Elektricne energije !PrDIE2013!!!

Distribuirani izvori elektrine energije Predavanja, 2013 _______________________________________________________________________________________

- 1 -

DISTRIBUIRANI IZVORI ELEKTRINE ENERGIJE Distribuirana proizvodnja (engl. Distributed generation DG) je termin koji se u

elektroenergetici koristi za proizvodnju elektrine energije na lokaciji potroaa. Samim tim, distribuirani izvori elektrine energije (DI) su izvori elektrine energije

locirani u blizini potroaa, odnosno na teritotiji ili u samoj blizini potroakih konzuma. Distribuirani izvori (osim vjetroelektrana) najee su prikljueni na distributivnu

mreu, to u principu pomae smanjivanju gubitaka u prenosnom sistemu. Distribuirani izvori predstavljaju decentraliziranu proizvodnju elektrine (i toplotne)

energije i kao takvi poveavaju pouzdanost snabdijevanja potroaa elektrinom energijom

i u principu smanjuju gubitke u prenosnoj mrei. Takoe, njihovom primjenom se smanjuje

emisiju tetnih materija u okolinu. Ova proizvodnje predstavlja veoma vanu dopunu

centraliziranim sistemima proizvodnje. Veoma efikasni mogu biti za pokrivanje vrne

proizvodnje vremena trajanja reda 2000 sati. Za pokrivanje 2000-2500 sati ne isplati se

graditi velike centralizirane sisteme, ve se trebaju koristiti mali decentralizirani sistemi.

Osnovne povoljnosti proizvodnje iz DI su:

Energija se proizvodi u blizini, odnosno na samom mjestu potronje,

Poveava se sigurnost snabdijevanja,

Ouvanje okolime i klime (manje emisija tetnih materija u okolinu)

Bolje iskorienje mree, sa promjenom parametara reima koji su u

osnovi pozitivnog karaktera (poboljanje naponskih prilika i smanjenje gubitaka -

slika), ali mogu imati i negativne efekte u odnosu na naponske prilike i gubitke

elektrine energije.

Prikljuak DI na distributivnu mreu, bez obzira na snagu elektrane i naponski nivo,

odnosno mjesto prikljua, dovode do znajnih promjena pogonskih parametara distributivne

mree, koje se mogu grupisati u stacionarne i dinamike karakteristike.

Posmatrajui samo stacionarne karakteristike, treba istai dva osnovna aspekta:

naponske prilike du radijalnog odvoda distributivne mree na koju je

prikljuen jedan ili vie DI,

uticaj na gubitke snage i energije u distributivnoj mrei.

Oba navedena aspekta mogu imati pozitivne i negativne uticaje, zavisno od tipa i

reima rada DI s jedne strane, te reimu optereenja i tehnikih karakteristikama

distributivne mree sa druge strane.


- 2 -

Slika 1.

Uticaj prikljuka DI na gubitke snage i energije u distributivnoj mrei, ilustrovaemo na sljedeem primjeru.

U tzv. pasivnoj distributivnoj mrei aktivne i reaktivne snage u granama mree Pi(t),

Qi(t) rezultat su iskljuivo potronje, odnosno potroaa prikljuenih na kraju (u odnosu na

napojnu taku) proosmatrane grane mree i gubitaka snage u granama (koji su obino reda

veliine do nekoliko postotaka). Zbog toga se na radijalnom izvodu distributivne mree (npr.

Izvodu 10 kV ili 20 kV) snage u granama smanjuju kako se kree od napojne take prema

kraju izvoda, pa se i gubici koncentru na poetnim granama, te opadaju prema kraju izvoda.

Na slici 2 je prikazan primjer 10(20) kV- nog izvoda napajanog iz TS x/10(20) kV sa 5 vorova

(mjesta prikljuka TS x/0,4 kV) i 5 grana (vodova). Grafikonom su prikazani tokovi aktivnih i

reaktivnih snaga du izvoda, tj. po svim granama. Potronja aktivne i reaktivne snage u i-tom

voritu oznaena je sa Pp-i , odnosno Qp-i.


- 3 -

Slika 2.

Ako se npr. u voru 4 prikljui DI mala elektrana, ona e u trenutku t proizvoditi

aktivnu snagu snagu PG(t) i reaktivnu snagu QG(t), pa se takva mrea, odnosno dio mree od

napojne take do vora s prikljuenom elektranom, naziva aktivna distributivna mrea.


- 4 -

U sluaju da nema potronje na izvodu, aktivna i reaktivna snaga koju proizvede

elektrana ima tok prema napojnoj taki i to u jednakom iznosu preko svih grana 1 do 4

(takoer zanemareni gubici).

Superpozicijom tokova snaga u granama koje su rezultat potronje i tokova snaga koje

su rezultat proizvodnje elektrane, dobije se situacija prikazana na slici 2. Odabran je sluaj

kad je aktivna snaga elektrane upravo jednaka potronji na izvodu, dok je reaktivna snaga

elektrane jednaka nuli, budui da je najei sluaj da DI rade s faktorom snage cos = 1. Meutim, u nekim sluajevima radi se o asinhronim generatorima bez kompenzacije

reaktivne snage, tako da elektrana u tom sluaju predstavlja dodatnog potroaa reaktivne

snage, poveavajui na taj nain optereenje grana reaktivnom snagom.

Prikazani primjer ilustruje tipinu situaciju u aktivnoj distributivnoj mrei, u kojoj se

mijenja iznos i smjer tokova aktivnih snaga u svim granama od napojne take do mjesta

prikljuka elektrane u mrei.

Sa stanovita gubitaka aktivne snage, elektrana u ovakvom sluaju ima pozitivni

efekat, budui da u cjelini smanjuje tokove aktivnih snaga u mrei, pa tako i gubitke aktivne

snage. Meutim, u sluaju da je proizvodnja aktivne snage elektrane znatno vea od ukupne

potronje radne snage na izvodu, dobiti e se obrnuti efekt, tj. poveanje ukupnih tokova

aktivne snage po granama, tako da e ukupni gubici aktivne snage biti vei.

Na sljedeoj slici je prikazan tok vrijednosti napona uzdu voda (naponski profil) bez i

sa DI, a s regulacijom napona u mrenom izvoru (napojnom TR).


- 5 -

U principu, svako prikljuenje DI na mreu zahtijeva analizu parametara reima mree

i sa tog aspekta izbor kako optimalnih karakteristika izvora tako i opteimalne take

prikljuenja DI na mreu.

Napomena:

Najvee promjene u mrei se osjeaju kada je distributivna mrea veoma malo optereena, tako da snaga

koju proizvodi distribuirani generator ne moe biti potroena u samoj distributivnoj mrei, nego snaga tee

prema prenosnom sistemu.

Do promjene naponskih prilika dolazi i zbog toka reaktivne snage u ditributivnoj mrei, npr. ako sinhroni

generator radi u poduzbuenom sistemu ili ako je na mreu prikljuen nekompenzirani asinhroni generator

(kome je reaktivna energija potrebna da bi uopte mogao raditi).

Kod distributivnih mrea, pad napona du dionica voda, otpora R i induktivnosti L ( LX ==== ), moe raunati prema izrazu:

Distribuirani generator prikljuenjem na distributivnu mreu poveava snagu kratkog spoja mree, tako da se moraju ponovo razmotriti i najvjerovatnije izmjeniti zatitne mjere koje su ve postojale u distributivnoj mrei. Ako pojavu poveanja snage kratkog spoja

posmatramo sa aspekta kvaliteta elektrine energije, onda je to pozitivna pojava. Jer vea

snaga kratkog spoja distributivne mree znai i da je bolji kvalitet elektrine energije u toj

mrei.

Prikljuenje DI na distributivnu mreu, zahtijeva prouavanje nekoliko razliitih

aspekata zatite: 1. Zatita DG i cijele male elektrane.

2. Zatita od kvarova u distributivnoj mrei od struja kratkog spoja koje su znaajno

poveane zbog prikljuenja DG.

3. Zatita od pojave ostrvskog rada.

4. Uticaj DG na ve postojeu zatitnu opremu u distributivnom sistemu.

Svi ovi aspekti izazivaju dodatna ulaganja u adaptaciju sistema zatite, nakon prikljuenja DI.

Distribuirani generator kada se prikljui na distributivnu mreu postaje aktivan dio

cjelokupnog sistema i ima manji ili vei uticaj na stabilnost EES, zavisno od same njegove snage, mjesta gde je prikljuen, jaine konzuma u njegovoj blizini i sl.

Ako je distribuirani generator prikljuen na jaku mreu (veliki konzum) i ako je njegov

uticaj takav da se moe posmatrati samo kao objekat koji proizvodi kWh iz obnovljivih izvora

energije, onda je njegov uticaj na tranzijentnu stabilnost zanemariv. Tj. ako doe do

poremeaja (kvara) u distributivnoj mrei koji za posljedicu ima pad napona u mrei, tada e

2 VQXPRV ++++====


- 6 -

doi do ubrzanja rotora distribuiranog generatora (koji nastoji da nadoknadi pad napona)

sve dok ne proradi zatita generatora i doe do njegovog ispadanja sa mree. Kada se prilike

u mrei vrate u normalu, relej koji je satavni dio eme upravljanja distribuiranog generatora

poslae signal i doi e do ponovnog automatskog ukljuenja generatora na mreu. Najvea

teta u tom sluaju je period (vrijeme) u kojem nema proizvodnje elektrine energije od

strane distribuiranog generatora. Ali ako je generator prikljuen na slabu mreu (mali

konzum) tada on ima itekako veliki uticaj na tranzijentnu ugaonu stabilnost distributivne

mree. Promjene u takvoj mrei moe izazvati i samo ukljuenje ili iskljuenje generatora na

mreu, kao i reim njegovog rada. Zavisno od take prikljuenja distribuiranog generatora i

njegove snage distribuirani generator ima manji ili vei uticaj i na cjelokupan EES.

Ekonomski efekat prikljuenja distribuiranih izvora na distributivnu mreu moe se posmatrati kroz vie uticaja.

Sa ekonomskog stanovita, DG mogu poveati ili smanjiti gubitke u distributivnoj

mrei tako da mogu uticati i negativno i pozitivno na ekonomske rezultate distributivnih

kompanija. Dakle ako su distribuirani generatori prikljueni na distributivnu mreu koja ima

veliki konzum, smanjie se put potreban da energija doe do potroaa i samim time e se

smanjiti i trokovi koje izazivaju gubici u mrei, dok je sasvim suprotna slika ako je

distribuirani generator prikljuen na mreu malog konzuma, tada se gubici u distributivnoj

mrei poveavaju na znaajan nivo i praktino su distributivne kompanije na gubitku.

Trenutno, distribuirani generatori nemaju ulogu regulatora napona u mrei, mada bi

se to moglo urediti odreenim mrenim pravilima tako da tokom velikih (vrnih) optereenja

(potronje) generator u mreu injektira reaktivnu snagu (Q), a tokom minimalnog

optereenja mogao bi reaktivnu snagu da vue iz mree. Takav pokuaj ureenja rada

distribuiranih generatora uveden je u Danskoj za generatore koji su instalirani u

kombinovanim toplanamaelektranama (kogeneraciji). U stvari uraeno je slijedee:

distribuirani generatori rade u tri reima (tri razliita faktora snage) zavisno od doba dana.

Tokom perioda vrnog optereenja generatori u mreu injektiraju reaktivnu snagu, dok u

periodu slabog optereenja (male potronje) generatori rade sa jedininim faktorom snage

ili ako je to potrebno u poduzbuenom reimu (vuku reaktivnu snagu iz mree).

Zatitna tehnika i ostala oprema u distributivnim mreama prikljuenjem generatora

vie nije adekvatna ni po snazi niti po parametrima na koje je podeena zatita, te su zbog

toga potrebna dodatna finansijska ulaganja.

Uticaj DI na prenosni sistem takoe moe biti pozitivan, ako se problem postavi na taj nain da e tokom vrha potronje (vrnog optereenja) zbog rada distribuiranog

generatora biti potrebno manje snage preuzeti iz prenosnog sistema, tako da e se i na

prenosnim vodovima (zbog manje potranje) smanjiti prenos snage. Taj uticaj moe biti


- 7 -

veoma znaajan ako imamo prenosne vodove koji rade na gornjoj granici svoga kapaciteta.

Takoe taj uticaj moe biti i negativan, npr. ako tokom vrha potronje iz nekog razloga DG

prekine proizvodnju (ispadne sa mree), tada naglo poraste snaga koja se povlai iz

prenosnog sistema koji je u tom periodu ve ionako optereen i radi na granici svoga

kapaciteta.

Uticaj DI na proizvodni sistem ogleda se u injenici da DG mogu umanjiti potranju za

izlaznom snagom velikih elektrana, ali sistem upravljanja postaje nesigurniji, jer je sada tee

procijeniti stanje i potrebe u EES. Tako da sistem operator koji upravlja EES zbog

nemogunosti upravljanja DG na nain kojim upravlja velikim elektranama mora u sistemu

uvijek imati dodatne rezerve u odnosu na sistem bez DG kako bi odrao cjelovitost i

integritet EES.

Nesigurnost koju izazivaju DG u EES moe se opisati na nain da je teko predvidjeti

njihovu mogunost proizvodnje u svakom trenutku, prvenstveno zbog izvora energije koje

oni koriste (vjetar, sunce itd.), tako da se predvianja proizvodnje vre na osnovu

meterolokih izvjetaja koji ne moraju biti tani.

Uticaj DI na kvalitet elektrine energije moe biti znaajan i razliit. Kao pozitivan uticaj moe se izdvojiti poboljanje naponskih prilika odstupanja napona u mreama sa DG.

S druge strane DG mogu imati znaajne negativne uticaje na harmonisku distorzij napona u

distributivnim mreama sa DG (prvenstveno sa vjetroelektranama).

Naini spajanja DG jedinica na mreu

Tehniki se DG jedinice na mreu mogu spojiti na dva naina, i to: paralelnim

(mrenim) i samostalnim spojem.

Kod paralelnog spoja (slika a.), DG jedinica i mrea neprestano su povezane i stalno su

pod optereenjem. U tom se sistemu povezanosti prekid napajanja iz jednog izvora

automatski nadoknauje radom drugoga, bez prekida. Ovo bitno smanjuje uestanost

prekida i u principu poskupljuje elektrinu energiju, jer DG jedinica neprestano radi, te se

poveavaju trokovi odravanja i potronje goriva. Kod paralelnog sustava nedostatak je

potreba ugradnje kontrolne i sigurnosne opreme to ga bitno poskupljuje.

Kod samostalnog pogona (slika b.) samo je jedan izvor ukljuen, dok je drugi

neprekidno na raspolaganju ukljuivanjem sklopke. To znai da u sluaju prekida rada jednog

izvora, treba da proe odreeno vrijeme da se sklopka prebaci na drugi. To moe trajati

krai ili dui vremenski period, zavisno zavisno od toga, da li je prespajanje automatsko ili

runo. Rad DG jedinice i mree u preklopnom spoju skrauje samo vrijeme prekida, ali ne

popravlja broj prekida koji se moe oekivati. Paralelni spoj reducira i jedno i drugo.


- 8 -

a) Paralelan rad b) Samostalan rad

Slika 3.

VRSTE DISTRIBUIRANIH IZVORA

Distribuirani izvori (DI), odnosno distribuirana proizvodnja (DG) obuhvata sljede

tehnologije (od kojih su neke jo u tehnolokom razvoju) :

tehnologije obnovljivih izvora,

kogeneracijske tehnologije i

tehnologija toplotnih pumpi

DISTRIBUIRANA PROIZVODNJA IZ OBNOVLJIVIH IZVORA Distribuiranu proizvodnju dominantno ine obnovljivi izvori elektrine energije:

U obnovljive izvore spadaju:

Vjetroenergija

Hidroenergija (male i velike hidroelektrane)

Solarna energija (fotonaponska i solarna termalna)

Energija biomase

Energija mora (talasa, plime i oseke, toplota mora)

Geotermalna energija (ogromne koliine energije)

Osnovni razlozi zbog kojih se promovie upotreba obnovljivih izvora energije mogu se

sumirati u tri grupe:

Zatita ivotne sredine, smanjenje emisije gasova staklene bate i

predupreenje rizika koje nosi nuklearna energetika.

Poboljanje energetske sigurnosti, smanjenje zavisnosti od uvoza energije i

smanjenje posljedica postepenog nestajanja goriva fosilnog porijekla.

OPTEREENJE OPTEREENJE


- 9 -

Poveavanje ekonomske konkurentnosti, stvaranje novih radnih mjesta i novi

put za tehnoloki napredak.

UTICAJ NA IVOTNU SREDINU: KONVENCIONALNI IZVORI OBNOVLJIVI

(ALTERNATIVNI) IZVORU

Efekti zagaenja ivotne sredine usljed proizvodnje elektrine energije iz kovencionalnih elektrana

Lokalni:

Zagaenje vazduha, zemljita i voda (TE)

Promjena mikroklime (TE, HE)

Toplotno zagaenje rjenih tokova i vazduha (TE, NE)

Unitavanje plodnog zemljita i stvaranje jalovita (TE, HE)

Stvaranje radioaktivnog otpada (NE) ...

Globalni:

Poveanje glabalne temperature na Zemlji (efekat staklene bate)

Pjava kiselih kia

Negativan uticaj na kvalitet voda i ekosistem

EFEKAT STAKLENE BATE Eekat staklene bate je prirodno prisutan proces kojim se zagreva Zemljina povrina i atmosfera.

Nastaje poremeajem energetske ravnotee izmeu koliine zraenja koje od Sunca prima i u svemir

zrai Zemljina povrina. Ovaj efekat predstavlja rezultat poveanja koliine zraenja koje ne moe od

povrine Zemlje da bude emitovano u svemir, ve ga atmosfera upije i postane toplija.

Ukratko, Sunce emituje energiju raznih talasnih duina, dobar deo toga stigne do Zemljine povrine,

doprinosi stvaranju i odravanju ivota na Zemlji, a dio tog zraenja potom biva emitovan u svemir i priroda

je u ravnotei.

Gasovi staklene bate: vodena para H2O, ugljen dioksid CO2, metan CH4, azotsuboksid N2O, sumpor heksafluorid SF6, fluorisani ugljovodonici apsorbuju dugotalasno zraenje sa Zemljine povrine a

proputaju niskotalasno zraenje od Sunca.

Poveavanjem koncentracije gasova staklene bate u atmosferi se naruava termodinamika

ravnotea i dolazi do permanentnog poveanja temperture na Zemlji

Sa industrijalizacijom i rastom populacije, emisija gasova sa efektom staklene bate se konstantno

poveavala. U poslednjih 100 godina oveanstvo je emitovalo gasove staklene bate u atmosferu bre

nego to su ih prirodni procesi mogli ukloniti. Glavni izvori gasova staklene bate su: sagorevanje fosilnih goriva, industrijski procesi, odlaganje

otpada, sea uma, poljoprivredna proizvodnja i stoarstvo

Doprinos ugljen dioksida CO2 zagrevanju zemlje zbog efekta staklene bate je oko 60%. Pri tome,

ugljen dioksid ima relativno mali potencijal zagrevanja, ali mu je koncentracija u masi gasova u atmosferi

daleko najvea.


- 10 -

Gavni izvor ugljen dioksida CO2 je sagorevanje fosilnih goriva kao to su ugalj, nafta i gas, te erozija

uma i zemljita (oksidacija ugljenikovih materijala u tlu), odnosno izmenjenih uslova i namena kori-enja

zemljita.

Okeani i biljke (prije svega velike povrine prekrivene umom) apsorbuju CO2 iz atmosfere (smanjuju

nivo CO2).

KISELE KIE Kisele kie su iroko korien pojam za opisivanje vie puteva kojima kiseline padaju iz atmosfere.

Precizniji termin bi bio kisela depozicija, koja ima dva oblika:

Vlana depozicija se odnosi na kiselu kiu, maglu i sneg. Sve ove kisele padavine spolja i kroz zemlju utiu na biljke i ivotinje. Jaina tog uticaja zavisi od niza faktora: stepena kiselosti vode, hemijskog sastava

zemljita, tipa drvea, vrste riba i drugih organizama u vodi.

Suva depozicija se odnosi na kisele gasove i estice. Oko polovine kiselosti u atmosferi pada na zemlju u vidu suve depozicije. Vjetar nanosi kisele estice i gasove na zgrade, kola, kue, drvee... Suvo

deponovani gasovi i estice mogu takoe biti sprani kiom, inei vodu jo kiselijom.

Kisele kie su prvenstveno posljedica sagorevanja fosilnih goriva. Veina gasova koji stvaraju kiselu

kiu potiu iz elektrinih centrala i tvornica ili iz ispunih gasova motornih vozila.

Kisele kie nastaju kada se produkti emisije gasova pri sagoravanju fosilnih goriva, u prvom redu SO2 - sumpor dioksid, NOx azot oksid (S obzirom na uticaj na ivotnu sredinu i zdravlje najznaajniji oksidi

azota su: - NO azotmonoksid, - NO2 azotdioksid, - N2O azotsuboksid, a zajedniki se oznaavaju kao NOx) i

SOx sumpor ksid, kombinuju sa vlagom u atmosferi.

Ekoloki efekti kisele kie su:

Zakiseljavanje jezera i reka,

Pomor riba i divljai,

Oteenje uma i drugog rastinja,

Ubrzano propadanje zgrada,

Smanjenje vidljivosti,

Loiji kvalitet vazduha.

Ozbiljan je uzronik oboljenja (utie na rad srca i oboljenje plua, Izaziva astmu i bronhitis)

Tehnologija obnovljivih izvora energije ima veoma vanu ulogu u smanjenju emisije

CO2 u atmosferu pa samim tim doprinosi smanjenju efekta staklene bate. Ona je ista I ima

mnogo manji uticaj na okolinu od konvencionalnih energetskih tehnologija.

ANALIZE UTICAJA OBNOVLJIVIH IZVORA NA ZAGAENJE IVOTNE SREDINE

Primjer:

Na jednoj lokaciji planirana je izgradnja dvije vjetroelektrane ukupne instalisane snage 300 MW. Na

osnovu mjerenja brzina vetra u regionu proraunato (procenjeno) je da e vjetroelektrane raditi sa

prosjenim godinjim faktorom iskorienja kapaciteta od 27,15%. Proceniti godinju utedu u emisiji

gasova staklene bate i kiselih kia, koja se postie proizvodnjom elektrine energije u analiziranim

vjetroelektranama.

Reenje:


- 11 -

Jedan od osnovnih motiva za nagli razvoj obnovljivih izvora energije je njihov

relativno mali negativan uticaj na ivotnu sredinu u poreenju sa konvencionalnim

elektranama. Glavni negativni uticaji proizvodnje elektrine energije je emisija tetnih

gasova u atmosferu pri proizvodnji svakog kWh elektrine energije.

U tabeli 1 je dat pregled prosjene emisije neradioaktivnih gasova pri proizvodnji

elektrine energije iz razliitih izvora. Navedene vrijednosti predstavljaju ekvivalentne

emisije u koje su ukljuene i emisije koje su prouzrokovane proizvodnjom elemenata

elektrane i njihovom montaom.

Glavni negativni uticaji proizvodnje elektrine energije, odnosno emisije tetnih

gasova, pri radu elektrana su:

Globalno zagrevanje zbog efekta staklene bate

Pojava kiselih kia

Ima i drugih negativan uticaja na kvalitet voda i ekosistem, npr. amonijak NH3.

Tabela 1. Tipina emisija gasova pri proizvodnji elektrine energije iz razliitih izvora

Svaki od navedenih tetnih gasova koji se emituju u atmosferu u manjoj ili veoj mjeri

uzrokuje navedene negativne uticaje na ivotnu sredinu. Uticaj pojedinih gasova na

odreenu kategoriju zagaenja ivotne sredine se kvantifikuje preko odgovarajuih

koeficijenata . U tabeli 2 navedene su vrijednosti tih koeficijenata (Characterization factor

Udj) za osnovne emisione gasove koji su od interesa za ovu analizu.

Kvantifikacija uticaja proizvodnje elektrine energije na odreenu kategoriju

ugroavanja ivotne sredine se posmatra kroz utvrivanje nivoa ekvivalentne emisije

odreenog referentnog gasa (CO2 je referentni gas za globalno zagrevanje, SO2 za stvaranje

kiselih kia i PO4 3-

za ugroavanje voda i ekosistema, amonijak NH3 ...).


- 12 -

Tabela 2. Faktori uticaja emisionih gasova na zagaenje ivotne sredine

Za analiziranu vjetroelektranu moe se procjeniti ukupna godinja proizvodnja

elektrine energije:

./388,71387602715,0300 godGWhTPkW v ============

Imajui u vidu podatke date u tabelama 1 i 2 i utvrenu godinju proizvodnju

elektrine energije perspektivnih vetroelektrana, mogu se proceniti ekvivalentne emisije

referentnih gasova:

za globalno zagrevanje, ekvivalentno CO2

za stvaranje kiselih kia, ekvivalentno SO2

Ukupna godinja emisija ekvivalentnog ugljen-dioksida CO2 pri proizvodnji elektrine

energije u vjetroelektranama, mjerodavna za efekat staklene bate, je:

godetCOmNOUmCOWCOM xdjVE /700.19)3231017652(388,713)( 222 ====++++====++++====

Ukupna godinja emisija ekvivalentnog sumpor-dioksida SO2 pri proizvodnji

elektrine energije u vjetroelektranama, mjerodavna za efekat kiselih kia, je:

godetSOmNOUmSOWSOM xdjVE /5,54)327,054(388,713)( 222 ====++++====++++====

Ekoloka valorizacija projekta vjetroelektrane se izraava kroz utedu u emisiji

analiziranih referentnih gasova u odnosu na emisiju tih gasova pri proizvodnji iste koliine

elektrine energije u termoelektrani na lignit (TE).


- 13 -

Ukupna godinja emisija ekvivalentnog CO2 pri proizvodnji elektrine energije u

ekvivalentnoj TE je:

godetCOmNOUmCOWCOM xdjTE /000.364.1)2986310986000(388,713)( 222 ====++++====++++====

Ukupna godinja emisija ekvivalentnog SO2 pri proizvodnji elektrine energije u

ekvivalentnoj TE je:

godetSOmNOUmSOWSOM xdjTE /600.13)29867,016511(388,713)( 222 ====++++====++++====

Na osnovu prethodnih prorauna mogu se utvrditi utede u emisiji pojedinih gasova

pri radu vjetroagregata:

Uteda u emisiji CO2:

getCOCOMCOM VETE /300.344.1 222 ====

Uteda u emisiji SO2:

getSOSOMSOM VETE /5,545.13 222 ====


- 14 -

Proizvodni kapaciteti OI Glavni izvori energije u prolom stoljeu a i u sadanjosti su neobnovljivi izvori energije. To su: ugalj,

nafta, prirodni gas, nuklearna energija

Osnovni problemi kod neobnovljivih izvora energije su:

Ima ih u ogranienim koliinama.

Zagauju okolinu (Sagorevanjem fosilnih goriva oslobaa se velika koliina CO2 koji doprinosi

poveavanju efekta staklene bate, i drugi negativne uticaje na ivotnu sredinu).

Nuklearna goriva nisu opasna za atmosferu, ali nuklearni otpad ostaje radioaktivan dui niz

godina i mora biti skladiten u objektima specijalne namjene, uz veliki rizik po okolinu u

incidentnim sluajevima.

Struktura proizvodnih kapaciteta elektrine energije u EU izraena u [GW] na kraju 2000. i 2012. g.

Trenutna i prognozirana struktura uea pojedinih primarnih energenata u ukupnoj svetskoj

proizvodnji elektrine energije


- 15 -

ENERGIJA VJETRA

- VJETROAGREGATI (VJETROELEKTRANE) KAO DISTRIBUIRANI IZVORI ELEKTRINE ENERGIJE -

U zadnjih nekoliko godina, posebno je intenzivan rast novih DI ostvaren u

vjetroelektranama. Razlog tome je bio prvenstveno ekonomske prirode, tj.

najkrae vrijeme povrata investicije u odnosu na ostale obnovljive izvore, ali

i ostali faktori, kao to su

zanemariv negativni uticaj na okoliu,

kratko vrijeme izgradnje (tipski proizvod),

veliki potencijalni resursi energije vjetra itd.

Takvo stanje vrijedi i danas, pri emu tendencije razvoja vjetroagregata idu prema

veim jedinicama i veim vjetroelektranama koje se u tom sluaju prikljuuju na prenosnu

mreu.

Dobre strane iskoritavanja energije vjetra su:

visoka pouzdanost rada postrojenja,

nema trokova za gorivo i

nema zagaivanja okoline.

Loe strane su:

visoki trokovi izgradnje i

promjenjivost brzine vjetra (ne moe se garantovati isporuivanje energije).

Za domainstva vrlo su interesantne mali vjetroagregati snage do nekoliko desetina

kW. Oni se mogu koristiti kao dodatni izvor energije ili kao primarni izvor energije u

udaljenim podrujima. Kad se koriste kao primarni izvor energije nuno im se dodaju

baterije (akumulatori), u koje se energija sprema kad se generie vie od potronje.

Velike vjeroelektrane, snaga i vie stotina MW, instaliraju se kao vjetroparkovi

(vjetrofarme) i preko transformatora spajaju na prenosnu mreu.

Na kraju 2010. godine u Europi je instalisano 84,3 GW iz vjetroenergije, to predstavlja

5,3% ukupnih proizvodnog kapaciteta elektrine energije u EU.

Evropska asocijacija za energiju vjetra (EWEA) pokazuje da bi energija vjetra u 2020. g.

trebala da zadovolji 15,7 % potronje elektrine energije EU sa instalisanim kapacitetom od

230 GW.

U Italiji se oekuje da e se investicije u energiju vjetra utrostruiti do 2020. godine

kako bi zadovoljavale 8,7 % nacionalne potronje elektrine energije (danas je to 3,2 %).


- 16 -

PORAST KAPACITETA VETROAGREGATA


- 17 -

TREND OPADANJA TROKOVA PROIZVODNJE OBNOVLJIVE ENERGIJE- VJETAR


- 18 -

Energija vjetra vjetroelektrane

Upravo vjetroelektrane ine znaajno mjesto u distribuiranoj proizvodnji elektrine

energije. One se izgrauju i smjetaju u podrujima sa visokom iskoristivosti vjetra. Takva

podruja esto se nalaze unutar naponski relativno slabih dijelova mree koji su locirani u

ruralnim predjelima, te se time znatno oteava njihovo efikasno prikljuenje na distributivnu

mreu.

Sam pojam vjetroelektrana podrazumijeva sistem za pretvaranje kinetike energije

vjetra u elektrinu energiju.

Energija vjetra je kinetika energija, pa je vrlo vano poznavati brzinu vjetra. Brzina

vjetra se neprestano mjenja, to podsistem regulacije vjetroturbinskog agregata ini

sloenim.

Zanimanje za koritenje vjetra se naglo poveava. Razlog tome svakako pronalazimo u

velikoj obnovljivoj energiji, te visokoj pozitivnosti to se tie ekolokog aspekta. Mala

koncentracije snage jedan je od razloga za njegovu ogranienu primjenu u proizvodnji

elektrine energije.

Na raspoloivu energiju vjetra utjeu njegove karakteristike, kao to su:

smjer,

uestalost,

brzina,

temperatura, te

sastav vazduha.

Vjetroelektrane trenutno imaju najvei porast meu obnovljivim izvorima.

Vjetroagregat (slika) je obrtni ureaj koji pretvara kinetiku energiju vjetra prvo u mehaniku, a zatim preko elektrinih generatora u elektrinu energiju. Pri tome se rotor

vjetroturbine i rotor elektrinog generatora nalaze na istoj osovini (vratilu).

Vjetroagregat se sastoji od vjetroturbine i vjetrogeneratora.

Vjetroagregat se naziva i vjetroturbina ili vjetrogenerator, a u stvari vjetroagregat se

sastoji od vjetroturbine i vjetrogeneratora.

Naziva se i vjetroelektrana, to nije sasvim tono, poto pojam vjetroelektrana

oznaava niz blisko smjetenih vjetroagregata, najee istog tipa, izloenih istom vjetru i

prikljuenih posredstvom zajednikog rasklopnog ureaja na elektrinu mreu.


- 19 -

Snaga vjetra Kinetika energija vjetra je odreena jednainom jednainom:

2

2vmEk ==== ,

gdje je m - masa vazduha gustine ]/[ 3mkq koja struji kroz presjek ][ 2mA brzinom ]/[ smv , jednaka :

tvAdAVm ============ .

Snagu vjetra P dobijamo diferenciranjem energije u vremenu, pri emu brzinu vjetra smatramo konstantnom:

dtdEP k====


- 20 -

221

vdtdmP ====

dtdm

je maseni protok vazduha , jednak: vAdtdm

====

Snaga vjetra je:

321

vAP ====

Vidi se da snaga vjetra P raste sa treim stepenom brzine vjetra i sa povrinom turbine A .

Povrina na koju djeluje vjetar - ][ 2mA zavisi od izvedbe vjetroturbine, prvenstveo od veliine lopatica.

Porast snage vjetra sa brzinom Povrina A vjetroturnine

Snaga se takoer mijenja sa promjenom gustine vazduha.

Gustina vazduha - ]/[ 3mkg zavisi od pritiska i temperature, ona se mijenja proporcionalno s pritiskom pri konstantnoj temperaturi.

Pritisak se mijenja sa nadmorskom visinom prema izrazu:

Hoepp

====

410185,1 ,


- 21 -

gdje su: kPapo 3,101==== normalni pritisak, ][mH - visina na kojoj se odreuje pritisak.

Za standardne uslove (101,3 Pa i 15 OC) na moru je 3/225,1 mkgo ==== .

Mogue je koristiti standardnu gustinu uz korekciju faktorom odstupanja (prosjeka)

stvarnog pritiska i temperature:

Tpo kkmkg ====]/[ 3

Korekcioni fakori za pritisak i temperature su:

3,101pk p ==== i TT

kT1,2881515,273

====

++++==== ,

gdje su ][Pap i ][KT stvarni pritisak i temperature.

Unutar uobiajenih promjena temperature i pritiska gustina varira do 10%

Zadaci

1. Nai gustinu vazduha pri sljedeim uslovima:

a) Temperatura vazduha je 15 0C, a nadmorska visina je 2000 m,

b) Temperatura vazduha je 5 0C, a nadmorska visina je 2000 m.

Rjeenje:

a) Pritisak na posmatranoj nadmorskoj visini mH 2000==== je:

kPakPaekPaepp Ho 8079,0][3,101][3,101 200010185,110185,144

================

]/[96,03,101

80]/[225,13,101

33 mkgmkgpk opoH ================

b) Pritisak na posmatranoj nadmorskoj visini mH 2000==== , pri temperaturi T=273,15+5=278,15 je:

]/[99,015,2781,288]/[96,01,288 33

,mkgmkg

Tk HTHTH ================

2. Izraunati gustinu snage vetra (povrinsku snagu vetra) u ]/[ 2mW , pri brzini vjetra od sm /10 , na visini od mH 2000==== i temperaturi od Ct 05==== .


- 22 -

Rjeenje:

Gustina vazduha na visini mH 2000==== i pri temperature Ct 05==== je 3/99,0 mkg TH ==== . Gutina snage vetra pri brzini vetra od smv /10==== je:

2333 495])/[10(]/[99,0

21

21

m

Wsmmkgv

AP

============ .

3. Izraunati povrinsku snagu vjetra (gustinu snage vetra) u ]/[ 2mW pri sljedeim uslovima: a) Temperatura vazduha je Ct 00==== , brzina vjetra je smv /10==== , na visini mora. b) Temperatura vazduha je Ct 020==== , pri brzini vjetra od smv /5==== , na visini 1000 m.

Rjeenje:

a) 2643 mWpV ==== b) 267 m

Wpv ====

Brzina vjetra - ]/[ smv raste sa visinom i vrlo je promjenljiva. Kako je snaga vetra proporcionalna treem stepenu brzine vjetra, ekonomski uticaj

ak i malih poveanja brzine vjetra moe biti znaajan. Jedan nain da se turbina dovede u podruje jaih vetrova je da se postavi na vii stub.

U prvih nekoliko stotina metara iznad povrine tla, na brzinu vjetra jako utie trenje izmeu vazduha i povrine preko koje prelazi.

Glatke povrine, kao to je povrina mirnog mora, imaju jako male koeficijente trenja, tako da kod ovakvih prepreka porast brzine sa visinom nije veliki. Drugi ekstremni sluaj predstavljaju viskoke prepreke kao to su visoke zgrade i ume, kod kojih su koeficijenti trenja veliki, a povrinski vjetrovi jako usporeni.

Izraz koji se esto koristi za opisivanje uticaja hrapavosti zemljine povrine na brzine vjetrova je sljedei:

oo HH

v

v

==== ,

gde su: v - brzina vetra na visini H , ov - brzina vetra na visini oH (esto je to referentna visina od 10m), - koeficijent trenja.


- 23 -

Koeficijent trenja zavisi od zemljita preko koga vjetar duva. Tabela daje neke reprezentativne vrijednosti za labavo definisane vrste zemljita. esto se kao gruba aproksimacija za otvorene tipove zemljita za uzima vrednost od 1/7.

4. Zadatak

Anemometar koji se nalazi na visini od mHo 10==== iznad povrine zemlje sa usjevima, ivom ogradom i bunjem, pokazuje brzinu vetra od smv /5==== . Procjeniti brzinu i specifinu snagu vjetra na visini od mH 50==== . Pretpostaviti da je temperatura vazduha jednaka Ct o15==== , a da je pritisak jednak normalnom atmosferskom.

Rjeenje:

Iz tabele, koeficijent trenja za zemljite sa usevima, ivom ogradom i bunjem je procjenjen na

vrijednost 2,0==== . U tekstu zadatka je navedeno da je pritisak jednak normalnom atmosferskom, kPapo 3,101==== , a temperatura Ct o15==== , pa je gustina vazduha jednaka 3/225,1 mkgo ==== .

Za brzinu vjetra na visini 50 m se dobija:

smvv /9,638,11050 ======== Specifina snaga vjetra (gustina snage vetra) na visini od 50 m e biti:

Ova vrijednost specifine snage je vie od dva i po puta vea od specifine snage vjetra na visini od

mHo 10==== koja iznosi 2/5,76

0mWpV ==== .

]/[201]/[9,6][22,121

21

21 233

503 mWsmmkgvv

AP

p oV ====================


- 24 -

Iskorienja snage vjetra

Kada se snaga vjetra koristi za pretvaranje iz kinetike u elektrinu energiju u vjetroagregatima, od interesa je da se postigne to vea iskoristivost, dakle to vei udio snage vjetra treba biti iskoriten i pretvoren u elektrinu energiju.

Vjetroturbina smanjuje svojim djelovanjem brzinu vjetra s ulazne brzine 1v na izlaznu

brzinu 2v , te iskoritava nastalu razliku snage. Snaga na taj nain iskoritena u vjetroturbini

moe se izraziti kao:

)(21 2

221 vvdt

dmPt ====

Nakon uvrtavanja diferencijala mase:

))((41 2

22121 vvvvAPt ++++====

Snaga vjetra bez uticaja vjetroturbine je:

310 2

1vAP ==== .

Koeficijent snage o

tp P

Pc ==== kazuje koliko je snage vjetra iskoriteno u pretvaranju

energije.

Neka je: xv

v====

1

2

Tada je: )1(2

121 23 xxvAPt

++++==== ,

odnosno: )1(2

1 2xxc p ++++

====

Iskoristiva snaga vjetra je:

pt cvAP3

21

====

Maksimalni koeficijent snage izraunao je Betz (1926.), pa se idealni koeficijent snage

zove i Betzov koeficijent snage i iznosi 593,0====Betzp

c pri odnosu brzina 31

1

2====

v

v .


- 25 -

Stvarna postrojenja ne dostiu taj idealni sluaj, ali mogue je postii 5,04,0 ====pc . Iz toga slijedi da je efikasnost postrojenja jednaka odnosu stvarnog koeficijent snage i idealnog koeficijenta snage.

Zadatak 5

Kolika je teorijska snaga vjetroturbine ako je brzina vjetra v=10 m/s? Rjeenje:

Snaga vjetra dolazi je P = Av3 , raste s kubom brzine vjetra. Prenik rotora posmatrane vjetroturbine je 2r = 52 m, pa je povrina vjetroagregata A = r2 = 262 =2100 m2. Snaga vjetra P = Av 3=1.3kg/m32100 m2 (10m/s)3=2.7 MW. Teorijski iskoristiva snaga vjetra je Pt=CpP=0.59P = 1.6 MW

Tri glavne promjenljiveodreuju koliko elektrine energije moe proizvesti vjetroagregat

- brzina vjetra: jai vjetar proizvodi vie energije. Vjetroagregati tipino proizvode energiju na brzinama od 4 m/s do 30 (ili 25, ovisi o izvedbi) m/s (14,4 - 108 km/h ili 7,77 - 58,31 vorova). Ako vjetar dosegne brzinu preko 30 (25) m/s vjetroagregati se zaustavljaju da se ne bi otetili uslijed prevelikih mehanikih naprezanja. - promjer lopatica: vei promjer lopatica rotora, tj. vea povrina koju zahvaaju lopatice znai i veu proizvodnju energije. Duplo vei promjer lopatica moe uzrokovati etiri puta veu proizvodnju energije. - gustina vazduha: "tei" vazduh stvara vei potisak na lopaticama rotora. Gustina vazduha je funkcija nadmorske visine, temperature i pritiska. Lokacije na visokim nadmorskim visinama imaju manji pritisak i "laki" vazduh, pa su to lokacije na kojima su vjetroagregati relativno manje efikasni. Vjetroagregati na nivou mora su zbog "teeg" vazduha relativno efikasniji.

Snaga koja se dobija iz vjetra preko vjetroagregata, odreena je: brzinom vjetra i

karakteristikom vjetroagregata: Opti oblik karakteristike snage vjetroagregata od brzine vjetra:

Svaki vjetroagregat ima karakteristiku snage u zavisnosti od brzine vjetra.


- 26 -

Karakteristika snage zavisi od tehnike izvedbe agregata. - Moderni vetrogeneratori poinju da proizvode elektrinu energiju ve pri brzini

vjetra od 2,5 m/s, a zaustavljaju se iz bezbednosnih razloga pri brzini od 25 m/s

- Vetrogenerator moe da obezbjedi ekonominu proizvodnju struje elektrine energije ukoliko je srednja godinja brzina vetra vea od 6 m/s.

Energetski bilans snage nekog vjetroagregata, u procentima.

Razvoj vjetroagregata


- 27 -

Vetroagregati srednjih snaga do nekoliko desetina kilovata daju trofaznu struju i

obino se prikljuuju na niskonaponsku distributivnu mreu.

Na izlazu vetrogeneratora dobija se naizmenina trofazna struja napona 690 V i

frekvencije 50/60 Hz.

Pomou transformatora se napon podie na 10 - 30 kV to odgovara naponu

srednjenaponskih mrea.

Vjetroagregati veeg kapaciteta (od 10 kW do 3 MW) koriste se kao elektrane, to

znai da proizvedenu energiju predaju elektroenergetskom sistemu.

Najee primjenjivani moderni vjetroagregati su kapaciteta od 500 kW do 3 MW

mada se grade i vei.

Najekonominija primena vjetroagregata je njihovo udruivanje na pogodnim

lokacijama u takozvanu farmu vjetroelektrana.

Takva elektrana moe da ima kapacitet od nekoliko MW do nekoliko stotina MW

koji obezbeuje vie desetina vjetroagregata.

PRINCIP RADA VJETROAGREGATA

Veina vjetroturbina danas ima tri aerodinamiki dizajnirane lopatice. Te lopatice

pokreu osovinu koja je spojena na generator koji proizvodi elektrinu energiju. Vjetar prolazi preko lopatica i stvara potisak/uzgon (kao na avionskom krilu) koji uzrokuje okretanje rotora. U kuitu se nalazi sporohodna osovina, mjenjaka kutija (alternativno, i u dananje vrijeme sve ee, sporohodni generator bez mjenjake kutije), brzohodna osovina i generator Rotirajue lopatice okreu sporohodnu osovinu brzinom od 30-60 puta u minuti. Mjenjaka kutija spaja sporohodnu i brzohodnu osovinu poveavajui brzinu obrtanja brzohodne osovine na 1000-1800 okretaja u minuti. Brzohodna osovina pokree generator koji proizvodi elektrinu energiju. Proizvedena elektrina energija iz generatora se alje na transformator koji je transformie na napon elektrodisributivne mree.


- 28 -


- 29 -

Vjetroagregate razlikujemo prema:

a) snazi b) mjestu ugradnje c) poloaju ose vratila d) nainu regulacije snage e) nainu pretvaranja energije vjetra u elektrinu energiju Prema snazi vjetroagregati se mogu grubo podijeliti na male vjetroagregate do 600

kW i na velike preko 600 kW. Vjetroagregati mogu biti instalirani na kopnu (onshore) i na podruju mora (offshore).

Na kopnu se uglavnom postavljaju vjetroagregati snage do 3 MW, dok se vjetroagregati snage preko 3 MW instaliraju na moru.

Danas dominiraju vjetroagregati s horizontalnim vratilima s obzirom na smjer vjetra u odnosu na one s vertikalnim vratilima.

Konstrukcijski oblici vjetroturbina

Vjetroturbine moemo podijeliti prema poloaju vratila, odnosno ose obrtanja. Uobiajene vjetroturbine imaju horizontalno postavljenu osu obrtanaj i zbog toga se nazivaju Vjetroturbine s horizontalnom osom obrtanja ili VSHO (eng. HAWT). Ree, vjetroturbine imaju vertikalnu osu obrtanja i nazivaju se Vjetroturbine s vertikalnom osom obrtanja ili VSVO (eng. VAWT).

Vjetroturbine sa horizontalnom osom ili VSHO

Rotor ovih turbina postavljen je horizontalno na vrhu stupa. Lopatice na koje djeluje vjetar moraju biti usmjerene u njega. Generator ovih turbina obino se postavlja na vrh stuba u trup zajedno s multiplikatorom (mjenjaka kutija) ako je on potreban (zavisno o tipu elektrinog generatora). Multiplikatorom poveavamo brzinu obrtanja ukoliko je brzina obtranja lopatica premala za proizvodnju elektrine energije.

Visina stuba vjetroturbine iznosi oko 1,5 do 2 prenika lopatica zbog toga da bi turbine mogla hvatati vjetrove vee brzine na veim visinama. Ove vjetroturbine moraju imati mogunost zakretanja trupa zbog zahvaanja vjetra iz razliitih smjerova pa tako manje izvedbe imaju jednostavna krilca koja usmjeravaju vjetroturbinu u pravom smjeru dok vee imaju servo motor.


- 30 -

Glavni dijelovi vjetroagregata sa horizontalnom osovinom: 1. temelj, 2.prikljuak na elektroenergetski sistem (mreu) 3. stup, 4. ljestve za pristup, 5. zakretnik, 6. kuite, 7. elektrini generator, 8. anemometar, 9. koioni sistem (elektromagnetska ili mehanika konica), 10. prijenosnik snage (obino multiplikator), 11. lopatice rotora, 12. sistem za zakretanja lopatica (eng. pitch), 13. glavina rotora.

Broj lopatica

Broj lopatica rotora kod horizontalnih vjetroturbina ima veliki utjecaj na njihove karakteristike. Uobiajena vjetroturbina s tri lopatice naziva se klasini Danski koncept. Prema tom konceptu ocjenjuju se ostali jer se pokazao kao najbolje rjeenje. Te turbine koriste asinhrone generatore. Neparni broj lopatica u odnosu na parni pokazao se kao bolje rjeenje zbog uravnoteenosti konstrukcije.

Vjetroturbina s dvije lopatice

Utedom na jednoj lopatici dobijamo potrebu za veom brzinom obrtanja da bi dobili jednaku koliinu energije kao vjetroturbina sa tri lopatice. Vee brzine poveavaju nivo buke. Osim toga ovakva izvedba zahtjeva sloenije uvrenje lopatica za trup jer im se mora dopustiti mali kut zakretanja u vertikalnoj osi da bi se izbjegla velika naprezanja pri prolasku lopatice ispred stupa.

Vjetroturbina s jednom lopaticom

Pored jo vee utede zbog smanjenja broja lopatica ovakva izvedba nije se pokazala dobrom. Javlja se jo vea buka, i potreba za protiv utegom na suprotnoj strani lopatice.

Vjetroturbina s vie lopatica - Amerika vjetroturbina


- 31 -

Ovakve se vjetroturbine koriste na farmama za pogon pumpi za vodu. Brzina vrtnje je mala. Imaju velik moment pokretanja ali malu ukupnu efikasnost. Izvedba je jednostavna i robusna.

Tehniko rjeenje koje dominira meu vjetroagregatima veih snaga (od 1 MW i vie)

temelji se na konceptu s tri lopatice. Okretanjem lopatica pokree se generator koji proizvodi elektrinu energiju.

Lopatice i generator mogu biti spojeni direktno ili indirektno. Indirektni pogon

podrazumijeva upotrebu multiplikatora koji brzinu okretanja lopatica mehaniki prilagoava generatoru. U ovom se sluaju obino radi o asinhronom generatoru koji mora imati konstantnu brzinu obrtanja. Rjeenje s multiplikatorom je starije, ali jo uvijek najee meu proizvoaima.

Direktni pogon je novije rjeenje i kvalitetnije. Vjetroagregat s direktnim pogonom koristi sinhroni generator koji se vrti promjenjivom brzinom, a na mreu se spaja preko frekvencijskog pretvaraa da bi izlazni napon imao mrenu frekvenciju.

Primjeri vjetroagregata sa horizontalnom osovinom


- 32 -

Lopatice (eng. blades)

S obzirom na izvedbu moemo razlikovati: 1. lopatice sa zakretnim vrhovima (kao aerodinaminim konicama) ili 2. lopatice s krilcima (funkcioniraju na nain da se krilca odvajaju od povrine, smanjujui

aerodinamine znaajke profila kod brzine iznad projektne). Obje izvedbe su ujedno sekundarni koni sistemi, koji u sluaju otkaza primarnog konog sistema

(mehanika konica) stvaraju moment koenja (zakretanjem vrha lopatice ili pominom ravnom povrinom (eng. spoiler)).

Ako se u obzir uzmu nivo buke i vizualni efekt, izvedba s tri lopatice predstavlja najee rjeenje (oko 90%).

Pored toga, dinamikom rotora s tri kraka je najlake upravljati. Inercijski moment trokrakog rotora prema tornju ne mijenja se tokom okretanja. To rezultira manjim problemima uslijed oscilacija nego kod jednokrakih i dvokrakih rotora. Uz to je i optiki mirniji zbog okretanja na manjoj brzini.

Rotor

Sastavni dijelovi rotora vjetroturbine: glava (eng. hub) i lopatice. Zavisno od toga kako reguliemo snagu, rotor moe biti izveden:

1. Tako da se regulacija ugla tokom rada vri zakretanjem lopatice, na nain da se profil namjeta u optimalni poloaj (eng. Pitch). Ovakva regulacija je sloena i rotori ovakve izvedbe su skuplji, ali nuno primjenjivi za lopatice due od 25-30 m. Takoer postoji poseban motor za zakretanje, koji mijenjajui ugao lopatice mijenja napadni ugao struje vazduha.


- 33 -

2. Tako da se regulacija snage vjetroturbine vri koritenjem aerodinaminog efekta poremeenog rrougla brzina (eng. stall). Dakle, s promjenom brzine vjetra mijenja se na aeroprofilu ugao struje vazduha, odnosno dolazi do poremeaja trougla brzina te do porasta ili gubitaka uzgona. Za ovaj sluaj izvedbe rotora lopatice nemaju mogunost zakretanja. Meutim, kako je vjetroturbina projektovana za neko podruje brzina, u ovom sluaju izvedbe lopatice imaju unaprijed namjeten ugao za dotino podruje brzina, to omoguuje najveu transformaciju energije vjetra u el. energ

Konica (eng. brake)

Kada generator ispadne iz mree, odnosno brzina naleta vjetra pree maksimalnu vrijednost (iskljunu vrijednost, npr. 25 m/s) dolazi do izrazitog dinamikog optereenja. Zato mora postojati koni sistem kako bi rasteretio prijenosnik snage, odnosno zaustavio rotor.

Zadatak ovog sistema je odrati projektnu brzinu obrtanja konstantnom, odnosno osigurati sistem ije je djelovanje dinamiki uravnoteeno.

Disk konica je najea izvedba konog sustava (kojom se na savremenim izvedbama upravlja mikroprocesorski), a smjetena je na sporookretnoj osovini prije prijenosnika ili na brzookretnoj osovini generatora.

Prenosnik snage (eng. gear box)

Prenosnik vjetroturbine spaja sporookretnu s brzookretnom osovinom i poveava brzinu obrtanja s oko 30 60 o/min na oko 1200 1500 o/min tj. na brzinu obrtanja, za veinu generatora, potrebnu za stvaranje elektrine energije. Prijenosnik je u veini sluajeva multiplikator i moe biti razliitih izvedbi. Hlaenje prijenosnika se najee vri vazduhom, a podmazivanje sintetikim uljem. Prilikom analiziranja naina na koji se obrtanje prenosi s vjetroturbinskog dijela na elektrini generator, naroitu vanost zauzimaju materijali izrade elemenata sklopa, vrsta prijenosa i prijenosni odnos. Prijenosnik je skup i teak dio vjetroturbine pa zbog toga inenjeri istrauju mogunost direktnog pogona generatora bez prenosnika.

- Postotak iskoristivosti energije je 98%, a gubitak energije koji nastaje uslijed trenja zupanika prenosnika manifestira se u obliku toplote i buke.

- Ukoliko su generatori viepolni niskobrzinski i po mogunosti sinhroni s uzbudnim namotom ili uzbudnim permanentnim magnetima, mehaniki prenosnik nije potreban (sluaj kod vjetroturbina novijeg dizajna).

Upravljaki i nadzorni sistem (eng. controller)

Mikroprocesorski upravljani sitem je u osnovi zaduen za cjelokupno upravljanje i nadziranje rada vjetroturbinsko-generatorskog sistema. Ako ovakav sistem nije u cijelosti smjeten na vjetroturbinskoj jedinici (kao to moe biti sluaj), ve je jednim dijelom na nekom udaljenijem mjestu onda sistem zahtjeva i posebnu telekomunikacijsku opremu.

Oprema za zakretanje (eng. yaw gear)

Slui za zakretanje turbinsko-generatorskog sistema. Nalazi se ispod kuita vjetroturbine, na vrhu stuba. Preko prijenosa (onosa reda veliine 1:1000) s velikim zupastim prstenom, uvrenim na stubu, izravnava se os osovine rotora s pravcem vjetra. Zakretanje vri motor. On na sebi ima ugraenu konicu koja onemoguuje zakretanje kuita zbog naleta vjetra.

Zakretanje kuita regulie sistem koji je izvan funkcije kad su poremeaji smjera vjetra manji (u prosjeku - jednom u deset minuta dogodi se zakretanje kuita).


- 34 -

Kuite (eng. nacelle)

Kuite s jedne strane titi generatorski sistem sa svim komponentama od ticaja okoline, a s druge titi okolinu od buke dotinog sistema.

Stub (eng. tower)

Moe biti izveden kao cjevasti, konusni, teleskopski, reetkasti, uvreni ili povezani. Danas se najee koristi cjevasta konstrukcija, a prednost joj se nalazi u tome to je osim visoke

vrstoe karakteriei vea otpornost na vibracije. Prednost reetkaste konstrukcije nalazi se u jednostavnosti, a budui da ju je mogue rastaviti na

manje dijelove prikladnija je za transport i montau.

Opta ema djelovanja vjetrogeneratora


- 35 -


- 36 -

Najvea priobalna vjetroelektrana svijeta Walney Priobalna vjetroelektrana Walney se nalazi nekih 14 kilometara zapadno od otoka Walney na obali

Cumbrie u Irskom moru, a nalazi se u teritorijalnim vodama Velike Britanije. Ukupna snaga vjetroelektrane Walney je 367,2 MW, a sastoji se od 102 Siemensova vjetroagregata

pojedinane snage 3,6 MW. Siemensovi 3,6 MW priobalni vjetroagregati imaju promjer lopatica 107 metara (Walney faza 1) odnosno 120 metara (Walney faza 2), a visina stupa je 83,5 metara (Walney 1) odnosno 90 metara (Walney 2). Svaki vjetroagregat ima 550 tona, a radi pri brzinama vjetra od 4 m/s do 25 m/s

Slika 1: Prvi vjetroagregati na Walneyu

Projekt je kotao oko 1,2 milijarde eura, a proizvodit e dovoljno elektrine energije za napajanje 320.000 domainstava u Velikoj Britaniji. Vjetroelektrana se rasprostire na 73 kilometara kvadratna, a nalazi se na udaljenosti od 14,4 do 25,8 kilometara od obale. Vjetroagregati su sa transformatorskom stanicom spojeni preko podmorskih kablova sa elektroenergetskom mreom. Od transformatorske stanice se elektrina energija prenosi podmorskim kablom do Thorntona na naponu od 132 kV.

Slika 2: Priobalna vjetroelektrana Walney


- 37 -

Slika 3: Trafostanica

Dong Energy je najavio da e zatraiti daljnje proirenje priobalne vjetroelektrane Walney i to za 750 MW. Oekuje se da bi dozvola za to proirenje trebala doi tokom idue godine.


- 38 -

Suneva energija i njeno pretvaranje u elektrinu energiju

Postoje dva naina pretvaranja energije Sunca u elektrinu energiju: Direktno pretvaranje, kod kojeg se solarna energija pretvara u elektrinu putem

fotonaponskih elija PV sistemi, Indirektno pretvaranje, kod koje se koriste ogledala kako bi se stvorila koncentovana

toplotna solarna energija koja se dalje pretvara u elektrinu energiju putem klasinog sistema s parnim turbinama.

Fotonaponski sistemi Solarni fotonaponski sistemi slue za direktno pretvaranje Suneve svjetlosti u

elektrinu energiju, a izvedeni su od fotonaponskih elija (eng. photovoltaic cells), koje mogu biti nainjenje od:

monokristalnog silicijuma ( c-Si ), polikristalnog silicija ( p-Si ), amorfnog silicija ( a-Si ), polikristalnog tankoslojnog materijala (polikristalni tanki film): kadmij-telurida

(CdTe ) ili bakar-indij-diselenida, monokristalnog tankoslojnog materijala (monokristalni tanki film) veinom

izvedeni od Galijum-Arsenida (Ga-As). Efikasnost ime je od 10% za jeftinije izvedbe s amorfnim silicijem, do 25% za skuplje izvedbe.

Fotonaponske elije (engl. Photo Voltaic - PV) ili solarne elije, pretvaraju Sunevu

energiju direktno u elektrinu. Proizvode elektrinu energiju bez pokretnih dijelova, djeluju tiho bez emisija i bez nekog veeg odravanja.

Fotonaponske elije rade na principu fotoelektrinog efekta, a slue za direktno pretvaranje solarne energije u elektrinu. Vrlo tanke ploice kristalnog silicijuma sa primjesom arsena izloene Sunevom zraenju ponaaju se kao poluvodiki spojevi. estice svjetlosti (fotoni) atomima silicijuma izbijaju elektrone iz kristalne reetke pa se na jednoj strani poluvodikog spoja stvara viak negativnog naelektrisanja, a na drugoj strani pozitivnog uslijed ega dolazi do protoka struje.

Fotonaponske elije imaju vie slojeva nainjenih od razliitih materijala. Gornji sloj je stakleni prekriva, a moe biti i neki drugi materijal, koji titi eliju od vremenskih uslova. Sljedei sloj je anti-reflektirajui koji spreava reflektiranje svjetlosti natrag. Dva poluvodika sloja solarne elije uzrokuju kretanje elektrona. Solarne elije imaju i dvije metalne mree, tj. dva elektrina kontakta. Jedna se nalazi ispod poluvodikog materijala, a druga iznad. Gornja


- 39 -

mrea ili kontakt skuplja elektrone s poluprovodnika i vodi ih ka spoljanjem potroau. S donjim kontaktnim slojem zatvara se elektrini krug.

Slika: Fotonaponska elija

Slika . Fotonaponska elija

Osnovni djelovi fotonaponske elije su:

Negativna elektroda,

Pozitivna elektroda,


- 40 -

n tip poluprovodnika (Silicijum),

p tip poluprovodnika (Silicijum),

granini sloj,

stakleni pokriva,

antireflektirajui sloj.

Snaga pojedinane FN elije je mala (do 2 W), pa se kao takva ne bi mogla ire da

upotrebljuje. Zbog toga se FN elije mehaniki i elektrino vezuju u vee cjeline koje se

nazivaju moduli. U cilju dobijanja jo veih snaga, moduli se po istom principu vezuju u

tzv. fotonaponske panele, ije snage idu i do reda MW.

Elektrikim spajanjem fotonaponskih elija nastaju fotonaponski moduli i paneli standardizovanih karakteristika od kojih se lako grade i prema potrebi nadograuju mali, pouzdani i posve nezavisni fotonaponski energetski sistemi. Zahvaljujui dugom ivotnom vijeku, jednostavnoj grai i razmjerno niskoj cijeni fotonaponski sistemi pogodni su za postavljanje svuda gdje je izgradnja konvencionalnog energetskog razvoda sloena i skupa. Odravanje je lako i ne trai posebna struna znanja ni opremu.

Nije teko zakljuiti da ako elimo od odabranog broja FN elija, da dobijemo najveu moguu struju, onda te elije treba (elektrino) vezati paralelno. Ako je struja jedne elije I1, a broj elija n, onda je, u idealnom sluaju, ukupna struja paralelno vezanih elija Iuk=nI1.

Slino vai i za napon. Ako od odabranog broja elija, elimo dobiti to je mogue vei

napon, onda date elije treba vezati redno. Ako je napon jedne elije U1, a broj elija n, onda


- 41 -

je ukupni napon, redno vezanih elija Uuk=nU1. Sve ovo vai i u sluaju vezivanja veeg broja modula.

Fotonaponske elije proizvode mali napon reda veliine 0.5V, uz gustinu struje oko 20mA/cm2. Da bi se dobila eljena maksiamlna snaga (npr. 170,175 W i vie) i napon (obino 12 ili 24 V) potrebno je FN elije povezivati redno, paralelno ili najee kombinacijom oba naina.

Ukupni iznos napona na izlazu iz modula proporcionalan je broju redno spojenih elija, dok je izlazna struja proporcionalna broju paralelno spojenih elije. Tako spojene FN elije ine FN modul.

Solarni moduli zbog svojih elektrikih svojstava proizvode jednosmjernu struju (istu onakvu koju dobijemo iz depnih baterija). Komponente kao to su izmjenjivai (charge controllers), baterije i inverori reguliu, skladite i isporuuju elektrinu energiju krajnjem potroau.

Fotonaponski sistem predstavljaju integriran skup fotonaponskih panela i ostalih

komponti, projektovani tako da primarnu Sunevu energiju direktno pretvaraju u elektrinu energiju.

Postoje fotonaponski sistemi:

u obliku malih krovnih sistema za domainstva (manje od 10 kW),

sistemi srednje veliine, od 10 do 100 kW i

veliki sistemi preko 100 kW koji su spojeni na distributivnu mreu.


- 42 -

Trokovi solarnih sistema opadaju znaajno posljednjih dvadeset godina. U ranim

1980-ima trokovi su iznosili $25/W, a danas oko $4/W i smatra se da e jo opadati.

Kod fotonaponskih sistema za domainstva, fotonaponske panele je najbolje montirani na krovu kue. Izlazna snaga zavisi od orijentaciji i nagibu modula pa je mogua ugradnja kontrolnog sistema kojim se mijenja orijentaciju i ugao prema dnevnom i godinjem kretanju Sunca kako bi se maksimizirala izloenost zraenju.

Fotonaponski sistemi mogu biti izvedeni na dva naina:

samostalni fotonaponski sistemi i

mreni fotonaponski sistemi.

Kod samostalnih (autonomnih) fotonaponskih sistema spoj na elektrinu mreu nije nuan uslov za njihov rad. Kada kod njihove primjene elektrinu energiju treba isporuivati tokom noi ili u razdobljima s malim intenzitetom Sunevog zraenja potrebno je imati spremnik elektrine energije, za to se u tom sluaju koriste akumulatori (baterije). Tom sklopu potrebno je dodati regulator za kontrolisano punjenje i pranjenje baterije, a dodavanjem istosmjerno-izmjeninog pretvaraa (=12 V / (230 V)) autonomni sistemi mogu zadovoljiti i sve vrste ureaja, npr. maine , friideri, pumpe, hidrofori, motori, televizori, radioaparati, raunari, usisavai, mali kuni aparati i dr.


- 43 -

Slika: Samostalni fotonaponski sistem

.

Slika: Samostalni fotonaponski sistem


- 44 -

Regulator napona (regulator punjenja ili kontroler punjenja) je elektronski ureaj koji

se postavlja izmeu fotonaponskih ploa i akumulatora, a osnovni zadatak mu je da promjenjivi napon iz fotonaponskih ploa pretvara u precizno kontrolisan napon kojim se pune i odravaju baterije. Napon punjenja automatski se podeava zavisno od tipa, stanja napunjenosti i temperature baterije. Istovemeno regulator titi akumulator od prenapunjenosti i od predubokog pranjenja

Sunevi akumulatori (baterija) su spremita neiskoritene energije, koju

fotonaponske ploe proizvedu tokom sunanoga vremena (za vrijeme punjenja). One su takoer izvori energije tokom razdoblja kada fotonaponske ploe ne mogu proizvoditi (vrijeme pranjenja). Razdoblje izmeu jednog vremena punjenja i pranjenja naziva se ciklus, a takav nain rada cikliki. Cikliki nain rada, neizbjean u sunevim sistemima, skrauje ivotni vijek baterije. Zato je najvaniji zahtjev za baterije u sunevim sistemima poveana izdrljivost u ciklikom reimu. Drugi bitan zahtjev je to vei stepen iskoritenja, odnosno da je to manja razlika izmeu dobijene energije iz baterije tokom pranjenja i utroene energije tokom punjenja. Baterije koje ispunjavaju ova dva uvjeta nose oznaku SOLAR i nazivaju se suneve baterije.

Kod samostalnih sistema potrebno je planirati takozvano vrijeme nezavisnosti, to znai da u danima bez Sunca ili u zimskom periodu pri slabom Suncu, sistem skladiti energiju za nekoliko dana prosjene potronje. Obino se za ovu svrhu stvaraju rezerve energije za 1 - 3 dana, da se ne ostane bez energije prije novog suanog dana. To se postie poveanjem kapaciteta akumulatora 2 - 3 puta u odnosu na jednodnevne potrebe.

Invertor (pretvara) vri pretvaranje energije jednosmjernog napona 12 ili 24 V iz akumulatora u naizmjenini napon 230 V. Uobiajeno se primjenjuju sinusni invertori, jer oni omoguavaju nesmetani rad svih standardnih elektrinih ureaja.

Standardne komponente fotonaponskih sistema su: FN moduli, Kontroleri / regulatori punjenja baterija, akumulatori ili baterije, kablovi i montani sistemi, pretvarai jednosmerne u naizmeninu struju invertori ( autonomni i mreni ).

Jednosmerna struja proizvedena u solarnoj eliji, odnosno modulu se putem kabla odvodi do kontrolera. Osnovna funkcija kontrolera je da sprei prekomerno punjenje akumulatora, ali ima i neke druge uloge u zavisnosti od specifinih primjena.


- 45 -

Ukoliko akumulator nije potpuno napunjen, struja moe slobodno da ide ka akumulatoru, gde se energija skladiti za kasniju upotrebu.

Ukoliko sistem treba da pokree ureaje koji rade na naizmeninu struju, deo FN sistema e biti i invertori koji pretvaraju jednosmernu u naizmeninu struju.

Ukoliko je FN sistem vezan na elektrodistributivnu mreu, koriste se takozvani

specijalni mreni invertori koji omoguavaju sinhronizaciju FN sistema sa mreom i vraanje elektrine energije nazad u mreu. Tom prilikom mrea predstavlja medijum za skladitenje elektrine energije umesto akumulatora.To predstavlja najrasprostranjeniju primjenu FN sistema u razvijenim zemljama danas.

Dakle, tri tipine konfiguracije FN sistema su:

autonomni sistem, sistem povezan za distributivnu mreu i hibridni.

Autonomni i hibridni sistemi se upotrebljavaju samostalno, dakle nisu povezani za elektrodistributivnu mreu i esto se koriste u fiziki udaljenim oblastima.

FN sistemi povezani sa elektrodistributivnom mreom predstavljaju jedan od naina da se izvri decentralizacija elektrine mree. Elektrina energija se ovim sistemima generie blie lokacijama na kojima postoji potranja. Tokom vremena ovi sistemi e smanjiti potrebu za poveanjem kapaciteta prenosnih i distributivnih vodova

Hibridni fotonaponski sistemi, nastaju povezivanjem samostalnih fotonaponskih modula s drugim alternativnim izvorima elektrine energije. Mogu biti povezani u kombinaciji s vjetroagregatima, hidrogeneratorima, pomonim plinskim ili dizel agregatima. Njihova mogua prednost pred samostalnim fotonaponskim sustavima je svakako vea sigurnost i raspoloivost isporuke elektrine energije te mogunost da se kao spremnici elektrine energije koriste manji kapaciteti akumulatora. Kod kombinacija (hibrida) koje koriste plinske i dizelske agregate sistemi se dimenzioniu tako da se agregati koriste malo sati u godini ime se tedi gorivo, smanjuju trokovi odravanja i produuje ivotni vijek sustava.

Hibridni solarni fotonaponski sistemi se esto izvode sa vjetroagregatom. Kod tih sistema se elektrinom energijom proizvedenom solarnim modulima ili

vjetroagregatom, prvotno napajaju potroai, a viak energije se pohranjuje u tzv. solarne akumulatore. U sluaju da ne postoje uslovi za proizvodnju elektrine energije solarnim modulima ili vjetroagregatom, izvor za napajanje jednosmjernih istosmjernih ili naizmjeninih potroaa e biti akumulator. U sluaju da ni akumulator vie nema energije za napajanje potroaa, ukljuuje se generator na dizel ili biodizel gorivo


- 46 -

Slika: ema samostalnoga hibridnog fotonaponskog sistema sa generatorom

Slika: ema samostalnoga hibridnog fotonaponskog sistema sa vjetroagregatom

Kako sistem radi: Vjetar pokree vjetro-generator koji proizvodi jednosmjernu (DC) el.energiju koju, preko ugraenog

regulatora, alje baterijama tj. prema DC/AC pretvarau 2) Suneva svjetlost obasjava solarni modul -

panel, koji je postavljen na krov objekta. Solarne (fotonaponske) elije unutar modula pretvaraju svjetlosnu energiju sunca u jednosmjernu (DC)

elektrinu energiju. Proizvedena elektrina energija putuje kroz provodnike (kablovse veze) do regulatora punjenja baterija

koji mjeri napon baterija i regulie njihovo punjenje - baterije se odravaju stalno napunjenima kako bi se

osigurao neprestan izvor energije.


- 47 -

Preostala elektrina energija se prenosi do jednosmjernih (DC) potroaa (opcija, ukoliko je potrebna

jednosmjerna el. energiju) i/ili DC/AC pretvaraa. Naizmjenina el.energija potom putuje do distributivnog ormaria s osiguraima i napaja AC potroae. (Opcija) U sluaju potrebe (dugako vrijeme oblanosti tj. bez vjetra ili nepredvieni kvar na sistemu)

sistem automatski pokree diesel agregat i iz njega snabdijeva potroae. Glavne komponente ovog sistema su: Vjetro-generator s regulatorom Montani regali za privrenje solarnih modula Solarni moduli Regulator punjenja baterija Akumulatorske baterije

Inverterski ureaj

Mreni fotonaponski sistemi mogu biti pasivni i aktivni.

Pasivni mreni fotonaponski sistemi elektrinu mreu koriste samo uslovno, odnosno onda kada fotonaponski moduli ne mogu proizvesti dovoljne koliine elektrine energije, prvenstveno nou kada su istodobno akumulatori elektrine energije prazni.

Aktivni, odnosno interaktivni mreni fotonaponski sustavi mreu koriste interaktivno, uzimajui je u sluaju veih potreba ili vraajui je u sluaju vikova elektrine energije proizvedene u fotonaponskim modulima.

Fotonaponski sistemi prikljueni na javnu elektroenergetsku

mreu preko kune instalacije

Fotonaponski sustavi prikljueni na javnu mreu preko kune instalacije pripadaju distribuiranoj proizvodnji elektrine energije. Dakle, oni omoguuju povezivanje distribuiranih sistema na centralizirane sisteme, odnosno sisteme prikljuene uglavnom na niskonaponski nivo elektroenergetskog sistema.

Temeljne komponente fotonaponskog sistema, prikljuenog na javnu elektroenergetsku mreu preko kune instalacije prikazane su na slici. To su: 1. fotonaponski moduli 2. spojna kutija sa zatitnom opremom 3. kablovi jednosmjernog razvoda 4. glavna sklopka za odvajanje 5. pretvara dc/ac 6. kablovi naizmjeninog razvoda 7. brojila predane i preuzete elektrine energije


- 48 -

Fotonaponski moduli (1), spojeni serijski ili serijski-paralelno, proizvode jednosmjernu struju i meusobno su povezani kablovima u nizove, tzv. viekontaktnim (engl. multi contact) konektorskim sistemom.

Svi kabeli koji dolaze od nizova fotonaponskih modula uvode se u razdijelni ormari modula (2) odnosno spojnu kutiju nizova modula sa svom zatitnom opremom, ponajprije odvodnicima prenapona i jednoosmjernim prekidaima.

Iz razdijelnog ormaria se dovodi od svake grupe fotonaponskih modula, razvode kablovima jednosmjernog razvoda (3) preko glavne sklopke za odvajanje (4) prema solarnim pretvaraima (5).

Solarni pretvarai pretvaraju jednosmjernu struju solarnih modula u naizmjenini napon regulisanog iznosa i frekvencije, sinkronizovan s naponom i frekvencijom mree.

Nastala naizmjenina struja se prenosi kablovima naizmjeninog razvoda (6) do kunog prikljuka na elektroenergetsku mreu, odnosno elektrinog ormaria, gdje su smjetena brojila elektrine energije.

Brojila elektrine energije (7), smjetena u ormariu brojila, registriraju proizvedenu energiju predanu u mreu i potroenu energiju preuzetu iz mree.

Fotonaponski sistem prikljuen na javnu mreu preko kune instalacije je u paralelnom pogonu s distributivnom mreom, a namijenjen je za napajanje potroaa u posmatranom objektu, a viak elektrine energije odlazi u elektrodistributivnu mreu.

Kad solarni moduli ne proizvode dovoljno elektrine energije, napajanje potroaa nadopunjuje se preuzimanjem energije iz mree. S obzirom na to da instalisani fotonaponski


- 49 -

sistemi prikljueni na javnu mreu preko kune instalacije proizvode najvie elektrine energije sredinom dana, oni podmiruju vlastite potrebe i dobrim dijelom rastereuju elektroenergetski sistem, to moe biti od velike vanosti u podrujima gdje je slaba elektroenergetska mrea.

Prednosti fotonaponskih sistema, kao distribuirane proizvodnje elektrine energije, spojenih na javnu elektroenergetsku mreu preko kune instalacije su sljedee:

proizvodi se ekoloki ista elektrina energija bez zaprljanja okoline sva se ppretvaranja energije obavljaju u blizini mjesta potronje nema gubitaka energije u prenosu i distribuciji pouzdanost i sigurnost snabdijevanja trokovi odravanja postrojenja znatno su nii od odravanja centraliziranih

proizvodnih objekata lokacije za instalaciju fotonaponskih sistema u odnosu na velike centralizovane

proizvodne sisteme, jednostavnije je, lake i bre pronai jednostavna i brza instalacija te putanje u pogon.

Vie fotonaponskih modula koji mogu biti serijski i/ili paralelno povezani oblikuju tzv.

Solarni generator odreene nazivne snage koja se oznaava u Wp, kWp ili MWp. Fotonaponski moduli proizvode istosmjernu struju dc (engl. direct current), obino s naponom 12 ili 24 V. Solarni pretvara, pretvaraju jednosmjernu struju modula u naizmjeninu, sinhronizovanu s naponom i frekvencijom mree.

U veini se zemalja Europske unije, s obzirom na instaliranu snagu, fotonaponski sistemi prikljueni na javnu elektroenergetsku mreu preko kune instalacije mogu podijeliti na one do 30 kW, od 30 kW do 100 kW i preko 100 kW.

FN moduli spajaju su na mreu preko invertora, u


- 50 -

varijantama: Centralni invertor-a) Inverter za niz FN modula-b) Inverter za vie nizova FN modula Inverter integriran u FN modul-c)

Principske eme fotonaponskih sistema

Samostalni (autonomni) sistem

Samostalni (autonomni) sistemi za svoj rad nemaju potrebu spajanja na elektrinu mreu. Kod njihove primjene, kad elektrinu energiju treba isporuivati tokom noi ili u razdobljima s malim intenzitetom Sunevog zraenja nuan je akumulator (baterija) koji slui kao spremnik elektrine energije. Tom se sistemu pored akumulatora mora dodati regulator za kontrolirano punjenje i pranjenje baterije, a dodavanjem pretvaraa (=12 V / ~230 V) autonomni sistemi mogu zadovoljiti i sve vrste tipinih mrenih potroaa, kojima je potreban naizmjenini napon kao to su maine za pranje, friideri, pumpe, motori, televizori, raunari, usisavai, mali kuni aparati i drugi tureaji. Takvi sistmi su pogodni za osiguravanje potrebnih koliina elektrine energije za udaljene (izolirane) potroae kao to su ruralna (izolirana) ili primorska vikend-naselja te za brojne pojedinane objekte razliitih namjena (npr. razne vrste signalizacija i upozorenja, rasvjetu, telekomunikacione releje, svjetionike, sisteme nadzora itd.). Skica ovog sistema prikazana je na slici.


- 51 -

Hibridni FN sistemi

Hibridni FN sistemi nastaju povezivanjem samostalnih (veih) sa drugim alternativnim (rezervnim) izvorima elektrine energije, kao to su vjetroturbine, hidrogeneratori, pomoni gasni ili dizelski agregati. U dananje vrijeme vjetroturbine i fotonaponski sustavi se mogu povezati pomou zajednikog pretvaraa. Takva rjeenja daju veu sigurnost i raspoloivost isporuke elektrine energije te omoguavaju manje kapacitete akumulatora kao spremnika elektrine energije. Kod rjeenja koja koriste plinske i dizelske agregate sistemi se dimenzionu tako da se agregati koriste malo sati u godini ime se tedi gorivo, smanjuju trokovi odravanja i produava vijek trajanja. Primjer hibridnog fotonaponskog ssistema prikazan je na slici 11


- 52 -

Pasivni i aktivni mreni FN sistemi

Pasivni mreni FN sistemi elektrinu mreu koriste samo uslovno, u razdobljima kada FN moduli ne mogu proizvesti dovoljne koliine elektrine energije, npr. nou kada su istovremeno akumulatori elektrine energije prazni (slika 12)

Aktivni, odnosno interaktivni mreni FN sistemi mreu koriste interaktivno, uzimajui je u sluaju veih potreba ili vraajui je u sluaju vikova elektrine energije proizvedene u FN modulima (slika 13)

Oba mrena sistema na izlazu iz modula mogu koristiti i istosmjerno-istosmjerne

pretvarae napona kojima se mogu podeavati naponski nivoi za potrebe jednosmjernih


- 53 -

petvaraa koja rade na naponu razliitim od 12V i 24V ili se mogu podesiti na napon baterije koje rade na veim jednosmjernim naponima. Za fotonaponske sisteme prikljuene na mreu je karakteristina vea snaga i instaliu se na veim povrinama.

Obio zahtijevaju 30 do 40 m2 povrine za jedan kW snage, to je oko tri do etiri puta vie u odnosu na kristalne module, ili est puta vie u odnosu na module od tankog filma, instalirane na kosim krovovima.

Postoje razni razlozi spajanje fotonaponskih sistema na distributivnu mreu. Neki od glavnih razloga su:

ograniavanje emisije CO2 i zatita okoline,

izbjegavanje dodatne izgradnje mrea i velikih proizvodnih jedinica,

diversifikacija izvora elektrine energije,

poveavanje kvalitete elektrine energije i raspoloivosti distribucijske mree,

podsticanje trine konkurencije itd. Naravno postoje i loi uticaji FN istema spojenih na distribitivnu mreu, a tu treba

spomenuti:

poveavanje struje kratkog spoja,

naruavanje osjetljivosti zatite u elektroenergetskoj mrei,

uticaj na kvalitetu elektrine energije,

raspoloivost distributivne mree i gubici u mrei.

Naravno, svi ti uticaji zavise od snage distribuiranog izvora (FN sistema), njegovoj potronji na mjestu prikljuka i osobini pogona, te karakteristikama distributivne mree na koju se spaja.

Povezivanje FN sistema na mreu postavlja i nove izazove za mrene operatore koji sada imaju tokove snage u dva smjera, a ne samo prema potroau kao to su navikli.

Fotonaponski sistemi spajaju se preko pretvaraa na distributivnu mreu i sami proizvode jednosmjernu struju koju treba naknadno pretvoriti u naizmjenini napon mrene frekvencije kako bi napajali potroae ili radili paralelno s elektroenergetskom mreom. Karakteristina osobina fotonaponskih sistema je ta to imaju iznos poetne struje kratkog spoja priblian iznosu nazivne struje pretvaraa, to je dobro u pogledu opasnosti od struje kratkog spoja na mjestu prikljuka na mreu.

FN sistemi mreno povezani rade tako da ih mrea vodi, odnosno odrava frekvenciju i napon, gdje se u sluaju nestanka mrenog napona prekida rad pretvaraa.


- 54 -

Kod FN istema na krovu kue osim proizvedene elektrine energije predate u mreu, postoji i potronja elektrine energije porodine kue.

Spajanje s mreom moe se oblikovati na dva naina. U prvom nainu spajanja FN istema na mreu, izlazna struja iz sistema slui za

snabdijevanje potroaa u domainstvu, a proizvedeni viak se mjeri i daje u mreu (slika a.). Drugi mogui nain spajanja je taj da se FN sistem nakon pretvaraa i mjernog brojila

direktno spaja na mreu, tj sva proizvedena elektrina energija se daje u mreu, a potroa se napaja preko drugog voda koji ima svoje brojilo (slika b.). Drugi nain je povoljniji za potroae obzirom da se proizvodnja iz FN sistema financijski podstie, pa se tako moe vie zaraditi putajui svu elektrinu energiju u mreu.

Odreeni broj fotonaponskih modula zavisno o potrebnoj snazi i raspoloivoj povrini krova, spajaju se su u seriju i paralelu. Solarni moduli se pomou kablova spajaju sa solarnim pretvaraem u razvodnom ormariu. Razvodni ormari opremljen je odvodnicima prenapona i jednosmjernim prekidaima. Solarni pretvarai pretvaraju jednosmjernu struju solarnih modula u naizmjenini napon regulirsanog iznosa i frekvencije, sinhronizovan s naponom mree.


- 55 -


- 56 -


- 57 -

Toplotni solarni kolektori

Toplotna konverzija energije Sunca odvija se na celoj osunanoj povrini Zemlje. Da bismo energiju Sunca usmerili i iskoristili za nae specifine potrebe , neophodno je da napravimo odgovarajui prijemnik ili kolektor.

Kolektori su povrine na kojima se odvija prijem i konverzija sunevog zraenja u toplotnu energiju. U tom fizikom procesu dolazi do apsorpcije zraenja u materijalu od koga je napravljen kolektor. Apsorbovana energija se pretvara u kinetiku energiju elektrona to se manifestuje zagrevanjem materijala. Primljenu toplotnu energiju treba, pomou nekog fluida koji je najee voda, glikol, ulje ili vazduh odvesti do skladita toplote ili do mesta gde e se koristiti.

Ploasti kolektori imaju najee povrinu od oko 2 m . Sa zadnje strane su termiki izolovani da bi se u hladnijim danima smanjili gubici, a sa prednje strane se nalazi visokopropusno staklo. Apsorber je najee od aluminijuma ili bakra koji je elektrolitiki presvuen visokoapsorpcionim materijalima koji mogu da apsorbuju i do 98% dospele energije.

Efikasnost transformacije energije sistema za zagrevanje sanitarne vode, od kolektora do solarnog bojlera, kree se na klasinim tipovima kolektora od 35 do 55 %.

Vakuumski toplotni kolektori se odlikuju veom efikasnou koja posebno dolazi do izraaja u hladnijim periodima. Ta efikasnost je zasnovana na mnogo boljoj termikoj izolovanosti apsorbera koji se nalazi u staklenoj cevi iz koje je izvuen vazduh. Ukupna efikasnost sistema za zagrevanje sanitarne vode sa vakuumskim kolektorima je na godinjem nivou za oko 40% vea u odnosu na sistem sa ravnim ploastim kolektorima. Vakuumski kolektor se sastoji od 15 do 30 vakuumskih cevi koje su povezane sa izmenjivaem toplote kroz koji protie fluid koji se zagreva. Cena vakuumskih kolektora je za oko 50% vea od klasinih kolektora. Zbog tog razloga se vakuumski kolektori preporuuju za objekte u kojima postoji stalna potreba za toplom vodom, pogotovo tamo gde su potrebne vee koliine tople vode.

Postoji vie naina za prikupljanje Suneve energije tako da u zavisnosti od potreba i namjene solarni kolektori mogu biti ploasti i vakuumski (cijevni).

Ravni ploasti kolektori su pogodni za primjenu u umjerenim klimatskim oblastima i tamo gdje je potrebno grijanje i tokom zimskih mjeseci. Najee se koriste za zagrijavanje sanitarne vode u domainstvima i zagrijavanje prostora. Odlikuju se utedom energije i niskim trokovima pri nabavci. Visoko selektivna sol-titan prevlaka ini kolektor veoma


- 58 -

efikasnim. U cjelosti je napravljen od materijala otpornih na koroziju, kao to su nerajui elik, aluminijum, bakar i specijalno solarno staklo debljine 4mm. Otporan je na sve vremenske nepogode.

Prednosti ravnih ploastih kolektora: Imaju visok stepen djelovanja to je postignuto apsorberom s visoko selektivnom prevlakom; Visoka efikasnost postignuta je integrisanim cijevnim vodovima i toplotnom izolacijom; Kratko vrijeme montae to je postignuto savitljivim spojnim cijevima sa sistemom na koji se moe nanizati do 10 kolektora; Kolektor tipa 5DI se integrie u krov i zamijenjuje drugu krovnu povrinu.

Cijevni (vakuumski) kolektori predstavljaju najefikasniju ali i najskuplju vrstu solarnih kolektora. Cijena vakuumskog kolektora je duplo via od cijene ravnog ploastog kolektora. Pogodni su za korienje u umjerenim klimatskim uslovima. Koriste se za komercijalno i industrijsko grijanje i hlaenje. Takoe, mogu se koristiti za grijanje prostora u domainstvu u oblastima gdje je velika oblanost. U specijalnom apsorberu cirkulie medijum koji je nosa toplote a koji isparava pod djelovanjem sunevih zraka i solarnom medijumu predaje toplotu preko izmjenjivaa

Documents

Elektricne energije !PrDIE2013!!!