STROJARSKA TEHNIKA KOLA FAUSTA VRANIA Zagreb, Avenija Marina Dria 14

Antonio Salopek

ZAVRNI RAD

U Zagrebu,

2012.

STROJARSKA TEHNIKA KOLA FAUSTA VRANIA Zagreb, Avenija Marina Dria 14

ZADATAK ZA ZAVRNI RAD

Pristupnik:

_

Naziv zadatka:

_

_

Mentor :

_

Zavrni rad pristupnik e realizirati od

2011

do

3. lipnja 2012. godine.

...................................................................................................................................................... Miljenje mentora:

Ocjena: Potpis:

_

_

.......................................................................................................................................................

U Zagrebu,

2012.

Ravnatelj: __________________ Boo ui, prof. M.P.

STROJARSKA TEHNIKA KOLA FAUSTA VRANIA Zagreb, Avenija Marina Dria 14

Pristupnik:

_

Naziv zadatka:

_

_

ZADATAK:

_

Zadatak uruen pristupniku

2011 godine.

Rok predaje zadatka:

3. Lipnja 2012. godine

U Zagrebu,

2012.

Mentor:

OBNOVLJIVI IZVORI ENERGIJESadraj:1.UVOD

2.TEHNOLOGIJA OBNOVLJIVIH IZVORA ENERGIJE2.1. Energija valova 2.2. Energija sunca 2.3. Energija vjetra 2.4. Energija vode 2.5. Energija plime i oseke 2.6. Biomasa 2.7. Geotermalna energija

3. ZAKLJUAK 4. POPIS LITERATURE 5. POPIS PRILOGA

1. UVOD

Obnovljivi izvori energije su izvori energije koji se dobivaju iz prirode te se mogu obnavljati; danas se sve vie koriste zbog svoje nekodljivosti prema okoliu. Najee se koriste energije vjetra, sunca i vode. Nakon stoljea koritenja energije fosilnih goriva, danas se globalna slika mijenja, a obnovljivi se izvori sve vie smatraju jednim od kljunih imbenika budueg razvoja Zemlje. Glavni izvor energije jo uvijek su fosilna goriva koja daju 85-90% energije. Nafta je najznaajnija s 35%, a ugljen i prirodni plin su podjednako zastupljeni. Gotovo 8% energije dobiva se iz nuklearnih elektrana, a tek 3.3% energije dolazi od obnovljivih izvora. Budui da emo u budunosti morati podmiriti sve svoje energetske potrebe iz obnovljivih izvora energije, moramo izmisliti neki nain kako pretvoriti obnovljive resurse u korisnu energiju i time osigurati daljnji napredak ovjeanstva.

CILJ

ISTRAIVANJA

S obzirom da se iz obnovljivih izvora energije danas dobiva tek neto vie od 3% ukupno potrebne energije, taj nas je podatak potaknuo na izradu ovog projekta. Cilj projekta je prikupiti podatke o svim vrstama obnovljivih izvora energije, objasniti nain njihovog koritenja u svijetu i u Hrvatskoj te ukazati na njihove pozitivne i negativne strane. Zanimljivo e biti istraiti u kojem smjeru se okree hrvatsko gospodarstvo; nekim novim izvorima energije ili ostaje vjerno starim, fosilnim gorivima. Takoer, jedan od ciljeva je ispitati informiranost stanovnitva o dotinoj temi. OSNOVNE ZNAAJKE OBNOVLJIVIH IZVORA ENERGIJE

Iako se obnovljivi izvori energije troe oni se ne iscrpljuju ve se obnavljaju u odreenom ritmu. Razvoj obnovljivih izvora energije (osobito od vjetra, vode, sunca i biomase) vaan je zbog nekoliko razloga:

obnovljivi izvori energije imaju vrlo vanu ulogu u smanjenju emisije ugljinog dioksida (CO2) u atmosferu, poveanje energetskih udjela obnovljivih izvora sirovina energije i poveava energetsku odrivost elektrine sustava, energije, pomae poboljanju sigurnosti dostave energije na nain da smanjuje ovisnost o uvozu udio obnovljivih izvora energije u budunosti treba znatno poveati jer neobnovljivih izvora energije ima sve manje, a i njihov tetni utjecaj sve je izraeniji u zadnjih nekoliko desetljea.

Oekuje se da e obnovljivi izvori energije postati ekonomski konkurentni konvencionalnim izvorima energije u srednjem do dugom razdoblju.

2.TEHNOLOGIJA OBNOVLJIVIH IZVORA ENERGIJE2.1. Energija valova Zbog djelovanja vjetra na povrinu vode u nekim zonama oceana stvaraju se veliki morski valovi. Valovi se razlikuju po visini, duini i brzini o emu ovisi i njihova energija. Svaki val nosi potencijalnu energiju uzrokovanu deformacijom povrine i kinetiku energiju koja nastaje zbog gibanja vode. Energija vala naglo pada s dubinom vala, pa na dubini od 50 m iznosi samo 2% od energije neposredno ispod povrine.

Energija valova obnovljiv je izvor, koji varira u vremenu (npr. vei valovi javljaju se u zimskim mjesecima). Jednostavniji oblik iskoritavanja energije valova bio bi neposredno uz obalu zbog lakeg tj. jeftinijeg dovoenja energije potroaima. Meutim, energija valova na puini znatno je vea, ali je i njezino iskoritavanje puno skuplje. U Velikoj Britaniji i Japanu ve se due vrijeme istrauju mogunosti iskoritavanja ovog oblika energije. Danas su u osnovi poznata tri oblika iskoritavanja energije valova; preko plutaa, pominog klipa i lopatica. Nijedan od navedenih naina ne moe ekonomski konkurirati klasinim izvorima energije (Udovii, 1999.). Na Slici 1. vidi se princip pretvorbe energije valova u elektrinu energiju. Slika pokazuje kako se energija valova prvo pretvara u strujanje zraka, a taj vjetar pokree turbinu. Amplituda valova mora biti velika da bi pretvorba bila uinkovita.

Slika 1. Princip pretvorbe energije valova u elektrinu energiju 2.2. Energija Sunca Sunce je nama najblia zvijezda te, neposredno ili posredno, izvor gotovo sve raspoloive energije na Zemlji. Suneva energija potjee od nuklearnih reakcija u njegovom sreditu, gdje temperatura dosee 15 milijuna C. Radi se o fuziji, kod koje spajanjem vodikovih atoma nastaje helij, uz oslobaanje velike koliine energije. Svake sekunde na ovaj nain u helij prelazi oko 600 milijuna tona vodika, pri emu se masa od nekih 4 milijuna tona vodika pretvori u energiju. Ova se energija u vidu svjetlosti i topline iri u svemir pa tako jedan njezin mali dio dolazi i do Zemlje. Nuklearna fuzija odvija se na Suncu ve oko 5 milijardi godina, kolika je njegova procijenjena starost, a prema raspoloivim zalihama vodika moe se izraunati da e se nastaviti jo otprilike 5 milijardi godina. Iako je suneva energija uzronik veine izvora energije, u ovom poglavlju koncentrirat u se na direktno iskoritavanje suneve energije. Pod optimalnim uvjetima, na povrini Zemlje moe se dobiti 1 kW/m2, a stvarna vrijednost ovisi o lokaciji, godinjem dobu, dobu dana, vremenskim uvjetima itd. U Hrvatskoj je prosjena vrijednost dnevne insolacije na horizontalnu plohu 3-4,5 kWh/m2. Na karti koja prikazuje insolacijski nivo vidi se da Europa nije na vrlo pogodnom podruju za eksploataciju, ali unato tome u Europi je direktno iskoritavanje suneve energije u velikom porastu. Veinom je to rezultat politike pojedinih drava koje subvencioniraju instaliranje elemenata za pretvorbu suneve energije u iskoristivi oblik energije. Osnovni problemi su iskoritavanja su mala gustoa energetskog toka, velike oscilacije intenziteta zraenja i veliki investicijski trokovi. Osnovni principi direktnog iskoritavanja energije Sunca su:

solarni kolektori - pripremanje vrue vode i zagrijavanje prostorija fotonaponske elije - direktna pretvorba suneve energije u elektrinu energiju fokusiranje suneve energije - upotreba u velikim energetskim postrojenjima

Slika 2. Povrina Sunca

2.3. Energija vjetraEnergija vjetra, pretvaramo je u korisni oblik energije, elektrinu energiju, pomou vjetroelektrana. U klasinim vjetrenjaama energiju vjetra pretvaramo u mehaniku te je kao takvu direktno koristimo za mljevenje itarica ili pumpanje vode. Krajem 2007. instalirana snaga vjetroelektrana u svijetu bila je 94.1 GW. Trenutno vjetroelektrane pokrivaju tek 1% svjetskih potreba za elektrinom energijom, dok u Danskoj ta brojka iznosi 19%, panjolskoj i Portugalu 9%, Njemakoj i Irskoj 6% (podaci za 2007.). Elektrinom energijom iz vjetra vjetroelektrane snabdijevaju elektro energetsku mreu kao to i pojedinani vjetroagregati napajaju izolirana mjesta. Vjetar je bogat, obnovljiv, lako dostupan i ist izvor energije. Nedostatak vjetra rijetko uzrokuje nesavladive probleme kada u malom udjelu sudjeluje u opskrbi elektrinom energijom, ali pri veem oslanjanju na vjetar dovodi do veih gubitaka.

Slika 3. Vjetropark

2.4. Energija vode

Energija vode (hidroenergija) je najznaajniji obnovljivi izvor energije, a ujedno i jedini koji je ekonomski konkurentan fosilnim gorivima i nuklearnoj energiji. U posljednjih 30-ak godina proizvodnja energije u hidroelektranama je utrostruena, ali je time udio hidroenergije povean za samo 50% (sa 2.2% na 3.3%). U nuklearnim elektranama u istom je razdoblju proizvodnja poveana gotovo sto puta, a udio 80 puta. Tako je zbog toga jer koritenje hidroenergije ima svoja ogranienja. Ne moe se koristiti posvuda jer podrazumijeva obilje brzo tekue vode, a poeljno je i da je ima dovoljno cijele godine, jer se elektrina struja ne moe jeftino uskladititi. Da bi se ponitio utjecaj oscilacija vodostaja grade se brane i akumulacijska jezera. To znatno die cijenu cijele elektrane, a i die se razina podzemnih voda u okolici akumulacije. Razina podzemnih voda ima dosta utjecaja na biljni i ivotinjski svijet, pa prema tome hidroenergija nije sasvim bezopasna za okoli. Veliki problem kod akumuliranja vode je i zatita od potresa, a u zadnje vrijeme i zatita od teroristikog ina (za vrijeme Domovinskog rata Srbi su pokuali sruiti branu Perukog jezera). Procjenjuje se da je iskoriteno oko 25 % svjetskog hidroenergetskog potencijala. Veina neiskoritenog potencijala nalazi se u nerazvijenim zemljama, to je povoljno jer se u njima oekuje znatan porast potronje energije. Najvei projekti, planirani ili zapoeti, odnose se na Kinu, Indiju, Maleziju, Vijetnam, Brazil, Peru... Rastua potreba za energijom pri tome esto pretee nad brigom o utjecajima na okoli, a dimenzije nekih zahvata nameu dojam da je njihovo izvoenje ne samo stvar energije nego i prestia. U strukturi elektroenergetskog sustava Hrvatske, vie od polovice izvora ine hidroelektrane. Zbog toga Hrvatska spada meu vodee zemlje u proizvodnji energije iz obnovljivih izvora. Razvoj energetskog koritenja vodnih snaga u Hrvatskoj zapoinje jo 1895. godine s prvom

hidroelektranom izgraenom na Skradinskom buku na rijeci Krki - dananjom HE Jaruga. Godine 1904. izgraena je nova HE Jaruga instalirane snage 5,4 MW. Potom slijede HE Miljacka izgraena 1906. godine (Manojlovac) na rijeci Krki, HE Ozalj (1908. godine) na rijeci Kupi, HE Kraljevac (1912. godine) na rijeci Cetini itd. Prve hidroelektrane koje su poveale snagu elektroenergetskog sustava, izgraene iza Drugog svjetskog rata, bile su HE Vinodol, HE Zavrelje kod Dubrovnika i HE Ozalj 2. Danas je u pogonu 21 hidroelektrana u Hrvatskoj. Postoje dvije vrste: akumulacijske (ima i reverzibilnih) i protone. Sve hidroelektrane HEP-a dobile su Zeleni certifikat za proizvodnju elektrine energije iz obnovljivih izvora. Temeljno obiljeje hidroelektrana hrvatskog elektroenergetskog sustava je dugogodinji rad i starost postrojenja. Primjerice, najmlae hidroelektrane HE Dubrava i HE ale putene su u rad 1989. godine. Stoga je potrebna njihova revitalizacija, koja se provodi sukladno financijskim mogunostima Hrvatske elektroprivrede.

Slika 4. Regenerativna cirkulacija energije vode

2.5. Energija plime i oseke Plima i oseka nastaju kao posljedica gravitacijskih sila Sunca i Mjeseca. Za sad jo nema veih komercijalnih dosega na eksploataciji te energije, ali potencijal nije mali. Ta se energija moe dobivati

na mjestima gdje su morske mijene izrazito naglaene (plimna amplituda vea od 10 metara). Princip je jednostavan i vrlo je slian principu hidroelektrane. Na ulazu u neki zaljev postavi se brana i kad se razina vode podigne, proputa se preko turbine u zaljev. Kad se zaljev napuni brana se zatvara i eka se da razina vode padne. Tad se voda po istom principu proputa van iz zaljeva. U jednostavnijem sluaju voda se proputa kroz turbine samo u jednom smjeru i u tom sluaju turbine su jednostavnije (jednosmjerne, a ne dvosmjerne). Glavni problemi kod takvog iskoritavanja energije plime i oseke su: periodinost izvora (treba ekati da se razina vode dovoljno digne odnosno padne) mali broj mjesta pogodnih za iskoritavanje takvog oblika energije. Najpoznatija elektrana koja koristi energiju plime i oseke nalazi se na uu rijeke Rance u Francuskoj. Izgraena je 60-tih godina i jo uvijek radi. Rusija posjeduje malu elektranu kod Murmanska, Kanada u zaljevu Fundy (najvia plimna amplituda; preko 20m) dok ih Kina ima nekoliko. Niti jedna od navedenih zemalja nije ostvarila znaajniji napredak u iskoritavanju energije ovog tipa. Hrvatska ne koristi ovaj oblik energije jer su plimne amplitude u Jadranskom moru vrlo male (od 25 cm do 80 cm).

Slika 5. Elektrana na rijeci Rance, Francuska

2.6. BiomasaBiomasa je obnovljiv izvor energije, a ine ju brojni proizvodi biljnog i ivotinjskog svijeta. Moe se izravno pretvarati u energiju izgaranjem, te tako proizvesti vodena para za grijanje u industriji i kuanstvima, ili dobivati elektrina energija u malim termoelektranama. Biomasa funkcionira vrlo jednostavno. umski otpad, granje drvea i drugi otpaci sakupljaju se zajedno u velike kamione. Kamioni prevoze otpad iz tvornica i farmi do elektrane na biomasu. Tu se biomasa ubacuje u velike lijevke i zatim u pe gdje biomasa izgara. Toplinom koja se oslobaa zagrijava se voda u kotlu, koja se

pretvara u vodenu paru. Energija pohranjena u pari koristi se za okretanje rotora turbine i generatora, odnosno pretvara se u elektrinu energiju. Biomasa se takoer moe dobiti s odlagalita otpada. Kada se otpad razgrauje oslobaa se plin metan. U odlagalite se postave cijevi te se metan moe sakupljati. Zatim se plin spaljuje u termoelektrani kako bi se proizvela elektrina energija. Ova se vrsta biomase naziva deponijski plin. Slina stvar moe se napraviti u stajama. Na mjestima gdje se uzgaja mnogo ivotinja proizvodi se gnojivo. Kad se gnojivo razgrauje ono takoer isputa plin metan slino kao i otpad. Taj se plin moe spaljivati na samoj farmi te tako proizvoditi energiju potrebnu za rad farme. Uporaba biomase ne doprinosi globalnom zatopljenju. Biljke rabe i pohranjuju ugljini dioksid tijekom svog rasta. On se ispusti u atmosferu kada se biljke spale. Druge biljke koje rastu iskoritavaju taj otputeni ugljini dioksid u svom rastu. Dakle, uporabom biomase, zatvara se krug ouvanja ugljinog dioksida. Ugljini dioksid je plin koji, kad ga ima previe, moe doprinijeti "uinku staklenika" i globalnom zatopljenju. Stoga je uporaba biomase u energetici prihvatljiva za okoli jer se biomasa smanjuje, reciklira i ponovno upotrebljava. Biomasa je i obnovljivi izvor energije jer biljke koje stvaraju biomasu mogu rasti uvijek iznova. Danas se jo uvijek otkrivaju novi naini uporabe biomase. Jedan je nain proizvodnja etanola, tekueg alkoholnog goriva. Etanol se moe koristiti u specijalnim vrstama automobila koji rabe alkohol umjesto benzina i dizela. Alkohol se moe i kombinirati s benzinima. To takoer smanjuje ovisnost o nafti - neobnovljivom izvoru energije. (www.mojaenergija.hr) Glavna prednost biomase u odnosu na fosilna goriva je manja emisija tetnih plinova i otpadnih voda. Dodatne su prednosti zbrinjavanje i iskoritavanje otpada i ostataka iz poljoprivrede, umarstva i drvne industrije, smanjenje uvoza energenta, ulaganje u poljoprivredu i nerazvijena podruja i poveanje sigurnosti opskrbe energijom. Predvia se da e do sredine stoljea u svijetu udjel biomase u potronji energije iznositi izmeu 30% i 40%. vedska je npr. 1998. g. dobivala iz koritenja biomase 18% energije, a Finska 10%. Prema dokumentima EU predvia se da e proizvodnja energije iz biomase u odnosu na ostale obnovljive izvore energije 2010 g. iznositi 73%.

Slika 6. Sakupljena trava - potencijalna bioenergija

2.7. Geotermalna energija

Geotermalna energija postoji otkad je stvorena Zemlja. Nastaje polaganim prirodnim raspadanjem radioaktivnih elemenata koji se nalaze u zemljinoj unutranjosti. Duboko ispod povrine voda ponekad dospije do vrue stijene i pretvori se u kipuu vodu ili paru. Kipua voda moe dosegnuti temperaturu od preko 150 stupnjeva Celzijusa, a da se ne pretvori u paru jer je pod visokim tlakom. Kad ta vrua voda dospije do povrine kroz pukotinu u zemljinoj kori, zovemo je vrui izvor. Ako izlazi pod tlakom, u obliku eksplozije, zove se gejzir. Vrui izvori se irom svijeta koriste kao toplice, u zdravstvene i rekreacijske svrhe. Vruom vodom iz dubine Zemlje mogu se grijati staklenici i zgrade. Na Islandu, koji je poznat po gejzirima i aktivnim vulkanima, mnoge zgrade i bazeni griju se geotermalnom vruom vodom . Vrua voda i para iz dubine Zemlje mogu se rabiti za proizvodnju elektrine energije. Bue se rupe u zemlji i cijevi sputaju u vruu vodu. Vrua voda ili para (pod niim tlakom vrua voda pretvara se u paru) uspinje se tim cijevima na povrinu. Geotermalna elektrana je kao svaka druga elektrana, osim to se para ne proizvodi izgaranjem goriva ve se crpi iz zemlje. Daljnji je postupak s parom isti kao kod konvencionalne elektrane: para se dovodi do turbine koja pokree rotor elektrinog generatora. Nakon turbine para odlazi u kondenzator, kondenzira se, da bi se tako dobivena voda vratila natrag u geotermalni izvor.

Slika 7. Koritenje geotermalne energije Ovaj izvor energije ima brojne prednosti. On je jeftin, stabilan i trajan. Budui da nema dodatnih potreba za gorivom nema niti tetnih emisija, osim vodene pare. Glavni je nedostatak u malom broju lokacija gdje se vrua voda u podzemlju nalazi blizu povrine. To su tzv. geotermalne zone. One se veu za vulkanske zone na Zemlji tj. u pravilu za granice litosfernih ploa. Nedostatak je i to to su te zone ujedno i glavne potresne zone to onda poskupljuje izgradnju takovih elektrana. Budui da su te zone uglavnom i slabo naseljene, problem je i prijenos energije do potroaa a ponekad su to i

zatiena podruja npr. Yellowstone pa gradnja elektrana nije dozvoljena. Glavni proizvoai geotremalne enrgije su SAD, Filipini, Meksiko i Japan.

3. ZAKLJUAKOvim projektom dali smo saeti presjek kroz nain na koji se obnovljivi izvori energije iskoritavaju i pretvaraju u korisne oblike energije (mehaniku, toplinsku, kemijsku, elektrinu). Uoili smo kako su stalna istraivanja i razvoj tehnologija obnovljive izvore uinili danas mnogo pristupanijima nego prije 25 godina. Trokovi elektrine energije dobivene iz obnovljivih izvora, u stalnom su padu. Ali postoje i prepreke razvoju obnovljivih izvora energije. Na primjer, solarna toplinska energija, na principu kolektora, zauzima velike povrine zemljita. To utjee na prirodna stanita biljka i ivotinja koje tamo ive. Na okoli takoer utjeu zgrade, ceste, dalekovodi i transformatori koji se trebaju izgraditi. Tekuina koja se najee koristi kod proizvodnje elektrine energije iz solarnih sustava vrlo je toksina i moe doi do izlijevanja. Proizvodnja ove opreme takoer utjee na okoli. Dakle, iako obnovljivi izvori energije ne isputaju tetne plinove u zrak niti koriste dragocjeno fosilno gorivo, oni ipak imaju odreeni utjecaj na okoli. Razvoj energije iz vjetra takoer nailazi na prepreke, prvenstveno zbog koritenja zemljita. Prosjena vjetroelektrana zauzima 7 ha zemlje za proizvodnju jednog megawata elektrine energije to je dovoljno za opskrbu 750 do 1000 kuanstava. Ipak farme i panjaci mogu koristiti isto zemljite ispod vjetroturbina. Neki smatraju da vjetroelektrane nagruju prirodni vidik .O tome bi se dalo raspravljati, jer primjerice, stanovnici Paga su izrazito ponosni na svoj vjetropark. Smatraju ga novim elementom u turistikoj ponudi svog otoka. Usmrenja ptica zbog sudara s vjetroturbinama, emisija buke i druga pitanja predmet su daljnjih istraivanja. Proizvodnja geotermalne energije iz Zemljine unutranjosti je uglavnom prostorno ograniena. To znai da se postrojenja moraju izgraditi na mjestima bogatima geotermalnom energijom. Para koja izlazi iz zemlje ponekad moe biti jako agresivna i izazvati koroziju i puknue cjevovoda. Elektrana na geotermiku energiju ponekad kota neto vie od elektrane na plin jer se u trokove moraju ukljuiti i trokovi buenja. Kod hidroelektrana postoji zabrinutost glede utjecaja brana na okoli. Ljudi se raseljavaju, a najbolje poljoprivredne povrine i ume se poplavljuju. Nizvodno od brane mijenjaju se kemijske, fizike i bioloke karakteristike rijeke i porjeja.

4. POPIS LITERATURE

5. POPIS PRILOGA