Analiza varijabilnosti proizvodnje električne energije iz ... · 1 sveuČiliŠte u zagrebu fakultet elektrotehnike i raČunarstva . zavrŠni rad br. 449 . analiza varijabilnosti

1

SVEUČILIŠTE U ZAGREBU

FAKULTET ELEKTROTEHNIKE I RAČUNARSTVA

ZAVRŠNI RAD br. 449

ANALIZA VARIJABILNOSTI PROIZVODNJE ELEKTRIČNE ENERGIJE IZ ENERGIJE

VJETRA

Luka Romac

Zagreb, siječanj 2008.

2

Luka Romac

0036422223

3

Sadržaj

1. Uvod .............................................................................................. 8

2. Računalni program HOMER ......................................................... 12

2.1. Simulacija ........................................................................ 14

2.2. Optimizacija ..................................................................... 15

2.3. Analiza osjetljivosti ......................................................... 17

3. Karakteristike odabranih vjetroagragata ....................................... 17

3.1. Air-X ................................................................................ 17

3.2. BWC XL.1 ....................................................................... 20

4. Karakteristike odabranih pretvarača ............................................. 22

4.1. AJ 600-24 ........................................................................ 22

4.2. PureSine 2 1000-224 ...................................................... 23

5. Izvori podataka ............................................................................. 24

5.1. NASA – Surface meterology and solar energy database

................................................................................................. 24

5.2. DHMZ – Džavni Hidrometerološki Zavod ........................ 28

6. Projektni zadatak .......................................................................... 31

6.1. Zadatak ........................................................................... 31

6.2. Definiranje parametara vjetroagregata i mreže u HOMER-u

................................................................................................. 32

6.2.1.1. Definiranje parametara mreže ................................ 33

4

6.2.1.2. Definiranje parametara vjetroagregata ................... 37

6.2.1.3. Definiranje parametara pretvarača ......................... 38

6.2.1.4. Definiranje troškova projekta .................................. 40

6.2.1.5. Definiranje podataka o brzini vjetra ........................ 41

7. Mali Lošinj ..................................................................................... 42

7.1. Ulazni podaci za grad Mali Lošinj .................................... 42

7.2. Air-X, Mali Lošinj ............................................................. 44

7.3. BWC XL.1, Mali lošinj ...................................................... 46

7.4. Usporedba podataka za grad Mali Lošinj ........................ 48

7.4.1.1. Usporedba ulaznih podataka za grad Mali lošinj

..................................................................................... 48

7.4.1.2. Air-X, Mali Lošinj .................................................... 51

7.4.1.3. BWC XL.1, Mali Lošinj ........................................... 54

7.4.1.4. Ekonomska usporedba vjetra na 10m visine (Mali

Lošinj) .......................................................................... 57

8. Hvar .............................................................................................. 59

8.1. Ulazni podaci za grad Hvar ............................................. 59

8.2. Air-X, Hvar ....................................................................... 60

8.3. BWC XL.1, Hvar .............................................................. 62

8.4. Usporedba podataka za grad Hvar ................................. 64

5

8.4.1.1. Usporedba ulaznih podataka za grad Hvar ............ 64

8.4.1.2. Air-X, Hvar .............................................................. 66

8.4.1.3. BWC XL.1, Hvar ..................................................... 69

8.4.1.4. Ekonomska usporedba vjetra na 10m visine (Hvar)

..................................................................................... 72

9. Dubrovnik ...................................................................................... 73

9.1. Ulazni podaci za grad Dubrovnik .................................... 73

9.2. Air-X, Dubrovnik .............................................................. 75

9.3. BWC XL.1, Dubrovnik ..................................................... 77

9.4. Usporedba podataka za grad Dubrovnik ......................... 79

9.4.1.1. Usporedba ulaznih podataka za grad Dubrovnik

..................................................................................... 79

9.4.1.2. Air-X, Dubrovnik .................................................... 81

9.4.1.3. BWC XL.1, Dubrovnik ............................................ 84

9.4.1.4. Ekonomska usporedba vjetra na 10m visine

(Dubrovnik) .................................................................. 87

10. Zaključak .................................................................................. 88

11. Sažetak .................................................................................... 90

12. Literatura .................................................................................. 91

6

Popis tablica

Tablica 1 - Tarifni modeli za kupce na niskom naponu ........................................ 34

Tablica 2 - Visine tarifnih stavki ............................................................................ 34

Tablica 3 - Investicijski troškovi vjetroagregata ................................................... 37

Tablica 4 - Toškovi investicije, rada i održavanja pretvarača ............................. 39

Tablica 5 - Ulazni podaci (DHMZ, Mali Lošinj) .................................................... 42

Tablica 6 - Ulazni podaci (NASA, Mali Lošinj) .................................................... 43

Tablica 7 - Usporedba rezultata (Mali Lošinj) ..................................................... 48

Tablica 8 - Usporedba proizvodnje električne energije (Mali Lošinj) .................. 51

Tablica 9 - Uporedba proizvodnje električne energije (Mali Lošinj) .................... 54

Tablica 10 - Ekonomska analiza isplativosti postavljanja vjetroagregata u

Malom Lošinju (izvor podataka DHMZ) ................................................................ 57


Malom Lošinju (izvor podataka NASA) ................................................................ 58

Tablica 12 - Ulazni podaci (DHMZ, Hvar) .......................................................... 59

Tablica 13 - Ulazni podaci (NASA, Hvar) ............................................................. 59

Tablica 14 - Usporedba rezultata (Hvar) ............................................................ 64

Tablica 15 - Usporedba proizvodnje električne energije (Hvar) ......................... 66

Tablica 16 - Usporedba proizvodnje električne nergije (Hvar) ........................... 69

Tablica 17 - Ekonomska analiza isplativosti postavljanja vjetroagregata na Hvaru

.............................................................................................................................. 72

Tablica 18 - Ulazni podaci (DHMZ, Dubrovnik) ................................................. 73

Tablica 19 - Ulazni podaci (NASA, Dubrovnik) .................................................. 74

Tablica 20 - Usporedba rezultata (Dubrovnik) ..................................................... 79

7

Tablica 21 - Usporedba proizvodnje električne energije (Dubrovnik) ................... 81

Tablica 22 - Usporedba proizvodnje električne nergije (Dubrovnik) ..................... 84


Dubrovniku ........................................................................................................... 87

Popis slika

Slika 1 - Veza izmeĎu procesa simulacije, optimizacije i analize osjetljivost ....... 13

Slika 2 - Vjetroagregat Air-X ................................................................................. 17

Slika 3 - Dimenzije Air-X vjetroagregata .............................................................. 18

Slika 4 - Krivulja proizvodnje vjetroagregata Air-X ............................................... 19

Slika 5 - BWC XL.1 vjetroagregat ........................................................................ 20

Slika 6 - Krivulja proizvodnje vjetroagregata BWC XL.1 ...................................... 21

Slika 7 - AJ 600-224 izmjenjivač .......................................................................... 22

Slika 8 - Tehnička specifikacija AJ 600-24 izmjenjivača ...................................... 22

Slika 9 - PS2 1000-224 izmjenjivač ..................................................................... 23

Slika 10 - Tehnička specifikacija PS2 1000-224 izmjenjivača ............................. 23

Slika 11 - SSE web stranica ( http://eosweb.larc.nasa.gov/sse/ ) ........................ 25

Slika 12 - Primjer mreže ....................................................................................... 26

Slika 13 - Brzina vjetra za Zagreb generirana iz Nasa-ine baze podataka .......... 27

Slika 14 - Karta meteroloških postaja u Hrvatskoj ............................................... 28

Slika 15 - Primjer djela podatak za brzinu vjetra iz DHMZ-a za grad Osijek ....... 30

Slika 16 - Prikaz komponenti vjetroenergetskih sustava u Homer-u ................... 32

Slika 17 - Prikaz tarife .......................................................................................... 35

http://eosweb.larc.nasa.gov/sse/

8

Slika 18 - „Converter inputs“ prozor ..................................................................... 38

Slika 19 - Prikaz troškova projekta ....................................................................... 40

Slika 20 - Brzina vjetra kroz jednu godinu ........................................................... 41

Slika 21 - Investicijski troškovi (DHMZ, Mali Lošinj) ............................................. 44

Slika 22 - Investicijski troškovi (NASA, Mali Lošinj) ............................................. 44

Slika 23 - Podaci o proizvodnji električne energije (DHMZ, Mali Lošinj) .............. 45

Slika 24 - Podaci o proizvodnji električne energije (NASA, Mali Lošinj) .............. 45

Slika 25 - Investicijski troškovi (DHMZ, Mali Lošinj) ............................................. 46

Slika 26 - Investicijski troškovi (NASA, Mali Lošinj) ............................................. 46

Slika 27 - Podaci o proizvodnji električne energije (DHMZ, Mali Lošinj) .............. 47

Slika 28 - Podaci o proizvodnji električne energije (NASA, Mali Lošinj) .............. 47

Slika 29 - Usporedba srednje brzine vjetra [ ] ................................................ 49

Slika 30 - Relativna razlika srednje brzine u odnosu na DHMZ [ ] ................. 49

Slika 31 - Primjer uzimanja podataka ................................................................... 50

Slika 32 - Grafička usporedba mjesečne proizvodnje električne energije

.............................................................................................................................. 52

Slika 33 - Proizvodnja električne energije u ovisnosti o satu i danu u godini

(DHMZ) ................................................................................................................ 52

Slika 34 - Proizvodnja električne energije u ovisnosti o satu i danu u godini (NASA)

.............................................................................................................................. 53


(Mali Lošinj) .......................................................................................................... 55


(DHMZ) ................................................................................................................ 55

9


.............................................................................................................................. 56

Slika 38 - Investicijski troškovi (DHMZ, Hvar) ...................................................... 60

Slika 39 - Investicijski troškovi (NASA, Hvar) ....................................................... 60

Slika 40 - Podaci o proizvodnji električne energije (DHMZ, Hvar) ....................... 61

Slika 41 - Podaci o proizvodnji električne energije (NASA, Hvar) ........................ 61

Slika 42 - Investicijski troškovi (DHMZ, Hvar) ...................................................... 62

Slika 43 - Investicijski troškovi (NASA, Hvar) ....................................................... 62

Slika 44 - Podaci o proizvodnji električne energije (DHMZ, Hvar) ....................... 63

Slika 45 - Podaci o proizvodnji električne energije(NASA, Hvar) ......................... 63

Slika 46 - Usporedba srednjih brzina vjetra [ ] ................................................ 65

Slika 47 - Relativna razlika srednje brzine u odnosu na DHMZ [ ] .................. 65

Slika 48 - Grafička usporedba proizvodnje električne energije (Hvar) ................. 67

Slika 49 - Proizvodnja električne energije u ovisnosti o sati u danu u godini

(DHMZ) ................................................................................................................ 67


............................................................................................................................ 68

Slika 51 - Grafička usporedba mjesečne proizvodnje električne energije (Hvar)

.............................................................................................................................. 70


(DHMZ) ............................................................................................................... 70


.............................................................................................................................. 71

Slika 54 - Investicijski troškovi (DHMZ, Dubrovnik) ............................................. 75

Slika 55 - Investicijski troškovi (NASA, Dubrovnik) .............................................. 75

10

Slika 56 - Podaci o proizvodnji električne energije (DHMZ, Dubrovnik) .............. 76

Slika 57 - Podaci o proizvodnji električne energije (NASA, Dubrovnik) ............... 76

Slika 58 - Investicijski troškovi (DHMZ, Dubrovnik) ............................................. 77

Slika 59 - Investicijski troškovi (NASA, Dubrovnik) .............................................. 77

Slika 60 - Podaci o proizvodnji električne energije (DHMZ, Dubrovnik) .............. 78

Slika 61 - Podaci o proizvodnji električne energije (NASA, Dubrovnik) ............... 78

Slika 62 - Usporedba srednje brzine vjetra [ ] ................................................ 80

Slika 63 - Relativna razlika srednje brzine u odnosu na DHMZ [ ] ................. 80


.............................................................................................................................. 82

Slika 65 - Proizvodnja električne energije u ovisnosti o sati u danu u godini

(DHMZ) ................................................................................................................ 82


.............................................................................................................................. 83


.............................................................................................................................. 85


(DHMZ) ................................................................................................................ 85


.............................................................................................................................. 86

11

1. Uvod

Dolaskom 21. stoljeća potražnja za električnom energijom naglo raste.

Usporedno s razvojem velikih gospodarstava, kao što su kinesko i indijsko,

potrebno je razvijati i elektroenergetski sustav kako bi mogao pratiti rastuću

potrebu za električnom energijom. Diljem svijeta se grade velike elektrane, no

treba uzeti u obzir i utjecaj na okoliš koji će tako masivni objekti imati.

Gradnjom hidroelektrana nagrĎuje se prirodni tok rijeka radi čega pate riječna

flora i fauna. Velike termoelektrane velika su prijetnja za atmosferu. Pored

toga, cijene fosilnih goriva u stalnom su porastu. Uz nuklearne elektrane često

se pojavljuje skepticizam graĎana koji je neopravdan, a potrebno je i osigurati

sigurno odlaganje iskorištenog radioaktivnog goriva. S druge strane, stalno se

razvijaju sustavi za proizvodnju električne energije iz obnovljivih izvora

energije. Takvi sustavi predstavljaju za prirodu neškodljiv način proizvodnje

električne energije. Za razliku od konvencionalnih načina proizvodnje električne

energije, ovakvi sustavi nisu prikladni za upotrebu na bilo kojem mjestu, već je

mjesto instalacije sustava odreĎeno dostupnošću prirodnih resursa. U

Hrvatskoj velik udio električne energije dolazi iz postrojenja koje koriste

obnovljive izvore energije. Preko 50% električne energije prema podacima iz

2000. godine dolazi korištenjem energije vode. Problem predstavlja što većina

te energije dolazi iz konvencionalnih izvora, odnosno velikih hidroelektrana. Iz

ostalih obnovljivih izvora energije (OIE) dobiva se manje od 1% ukupne

električne energije. UsklaĎivanjem zakona s EU direktivom, Hrvatska se

obvezala do 31. prosinca 2010. godine povećati proizvodnju električne energije

iz OIE tako da ona iznosi 5.8% u ukupnoj potrošnji električne energije. Jedan

od zanimljivih izvora energije jest energija vjetra čije se korištenje na tri lokacije

u Hrvatskoj razmatra u ovom radu. Izabrane lokacije su: Mali Lošinj, Hvar i

Dubrovnik.

12

2. Računalni program HOMER

„HOMER Micropower Optimization Model“ je kompjuterski model razvijen od

strane američkog laboratorija za obnovljivu energiju (U.S. National Renewable

Energy Laboratory – NREL), a osnovna zadaća mu je pomoći u modeliranju

mikroenergetskih (micropower) sustava i olakšati usporedbu širokog spektra

tehnologija za proizvodnju energije.

HOMER modelira stvarno ponašanje energetskog sustava i trošak njegovog

životnog ciklusa, koji je zapravo zbroj troškova instalacije i održavanja

energetskog sustava kroz cijeli njegov životni vijek. HOMER omogućuje

projektantu usporedbu velikog broja različitih projektantskih rješenja na temelju

njihovih tehničkih i ekonomskih karakteristika. TakoĎer pomaže u

razumijevanju i kvantitativnom odreĎivanju rezultata koji su posljedica

nesigurnosti i promjena u ulaznim podacima.

Micropower sustav (mikroenergetski sustav) je sustav koji proizvodi električnu

energiju, a moguće i toplinsku, za potrošača u neposrednoj blizini. Takav

sustav može koristiti razne kombinacije tehnologija za proizvodnju i

pohranjivanje električne energije, te može biti autonoman ili priključen na

elektroenergetsku mrežu. Elektrane koje su priključene na visokonaponsku

mrežu ne ubrajamo u mikropower sustave. HOMER ima mogućnost

modeliranja autonomnih micropower sustava i onih spojenih na mrežu.

TakoĎer ti sustavi mogu potrošača opskrbljivati i električnom i toplinskom

energijom, a mogu biti sačinjeni iz bilo koje kombinacije fotonaponskih modula,

vjetroagregata, malih hidrogeneratora, generatora na biomasu, mikroturbina,

gorivnih ćelija, baterija i spremnika vodika.

Projektiranje i analiza mikroenergetskog sustava može biti vrlo zahtjevan

proces zbog velikog broja projektantskih mogućnosti i nesigurnosti oko ključnih

parametara, kao što su veličina opterećenja, dostupnost izvora energije i

buduće cijene goriva. Obnovljivi izvori energije još više pridonose

kompleksnosti jer se njihova proizvodnja energije može povremeno prekidati ili

13

čak potpuno izostati, ovisno o dobu dana, atmosferskim prilikama, godišnjem

dobu i sl. HOMER uspješno savladava i te izazove.

HOMER obavlja tri osnovne zadaće: simulacija, optimizacija i analiza

osjetljivosti. U procesu simulacije, HOMER modelira izvedbu odreĎene

konfiguracije mikroenergetskog sustava svakog sata u godini kako bi odredio

njezinu tehničku izvedivost i cijenu životnog ciklusa. U procesu optimizacije,

HOMER simulira mnogo različitih konfiguracija sustava u potrazi za onom koja

zadovoljava tehničke uvjete pri najnižoj cijeni životnog ciklusa. U procesu

analize osjetljivosti, HOMER izvodi monogobrojne optimizacije unutar područja

ulaznih pretpostavki kako bi procijenio posljedice nesigurnosti ili promjena

ulaznih podataka. Optimizacija odreĎuje optimalnu vrijednost varijabli nad

kojima projektant sustava ima kontrolu, kao što je npr. kombinacija komponenti

koje tvore sustav, te njihova veličina i količina. Analiza osjetljivosti pomaže u

procjeni posljedica nesigurnosti ili promjena varijabli nad kojima projektant

nema kontrolu, kao što su npr. prosječna brzina vjetra ili buduća cijena goriva.

14

Slika 1 - Veza izmeĎu procesa simulacije, optimizacije i analize osjetljivosti

Slika 1 nam prikazuje vezu izmeĎu simulacije, optimizacije i analize

osjetljivosti. Elipsa optimizacije obuhvaća elipsu simulacije što predstavlja

činjenicu da se jedna optimizacija sastoji od višestrukih simulacija. Slično,

elipsa analize osjetljivosti obuhvaća elipsu optimizacije jer se jedna analiza

osjetljivosti sastoji od višestrukih optimizacija.

2.1. Simulacija

Osnovna mogućnost HOMER-a je simuliranje dugoročnog pogona

mikroenergetskog sustava. Njegove dodatne mogućnosti, optimizacija i analiza

osjetljivosti, ovise o mogućnosti simulacije. Proces simulacije odreĎuje kako bi

se pojedina konfiguracija sustava (kombinacija komponenti sustava odreĎenih

veličina) i strategija upravljanja koja definira kako te komponente rade zajedno,

ponašali u odreĎenom vremenskom periodu.

HOMER može simulirati širok raspon konfiguracija mikroenergetskog sustava,

sastavljen od fotonaponskih ćelija, jednog ili više vjetroagregata, male

hidroturbine, do tri generatora, akumulatora (baterija), ad-dc pretvarača,

elektrolizera i spremnika za vodik. Sustav može biti autonoman ili priključen na

mrežu, te može potrošače opskrbljivati ac i dc električnom strujom i toplinskom

energijom.

Proces simulacije ima dva cilja. Prvi je odrediti da li je sustav izvediv. HOMER

pretpostavalja da je sustav izvediv ako može adekvatno opskrbljivati potrošača

električnom i toplinskom energijom, te zadovoljava sve ostale zahtjeve

korisnika. Drugi cilj je predvidjeti cijenu mikroenergetskog sustava tijekom

životnog vijeka, to je zbroj instalacijskih troškova i troškova održavanja

sustava.

15

2.2. Optimizacija

Za razliku od simulacijskog procesa koji modelira odreĎenu konfiguraciju

sustava, optimizacijski proces odreĎuje najbolju moguću konfiguraciju sustava.

U HOMERU, najbolja moguća ili optimalna, konfiguracija sustava je ona koja

zadovoljava sve uvjete korisnika pri najnižoj tržišnoj cijeni. Postupak

odreĎivanja optimalne konfiguracije može uključivati donošenje odluke o

kombinaciji komponenti od kojih sustav treba biti sastavljen, o veličini i količini

pojedinih komponenti, te o tzv. „dispatch strategiji“ (pravila prema kojima

sustav funkcionira, puni baterije). U optimizacijskom procesu HOMER simulira

mnogo različitih konfiguracija sustava, odbacuje neizvedive (one koje ne

zadovoljavaju uvjete korisnika), a one koje su izvedive rangira prema cijeni.

Konfiguraciju sa najnižom cijenom uzima kao optimalnu.

Cilj optimizacijskog procesa je odrediti optimalnu vrijednost svake odlučujuće

varijable koja je od interesa projektantu. Odlučujuća varijabla je ona varijabla

koju projektant može mijenjati i za koju HOMER analizira cijeli niz njezinih

mogućih vrijednosti. Odlučujuće varijable u HOMER-u su primjerice: veličina

fotonaponskih ćelija, broj vjetroagregata, veličina pojedinog generatora,

kapacitet i broj baterija, veličina ac-dc pretvarača, veličina elektrolizera te

veličina spremnika za vodik.

Optimizacija pomaže projektantu da iz velikog broja mogućih konfiguracija

sustava pronaĎe optimalnu konfiguraciju.

16

2.3. Analiza osjetljivosti

U poglavlju 2.2. opisan je proces optimizacije u kojem HOMER pronalazi

optimalnu konfiguraciju sustava za odreĎeni niz ulaznih pretpostavki. U ovom

poglavlju opisan je proces analize osjetljivosti u kojem HOMER izvodi

višestruke optimizacije, za svaku koristeći drugi niz ulaznih pretpostavki.

Analiza osjetljivosti pokazuje koliko su izlazni rezultati osjetljivi na promjene u

ulaznim pretpostavkama.

Kod analize osjetljivosti, korisnik HOMER-a unosi cijeli niz vrijednosti za samo

jednu ulaznu varijablu. Varijabla za koju je korisnik unio višestruke vrijednosti

zove se varijabla osjetljivosti. Skoro svaka ulazna numerička varijabla u

HOMER-u koja nije odlučujuća varijabla može biti varijabla osjetljivosti.

Primjerice: cijena električne struje u mreži, cijena goriva, realna kamatna stopa,

životni vijek fotonaponskih ćelija ili cijelog sustava itd.

Osnovna funkcija analize osjetljivosti je eleminiranje nesigurnosti. Ako je

projektant nesiguran u vrijednost odreĎene varijable, lako može unjeti nekoliko

vrijednosti koje pokrivaju cijeli raspon i vidjeti kako rezultati variraju diljem tog

raspona.

Analiza osjetljivosti se koristi i za rješavanje brojnih drugih problema.

Primjerice, projektant može analizirati različite ustupke i odgovoriti na pitanja

kao što je: Koliko je potrebno povećati investicijske troškove da bi postigli 50%

ili 100% proizvodnje iz obnovljivih izvora? Zatim, energetičar može odrediti koje

su tehnologije, ili pak kombinacije tehnologija, optimalne za različite uvjete

rada. Analitičar tržišta može odrediti pri kojoj cijeni, pri kojim uvjetima, proizvod

može konkurirati alternativnim proizvodima. Zatim, koji stupanj poticaja je

potreban da bi se stimuliralo tržište za odreĎenu tehnologiju ili pak, koliki treba

biti porez za ispušne plinove da bi se ekonomija okrenula čišćim tehnologijama

i sl.

17

3. Karakteristike odabranih vjetroagregata

Glavni cilj pri odabiru vjetroagregata jest odabrati vjetroagregate koji se znatno

razlikuju s obzirom na nazivnu snagu te krivulju proizvodnje energije s obzirom

na brzinu vjetra, a mogu se kupiti u Hrvatskoj. Iz navedenih razloga izabrani su

vjetroagregat Air-X proizvoĎača Southwet Windpower i BWC XL.1

proizvoĎača Bergey windpower .

I jedan i drugi vjetroagregat zahtijevaju minimalno održavanje, tek vizualnu

provjeru svih pokretnih elemenata te provjeru zategnutosti vijaka svake godine.

3.1. Air-X

18

Slika 2 – Vjetroagregat Air-X

Vjetroagregat Air-X, američkog proizvoĎača Southwest windpower, najmanji je

odabrani vjetroagregat, nazivne snage 400W. Zbog male nazivne snage

promjer rotora iznosi samo 1.15m, a masa 5.85 kilograma.

19

Slika 3 – Dimenzije Air-X vjetroagregata

Brzina vjetra pri kojoj počinje proizvodnja električne energije (cut-in speed)

iznosi 3,58 m/s, a nazivnu snagu postiže pri brzini vjetra od 12,5 m/s. Krivulja

proizvodnje s obzirom na brzinu vjetra vidi se na slici Slika 4. Rotor se sastoji

od 3 lopatice načinjene od karbonskih vlakana. Izlazni napon iznosi 12, 24, ili

48 V DC. Dolazi sa trogodišnjom garancijom. Vjetroagregat Air-X prikladan je

za napajanje manjih potrošača kao što su rasvjeta, TV, radio i sl. te punjenje

baterija jer se s vjetroagregatom dobiva i regulator punjenja baterija. Kada su

baterije pune, kontroler u vjetroagregatu usporava vrtnju rotora te tako

smanjuje buku koju vjetroagregat proizvodi.

Pored verzije koja se ugraĎuje na fiksno mjesto na kopnu, postoji i verzija koja

se ugraĎuje na manje brodove, a od verzije za kopno se razlikuje samo

korištenjem antikorozivne zaštite.

20

Slika 4 – Krivulja proizvodnje vjetroagregata Air-X

3.2. BWC XL.1

21

Slika 5 – BWC XL.1 vjetroagregat

BWC XL.1 američkog proizvoĎača Bergey windpower , najveći je tehnički

unaprijeĎeni vjetroagregat u klasi malih vjetroagregata ikada. Hight-tech

materijali, robusna konstrukcija i minimum pokretnih dijelova, osigurava

izvarednu pouzdanost samog vjetroagregata. Sadrži automatski sustav

upravljanja u vremenski nepovoljnim uvjetima. XL.1 “all-in-one“ PowerCenter

omogućava potpunu integraciju hibridnog sustava, uključujući po volji odabranu

shemu sinusnog pretvarača. Održavanje vjetroagregata je minimalno i svodi se

na godišnju vizualnu kontrolu. Garancija koju daje proizvoĎač traje 5 godina.

PredviĎen je za rad u istosmjernim sustavima s baterijama.

Promjenjivi naponi vjetroturbina prilagoĎavaju se naponu baterije osiguravajući

optimalno punjenje i održavanje u svim režimima rada. BWC XL.1 je prilagoĎen

manjim brzinama vjetra. Brzina vjetra pri kojoj počinje proizvodnja (cut-in

22

speed) iznosi 2,5 m/s, a nazivnu snagu od 1000 W postiže pri brzini od 11 m/s.

Krivulja proizvodnje vjetroagregata BWC XL.1 vidi se na slici Slika 6. Rotor se

sastoji od 3 lopatice koje su napravljene od karbonskih vlakana, a promjer mu

je 2,5 m. Masa vjetroagregata iznosi 34 kg. Izlazni naponi iznose 24 i 48 V DC.

Uz agregat je moguće koristiti i regulator punjenja baterija koji kao i u slučaju

Air-X vjetroagregata usporava vrtnju rotora kada su baterije pune. Time se

postižu dvije korisne odlike: smanjenje buke i manje fizičko trošenje

vjetroagregata.

Slika 6 – Krivulja proizvodnje vjetroagregata BWC XL.1

4. Karakteristike odabranih pretvarača

4.1. AJ 600-24

23

Slika 7 – AJ 600-24 izmjenjivač

AJ 600-24 švicarskog proizvoĎača Studer, čisti je sinusni izmjenjivač koji

pretvara istosmjernu komponentu napona na izmjeničnu komponentu

pogodan za bilo koji AC ureĎaj. Osigurava visoku i pouzdanu učinkovitost.

Koristi digitalnu i mikroprocesorsku kontrolu. Osigurava potpunu zaštitu od

kratkog spoja, pregrijavanja, obrnutog polariteta i prenapajanja.

Slika 8 – Tehnička specifikacija AJ 600-24 izmjenjivača

4.2. PureSine 2 1000-224

24

Slika 9 – PS2 1000-224 izmjenjivač

PS2 1000-224 američkog proizvoĎača Sinergex, koristi naprednu tehnologiju

visoke frekvecije kako bi proizveo jasan i čisti sinusni val na izlazu. Učinkovitiji

su, lakši i više kompaktni za uporabu. Prvenstveno su namjenjeni uporabi u

kamp kućicama, jahtama i sl. gdje je veličina i težina bitna.

Slika 10 – Tehnička specifikacija PS2 1000-224 izmjenjivača

5. Izvori podataka

25

U ovom poglavlju opisani su izvori podataka korišteni u proračunima. To su:

NASA – Surface meterology and solar energy database i DHMZ – Državni

Hidrometerološki Zavod.

5.1. NASA – Surface meterology and solar energy database

NASA dugi niz godina podupire satelitske sustave i istraživanja koja daju važne

podatke potrebne za proučavanje klime i klimatskih procesa. Ti podaci

uključuju dugoročne procjene meteoroloških veličina i tokove solarne energije

na površini Zemlje. Takvi ali i modelirani podaci pokazali su se dovoljno

točnima da pružaju pouzdane meteorološke i solarne podatke potrebne za

istraživanje regija gdje su površinska mjerenja rijetka ili uopće ne postoje.

TakoĎer nude dvije jedinstvene mogućnosti – podaci su globalni i vremenski

neprekinuti. Ove dvije važne karakteristike utječu na stvaranje jako velikih

arhiva podataka koje mogu biti nespretne za komercijalnu upotrebu, osobito

kod novih korisnika koji su neiskusni ili nemaju dovoljno resursa za upotrebu

tako velikih količina podataka. Osim toga baze podataka sadržane u raznim

NASA arhivama su često u formatima koji su prezahtjevni za nove korisnike.

Kako bi poticala komercijalnu upotrebu meteoroloških i solarnih podataka,

NASA je podržavala, a i dalje podržava, razvoj „Surface meteorology and solar

energy (SSE)“ baze podataka koje su posebno dizajnirane za potrebe

projektiranja fotonaponskih sustava i sustava temeljenih na obnovljivim

izvorima energije. Jednako važna je i dostupnost podacima pa su SSE podaci

dostupni putem interneta preko jednostavnog sučelja (slika 11). Izvorna web

stranica sa SSE podacima, s namjerom pružanja jednostavnog pristupa

podacima potrebnim za industriju koja se bavi obnovljivim izvorima energije

(npr. energija vjetra i solarna energija), javnosti je postala dostupna 1997.

godine.

26

Solarni i meteorološki podaci sadržani u prvoj verziji temeljili su se na „NASA /

World Climate Research Program, version 1.1, Surface Radiation

Budget(SRB)“ znanstvenim podacima iz 1993. godine, te podacima iz

„International Satellite Cloud Climatology Project (ISCCP)“. Ovaj inicijalni

pristup pokazao se ograničenim zbog znanstvene terminologije koja nije bila

kompatibilna sa terminologijom / parametrima korištenim u industriji za

projektiranje energetskih sustava temeljenih na obnovljivim izvorima energije.

Nakon konzultacija s industrijom, 1999. godine javnosti je postala dostupna

„SSE Release 2“ verzija sa parametrima posebno prilagoĎenim potrebama

zajednice koja se bavi obnovljivim izvorima energije. Kasnije nadogradnje SSE

takoĎer su raĎene u dijalogu s potencijalnim kupcima što je rezultiralo

ažuriranjem parametara koristeći novije NASA-ine podatke, ali i uvoĎenjem

novih parametara prema željama krajnjih korisnika.

Slika 11 – SSE web stranica ( http://eosweb.larc.nasa.gov/sse/ )


27

Projekt „Prediction Of Worldwide Energy Resource (POWER)“ je započet

2003. godine kako bi se unaprijedile kasnije verzije SSE, ali i stvorila nova

baza podataka (iz novih satelitskih promatranja) koja bi se mogla primjeniti i na

druge industrije. „POWER“ trenutno obuhvaća SSE bazu podataka usklaĎenu

za industriju temeljenu na obnovljivim izvorima energije, ali i za zajednicu koja

se bavi održivom izgradnjom, te bioenergetskom / poljoprivrednom industrijom.

Općenito, temeljni podaci iz parametara korištenih u svim ovim industrijama su

isti – solarno zračenje i meteorologija, uključujući temperature i vlagu zraka, te

brzine vjetra. Meteorološki podaci se nalaze na mreži od 1 stupanj zemljopisne

dužine sa 1 stupanj zemljopisne širine koja prekriva cijelu zemaljsku kuglu

(64800) područja. Slika 12 nam pokazuje detaljan primjer mreže koja pokriva

Englesku. Podaci se generiraju koristeći „NASA Goddard Earth Observing

System – version 4 (GEOS4) Multiyear Assimilation Timeseries Data“. GEOS4

baza podataka ima mrežu 1.25 stupnjeva zemljopisne dužine sa 1 stupanj

zemljopisne širine (odprilike: 79x11 km). Da bi dobili područja 1x1 stupanj

koristi se bilinearna interpolacija.

Slika 12 – Primjer mreže

28

Točnost – općenito se smatra da su kvalitetno mjereni podaci točniji od

podataka generiranih iz satelitskih opažanja. MeĎutim, nesigurnost mjerenja

zbog netočne kalibracije, operativnih nesigurnosti ili rupa u podacima su

nepoznati za podatke iz mjerenih postaja. 1989. godine „World Climate

Research Program“ je procijenio da većina rutinski upravljanih mjernih postaja

ima krajnje nesigurnosti izmeĎu 6 i 12%. Specijalizirane, visokokvalitetne

mjerne postaje imaju točnost veću za nekoliko postotaka. To vrijedi za lokaciju

na kojoj meteorološka postaja mjeri, a na mjestima dalje točnost procjene je

manja.

Slika 13 – Brzina vjetra za Zagreb generirana iz Nasa-ine baze podataka

29

5.2. DHMZ – Državni Hidrometerološki Zavod

Državni hidrometeorološki zavod je temeljna ustanova za meteorologiju i

hidrologiju na području Hrvatske. Osnovan je uredbom Vlade Narodne

Republike Hrvatske (NRH) 27. kolovoza 1947. godine. Dio kadrova i opreme

preuzet je od Geofizičkog zavoda i tadašnjeg Ministarstva graĎevine NRH, koji

su do tada obavljali dio poslova iz djelokruga meteorologije i hidrologije

(mjerenja, prognoze itd.). Do osamostaljenja Hrvatske tj. do 1991. djeluje kao

republička ustanova, a nakon toga kao državna. DHMZ u ime države Hrvatske

obavlja meĎunarodnu suradnju nakon 1992. godine kada Hrvatska postaje

članicom Svjetske meteorološke organizacije (SMO).

Slika 14 – Karta meteroloških postaja u Hrvatskoj

30

Temeljna djelatnost DHMZ-a su meteorološka motrenja (mjerenja i opažanja),

prijenos podataka i njihova daljnja obrada. Taj proces, sustavno započet na

području Hrvatske još sredinom 19. stoljeća, neprestano se razvija. Motrenja

se na nekoliko stotina meteoroloških postaja diljem Hrvatske obavljaju po

jedinstvenim mjerilima koje propisuje SMO. U novije vrijeme sve je više

automatskih postaja koje danonoćno mjere i bilježe meteorološke elemente

(temperaturu, tlak i vlažnost zraka, smjer i brzinu vjetra itd.) te ih putem

složenih telekomunikacijskih sustava automatski prenose u središnji

telekomunikacijski centar DHMZ-a smješten u Zagrebu. O ispravnosti i točnosti

mjernih ureĎaja brine se Meteorološki laboratorij koji je ovlašten za ispitivanje i

izdavanje certifikata za mjerila u DHMZ-u, kao i mjerila vanjskih korisnika. Dio

mjerenih podataka šalje se u meĎunarodnu razmjenu, a veći dio se zadržava

unutar DHMZ-a, gdje se podvrgava daljnjoj kontroli i obradi na elektroničkim

medijima s brzim pristupom.

Glavne meteorološke postaje su meteorološke postaje s 2 do 5 profesionalnih

meteoroloških motritelja koje imaju ograĎeno motrilište i radni prostor (najčešće

samostalni objekat) i obavljaju motrenja ili registraciju svih meteoroloških

elemenata tijekom 24 sata, prema propisima Svjetske meteorološke

organizacije i Državnog hidrometeorološkog zavoda.

Na većinu postaja uvedene su i automatske meteorološke postaje, koje tijekom

24 sata obavljaju mjerenja jednoga ili više meteoroloških elemenata i dio su

informacijskog sustava DHMZ-a. Za te postaje obavlja se operativna kontrola

podataka koja uključuje kontrolu potpunosti, kontrolu konzistencije i prostornu

kontrolu. Svi podaci, uključujući i podatke s automatskih postaja arhiviraju se

na medijima za računalnu obradu. Putem korisničkih programa mogu se

isporučivati podaci za različite namjene.

31

Slika 15 – Primjer djela podatak za brzinu vjetra iz DHMZ-a za grad Osijek

32

6. Projektni zadatak 6.1. Zadatak

Potrebno je analizirati dvije konfiguracije vjetroagregata kombiniranjem dva

izvora podataka na tri lokacije. Svaku lokaciju odreĎuju dostupni resursi

obnovljive energije ocijenjeni na dva različita načina. Odabrane lokacije su:

Mali Lošinj

Hvar

Dubrovnik

Prilikom simulacije potrebno je koristiti podatke o brzini vjetra iz dva raličita

izvora podataka:

NASA – Surface Meterology and Solar Energy Database

DHMZ – Državni Hidrometerološki Zavod

Usporediti količinu proizvedene električne energije, te isplativost vjetroagregata

spojenih na mrežu s iznosom poticaja prema tarifnom pravilniku za proizvodnju

električne energije iz obnovljivih izvora energije.

33

6.2. Definiranje parametara vjetroagregata i mreže u HOMER-u

Slika 16 – Prikaz komponenti vjetroenergetskih sustava u Homer-u

34

6.2.1. Definiranje parametara mreže

Klikom na ikonu „Grid“ otvara se izbornik „Grid inputs“ u kojem definiramo

parametre mreže. Za definiranje parametara mreže potrebno je unijeti tri vrste

podataka:

Tarife („Rates“), gdje definiramo cijenu električne energije iz mreže

Emisije („Emissions“), gdje unosimo faktore emisije za električnu

energiju iz mreže

Napredne postavke („Advanced“), gdje unosimo odreĎene napredne

varijable

Moguće je definirati maksimalno šesnaest tarifa i uz pomoć dijagrama lako

odrediti vremenske periode u kojima se koristi pojedina tarifa. Svaka tarifa

može imati različite vrijednosti slijedećih varijabli:

Cijena energije („Power price“) - energija kupljena iz mreže u $/kWh.

Cijena električne energije za Republiku Hrvatsku izražena je u tablici

Tablica 1. Sukladno odluci Vlade RH (Narodne novine br. 70/2008), od 1.

srpnja 2008. godine primjenjuju se nove tarifne stavke za proizvodnju,

prijenos, distribuciju i opskrbu električnom energijom.

Prodajna tarifa („Sellback rate“) - cijena koju komunalna služba plaća

za kupljenu energiju. Pri mrežnom mjerenju, ova tarifa se odnosi samo

na prekomjernu proizvodnju energije u sustavu. Poticajna cijena za

isporučenu električnu energiju iz vjetro elektrane instalirane snage do

uključivo 10 kW iznosi 0,64 kn/kWh (Tablica 2).

Tarifa zahtjeva („Demand sale“) - mjesečna pristojba koja se plaća

komunalnoj službi na osnovi vršnog mjesečnog zahtjeva za električnom

energijom.

35

Tablica 1 - Tarifni modeli za kupce na niskom naponu

Visine tarifnih stavki za postrojenja priključena na distribucijsku mrežu koja

koriste OIE za proizvodnju električne energije instalirane električne snage do 1

MW prikazane su u tablici Tablica 2.

Tablica 2 – Visine tarifnih stavki

36

U svrhu simulacije korišten je plavi tarifni model sa jedinstvenom cijenom

električne energije od 0,87 kn/kWh (ovaj podatak nije relevantan za našu

analizu jer sustav ne koristi el. en. iz mreže). Budući da HOMER računa s

vrijednostima električne energije u $/kWh, cijena električne energije je

pretvorena iz kn/kWh u $/kWh prema tečajnoj listi Hrvatske narodne banke. Na

dan 24.12.2008. srednji tečaj dolara iznosio je 1$ = 5,169831 kn.

Slika 17 – Prikaz tarife

Mrežno mjerenje („Net metering“) je obračunska shema prema kojoj

komunalna služba dopušta prodaju električne energije u mrežu po

maloprodajnoj tarifi. Efektivno i najčešće doslovno, pri prodaji električne

energije u mrežu, mjerač ide unatrag. Na kraju obračunskog razdoblja

(mjesečno ili godišnje razdoblje) naplaćuje se količina kupljene energije iz

mreže (kupljena energija minus prodana). Ako na kraju obračunskog razdoblja

„kupljena energija“ ima negativnu vrijednost, znači da je količina prodane

energije veća nego količina kupljene energije u obračunskom razdoblju. Prema

tome komunalna služba plaća otkupljenu energiju prema prodajnoj tarifi.

37

Emisije („Emissions“), na ovoj stranici se unose faktori emisija za dostupnu

električnu energiju. Vrijednosti tih faktora ovise o načinu proizvodnje električne

energije u odreĎenoj okolini. U okolini gdje se većina električne energije

proizvodi iz ugljena, te će vrijednosti biti relativno visoke, jer sagorijevanje

ugljena rezultira visokim emisijama štetnih plinova. Prirodni plin rezultira

manjim emisijama, dok nuklearne elektrane i hidroelektrane imaju emisije

štetnih plinova virtualno jednake nuli.

Napredne postavke („Advanced“) sadrže dvije dodatne ekonomske ulazne

varijable i dvije ulazne varijable koje se odnose na maksimalnu vrijednost

snage koja može teći od i prema mreži.

Trošak meĎupovezanosti („Interconnection charge“) je pristojba koja se

plaća pri spajanju sustava na mrežu, a omogućava sustavu da bude

priključen na mrežu. Ovaj je trošak uključen u investicijske troškove. (0

$)

Trošak pripravnosti („Standby charge“) je godišnja pristojba koja se

plaća zbog omogućavanja opskrbe priključenog sustava rezervnom

energijom iz mreže. Ovo je godišnja cijena koja se može naplaćivati za

rezervnu snagu, a u ovoj se analizi zanemaruje. (0 $/god) Budući da je

naš vjetroenergetski sustav priključen samo na mrežu obje vrijednosti

su nula (0).

Prodajni i kupovni kapaciteti; maksimalni zahtjev mreže je maksimalna

količina snage koja može biti predana iz mreže. To je varijabla odluke

zbog utjecaja troškova zahtjeva. Ako je zahtijevana tarifa nije jednaka

nuli, potrebno je precizirati vrijednost jednaku ili veću od vršnog

opterećenja, plus najmanje jednu vrijednost koja je manja od vršnog

opterećenja. HOMER će izračunati optimalnu vrijednost. Maksimalna

vrijednost prodaje je najveća količina snage koja može biti prodana

natrag u mrežu.

Prodajni i kupovni kapaciteti su podešeni na vrijednost 10 kW.

38

6.2.2. Definiranje parametara vjetroagregata

Za potrebe simulaciji koristimo dvije vrste vjetroagregata, a to su:

Air-X

BWC XL.1

Klikom na ikonu vjetroagreata otvara se „Wind Turbine Inputs“ u kojem

podešavamo parametre vjetroagregata.

Životni vijek („Lifetime“), podatak koji je naveden u tehničkim specifikacijama

vjetroagregata. Pretpostavljeni životni vijek vjetroagregata je izmeĎu 10 i 20

godina. U proračunu je uzet životni vijek od 15 godina.

Visina rotora („Hub height“), podatak koji nam govori na kojoj visini se nalazi

rotor vjetroagregata. Po tehničkim specifikacijama vjetroagregata postavljen je

na 25 metara, ali u našem slučaju stavljamo na 10 metara.

Tablica 3 – Investicijski troškovi vjetroagregata

Tip vjetroagegata

Jedinična cijena

[$/kom] Količina

Investicijski troškovi

[$]

Troškovi rada i

održavanja [$/god]

Air-X 1270 1 1270 40

BWC XL.1 5594 1 5594 160

Investicijski troškovi su izraženi u dolarima jer HOMER takve podatke zahtjeva.

U cijenu je uključen PDV.

39

6.2.3. Definiranje parametara pretvarača

Svaki sustav koji koristi izmjenične (AC) i istosmjerne (DC) komponente

zahtjeva pretvarač. Potrebno je odrediti nazivnu snagu pretvarača (u kW),

investicijske troškove (u $), troškove zamjene (u $), te troškove rada

održavanja (u $/god). Prema smjeru pretvorbe energije pretvarači se dijele na

izmjenjivače i ispravaljače.

Osnovne postavke pretvarača se definiraju klikom na ikonu „Converter“ u

prozoru „Converter inputs“.

Slika 18 - „Converter inputs“ prozor

40

Izmjenjivač („Inverter“) – pretvara istosmjernu komponentu u izmjeničnu.

Potrebni podaci:

Životni vijek („Lifetime“) – očekivano vrijeme rada izmjenjivača je 15

godina

Efikasnost („Efficiency“) – efikasnost pretvorbe istosmjerno u

izmjenično (90 %)

Izmjenjivač radi istovremeno s AC generatorom – potrebno je staviti

kvačicu, tj. uključiti opciju

Ispravljač („Rectifier“) – pretvara izmjeničnu komponentu u istosmjernu.

Potrebni podaci:

Snaga povezana s izmjenjivačem („Capacity relative to inverter“) –

nazivna snaga ispravljača u odnosu na izmjenjivač (100 %)

Efikasnost („Efficiency“) – efikasnost pretvorbe izmjenično u

istosmjerno (84 %)

U projektu su korišteni pretvarači dostupni na hrvatskom tržištu. Efikasnost

pretvorbe je 90 %, a životni vijek im je 15 godina.

Tablica 4 – Toškovi investicije, rada i održavanja pretvarača

Tip pretvarača

Nazivna

snaga

[W]

Investicijski

troškovi

[$]

Troškovi

zamjene

[$]

Troškovi

rada i

održavanja

[$/god]

AJ 600-24 600 595 595 0

PS2 1000-224 1000 665 665 0

41

6.2.4. Definiranje troškova projekta

Homer može računati troškove s unesenim podacima (npr. godišnja kamatna

stopa, životni vijek cijelog sustava, fiksni troškovi, penali zbog nemogućnosti

proizvodnje) za svaki sustav posebno.

Ove parametre unosimo klikom na ikonu „Economics“ u „Economic inputs“

prozoru.

Realna kamatna stopa („Annual real interest rate“) – kamatna stopa

korigirana za inflaciju. Koristi se za svoĎenje troškova investicije na

godišnje vrijednosti. U projektu koristimo realnu kamatnu stopu od 5%.

Životni vijek projekta („Project lifetime“) – vremensko razdoblje, tj.

broj godina rada sustava. Kao životni vijek projekta pretpostavljen je

životni vijek vjetroagregata od 12 godina.

Početni investicijski trošak („System fixed capital cost“) – trošak na

početku projekta, bez obzira na veličinu sustava. U našem slučaju to

iznosi 1000 $. U tu vrijednost uključeno je postavljanje

vjetroenergetskog sustava, spajanje komponenti, materijal i dr.

Troškovi rada i održavanja („System fixed O&M cost“) – ovi troškovi

su godišnji troškovi koji se ponavljaju svake godine i malo ovise o

veličini sustava. U projektu ovi troškovi iznose 15 $/god.

Slika 19 – Prikaz troškova projekta

42

6.2.5. Definiranje podataka o brzini vjetra

Podaci o brzini vjetra potrebni su za izračun proizvodnje električne energije

vjetroenergetskog mreže. Klikom na ikonu „Wind Resource“ otvaramo prozor

„Wind resource inputs“ u kojem definiramo podatke o brzini vjetra (Slika 20).

Dva su načina unošenja podataka u HOMER. Prvi je način ručno unošenje

prosječne brzine vjetra za pojedini mjesec u godini. Drugi je način učitavanje u

HOMER datoteke koja sadrži podatke o brzini vjetra izmjerene svakih deset

minuta odnosno period za koji imamo izmjerene podatke.

Slika 20 – Brzina vjetra kroz jednu godinu

43

7. Mali Lošinj

7.1. Ulazni podaci

Podatke potrebne za proračun iz DHMZ učitavamo u HOMER u obliku

datoteke od 52560 znakova. Datoteka sadrži brzine vjetra izmjerene svakih

deset minuta. Kod unosa HOMER automatski postavlja desetominutni interval.

Podaci iz DHMZ uzeti su za 2001. i 2002. godinu. Razlog uzimanja dvije

godine je nedostatak odreĎenih podatak u 2002. godini. Podaci s NASA

stranice uzeti su kao desetogodišnji (1993.–2003.) prosjek za svaki mjesec. I

kao takvi skalirali su se prema podacima iz DHMZ. NASA podatke očitavamo s

njihove internet adrese tako što unosimo zemljopisnu širinu i dužinu grada

Malog Lošinja.

Tablica 5 – Ulazni podaci (DHMZ, Mali Lošinj)

Mali Lošinj

Zemljopisna širina: 44° 32' ; Zemljopisna dužina: 14° 28 '

Mjesec Srednja brzina vjetra

Siječanj 3.428

Veljača 3.047

Ožujak 3.214

Travanj 3.177

Svibanj 2.516

Lipanj 2.287

Srpanj 2.705

Kolovoz 2.657

Rujan 2.621

Listopad 3.337

Studeni 2.590

Prosinac 3.748

Prosjek 2.946

44

Tablica 6 – Ulazni podaci (NASA, Mali Lošinj)

Mali Lošinj



Siječanj 3.84

Veljača 3.97

Ožujak 3.70

Travanj 3.63

Svibanj 3.14

Lipanj 3.00

Srpanj 2.90

Kolovoz 2.99

Rujan 3.00

Listopad 3.49

Studeni 3.70

Prosinac 3.89

Prosjek 3.43

45

7.2. Air-X

Razlike u investicijskim troškovima postoje samo u cijeni održavanja mreže.

Rezultati proračuna prikazani su u narednim slikama.

Slika 21 – Investicijski troškovi (DHMZ, Mali Lošinj)

Slika 22 – Investicijski troškovi (NASA, Mali Lošinj)

46

Slika 23 – Podaci o proizvodnji električne energije (DHMZ, Mali Lošinj)

Slika 24 - Podaci o proizvodnji električne energije (NASA, Mali Lošinj)

47

7.3. BWC XL.1


Slika 25 – Investicijski troškovi (DHMZ, Mali Lošinj)

Slika 26 – Investicijski troškovi (NASA, Mali Lošinj)

48

Iz slike Slika 25 i 26 se vidi kako su troškovi znatno veći nego kod Air-X.

Vjetroagregat BWC XL.1 u odnosu na Air-X ima dvije pozitivne karakteristike:

dva i pola puta veću nazivnu snagu te manju brzinu pri kojoj počinje

proizvodnja električne energije. S obzirom na te karakteristike očekujemo

znatno veću proizvodnju električne energije što se može vidjeti na slikama

Slika 27 i Slika 28.

Slika 27 – Podaci o proizvodnji električne energije (DHMZ, Mali Lošinj)

Slika 28 – Podaci o proizvodnji električne energije (NASA, Mali Lošinj)

49

7.4. Usporedba podataka za grad Mali Lošinj

7.4.1. Usporedba ulaznih podataka

Tablica 7 – Usporedba rezultata (Mali Lošinj)

Izvor

podataka Mjesec

Srednja brzina

vjetra

Relativna razlika

brzine vjetra u

odnosu na

DHMZ [ ]

Relativna razlika

brzine vjetra u

odnosu na

DHMZ [%]

1. NASA

Siječanj 3,84 +0,372 +12,01

Veljača 3,97 +0,853 +30,29

Ožujak 3,70 +0,486 +15,12

Travanj 3,63 +0,453 +14,26

Svibanj 3,14 +0,624 +24,80

Lipanj 3,00 +0,713 +31,17

Srpanj 2,90 +0,195 +7,21

Kolovoz 2,99 +0,33 +12,53

Rujan 3,00 +0,379 +14,46

Listopad 3,49 +0,153 +4,58

Studeni 3,70 +1,11 +42,85

Prosinac 3,89 +0,142 +3,79

2. DHMZ

Siječanj 3,428 0 0

Veljača 3,047 0 0

Ožujak 3,214 0 0

Travanj 3,177 0 0

Svibanj 2,516 0 0

Lipanj 2,287 0 0

Srpanj 2,705 0 0

Kolovoz 2,657 0 0

Rujan 2,621 0 0

Listopad 3,337 0 0

Studeni 2,590 0 0

Prosinac 3,748 0 0

50

Slika 29 - Usporedba srednje brzine vjetra [ ]

Slika 30 - Relativna razlika srednje brzine u odnosu na DHMZ [ ]

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

Sre

dn

ja b

rzin

a

Mjeseci u godini

DHMZ

NASA

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

Re

lati

vna

razl

ika

sre

dn

je b

rzin

e u

od

no

su n

a D

HM

Z

Mjeseci u godini

DHMZ

NASA

51

Iz grafova vidimo kako postoje odstupanja NASA-ih podataka od DHMZ. Razlog

tome je to što NASA koristi nedovoljno precizno mjerenje. Za jedan kvadrat

uzima ista mjerenja što dovodi do odreĎenih grešaka. Primjer uzimanja

podataka vidi se sa slike Slika 31.

Slika 31 – Primjer uzimanja podataka

52

7.4.2. Air-X

Tablica 8 – Usporedba proizvodnje električne energije (Mali Lošinj)

Izvor podataka Mjesec

Mjesečna proizvodnja

[Wh]

Godišnja proizvodnja

[kWh]

Relativna razlika

mjesečne proizvodnje u odnosu na DHMZ

[%]

Relativna razlika

godišnje proizvodnje

u odnosu na DHMZ [%]

1. NASA

Siječanj 14,47

108

+62,58

+58,94

Veljača 7,79 +74,66

Ožujak 13,36 +50,11

Travanj 10,02 +79,89

Svibanj 5,57 +66,76

Lipanj 2,23 +99,1

Srpanj 5,57 +66,76

Kolovoz 6,68 +100

Rujan 7,79 +74,66

Listopad 12,25 +57,05

Studeni 6,68 +49,77

Prosinac 15,59 +27,16

2. DHMZ

Siječanj 8,9

67,95

0

0

Veljača 4,46 0 Ožujak 8,9 0 Travanj 5,57 0 Svibanj 3,34 0 Lipanj 1,12 0 Srpanj 3,34 0

Kolovoz 3,34 0 Rujan 4,46 0

Listopad 7,80 0 Studeni 4,46 0 Prosinac 12,26 0

53

Slika 32 – Grafička usporedba mjesečne proizvodnje električne energije

Prvotna predviĎanja o maloj proizvodnji električne energije iz energije vjetra na

lokaciji Mali Lošinj pokazala su se točnima.

Proizvodnja, izvor podataka DHMZ

Zbog malih brzina vjetra na visini od 10 metara tijekom jedne godine

vjetroagregat Air-X proizvede tek 68 kWh, a u mrežu se preda 61 kWh zbog

gubitaka u izmjenjivaču. Broj sati u godini tijekom kojih vjetroagregat proizvodi

električnu energiju iznosi 2752h i pritom je iskorišteno tek 1.94 % proizvodnog

kapaciteta vjetroagregata.

Slika 33 - Proizvodnja električne energije u ovisnosti o satu i danu u godini (DHMZ)

0

5

10

15

20

25

30

Mje

sečn

a p

roiz

vod

nja

[kW

h]

Mjeseci u godini

NASA

DHMZ

54

Na slici Slika 33 vidimo kako većinu vremena tijekom godine vjetroagregat ne

proizvodi električnu energiju (na grafu označeno crnom bojom). Tek se u

ožujku i prosincu povećava proizvodnja, no to je još uvijek daleko od nazivne

snage vjetroagregata. Nazivna snaga Air-X vjetroagregata iznosi 400 W, a sa

grafa se može očitati da najveća snaga koju generator daje iznosi 160 W i na

grafu je označena crvenom bojom.

Utjecaj korištenja vjetroagregata Air-X umjesto konvencionalnog izvora

električne energije spram prirode je takoĎer vrlo malen, tek 38.5 kilograma

ugljik dioksida se manje ispušta u zrak.

Proizvodnja, izvor podataka NASA

U proračunu s NASA-im podacima proizvedena električna energija nešto je

veća i iznosi 108 kWh, a u mrežu se preda 97.1 kWh. Broj sati u godini tijekom

kojih vjetroagregat proizvodi električnu energiju sada iznosi 3453 i pritom je

iskorišteno tek 3.09 % proizvodnog kapaciteta vjetroagregata.


55

7.4.3. BWC Xl.1

Tablica 9 – Uporedba proizvodnje električne energije (Mali Lošinj)



[Wh]

Godišnja proizvodnj

a [kWh]

Relativna razlika


[%]

Relativna razlika



1. NASA

Siječanj 105,09

861

+54,16

+53,48

Veljača 62,61 +51,41

Ožujak 100,63 +47,62

Travanj 78,26 +62,87

Svibanj 45,84 +57,79

Lipanj 25,72 +77,01

Srpanj 48,08 +65,51

Kolovoz 51,43 +64,37

Rujan 58,14 +57,65

Listopad 93,91 +55,61

Studeni 54,78 +63,38

Prosinac 136,40 +35,61

2. DHMZ

Siječanj 68,17

561

0

0

Veljača 41,35 0

Ožujak 68,17 0

Travanj 48,05 0

Svibanj 29,05 0

Lipanj 14,53 0

Srpanj 29,05 0

Kolovoz 31,29 0

Rujan 36,88 0

Listopad 60,35 0

Studeni 33,53 0

Prosinac 100,58 0

56

Slika 35 - Grafička usporedba mjesečne proizvodnje električne energije (Mali Lošinj)

Proizvodnja, izvor DHMZ

Na visini od 10 metara tijekom jedne godine vjetroagregat BWC XL.1 proizvede

561 kWh, a u mrežu se zbog gubitaka u izmjenjivaču preda 502 kWh. U

odnosu na Air-X znatno je veća proizvodnja električne energije, a to je razlog

veće nazivne snage i manje brzine vjetra pri kojoj počinje proizvodnja

električne energije. Broj sati u godini tijekom kojih vjetroagregat proizvodi

električnu energiju iznosi 3476 i pritom je iskorišteno 6,4 % proizvodnog

kapaciteta vjetroagregata.


0

20

40

60

80

100

120

140

160

Mje

sečn

a p

roiz

vod

nja

[W

h]

Mjeseci u godini

NASA

DHMZ

57

Maksimalnu snagu koju daje vjetroagregat BWC Xl.1 iznosi 1,24 kWh. Ekološki

učinak korištenja ovog vjetroagregata jest smanjenje ugljik dioksida za 317

kilograma te smanjenje sumpor dioksida za 1,38 kilograma godišnje u odnosu

na proizvodnju iste količine energije konvencionalnim metodama.


Kao i što se može očekivati godišnja proizvodnja električne energije je veća i

iznosi 861 kWh. U mrežu se preda 771 kWh elektrčne energije. Broj sati u

godini tijekom kojih vjetroagregat proizvodi električnu energiju iznosi 4153.

Ekološki učinak korištenja ovog vjetroagregata jest smanjenje ugljik dioksida za

487 kilograma te smanjenje sumpor dioksida za 2,11 kilograma godišnje u

odnosu na proizvodnju iste količine energije konvencionalnim metodama.


58

7.4.4. Ekonomska usporedba vjetroagregata na 10 m visine (Mali Lošinj)

U tablici Tablica 10 i 11 prikazano je nekoliko tipova podataka pomoću kojih je

moguće analizirati ekonomsku isplativost proizvodnje električne energije iz

energije vjetra. U prvom stupcu navedeni su vjetroagregati koji se usporeĎuju.

Drugi stupac prikazuje vrijednost vjetroagregata i izmjenjivača koji mu je

pridružen. U trećem stupcu nalaze se procjene vrijednosti opreme na kraju

perioda od 12 godina. Program HOMER te vrijednosti računa iz početne cijene

pod pretpostavkom da vrijednost ureĎaja pada linearno kako mu se približava

kraj životnog vijeka. Četvrti stupac prikazuje vrijednost električne energije koja

se tijekom dvanaestogodišnjeg perioda preda u elektroenergetsku mrežu. U

petom stupcu prikazano je koliki trošak predstavlja kupovina vjetroagregata i

izmjenjivača na kraju dvanaestogodišnjeg razdoblja. Sljedeća dva stupca

prikazuju količinu električne energije koju vjetroagregat preda u mrežu tijekom

godine dana i njena procijenjena vrijednost na temelju poticajne cijene od 0,64

kn/kWh. Na temelju te procijenjene vrijednosti zadnji stupac prikazuje koliko

godina je potrebno da bi vjetroagregat otplatio trošak prikazan u petom stupcu.

Tablica 10 - Ekonomska analiza isplativosti postavljanja vjetroagregata u Malom Lošinju (izvor podataka DHMZ)

Odabrani vejtroagregat

Uloženi kapital

($)

Vrijednost opreme na kraju

dvanaestogodišnjeg perioda ($)

Vrijednost električne energije

predane u mrežu tijekom

12 godina($)

Razlika prvih triju

stavki ($)

Godišnja proizvodnja električne energije (kWh)

Vrijednost električne energije predane mreži u godini dana ($)

Vrijeme potrebno

da se otplati sva oprema (god.)

Air-X 1865 347 91 1427 68 7,55 178

BWC

XL.1 6259 853 746 4660 561 62 75

59

Tablica 11 - Ekonomska analiza isplativosti postavljanja vjetroagregata u Malom Lošinju (izvor podataka NASA)

Odabrani

vejtroagregat

Uloženi kapital

($)

Vrijednost opreme na kraju

dvanaestogodišnjeg perioda ($)

Vrijednost električne energije predane

u mrežu tijekom

12 godina($)

Razlika prvih triju

stavki ($)

Godišnja proizvodnja električne energije (kWh)


Vrijeme potrebno

da se otplati

sva oprema (god.)

Air-X 1865 343 144 1378 108 12 114

BWC XL.1 6259 820 1152 4287 861 96 45

60

8. Hvar 8.1. Ulazni podaci

Tablica 12 – Ulazni podaci (DHMZ, Hvar)

Hvar



Siječanj 3,433

Veljača 2,810

Ožujak 3,288

Travanj 3,068

Svibanj 1,747

Lipanj 2,489

Srpanj 1,916

Kolovoz 1,258

Rujan 2,299

Listopad 1,329

Studeni 2,614

Prosinac 2,671

Prosjek 2,4

Tablica 13 – Ulazni podaci (NASA, Hvar)

Hvar



Siječanj 3,54

Veljača 3,74

Ožujak 3,45

Travanj 3,32

Svibanj 2,74

Lipanj 2,67

Srpanj 2,67

Kolovoz 2,77

Rujan 2,77

Listopad 3,26

Studeni 3,52

Prosinac 3,73

Prosjek 3,17

61

8.2. Air-X

Rezultati simulacije za lokaciju Hvar relativno su slični onima od lokacije Mali

Lošinj budući da se srednja godišnja brzina vjetra za ove dvije lokacije razlikuje

tek za 0,3 m/s. U narednim slikama prikazani su rezultati proračuna.

Slika 38 - Investicijski troškovi (DHMZ, Hvar)

Slika 39 - Investicijski troškovi (NASA, Hvar)

62

Slika 40 – Podaci o proizvodnji električne energije (DHMZ, Hvar)

Slika 41 – Podaci o proizvodnji električne energije (NASA, Hvar)

63

8.3. BWC XL.1


Slika 42 – Investicijski troškovi (DHMZ, Hvar)

Slika 43 – Investicijski troškovi (NASA, Hvar)

64

Slika 44 – Podaci o proizvodnji električne energije (DHMZ, Hvar)

Slika 45 – Podaci o proizvodnji električne energije(NASA, Hvar)

65

8.4. Usporedba podataka za grad Hvar

8.4.1. Usporedba ulazni podataka

Tablica 14 – Usporedba rezultata (Hvar)

Izvor

podataka Mjesec

Srednja brzina

vjetra

Relativna razlika

brzine vjetra u

odnosu na

DHMZ [ ]

Relativna razlika

brzine vjetra u

odnosu na

DHMZ [%]

1. NASA

Siječanj 3,54 +0,107 +3,116807 Veljača 3,74 +0,93 +33,09609 Ožujak 3,45 +0,162 +4,927007 Travanj 3,32 +0,252 +8,21382 Svibanj 2,74 +0,993 +56,8403 Lipanj 2,67 +0,181 +7,271997 Srpanj 2,67 +0,754 +39,35282

Kolovoz 2,77 +1,512 +120,1908 Rujan 2,77 +0,471 +20,48717

Listopad 3,26 +1,931 +145,2972 Studeni 3,52 +0,906 +34,65953 Prosinac 3,73 +1,059 +39,64807

2. DHMZ

Siječanj 3,433 0 0

Veljača 2,810 0 0

Ožujak 3,288 0 0

Travanj 3,068 0 0

Svibanj 1,747 0 0

Lipanj 2,489 0 0

Srpanj 1,916 0 0

Kolovoz 1,258 0 0

Rujan 2,299 0 0

Listopad 1,329 0 0

Studeni 2,614 0 0

Prosinac 2,671 0 0

66

Slika 46 - Usporedba srednjih brzina vjetra [ ]


Iz grafova vidimo kako su odstupanja dosta velika. Posebice u drugoj

polovici godine, u mjesecima kolovozu i listopadu. Razlog tome je i to što

NASA uzima destogodišnje prosjeke za svaki mjesec dok podaci iz DHMZ-

a su za jednu godinu.

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

Sre

dn

ja b

rzin

a

Mjeseci u godini

DHMZ

NASA

0

0,5

1

1,5

2

2,5

Re

lati

vna

razl

ika

sre

dn

je b

rzin

e u

od

no

su

na

DH

MZ

Mjeseci u godini

NASA

DHMZ

67

8.4.2. Air-X

Tablica 15 – Usporedba proizvodnje električne energije (Hvar)



[Wh]


[kWh]

Relativna razlika


[%]

Relativna razlika



1. NASA

Siječanj 18,95

133

+41,74

+92,48

Veljača 12,26 +120,11 Ožujak 20,06 +50,03

Travanj 17,83 +128,29 Svibanj 5,57 +149,77 Lipanj 11,15 +100,17 Srpanj 5,57 +149,77

Kolovoz 2,23 +100,90 Rujan 11,15 +66,66

Listopad 4,46 +301,80 Studeni 10,03 +124,88

Prosinac 13,37 +99,85

2. DHMZ

Siječanj 13,37

69,1

0

0

Veljača 5,57 0 Ožujak 13,37 0 Travanj 7,81 0 Svibanj 2,23 0 Lipanj 5,57 0 Srpanj 2,23 0

Kolovoz 1,11 0 Rujan 6,69 0

Listopad 1,11 0 Studeni 4,46 0 Prosinac 6,69 0

68

Slika 48 - Grafička usporedba proizvodnje električne energije (Hvar)

Iz tablice i grafova vidi se kako je skoro duplo veća proizvodnja električne

energije ako se koriste NASA-in izvor podataka u odnosu na DHMZ izvor

podataka.


Rezultati simulacije za lokaciju Hvar relativno su slični onima od lokacije Mali

Lošinj budući da se srednja godišnja brzina vjetra za ove dvije lokacije razlikuje

tek za 0.3 m/s. Vjetroagregat Air-X na visini 10 metara u godini dana proizvede

69,1 kWh energije što se vidi iz tablice Tablica 15. Vrijeme rada iznosi 2044 sati,

a iskorištenost proizvodnog kapaciteta iznosi 1,97 %. Maksimalna snaga koju

vjetroagregat daje iznosi 150 W. Smanjenje emisija u atmosferu iznosi 39,2

kilograma ugljik dioksida.

0

5

10

15

20

25

Mje

sečn

a p

roiz

vod

nja

[W

h]

Mjeseci u godini

DHMZ

NASA

69

Slika 49 – Proizvodnja električne energije u ovisnosti o sati u danu u godini (DHMZ)


U proračunu s NASA-im podacima proizvedena električna energija skoro je duplo

veća i iznosi 133 kWh, a u mrežu se preda 120 kWh. Broj sati u godini tijekom

kojih vjetroagregat proizvodi električnu energiju iznosi 3147 i pritom je iskorišteno

3,81 % proizvodnog kapaciteta vjetroagregata.

Slika 50 – Proizvodnja električne energije u ovisnosti o satu i danu u godini (NASA)

Na slici Slika 50 vidimo kako je najveća proizvodnja u mjesecu ožujku i travnju.

Tada i vjetroagregat postiže najveću snagu koja iznosi 150 W.

Utjecaj korištenja vjetroagregata Air-X umjesto konvencionalnog izvora električne

energije spram prirode je takoĎer vrlo malen, tek 75,7 kilograma ugljik dioksida se

manje ispušta u zrak.

70

8.4.3. BWC XL.1

Tablica 16 – Usporedba proizvodnje električne nergije (Hvar)



[Wh]


[kWh]

Relativna razlika


[%]

Relativna razlika



1. NASA

Siječanj 164,74

1064

+85,32

+104,62

Veljača 95,91 +115,81

Ožujak 171,51 +75,39

Travanj 130,88 +118,14

Svibanj 41,75 +150,43

Lipanj 85,752 +120,49

Srpanj 46,26 +144,89

Kolovoz 21,44 +141,14

Rujan 92,52 +89,24

Listopad 29,34 +140,07

Studeni 78,98 +129,33

Prosinac 104,93 +109,86

2. DHMZ

Siječanj 88,89

520

0

0

Veljača 44,44 0

Ožujak 97,78 0

Travanj 60,00 0 Svibanj 16,67 0 Lipanj 38,89 0

Srpanj 18,89 0

Kolovoz 8,89 0

Rujan 48,89 0

Listopad 12,22 0 Studeni 34,44 0

Prosinac 50,00 0

71

Slika 51 - Grafička usporedba mjesečne proizvodnje električne energije (Hvar)


Na visini od 10 metara tijekom jedne godine vjetroagregat BWC XL.1

proizvede 520 kWh, a u mrežu se zbog gubitaka u izmjenjivaču preda 468

kWh. U odnosu na Air-X znatno je veća proizvodnja električne energije, a to

je razlog veće nazivne snage i manje brzine vjetra pri kojoj počinje

proizvodnja električne energije. Broj sati u godini tijekom kojih vjetroagregat

proizvodi električnu energiju iznosi 2468 i pritom je iskorišteno 5,94 %

proizvodnog kapaciteta vjetroagregata.

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

Mje

sečn

a p

roiz

vod

nja

[W

h]

Mjeseci u godini

DHMZ

NASA

72

Slika 52 – Proizvodnja električne energije u ovisnosti o satu i danu u godini (DHMZ)

Maksimalnu snagau koju daje vjetroagregat BWC XL.1 iznosi 1,24 kWh.

Ekološki učinak korištenja ovog vjetroagregata jest smanjenje ugljik

dioksida za 296 kilograma te smanjenje sumpor dioksida za 1,28 kilograma

godišnje u odnosu na proizvodnju iste količine energije konvencionalnim

metodama.


Godišnja porizvodnja električne energije znatno je veća i iznosi 1064 kWh.

U mrežu se preda 963 kWh električne energije. Broj sati u godini tijekom

kojih vjetroagregat proizvodi električnu energiju iznosi 3156.

Ekološki učinak korištenja ovog vjetroagregata jest smanjenje ugljik

dioksida za 596 kilograma te smanjenje sumpor dioksida za 2,58 kilograma

godišnje u odnosu na proizvodnju iste količine energije konvencionalnim

metodama.

Slika 53 – Proizvodnja električne energije u ovisnosti o satu i danu u godini (NASA)

73

8.4.4. Ekonomska usporedba za grad Hvar

U tablici Tablica 19 je prikazano nekoliko tipova podataka pomoću kojih je

moguće analizirati ekonomsku ispalativost proizvodnje električne energije iz

energije vjetra.

Tablica Tablica 19 prikazuje nešto bolje rezultate proračuna od rezultata za

Mali Lošinj. Količina proizvedene energije na ovoj lokaciji nije dovoljna da bi

financijski opravdala postavljanje vjetroagregata .

Tablica 17 – Ekonomska analiza isplativosti postavljanja vjetroagregata na Hvaru

Izvor

podatak

a

Odabrani

vjetroagre

gat

Uloženi

kapital ($)

Vrijednost

opreme na

kraju

dvanaestogo

dišnjeg

perioda ($)


predane u mrežu tijekom 12 godina($)

Razlika prvih triju

stavki

($)


a električne energije (kWh)


Vrijeme potrebno

da se otplati sva

oprema (god.)

DHM

Z Air-X 1865 347 93 1425 69,1 7,68 185

NAS

A Air-x 1865 340 179 1346 133 15,00 89

DHM

Z

BWC

XL.1 6259 857 695 4707 520 58,00 81

NAS

A

BWC

XL.1 6259 798 1401 4060 1064 117 35

74

9. Dubrovnik 9.1. Ulazni podaci

Najjužnija i najistočnija odabrana lokacija jest Dubrovnik. Mjerna postaja nalazi

se na nadmorskoj visini 52 m te geografskim koordinatama 42˚ 39' sjeverne

geografske širine i 18˚ 05' istočne geografske dužine. Sa srednjom godišnjom

brzinom vjetra od 3,3 m/s (DHMZ), to se mjesto čini najprikladnije za

proizvodnju električne energije iz energije vjetra od svih odabranih mjesta.

Podaci iz DHMZ-a uzeti su za 2001. godinu.

Tablica 18 – Ulazni podaci (DHMZ, Dubrovnik)

Dubrovnik



Siječanj 4,061

Veljača 3,564

Ožujak 4,002

Travanj 3,267

Svibanj 2,801

Lipanj 2,885

Srpanj 2,696

Kolovoz 2,335

Rujan 3,111

Listopad 2,337

Studeni 4,101

Prosinac 4,429

Prosjek 3,300

75

Tablica 19 – Ulazni podaci (NASA, Dubrovnik)

Dubrovnik



Siječanj 4,01

Veljača 4,30

Ožujak 4,04

Travanj 3,79

Svibanj 3,11

Lipanj 3,03

Srpanj 3,10

Kolovoz 3,21

Rujan 3,13

Listopad 3,66

Studeni 4,04

Prosinac 4,29

Prosjek 3,63

76

9.2. Air-X


Slika 54 – Investicijski troškovi (DHMZ, Dubrovnik)

Slika 55 – Investicijski troškovi (NASA, Dubrovnik)

77

Slika 56 - Podaci o proizvodnji električne energije (DHMZ, Dubrovnik)

Slika 57 - Podaci o proizvodnji električne energije (NASA, Dubrovnik)

78

9.3. BWC XL.1


Slika 58 - Investicijski troškovi (DHMZ, Dubrovnik)

Slika 59 - Investicijski troškovi (NASA, Dubrovnik)

79

Slika 60 - Podaci o proizvodnji električne energije (DHMZ, Dubrovnik)

Slika 61 - Podaci o proizvodnji električne energije (NASA, Dubrovnik)

80

9.4. Usporedba podataka za grad Dubrovnik 9.4.1. Usporedba ulaznih podataka

Tablica 20 – Usporedba rezultata (Dubrovnik)

Izvor

podataka Mjesec

Srednja

brzina vjetra

Relativna

razlika brzine

vjetra u

odnosu na

DHMZ [ ]

Relativna

razlika brzine

vjetra u

odnosu na

DHMZ [%]

1. NASA

Siječanj 4,01 -0,051 -1,25585 Veljača 4,30 +0,736 +20,65095 Ožujak 4,04 +0,038 +0,949525 Travanj 3,79 +0,523 +16,00857 Svibanj 3,11 +0,309 +11,03177 Lipanj 3,03 +0,145 +5,025997 Srpanj 3,10 +0,404 +14,98516

Kolovoz 3,21 +0,875 +37,47323 Rujan 3,13 +0,019 +0,610736

Listopad 3,66 +1,323 +56,61104 Studeni 4,04 -0,061 -1,48744 Prosinac 4,29 -0,139 -3,13841

2. DHMZ

Siječanj 4,061 0 0

Veljača 3,564 0 0

Ožujak 4,002 0 0

Travanj 3,267 0 0

Svibanj 2,801 0 0

Lipanj 2,885 0 0

Srpanj 2,696 0 0

Kolovoz 2,335 0 0

Rujan 3,111 0 0

Listopad 2,337 0 0

Studeni 4,101 0 0

Prosinac 4,429 0 0

81

Slika 62 - Usporedba srednje brzine vjetra [ ]


0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

Sre

dn

ja b

rzin

a

Mjeseci u godini

DHMZ

NASA

-0,4

-0,2

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

Re

lati

vna

razl

ika

sre

dn

je b

rzin

e v

jetr

a

Mjeseci u godini

DHMZ

NASA

82

9.4.2. Air-X

Tablica 21 – Usporedba proizvodnje električne energije (Dubrovnik)



[Wh]


[kWh]

Relativna razlika


[%]

Relativna razlika



1. NASA

Siječanj 19,96

122

+28,27

+35,55

Veljača 11,11 +42,80 Ožujak 16,67 +25,05 Travanj 10,00 +28,53 Svibanj 4,44 +33,33 Lipanj 3,33 +50,00 Srpanj 3,33 +50,00

Kolovoz 3,33 +50,00 Rujan 7,78 +39,92

Listopad 3,33 +50,00 Studeni 17,78 +33,38 Prosinac 20,00 +38,50

2. DHMZ

Siječanj 15,56

90

0

0

Veljača 7,78 0

Ožujak 13,33 0


Srpanj 2,22 0

Kolovoz 2,22 0

Rujan 5,56 0


Prosinac 14,44 0

83



U Dubrovniku na visini 10 metara vjetroagregat Air-X proizvede godišnje 90

kWh tijekom 3041 sati. Maksimalna snaga koju pritom daje iznosi 150 W, a

iskorištenost proizvodnog kapaciteta iznosi 2,57 %. Smanjenje emisija u

atmosferu iznosi 51 kilogram ugljik dioksida.

Slika 65 - Proizvodnja električne energije u ovisnosti o satu i danu u

godini (DHMZ)

0

5

10

15

20

25

Mje

sečn

a p

roiz

vod

nja

[W

h]

Mjeseci u godini

DHMZ

NASA

84

Na slici Slika 65 vidimo kako je najveća proizvodnja u zimskim mjesecima .

Tada i vjetroagregat postiže najveću snagu koja iznosi 150 W.


U proračunu s NASA-im podacima proizvedena električna energija iznosi 122

kWh, a u mrežu se preda 110 kWh. Broj sati u godini tijekom kojih

vjetroagregat proizvodi električnu energiju iznosi 3550 i pritom je iskorišteno

3,49 % proizvodnog kapaciteta vjetroagregata.

Utjecaj korištenja vjetroagregata Air-X umjesto konvencionalnog izvora

električne energije spram prirode je takoĎer vrlo malen, tek 69,5 kilograma

ugljik dioksida se manje ispušta u zrak.


85

9.4.3. BWC XL.1

Tablica 22 - Usporedba proizvodnje električne nergije (Dubrovnik)



[Wh]


[kWh]

Relativna razlika


[%]

Relativna razlika



1. NASA

Siječanj 138,94

917

+28,95

+32,51

Veljača 87,81 +33,99 Ožujak 125,60 +29,96 Travanj 77,81 +32,17 Svibanj 38,90 +45,91 Lipanj 34,46 +47,70 Srpanj 32,24 +45,09

Kolovoz 26,68 +41,31 Rujan 60,02 +35,08

Listopad 23,34 +40,09 Studeni 126,71 +28,17 Prosinac 144,50 +30,08

2. DHMZ

Siječanj 107,74

692

0

0

Veljača 65,53 0

Ožujak 96,64 0


Srpanj 22,22 0

Kolovoz 18,88 0

Rujan 44,43 0


Prosinac 111,08 0

86



Maksimalna snaga koju daje vjetroagregat BWC XL.1 u Dubrovniku na visini

10 metara iznosi 1,22 kW. Proizvedena energija u periodu od godine dana

iznosi 692 kWh. Vrijeme tijekom kojeg vjetroagregat proizvodi električnu

energiju iznosi 3862 sata. Iskorištenost proizvodnog kapaciteta

vjetroagregata BWC XL.1 iznosi 7,90 %. Za tu količinu proizvedene energije

konvencionalni izvor bi u atmosferu ispustio 394 kilograma ugljik dioksida i

1,71 kilograma sumpor dioksida.

0

20

40

60

80

100

120

140

160

Mje

sečn

a p

roiz

vod

nja

[W

h]

Mjeseci u godini

DHMZ

NASA

87


Proizvodnja, izvor NASA

Vjetroagregat BWC XL.1 pokazao je najbolje rezultate od svih vjetroagregata

na svim lokacijama. Postavljen na visini 10 metara godišnje proizvede 917

kWh električne energije. Proizvodi energiju tijekom 4424 sati godišnje i

iskorištenost proizvodnog kapaciteta mu iznosi 10,5 %. Najveća snaga koju

daje iznosi 1,24 kW, a prosječna godišnja 100 W. Proizvodnja električne

energije vjetroagregatom BWC XL.1 tijekom jedne godine sačuva atmosferu

za 521 kilograma ugljik dioksida, 2,26 kilograma sumpor dioksida i 1,11

kilograma dušikovih oksida.


88

9.4.4. Ekonomska usporedba vjetroagregata na 10 metara visine (Dubrovnik)

Tablica 23 – Ekonomska analiza isplativosti postavljanja vjetroagregata u Dubrovniku

Izvor

podataka

Odabrani

vjetroagre

gat

Uloženi

kapital

($)

Vrijednost

opreme na kraju

dvanaestogodiš

njeg perioda ($)


predane u mrežu tijekom

12 godina($)

Razlika prvih triju

stavki

($)


a električne energije (kWh)


Vrijeme potrebno

da se otplati sva

oprema (god.)

DHMZ Air-X 1865 345 133 1387 90 11,15 124

NASA Air-x 1865 341 164 1360 122 14 97

DHMZ BWC

XL.1 6259 838 926 4495 692 77,13 58

NASA BWC

XL.1 6259 813 1226 4220 917 102,14 40

89

10. Zaključak

Pri projektiranju vjetroenergetskog sustava projektant se susreće sa mnogim

nesigurnostima. Jedna od njih je i podatak o brzini vjetra za odabranu lokaciju.

U ovom radu promatrane su tri lokacije u Republici Hrvatskoj. To su: grad Mali

Lošinj, grad Hvar i grad Dubrovnik. Za svaku od te tri lokacije korišteni su

podaci o brzini vjetra iz dva različita izvora. Budući da su podaci različiti za

svaki izvor i svaku lokaciju, nameće se nekoliko pitanja – koji izvor podataka je

najpouzdaniji? Koji podaci predviĎaju najveću proizvodnju električne energije, a

koji najmanju, te kolika je uopće ta razlika? Ova analiza daje odgovore na ta

pitanja, a do njih dolazimo pomoću računalnog simulacijskog programa

HOMER u kojem je provedena energetsko-ekonomska analiza za sve lokacije i

sve izvore podataka. U simulacije se koristi dva tipa vjetroagregata i dva njima

odgovarajuća pretvarača. Oscilacije ulaznih podataka postoje za sva tri grada.

Za grad Mali Lošinj postoji razlika izmeĎu NASA i DHMZ ulaznih podataka, a

to se direktno odražava i na godišnju proizvodnju električne energije. Razlika

izmeĎu srednje godišnje brzine vjetra iznosi 0,484 m/s. U proračunu s Air-X

vjetroagregatom iznos proizvedene električne energije iznosi 68 kWh za DHMZ

izvor podataka, a 108 kWh za NASA izvor podataka. Korištenjem ulaznih

podataka iz NASA izvora podataka proizvedeno je skoro 59 % više energije u

odnosu na DHMZ izvor podataka. Vjetroagregat BWC XL.1 u odnosu na Air-X

ima dva i pola puta veću nazivnu snagu te manju brzinu pri kojoj počinje

proizvodnja električne energije. S obzirom na te karakteristike proizvodnja

električne energije je znatno veća. Za DHMZ izvor podataka iznos proizvedene

električe energije je 561 kWh, a za NASA izvor podataka 861 kWh.

Za grad Hvar veća je razlika izmeĎu NASA i DHMZ ulaznih podatak, a time će

biti i veća razlika u godišnjoj proizvodnji električne energije. Razlika izmeĎu

srednje godišnje brzine vjetra iznosi 0,77 m/s. U proračunu s Air-X

vjetroagregatom iznos proizvedene električne energije je 69 kWh za DHMZ

izvor podataka, a 133 kWh za NASA izvor podataka. Korištenjem ulaznih

podataka iz NASA izvora podataka proizvedeno je skoro 93 % više energije u

odnosu na DHMZ izvor podataka što je poprilično velika razlika. Za

vjetroagregat BWC XL.1 proizvedena električna energija iznosi 520 kWh za

90

DHMZ izvor podataka, a 1064 za NASA izvor podataka. Kod ovog tipa

vjetroagregata razlika u proizvodnji električne energije je više od 100 %.

Za grad Dubrovnik najmanja je razlika izmeĎu NASA i DHMZ ulaznih podatak,

a time će biti i najmanja razlika u godišnjoj proizvodnji električne energije.

Razlika izmeĎu srednje godišnje brzine vjetra iznosi 0,36 m/s. U proračunu s

Air-X vjetroagregatom iznos proizvedene električne energije je 90 kWh za

DHMZ izvor podataka, a 122 kWh za NASA izvor podataka. Za vjetroagregat

BWC XL.1 proizvedena električna energija iznosi 692 kWh za DHMZ izvor

podataka, a 917 za NASA izvor podataka.

Iz dobivenih rezultata vidljivo je da u većini slučajeva ulazni podaci, a zbog

toga i mjesečna i godišnja proizvodnja električne energije, osciliraju ovisno o

izvoru podataka. Oscilacije su mnogo veće na mjesečnoj, ali prisutne su i na

godišnjoj razini. To je iznimno važno za samostalne vjetroenergetske sustave,

ali i za mrežu kada bi se ukupna instalirana snaga vjetro elektrana znatno

povećala. Dakle, izvore podataka, tj. njihovu pouzdanost, itekako treba imati u

vidu pri projektiranju sustava jer godišnja proizvodnja električne energije od +/-

10ak posto može značiti razliku izmeĎu isplativosti i neisplativosti sustava.

91

11. Sažetak

U ovom završnom radu zadatak je bio analizirati varijabilnost proizvodnje

električne energije iz energije vjetra korištenjem računarskog programa

HOMER. Razmatrane su dvije konfiguracije vjetroagregata kombiniranjem dva

izvora podataka na tri lokacije. Uzimajući u obzir trenutno stanje poticanja

proizvodnje električne energije iz obnovljivih izvora energije ocijenjen je utjecaj

varijabilnosti na ekonomičnost u Hrvatskoj.

Usporedba rezultata očekivano pokazuje da proizvodnja električne energije

najviše ovisi o lokaciji gdje je instaliran vjetroenergetski sustav, ali i da utjecaj

podataka za vjetar iz različitih izvora nije zanemariv.

92

12. Literatura

1. Uredba o naknadama za poticanje proizvodnje električne energije iz

obnovljivih izvora energije i kogeneracije; Narodne novine; 28. 03. 2007.;

33/2007; 05.01.2008.; http://www.nn.hr/clanci/sluzbeno/2007/1079.htm

2. Tarifni sustav za proizvodnju električne energije iz obnovljivih izvora

energije i kogeneracije; Narodne novine; 28. 03. 2007.; 33/2007;

05.01.2008.; http://www.nn.hr/clanci/sluzbeno/2007/1082.htm

3. HEP ODS - Tarifni modeli, s interneta,

http://www.hep.hr/ods/kupci/tarifni.aspx , siječanj 2009.

4. „NASA Surface meteorology and Solar Energy - A renewable energy

resource web site“, s interneta, http://eosweb.larc.nasa.gov/sse/ , siječanj

2009.

5. Državni Hidrometeorološki Zavod, s interneta, http://meteo.hr/ , siječanj

2009.

6. „HOMER – Getting started guide (HOMER Help)“, s interneta

https://analysis.nrel.gov/homer/includes/downloads/HOMERGettingStarted

10.pdf, siječanj 2009.

7. Southwest Windpower; http://www.windenergy.com ; siječanj 2009.

8. Bergey WindPower Co.;http://www.bergey.com; siječanj 2009.

9. Inženjering za solarne i vjetrom pogonjene sustave napajanja el. Energijom

Veneko d.o.o; http://www.veneko.hr/hr/index.html ; 05.01.2009.

10. Eolmeteo d.o.o.; http://www.eolmeteo.hr ; siječanj 2009.

11. FF Solar; http://www.ffsolar.com; siječanj 2009.

12. Watts2C; http://www.watts2c.com.au; siječanj 2009.

http://www.nn.hr/clanci/sluzbeno/2007/1079.htm

http://www.nn.hr/clanci/sluzbeno/2007/1082.htm

http://www.hep.hr/ods/kupci/tarifni.aspx


http://meteo.hr/

https://analysis.nrel.gov/homer/includes/downloads/HOMERGettingStarted

http://www.windenergy.com/

http://www.bergey.com/

http://www.veneko.hr/hr/index.html

http://www.eolmeteo.hr/

http://www.ffsolar.com/

http://www.watts2c.com.au/

Documents

Analiza varijabilnosti proizvodnje električne energije iz ... · 1 sveuČiliŠte u zagrebu fakultet elektrotehnike i raČunarstva . zavrŠni rad br. 449 . analiza varijabilnosti