada ili obezbjeĎenje vrele vode za banje.

Zemljotres vibracija ili pokreti tla uzrokovani naglim pomijeranjima duţ pukotina u zemljinoj kori; većina zemljotresa nastaje na mjestima gdje se sastaju ivice tektonskih ploča.

Elektriĉna struja kontinuiran protok elektrona; često se koristi i izraz struja Elektriĉna energija energija električnih punjenja ili električnih struja. Elektron najmanji dio atoma (atomi su male čestice od kojih se substance sastoje).

Elektroni se mogu osloboditi od atoma za proizvodnju električne struje Energijski resurs izvor iskoristive energije koji se moţe crpiti kada je potreban. Energijski

resursi su obično klasifikovani kao obnovljivi ili neobnovljivi. Energetska efikasnost mjera količine energije koju svaka tehnologija moţe pretvoriti u koristan

rad; tehnologija sa većom energetskom efikasnošću zahtijeva manje energije da bi se izvršila ista količina rada.

Konverzija energije promjena jednog oblika energije u drugi. Jedan od mnogo primjera je konverzija toplotne energije u mehaničku, a potom mehaničke u električnu energiju, kao što je uraĎeno sa elektranama na paru

Energija mogućnost da se izvrši rad, kao što je pomijeranje stvari ili njihovo zagrijavanje. Energija ima više oblika, uklj. električnu, hemijsku, sunčevu, mehaničku i toplotnu

Agencija za zaštitu okoliša (EPA):

Centralna vladina agencija koja izraĎuje i primjenjuje standarde za kontrolu zagaĎenja; cilj joj je očuvanje okoliša.

Erupcija eksplozivno izbacivanje materijala kao što su rastopljene stijene ili gasovi

ili vrela voda (iz vulkana ili gejzira). Pukotina pukotina ili napuknuće zemljine kore duţ kojeg se dogaĎa pokret, što za

posljedicu često ima zemljotrese Fraktura pukotina na zemljinoj kori duţ kojeg nije bilo pokreta Fumarole mali otvori ili ventili na zemljinoj površini, nalaze se blizu vulkanskih

oblasti, iz kojih izbija para ili gasovi Generator mašina koja pretvara mehaničku energiju u električnu okretanjem

bakarnih ţica (konduktora) u magnetskom polju Geotermalna toplotna pumpa

sistem grijanja/hlaĎenja koji pokreće toplotu od i do zemlje, nasuprot stvaranju toplote korištenjem goriva kao izvora energije. Geotermalne toplotne pumpe koriste prednost skoro konstantne temperature samo nekoliko metara pod zemljom – obično toplije od zraka zimi i hladnije od zraka ljeti.

Geotermalni rezervoar velika zapremina podzemne vrele vode i pare u poroznim i napuklim

vrelim stijenama. Vrela voda u geotermalnim rezervoarima čini samo 2 do 5% zapremine stijena, ali ako je rezervoar dovoljno veliki i dovoljno vreo, on moţe biti snaţan izvor energije. Geotermalni rezervoari su ponekad

Handbook

145

prekriveni slojem nepropusnih stijena. Neki geotermalni rezervoari obično imaju površinske manifestacije kao što su vreli izvori ili fumarole, a neki ih nemaju.

Geotermalne pojave vidljivi dogaĎaj na površini čija pojava je rezultat zemljine unutrašnje

toplote; uključuje vulkane, gejzire, i vrele izvore.

Geotermalna elektrana pogon koji koristi geotermalnu paru ili toplotu za pokretanje generatora

turbine za proizvodnju električne energije. Tri različite vrste koriste različite raspone temperature geotermalnih resursa: suhozasičenu paru, kondenzat ili binarni ciklus

Geotermalni resurs prirodna toplota, vrela voda i para u Zemlji Gejzir voda koju zagrijava prirodna toplota unutar Zemlje. Geotermalna voda termalni izvor na zemljinoj površini koji izbacuje kipuću vodu ili paru kao

fontanu u zrak; neki gejziri "izbacuju" u redovnim intervalima, a neki neočekivano

Globalno zatopljavanje/efekat staklene bašte

zadrţavanje toplote u atmosferi. Sunčeva toplota prolazi kroz atmosferu do zemljine površine, ali oslobaĎajuća toplota se apsorbuje u vodenoj pari, ugljendioksidu i ozonu u atmosferi. Ovo je do neke mjere dobro jer odrţava planetu toplom za ţivot kakav mi poznajemo. MeĎutim, povećanje normalne količine ugljendioksida i drugih gasova moţe doprinijeti trendu zatopljavanja koje prouzrokuje čovjek, a koje moţe imati ozbiljne posljedice na globalnu klimu.

Banja/ljeĉilište objekat (često komercijalni) kojeg posjećuju gosti radi terapije i odmora; mnogi su koncentrisani oko vrelih mineralnih izvora il koriste vrelu vodu iz geotermalnih izvora.

Izmjenjivaĉ toplote ureĎaj u kojem se toplota prebacuje kondukcijom kroz metalnu barijeru iz toplije tečnosti ili gasa da bi se zagrijala hladnija tečnost ili gas na drugoj strani metalne barijere. Vrste izmjenjivača toplote su "cjevasti," i "pločasti".

Prenos toplote prenos toplote. Postoje tri oblika prenosa toplote: kondukcija, konvekcija, i "radijacija

Vruća taĉka oblasti vulkanske aktivnosti koje se nalaze u sredini litosferskih ploča, nastale nadolaţenjem koncentrisane toplote u omotaču. Vruće tačke su statične dok se ploče kreću oko njih, napuštajući lanac neaktivnih vulkana dok se ploče kreću od vrućih tačaka; na primjer, Havajska ostrva i Nacionalni park Yellowstone

Vreli izvori prirodni izvor koji izbacuje vodu koja je toplija od tjelesne temperature pa se čini kao vrela; moţe se sakupljati u bazenima ili ispuštati u rijeke ili jezera. Geotermalni fenomen.

Hidrotermalni hidro znači voda i termalni znači toplota. Bukvalno, hidrotermalni znači

topla voda. Rezervoari pare i vrele vode su hidrotermalni rezervoari. Resursi toplih suhih stijena i magme se ne smatraju hidrotermalnim resursima.

Nepropusan onemogućuje lak prolazak tečnosti – neke vrste stijena i gline su nepropusne

Povratni izvor izvor kroz koji se geotermalna voda vraća u podzemni rezervoar nakon korištenja. Geotermalni ulazni i povratni izvori su napravljeni od cijevi koje su postavljene jedna u drugoj i zacementirane u zemlji i jedna u drugoj. Time se sprječava da površinski akviferi pitke vode doĎu u kontakt sa dubljim geotermalnim vodama.

Lava rastopljena magma koja je izašla na zemljinu površinu

Handbook

146

Magma vrela, gusta, rastopljena (tečna) stijena ispod zemljine površine; uglavnom nastaje u omotaču

Omotaĉ polu-rastopljena unutrašnjost Zemlje koja leţi izmeĎu jezgra i kore i čini skoro 80% ukupne zapremine Zemlje; prostire se u dubinu od oko 1800 milja (2.900 kilometara) od površine.

Mehaniĉka energija energija koju objekat posjeduje zbog svog kretanja ili pozicije i sila koje

na njega utiču.

Megawatt (MW): jedinica za snagu, jednak hiljadu kilowatta (kW) ili milionu watta (W). Watt

je jedinica za snagu (energija/vrijeme), brzina kojom se energija koristi ili pretvara u električnu struju

Mineralizovan koji sadrţi minerale; na primjer, mineralizovana geotermalna voda sadrţi rastvorene minerale iz unutrašnjosti Zemlje.

Molekuli mali djelići od kojih su sastavljeni svi materijali. Blatnjava jama termalna površinska pojava na mjestima gdje nema dovoljno vode da

nastane gejzir ili izvor tople vode iako se pod površinom nalazi nešto vrele vode. Isparenja gasa i pare stvaraju mjehuriće kroz blato koje se stvara interakcijom gasa sa stijenama.

Prirodni gas mješavina gasa (uglavnom metana) koja je zadrţana pod zemljom na

više mjesta blizu površine Zemlje; fosilno gorivo.

Oksidi azota (Nox) nastaju sagorijevanjem; pojavljuju se u vidu ţućkastosmeĎih oblačića;

mogu iritirati pluća, prouzrokovati plućne bolesti, dovesti do stvaranja ozona (koji šteti donjoj atmosferi, ali je neophodan kao zaštita od UV zračenja u gornjoj atmosferi).

Neobnovljivi resurs resursi koji se ne mogu zamijeniti ili prirodno obnoviti tokom vremenskog

perioda u kojem je koristan; tu spadaju fosilna goriva, uran i drugi minerali

Pangaea ogromni superkontinent za kojeg naučnici smatraju da je postojao prije 250 miliona godina. Moguće je da su svi kontinenti jednom bili ova ogromna zemljana masa

Ĉestice prašina, čaĎ, dim i druge lebdeće materije; mogu izazvati respiratorne smetnje. Čestice veličine manje od 10 mikrona (pm10) su osobito štetne po zdravlje.

Pasterizovati na visokim temperaturama uništiti bakterije koje izazivaju bolesti.

Propusan koji omogućava prolazak vode ili drugih tečnosti; na primjer, stijena sa

malim propustima izmeĎu otvora, napuknute stijene i šljunak su propusni Tektonske ploĉe studija kretanja velikih ploča zemljine kore (litosferske ploče) Zemljine

unutrašnjosti. Zemljina unutrašnjost je podijeljena na nekoliko dijelova (12 velikih i nekoliko manjih). Ove ploče se kreću jedna prema drugoj i jedna od druge otprilike brzinom kojom rastu naši nokti na nogama. Process koji kreira dinamični pokret ploča obuhvata konvekciju magme u omotaču i lotosferi. Teorija tektonskih ploča objašnjava razdvajanje kontinenata, širenje mora, vulkanske erupcije i druge geotermalne pojave, zemljotrese, stvaranje planina i raspored nekih biljnih i ţivotinjskih vrsta

Handbook

147

Porozan pun malih otvora (pora); moţe primiti (usisati) vodu, zrak i druge materijale

Elektrana centralna stanica gdje se proizvodi električna energija uz pomoć turbina i generatora

Pritisak sila koja se oslobaĎa na odreĎenom mjestu. Naša atmosfera oslobaĎa pritisak na površini zemlje, a slojevi stijena oslobaĎaju pritisak na one koje se nalaze ispod njih

Obnovljivi resurs resurs koji se moţe kontinuirano koristiti, a da se ne potroĎi (jer se regeneriše u dovoljnim količinama u vremenskom periodu). Na primjer, voda (male hidroelektrane) i energija vjetra, solarna energija, i geotermalna energija.

Zona pukotine duge uske pukotine u kori duţ okeana ili na zemlji iz kojih ističe lava;

često se povezuju sa središtima koja se šire iz kojih se razilaze tektonske ploče, kao npr. Srednjeatlantski greben.

Vatreni pojas pojas intenzivnih vulkanskih, geotermalnih i trusnih aktivnosti duţ cijelog

Pacifika uzrokovanih tektonskim aktivnostima. Para gasovito stanje vode koje nastaje kada voda ključa. Para se sastoji od

malih zagrijanih vodenih čestica (molekula) koji poskakuju i sudaraju se velikom brzinom

Oksidi sumpora (Sox) oštri, bezbojni gasovi (uklj. sumpor dioksid (SO2); koji uglavnom nastaju sagorijevanjem fosilnih goriva; mogu oštetiti respiratorni trakt, kao i biljke i drveće.

Odrţiv izvori materijala ili energije koji, ako se njima briţno upravlja, mogu

neograničeno zadovoljavati potrebe zajednice ili društva, bez lišavanja budućih generacija njihovih potreba

Terapeutski liječenje bolesti ili poremećaja; što ima dobar učinak na zdravlje. (Geotermalni) izvori vrele vode se često smatraju terapeutskim.

Dalekovodi ţice koje prenose električnu energiju na velikim udaljenostima Turbina mašina sa lopaticama koje se rotiraju jakim pokretima tečnosti ili gasa,

kao što je zrak, para ili voda ili kombinacija navedenog

Ispariti preći u gasovito stanje, a prethodno je bilo tečno ili čvrsto stanje; termin

se najčešće koristi za vodu (koja postaje para) Vulkan otvor na Zemljinoj kori iz kojeg izlazi lava, para, i/ili pepeo u erupciji (ili

ističe), redovno ili u intervalima Voltaţa/napon mjera napetosti električnog polja Faze vode promjena vode iz jednog u drugo stanje. Promjena iz leda u tečnost je

otapanje; obrnuti process je smrzavanje. Promjena iz tečnog u gasovito stanje je isparavanje, a proizvod je vodena para; promjena iz vodene pare u tečnost se naziva kondenzacija

Handbook

148

obnovljivi izvori energije

Documents

fakultetu

udaljenost

sa georeferentnim

digitalni

digitalni

iz tog razloga

mjerenje pomou

profili brzine