39
SVEUČILIŠTE U ZAGREBU FAKULTET ELEKTROTEHNIKE I RAČUNARSTVA ZAVRŠNI RAD br. 913 KRIVULJA OPTEREĆENJA I ENERGIJA VJETRA Josip Kelava Zagreb, lipanj 2009..

Krivulja opterećenja i energija vjetra - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu fakultet elektrotehnike i raČunarstva zavrŠni rad br. 913 krivulja optereĆenja i energija vjetra josip

  • Upload
    others

  • View
    4

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Krivulja opterećenja i energija vjetra - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu fakultet elektrotehnike i raČunarstva zavrŠni rad br. 913 krivulja optereĆenja i energija vjetra josip

SVEUČILIŠTE U ZAGREBU

FAKULTET ELEKTROTEHNIKE I RAČUNARSTVA

ZAVRŠNI RAD br. 913

KRIVULJA OPTEREĆENJA I ENERGIJA

VJETRA

Josip Kelava

Zagreb, lipanj 2009..

Page 2: Krivulja opterećenja i energija vjetra - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu fakultet elektrotehnike i raČunarstva zavrŠni rad br. 913 krivulja optereĆenja i energija vjetra josip

Josip Kelava, 0036429219

Page 3: Krivulja opterećenja i energija vjetra - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu fakultet elektrotehnike i raČunarstva zavrŠni rad br. 913 krivulja optereĆenja i energija vjetra josip

i

Sažetak

Zadatak ovog završnog rada je analizirati usklaĎenost proizvodnje električne

energije iz vjetroelektrane i potrošnje. Procjena proizvodnje vjetroelektrane je

provedena tako da je odabran jedan realni vjetroagregat i prema podacima o

brzini vjetra za odabrane lokacije u Hrvatskoj odreĎena je godišnja proizvodnja

električne energije vjetroagregata. Uzeti su podaci o brzini vjetra iz Hrvatskog

drţavnog hidrometeorološkog zavoda (HDHZ) za 2006. godinu za te tri različite

lokacije. Tako dobiveni rezultati su usporeĎeni s podacima o potrošnji električne

energije u Hrvatskoj. Za odreĎivanje usklaĎenost proizvodnje iz vjetroelektrana i

ukupne potrošnje napravljene su dvije simulacije u kojima se pretpostavilo

zadovoljavanje ukupnih potreba na odreĎenoj razini ukupne potrošnje: najprije

10 % i potom 30 %.

Za sve simulacije proizvodnje i potrošnje električne energije korišten je

programski paket HOMER.

Page 4: Krivulja opterećenja i energija vjetra - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu fakultet elektrotehnike i raČunarstva zavrŠni rad br. 913 krivulja optereĆenja i energija vjetra josip

ii

Sadržaj

1. Uvod .......................................................................................................... 1

2. Iskoristivost vjetra ...................................................................................... 3

3. Izbor vjetroturbine i lokacije rada ............................................................... 5

3.1. Metode i parametri izbora lokacija ...................................................... 7

3.2. Izbor optimalne vjetroturbine ............................................................ 10

3.2.1. Suzlon S82 – 1,5 MW ................................................................ 10

3.3. Tehničke karakteristike vjetroturbine ................................................ 13

4. Simulacija proizvodnje električne energije računalnim programom HOMER

16

4.1. Unos parametara .............................................................................. 17

4.2. Rezultati simulacije ........................................................................... 19

4.3. Optimalno rješenje rasporeda vjetroelektrana .................................. 22

4.4. Dnevna proizvodnja i potrošnja......................................................... 24

5. Stvarni vjetropotencijali u Hrvatskoj......................................................... 27

6. Zaključak ................................................................................................. 30

7. Literatura ................................................................................................. 32

Page 5: Krivulja opterećenja i energija vjetra - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu fakultet elektrotehnike i raČunarstva zavrŠni rad br. 913 krivulja optereĆenja i energija vjetra josip

iii

Popis kratica

CRO-EOL ekspertni sustav za odreĎivanje optimuma korištenja energenata i odabira motora za pretvorbu energije

AE40 tip turbinskih lopatica vjetroelektrane tipa Suzlon S82 – 1,5 MW

WASP računalni program za odreĎivanje vjetropotencijala

VE vjetroelektrana

RH Republika Hrvatska

EES elektroenergetski sustav

Popis oznaka

ukupna specifična snaga vjetra

gustoća zraka

v brzina vjetra

specifična kinetička energija vjetra

cp stupanj aerodinamičke pretvorbe

Pt transformirana snaga

Page 6: Krivulja opterećenja i energija vjetra - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu fakultet elektrotehnike i raČunarstva zavrŠni rad br. 913 krivulja optereĆenja i energija vjetra josip

iv

Popis tablica

Tablica 1. Tehničke karakteristike vjetroturbine Suzlon S82 – 1,5 MW

Tablica 2. Snaga na izlazu vjetroturbine S82 – 1,5 MW u ovisnosti o brzini

vjetra

Page 7: Krivulja opterećenja i energija vjetra - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu fakultet elektrotehnike i raČunarstva zavrŠni rad br. 913 krivulja optereĆenja i energija vjetra josip

v

Popis slika

Slika 1. Sustav za optimalni izbor vjetrogeneratora

Slika 2. Sustav za izbor lokacije postavljanja vjetroelektrane

Slika 3. Vjetroelektrana tvrtke Suzlon

Slika 4. Dio tabličnog prikaza satne brzine vjetra za jedan mjesec

Slika 5. Dijagram snage vjetroturbine u ovisnosti o brzini vjetra

Slika 6. Shema spoja proizvoĎača i potrošača u HOMER-u

Slika 7. Prikaz proizvodnje vjetroelektrana na području grada Gospića i

potrošnje električne energije u RH

Slika 8. Prikaz proizvodnje vjetroelektrana na području grada Osijeka i

potrošnje električne energije u RH

Slika 9. Prikaz proizvodnje vjetroelektrana na području grada Splita i

potrošnje električne energije u RH

Slika 10. Prikaz proizvodnje vjetroelektrana na sve tri lokacije zajedno i

potrošnje električne energije u RH

Slika 11. Prikaz 30 %-tne proizvodnje električne energije iz vjetroelektrana u

Hrvatskoj

Slika 12. Prikaz proizvodnje iz vjetroelektrana i potrošnje električne energije u

RH za jedan radni dan zimi (4.siječnja 2006.)

Slika 13. Prikaz proizvodnje iz vjetroelektrana i potrošnje električne energije u

RH za jedan neradni dan zimi (7.siječnja 2006.)

Slika 14. Prikaz proizvodnje iz vjetroelektrana i potrošnje električne energije u

RH za jedan radni dan zimi (12.srpnja 2006.)

Slika 15. Prikaz proizvodnje iz vjetroelektrana i potrošnje električne energije u

RH za jedan neradni dan zimi (15.srpnja 2006.)

Slika 16. Vjetropark na brdu Trtar iznad Šibenika

Page 8: Krivulja opterećenja i energija vjetra - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu fakultet elektrotehnike i raČunarstva zavrŠni rad br. 913 krivulja optereĆenja i energija vjetra josip

Simulacija proizvodnje električne energije računalnim programom HOMER

1

1. Uvod

Ţivimo u svijetu u kojem brzo raste potrošnja energije. Europa očekuje

povećanje potrošnje električne energije za 50 % do 2030. godine. Kada se ne bi

mijenjala europska energetska strategija, te bi godine europska uvozna ovisnost o

energiji iznosila oko 67 %.

Prošlo je vrijeme sigurne opskrbe energijom. Dani jeftine i dovoljno raspoloţive

energije su iza nas. Ovo stoljeće bit će ispunjeno borbom svjetskih ekonomskih

blokova za preostale raspoloţive energetske resurse te će dolaziti do povremenih

nestašica energije čija će cijena rasti. [3]

Europska ovisnost o uvoznim fosilnim gorivima postaje prijetnja gospodarskoj

stabilnosti. Zbog toga je vrlo vaţno da Europa razvije vlastite resurse na bazi

obnovljivih izvora energije i maksimalno promovira energetsku učinkovitost.

Europska komisija je već 2000. godine u dokumentu pod nazivom Zelena knjiga

o sigurnosti opskrbe energijom (COM 2000 769 final) upozorila da Europska unija

ima strukturalne slabosti glede energetske opskrbe i da mora preuzeti

odgovornost za svoju energetsku sudbinu. Smjernicom 2000/77EC o promidţbi

uporabe električne energije proizvedene iz obnovljivih izvora energije na

unutarnjem trţištu električne energije daje se naglasak na promociju električne

energije iz obnovljivih izvora energije. Zahtijeva se pojednostavljenje nacionalnih

administrativnih procedura za ishoĎenje suglasnosti i dozvola za izgradnju objekta

na bazi obnovljivih izvora energije.

Početkom 70-ih godina, nakon prve naftne krize, postalo je jasno da energija

vjetra moţe smanjiti ovisnost o fosilnim gorivima. Zahvaljujući intenzivnim

istraţivačkim i razvojnim aktivnostima, prvi komercijalni vjetroagregati su se

pojavili 1980. godine. Daljnji komercijalni i tehnološki razvoj bio je koncentriran na

povećanje jedinične snage vjetroagregata i na smanjenje proizvodne cijene

električne energije. Visina stupa vjetroagregata je povećana od početnih desetak

na 126 metara, a jedinična snaga je povećana od 50 kW na 5000 kW. [3]

Hrvatska ima znatne prirodne potencijale za razvoj projekata vjetroelektrana,

za isplative vjetroelektrane prema trenutnom stupnju poticanja procjenjuje se da

Page 9: Krivulja opterećenja i energija vjetra - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu fakultet elektrotehnike i raČunarstva zavrŠni rad br. 913 krivulja optereĆenja i energija vjetra josip

Simulacija proizvodnje električne energije računalnim programom HOMER

2

ima više tisuća MW. Hrvatska je u procesu pridruţivanja Europskoj uniji i

prilagoĎavanje se dogaĎa na svim razinama pa tako i u elektroenergetici.

Povećanje udjela obnovljivih izvora energije u hrvatskom elektroenergetskom

sustavu odreĎeno je kvotom od 5.8 % potrošnje do 2010. godine, [2]. Prema

izračunu Ministarstva gospodarstva, rada i poduzetništva taj bi udio 2010. godine

iznosio 1139 GWh. Studijom je utvrĎeno da su apsorpcijske mogućnosti postojeće

mreţe 923 MW. Regulacijske sposobnosti elektroenergetskog sustava dodatno

ograničavaju mogućnost priključka vjetroelektrana na prijenosnu mreţu na ukupnu

snagu vjetroelektrana od 300 MW do 400 MW, [2]. Studijom se predlaţu i mjere za

povećanje prihvata vjetroelektrana u sustav:

uvoĎenje prognoze proizvodnje vjetroelektrana 48 sati unaprijed,

uvoĎenje naknada za pruţanje usluga sustavu,

nabava prekograničnih usluga sustavu,

uključivanje većeg broja elektrana u sekundarnu P/f (snaga/frekvencija)

regulaciju,

modernizacija upravljanja sustavom,

pojačavanje, proširenje i izgradnja prijenosne mreţe.

U Hrvatskoj se zasigurno moţe u idućih 5-10 godina očekivati intenziviranje

aktivnosti na području obnovljivih izvora energije. Tehnologija korištenja energije

vjetra kao najrazvijenija iz ovog spektra već sada preuzima vodeće mjesto u

Hrvatskoj, što se očituje u velikom interesu za izgradnju vjetroelektrana u

posljednjih 3 do 4 godine. Potencijalni investitori su pokrenuli velik broj mjerenja

vjetrenih prilika na mogućim lokacijama, a prema nadleţnim tijelima su upućeni

brojni zahtjevi za priključkom vjetroelektrana. U 2007. godini u Hrvatskoj je stupila

na snagu zakonska regulativa (potrebna zakonska podloga) koji omogućuju

funkcioniranje trţišta obnovljivih izvora energije.

Page 10: Krivulja opterećenja i energija vjetra - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu fakultet elektrotehnike i raČunarstva zavrŠni rad br. 913 krivulja optereĆenja i energija vjetra josip

Simulacija proizvodnje električne energije računalnim programom HOMER

3

2. Iskoristivost vjetra

Da bi se mogla predvidjeti izlazna snaga vjetroelektrane potrebno je definirati

veličine koje izravno utječu na izlaznu djelatnu snagu vjetroagregata. Pretvorba

kinetičke energije vjetra u kinetičku energiju vrtnje vratila odvija se pomoću

lopatica rotora vjetroturbine. Pri tome se rotor i vjetrogenerator nalaze na

zajedničkom vratilu (izmeĎu njih moţe i ne mora postojati odreĎeni prijenosnik). U

generatoru dolazi do pretvorbe kinetičke energije vrtnje vratila u električnu

energiju. Specifična snaga vjetra proporcionalna je trećoj potenciji njegove brzine,

a za konstantnu brzinu i površinu okomitu na smjer strujanja iznosi:

Pri čemu je:

ukupna specifična snaga vjetra, [W/m2]

gustoća zraka,

brzina vjetra.

Općenito, brzina vjetra nije konstantna pa je prosječna specifična snaga

jednaka:

Gustoća zraka funkcija je tlaka i temperature zraka. Tlak i temperatura zraka

funkcija su nadmorske visine pa se na razini mora ( =1,2 kg/m3) za specifičnu

snagu vjetra moţe pribliţno uzeti da je jednaka: .

Kinetička energija u struji zraka u vremenu t dobiva se mnoţenjem snage s

vremenom prema izrazu:

Page 11: Krivulja opterećenja i energija vjetra - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu fakultet elektrotehnike i raČunarstva zavrŠni rad br. 913 krivulja optereĆenja i energija vjetra josip

Simulacija proizvodnje električne energije računalnim programom HOMER

4

odnosno, za vremenski interval T u kojem se brzina vjetra uzima konstantnom:

gdje je specifična kinetička energija vjetra.[5]

Najveći dio ukupne kinetičke energije vjetra ne moţe se iskoristiti, odnosno

pretvoriti u kinetičku energiju vrtnje lopatice rotora jer vjetar mora nastaviti

strujanje kako bi omogućio nadolazak vjetra iza sebe. Ta činjenica naziva se Betz-

ovim zakonom, a matematički se moţe izraziti stupnjem aerodinamičke pretvorbe

koji je odreĎen kao omjer snage na vratilu vjetroturbine i raspoloţive snage u

slobodnoj struji vjetra:

gdje je:

stupanj aerodinamičke pretvorbe, (0,45 za suvremene vjetroturbine),

transformirana snaga.

Najveća moguća vrijednost stupnja aerodinamičke pretvorbe naziva se Betz-

ovom granicom i iznosi 16/27=0,593 te se učinkovitost (stupanj djelovanja)

za iskorištenje energije vjetra nikakvim poboljšanjima ne moţe povećati iznad te

vrijednosti. Uzimajući u obzir sve gubitke pretvorbe energije u vjetroagregatu

slijedi kako se tek nešto manje od ½ početne kinetičke energije vjetra pretvara u

korisnu, električnu energiju.

Page 12: Krivulja opterećenja i energija vjetra - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu fakultet elektrotehnike i raČunarstva zavrŠni rad br. 913 krivulja optereĆenja i energija vjetra josip

Simulacija proizvodnje električne energije računalnim programom HOMER

5

3. Izbor vjetroturbine i lokacije rada

Optimalno korištenje energije vjetra za pretvorbu u mehanički rad ovisi o

vjetropotencijalu lokacije, optimalno izabranoj vjetroturbini za rad na ovim

potencijalima i usklaĎenosti s prirodnim i društvenim okruţenjem. Ako je unaprijed

dana lokacija, potrebno je utvrditi vjetropotencijale pomoću karata vjetrova regije i

potvrditi mjerenjem u trajanju od godinu dana. Potrebno je provjeriti mogućnost

uklapanja u okolinu lokacije i potom odabrati optimalnu vjetroturbinu. Ako se pak

traţi ispitivanje većeg područja regije, otoka ili drţave radi odreĎivanja ukupnog

iznosa tehnički iskoristivog vjetropotencijala, potrebno je pronaći optimalne

lokacije i optimalne vjetroturbine.

Tijekom posljednja dva desetljeća razvijeni su ekspertni sustavi za odreĎivanje

optimuma korištenja energenata i odabira motora za pretvorbu energije. Početkom

devedestih postavili su prof.dr.sc Ljiljana Pilić-Rabadan, dipl.ing. strojarstva iz

Splita, i suradnici koncepciju ekspertnog sustava za korištenje energije vjetra koji

je potom usavršavan, [1]. Sustav nazvan CRO-EOL čini povezanu otvorenu

računalnu strukturu u kojoj su objedinjene baze podataka i baze znanja svih

parametara za optimalni izbor lokacije rada i vjetrogeneratora. Reducirana shema

strukture prikazana je na slici 1.

Slika 1. Sustav za optimalni izbor vjetrogeneratora [1]

Page 13: Krivulja opterećenja i energija vjetra - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu fakultet elektrotehnike i raČunarstva zavrŠni rad br. 913 krivulja optereĆenja i energija vjetra josip

Simulacija proizvodnje električne energije računalnim programom HOMER

6

Baze podataka o lokacijama za svaku pojedinačnu lokaciju trebaju se

kompletirati (geografsko i fizičko odreĎenje, orografija tla, komunikacije i

infrastruktura). Svi postojeći podaci o vjetropotencijalima, karti vjetrova ili podaci

mjerenja ili osmatranja su temeljna informacija o predmetnom području. Podaci iz

baze obraĎuju se pomoću odgovarajućih programa u prikladnu formu za daljnji rad

ekspertnog sustava što je sadrţano u bazi znanja. Baza znanja sadrţi takoĎer

program s mehanizmom eliminacije i rangiranja istraţivanih lokacija prireĎujući

potrebno za optimalni izbor u mehanizmu odlučivanja. Baze vjetrogeneratorskih

sustava, koji se mogu naručiti na svjetskim trţištima, okupljaju sve potrebne

tehničke i ekonomske podatke i značajke pojedinih vjetrogeneratorskih jedinica

različitih tipova i veličine. Pomoću ovih podataka i značajki rada, programima za

simulaciju rada vjetrogeneratora i optimizaciju iz baza znanja, odabiru se

optimalne varijante. Mehanizam odlučivanja u izboru lokacija i vjetrogeneratorskih

jedinica ima dva temeljna kriterija: maksimum energije na izlazu iz jedinice uz

minimalnu cijenu.

Page 14: Krivulja opterećenja i energija vjetra - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu fakultet elektrotehnike i raČunarstva zavrŠni rad br. 913 krivulja optereĆenja i energija vjetra josip

Simulacija proizvodnje električne energije računalnim programom HOMER

7

3.1. Metode i parametri izbora lokacija

Izbor lokacije rada vjetrogeneratorskih jedinica provodi se analizom niza

utjecajnih parametara koji u konačnici odreĎuju cijenu električne energije na izlazu

iz vjetroelektrane. Dobru lokaciju u prvom redu odreĎuju dobri vjetropotencijali

kojima se moţe izloţiti veći broj jedinica. To je primarni čimbenik koji utječe na

količinu dobivene energije u pretvorbi iz vjetra. U cijenu jedinice energije ulaze svi

troškovi postojenja jedinica, dopreme i izgradnje koji su manji ako već postoje

infrastrukturni objekti (putovi, električna mreţa i drugo). Izbor lokacije

vjetroelektrane mora poštovati ekološke, planske i sigurnosne kriterije.

Iako zagaĎenje okoline i zraka radom vjetroelektrane nije u pitanju, buka koju

proizvode (u ovisnosti od tipa prijenosnika i lopatica) se ograničava propisnom

udaljenosti od objekata rada i ţivota ljudi. Sve utjecajne parametre na izbor

lokacije moţe se grupirati u sljedeće skupine: energetski parametri, tehničko-

tehnološki, ekološki, sigurnosni, prostorno-planski i drugi. Kada se odabire lokacija

na morskim prostorima postoji niz dodatnih specifičnih parametara. Primarni

značaj na izbor lokacija imaju vjetroenergetski parametri. Sveukupno raspoloţivi

energetski resurs vjetroenergetskog polja prikazuje se srednjom godišnjom

brzinom vjetra u m/s na odreĎenoj visini od tla i srednjom specifičnom snagom u

W/m2. Koliko će se godišnje dobiti od raspoloţive energije vjetra pretvorbom u

mehaničku energiju na vratilu turbine ovisi o optimalnom izboru vjetroturbine. Tu

su značajni: odnos projektne brzine vjetra turbine i srednje brzine vjetra lokacije,

visina osi nad tlom vratila vjetrogeneratora, tehnička spremnost postrojenja, ali i

značajke vjetra lokacije. Poţeljna je visoka učestalost i struktura sa niskom

varijabilnosti brzina vjetrova.

Tehničko-tehnološki parametri obuhvaćaju infrastrukturne značajke područja

koje uključuju cijenu potrebne izgradnje/dogradnje. Ovi se mogu svrstati u tri

skupine parametara: graĎevinski, elektroenergetski i prostorno-gospodarski.

Karakteristike tla utječu na cijenu izgradnje temelja vjetrogeneratorskih jedinica.

Blizina elektroenergetske mreţe odgovarajućeg napona odnosno transformatorske

stanice utječe na cijenu postrojenja.

Page 15: Krivulja opterećenja i energija vjetra - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu fakultet elektrotehnike i raČunarstva zavrŠni rad br. 913 krivulja optereĆenja i energija vjetra josip

Simulacija proizvodnje električne energije računalnim programom HOMER

8

Zadovoljenje ekoloških kriterija je imperativ izgradnje svakog objekta o čemu se

vodi računa već pri projektnoj dokumentaciji. Vjetroelektrane ne ugroţavaju

atmosferu i fizički zapremaju najmanji specifični prostor u odnosu na klasična

energetska postrojenja. One svojom izgradnjom mogu imati odreĎeni utjecaj na

ţivot i rad ljudi, ptice i njihove migracijske putove, ostale ţivotinjske vrste i njihova

staništa i estetsko uklapanje u vizure okoliša. Vjetroagregati zbog buke, sigurnosti

i elektromagnetskog djelovanja trebaju biti na preporučenim udaljenostima.

Na primjer, vjetrogenerator od 300 kW treba biti postavljen na udaljenosti od:

naselja 300-1000 m,

javnih prometnica 0-170 m,

ţeljezničkih pruga 60 m,

dalekovoda 40-100 m,

radio i TV odašiljača 200-600 m,

zrakoplovne luke 4000-6000 m,

navigacijskog sustava 500-1000 m.[1]

Sigurnost rada vjetroelektrane nalaţe izbor lokacije na području sigurnom od

seizmičkih poremećaja, ali i onog gdje nisu pojačani vjetrovi na olujne jakosti

uvjetovani konfiguracijom područja. Prostorno planski parametri uključuju

mogućnosti uklapanja vjetroelektrane u planove razvoja uţeg i šireg područja uz

moguće širenje kapaciteta vjetroelektrana.

Postupak izbora lokacija provodi se u dvije faze: prva je eliminacijska, a druga

rangirajuća faza. Obje faze se provode na dvije razine, makro i mikro prostora.

Postupak eliminacije se zasniva na temelju usvojenih kriterija da bi se postigao

odreĎeni cilj bez obzira na druge kriterije. Tako eliminiranje svih ekološki

zaštićenih prostora bez obzira na visinu vjetropotencijala na njima je prvi korak.

Tu spadaju i druge vrste zaštićenih prostora i kulturnih spomenika te i

urbanizirana područja uključujući potrebne udaljenosti od ovih. Mogu se postaviti i

dugi kriteriji eliminacije kao što je zaštita obalnog pojasa zadane širine ili područja,

potom područja vjetropotencijala niţeg od ekonomski opravdanog za korištenje.

Grafički prikaz metode slijeda izbora makrolokacija prikazan je na slici 2.

Page 16: Krivulja opterećenja i energija vjetra - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu fakultet elektrotehnike i raČunarstva zavrŠni rad br. 913 krivulja optereĆenja i energija vjetra josip

Simulacija proizvodnje električne energije računalnim programom HOMER

9

Slika 2. Sustav za izbor lokacije postavljanja vjetroelektrane [1]

Ako se promatraju karakteristike vjetra na području Hrvatske moţe se zaključiti

da je vjetropotencijal dobar. To ne znači da je cijeli prostor Hrvatske pogodan za

gradnju vjetroelektrana. Naime, ima mnogo vjetrovitih područja, ali je problem u

tome što vjetar u njima ne puše stalno, preslab je ili prejak. Za lokacije za koje će

se vršiti istraţivanja za gradnju vjetroelektrana u ovom radu odabrana su područja

na različitim dijelovima Hrvatske, a to su područja gradova Splita, Gospića i

Osijeka. Koriste se podaci o brzini vjetra dobiveni od Hrvatskog drţavnog

hidrometeorološkog zavoda za 2006. godinu.

Page 17: Krivulja opterećenja i energija vjetra - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu fakultet elektrotehnike i raČunarstva zavrŠni rad br. 913 krivulja optereĆenja i energija vjetra josip

Simulacija proizvodnje električne energije računalnim programom HOMER

10

3.2. Izbor optimalne vjetroturbine

Uspješnost korištenja energije vjetra pretvorbom u mehanički rad ovisi o izboru

optimalne vjetroturbine koja vrši prvi stupanj konverzije, a potom kao pogonski

stroj daje snagu pogonjenom stroju (električnom generatoru). Budući se

vjetroturbine na trţištu plasiraju u sklopu agregata s električnim generatorom i

odgovarajućim pratećim ureĎajima za voĎenje i kontrolu rada, provodi se izbor

cijelog sklopa agregata. Za analizu u ovom radu je odabrana vjetroelektrana

Suzlon S82 – 1,5 MW.

3.2.1. Suzlon S82 – 1,5 MW

Vjetroagregat S82 – 1,5 MW je dizajniran za optimalnu proizvodnju energije čak

i u područjima u kojima prevladavaju male brzine vjetra. Turbina ima čvrst dizajn

sa mogućnošću regulacije nagiba lopatica. Suzlon Flexi-slip sistem omogućava

učinkovitu kontrolu opterećenja i energije. Rad turbine je učinkovito kontroliran

pomoću Suzlon kontrolera. Ove tehnologije su se pokazale dobre u praksi. S82 –

1,5 MW je dizajnirana da izdrţi ekstremne uvjete i radi učinkovito s niskim

troškovima odrţavanja.

Page 18: Krivulja opterećenja i energija vjetra - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu fakultet elektrotehnike i raČunarstva zavrŠni rad br. 913 krivulja optereĆenja i energija vjetra josip

Simulacija proizvodnje električne energije računalnim programom HOMER

11

Slika 3. Vjetroagregat S82 - 1,5 MW tvrtke Suzlon

3.2.1.1. Turbinske lopatice

Kao i sve ostale Suzlon turbinske lopatice AE40 ima cjelokupnu integriranu

konstrukciju. Sustav proizvodnje turbinskih lopatica od izrade kalupa pa sve do

završne obrade se izvodi u suradnji izmeĎu nizozemskog tima za dizajn i

proizvodnih objekata u Indiji i Kini.

3.2.1.2. Sustav regulacije nagiba lopatica

Cjelokupni sustav regulacije nagiba lopatica je baziran na električnim motorima

sa samostalnim napajanjem električnom energijom koji omogućuju brzo i

učinkovito zakretanje lopatica. Sa razlučivošću od 0,1˚ i posebnim načinom rada

za brzo zakretanje, S82 – 1,5 MW omogućuje optimalno korištenje energije kao i

brzo i sigurno kočenje rotora.

3.2.1.3. Reduktor

Page 19: Krivulja opterećenja i energija vjetra - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu fakultet elektrotehnike i raČunarstva zavrŠni rad br. 913 krivulja optereĆenja i energija vjetra josip

Simulacija proizvodnje električne energije računalnim programom HOMER

12

U Suzlonu se uvijek davala posebna paţnja izradi reduktora. Konstrukcija je

temeljena na godinama iskustva sa vjetroturbinama u surovim okruţenjima i

standard izrade uvelike premašuje uobičajena industrijska rješenja. Procjena

snage za reduktor S82 – 1,5 MW je zapravo 1,65 MW.

3.2.1.4. Servis i održavanje

Suzlon ima tim obučenih tehničara za vjetroelektrane po cijelom svijetu koji su

usmjereni na servis, odrţavanje i praćenje rada vjetroelektrana. Cilj tehničara je

povećati proizvodnju iz energije vjetra i osigurati da turbine rade pouzdano sa

minimalnim troškovima odrţavanja tijekom njihovog vijeka trajanja. Suzlon

omogućava kontinuirane programe usavršavanja svojih tehničara na mjestima

proizvodnje i izvan njih.[7]

Page 20: Krivulja opterećenja i energija vjetra - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu fakultet elektrotehnike i raČunarstva zavrŠni rad br. 913 krivulja optereĆenja i energija vjetra josip

Simulacija proizvodnje električne energije računalnim programom HOMER

13

3.3. Tehničke karakteristike vjetroagregata

Tablica 1. Tehničke karakteristike vjetroagregata Suzlon S82 – 1,5 MW [7]

MODEL S82 – 1,5 MW

RADNI PODACI

Proračunska snaga 1500 kW

Brzina vjetra pri uključivanju 4 m/s

OdreĎena brzina vjetra 14 m/s

Brzina vjetra pri isključivanju 20 m/s

Max. podnosiva brzina vjetra 52,5 m/s

ROTOR

Tip 3 lopatice

Promjer 82 m

Kutna brzina za proračunsku snagu 15,6 – 18,4 o/min

Materijal lopatica Epoksidno prešano stakleno vlakno

Radni prostor 5281 m2

Regulacija snage Suzlon Flexy Slip System

REDUKTOR

Tip 1 planetary stupanj/ 2 spiralna stupnja

Omjer 1:95,09

Nominalno opterećenje 1650 MW

Vrsta hlaĎenja HlaĎenje prisilnim uljnim podmazivanjem

GENERATOR

Tip Jednobrzinski indukcijski generator sa klizajućim prstenovima

Brzina za proračunsku snagu 1511 o/min

OdreĎena proračunska snaga 1500 kW

Napon 690 V AC (izmeĎu faza)

Frekvencija 50 Hz

Izolacija Klasa H

Kućište IP 54/IP 23

Vrsta hlaĎenja HlaĎenje zrakom

TORANJ

Page 21: Krivulja opterećenja i energija vjetra - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu fakultet elektrotehnike i raČunarstva zavrŠni rad br. 913 krivulja optereĆenja i energija vjetra josip

Simulacija proizvodnje električne energije računalnim programom HOMER

14

Tip Cijevni toranj sa čeličnom zavarenom pločom

Visina tornja 76 m

Visina uključujući postolje 78,5 m

SUSTAV KOČENJA

Aerodinamičko kočenje 3 nezavisna sustava sa zakretanjem lopatica

Mehaničko kočenje Sustav kočenja hidrauličkim diskovima

SUSTAV OKRETANJA

Tip Električni motor za okretanje

Nosač Poliamidni klizni nosač sa zupčanikom

Zaštita Kabelski upleteni senzor

SISTEM LOPATICA

Tip 3 nezavisna sustava lopatica sa baterijskom rezervom napajanja za svaku lopaticu

Radni raspon -5˚ do +90˚

Razlučivost 0,1˚ do 10˚

KONTROLER Suzlon sustav kontrole sa slijedećim glavnim značajkama:

kontrola odlazne snage/ograničenja

kontrola radne snage

mjerenje mreţe

low voltage ride through (LVRT)

mjerenje vremenskih prilika

vremensko usklaĎivanje

statistike

Klasa vjetra III a

Cetifikati i standardi GL (T-GL-009A-2007)

Status kvalitete ISO 9001:2000

Page 22: Krivulja opterećenja i energija vjetra - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu fakultet elektrotehnike i raČunarstva zavrŠni rad br. 913 krivulja optereĆenja i energija vjetra josip

Simulacija proizvodnje električne energije računalnim programom HOMER

15

Tablica 2. Snaga na izlazu vjetroturbine S82–1,5 MW u ovisnosti o brzini vjetra [7]

Brzina vjetra

[m/s]

Snaga na izlazu

[kW]

4 1

5 99

6 263

7 466

8 709

9 974

10 1219

11 1382

12 1438

13 1473

14 1500

15 1500

16 1500

17 1500

18 1500

19 1500

20 1500

Page 23: Krivulja opterećenja i energija vjetra - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu fakultet elektrotehnike i raČunarstva zavrŠni rad br. 913 krivulja optereĆenja i energija vjetra josip

Simulacija proizvodnje električne energije računalnim programom HOMER

16

4. Simulacija proizvodnje električne energije računalnim programom HOMER

Općenito govoreći, postojanje i rad svakog elektroenergetskog sustava vezano

je za trajnu statičku i dinamičku ravnoteţu izmeĎu utrošene i proizvedene energije

u svakom trenutku. Govoreći o potrošnji istodobno se posredno govori o

proizvodnji energije, ali i o načinu rada sustava. Bez trajne statičke i dinamičke

ravnoteţe proizvodnje i potrošnje nema nijednog elektroenergetskog sustava ni

energije uopće.

HOMER je optimizacijski računalni program za modeliranje distribuirane

proizvodnje električne energije, koji pojednostavljuje zadatak procjene isplativosti

modeliranih sustava sastavljenih od neobnovljivih i obnovljivih izvora. Verzija koja

je korištena u ovom radu je v2.67 Beta.

HOMER omogućava definiranje modela s ulaznim podacima, koji opisuju

tehnološke izbore, cijene komponenata i raspoloţivost resursa. HOMER

upotrebljava unesene podatke za simulaciju konfiguracija sustava ili kombinaciju

komponenata i generira rezultate koji se mogu vidjeti kao lista ostvarivih

konfiguracija sortiranih prema cijeni. Rezultati simulacija u različitim tablicama i

grafovima pomaţu pri usporedbi konfiguracija i ocjenjivanju prema njihovim

ekonomskim i tehničkim vrijednostima.

Cilj ovog rada je kvantitativna usporedba proizvodnje i potrošnje električne

energije.

Page 24: Krivulja opterećenja i energija vjetra - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu fakultet elektrotehnike i raČunarstva zavrŠni rad br. 913 krivulja optereĆenja i energija vjetra josip

Simulacija proizvodnje električne energije računalnim programom HOMER

17

4.1. Unos parametara

Simulacija godišnje proizvodnje vjetroagregata se izvodi za tri lokacije, za

područje gradova Splita, Gospića i Osijeka. Podaci o brzini vjetra dobiveni od

Hrvatskog drţavnog hidrometeorološkog zavoda za 2006. godinu su različiti za

pojedine lokacije tako da je potrebno napraviti tri simulacije. Podaci koji su

dobiveni sadrţe brzine vjetra izmjerene svakih deset minuta što ukupno iznosi

52560 podataka za pojedinu lokaciju. Ti podaci se pomoću jednostavnog

programa mogu prebaciti u tablični ili standardni oblik (slika 4).

Slika 4. Dio tabličnog prikaza satne brzine vjetra tijekom jednog mjeseca

U tabličnom i standardnom obliku više nisu podaci izmjereni svakih deset

minuta nego su preračunati u satne vrijednosti. Osim brzine vjetra koja je potrebna

za simulaciju postoje i nepotrebni podaci kao što je smjer vjetra, sati, dani itd.

Pomoću programa koji je napisan u programskom jeziku C++ se mogu izdvojiti

podaci o brzini vjetra iz tabličnog oblika, a pomoću programa napisanog u

programskom jeziku Java se mogu izdvojiti podaci iz standardnog oblika što

ukupno iznosi 8760 podataka za jednu godinu. Ti podaci se prebace u tekstualnu

(*.wnd) datoteku koju moţemo učitati u program HOMER opcijom „Import hourly

data file“ (Unesite datoteku satnih vrijednosti) da bi se rasporedili na dvanaest

mjeseci u godini.

Page 25: Krivulja opterećenja i energija vjetra - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu fakultet elektrotehnike i raČunarstva zavrŠni rad br. 913 krivulja optereĆenja i energija vjetra josip

Simulacija proizvodnje električne energije računalnim programom HOMER

18

Kada se unesu podaci o vjetru potrebno je izraditi vjetroagregat tipa Suzlon S82

- 1,5 MW. Kod polja „Turbine type“ klikne se na „New“ i unesu podaci o snazi

vjetroagregata, odnosno koliku snagu vjetroagregat proizvodi za pojedinu brzinu

vjetra. Naposljetku se prikaţe dijagram snage kao na slici 5.

Slika 5. Dijagram snage vjetroturbine u ovisnosti o brzini vjetra

U tablicu „Quantity“ moţe se upisati koliko vjetroagregata se simulira (npr. prvi

put 50 vjetroagregata, drugi put 75, treći put 100, itd.). Vjetroagregat se postavi na

opciju AC tako da se ne mora preko ispravljača spajati na mreţu što predstavlja

pojednostavljenje za ovu analizu. Kada se unesu svi podaci shema proizvoĎača

električne energije i potrošača izgleda kao na slici 6.

Slika 6. Shema spoja proizvođača i potrošača u HOMER-u

Page 26: Krivulja opterećenja i energija vjetra - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu fakultet elektrotehnike i raČunarstva zavrŠni rad br. 913 krivulja optereĆenja i energija vjetra josip

Simulacija proizvodnje električne energije računalnim programom HOMER

19

4.2. Rezultati simulacije

U prvom koraku odabrano je po 150 vjetroagregata tipa Suzlon S82 - 1,5 MW

(ukupne snage 225 MW) za svaku lokaciju. Zelena krivulja na grafovima

predstavlja ukupnu proizvodnju vjetroagregata, a plava ukupnu potrošnju

Republike Hrvatske tijekom jedne godine.

Slika 7. Prikaz proizvodnje vjetroelektrana na području grada Gospića i

potrošnje električne energije u RH

Na slici 7 se vidi da je proizvodnja 150 vjetroelektrana na području Gospića

najveća u prva četiri i zadnja dva mjeseca u godini. Samo u nekim mjesecima

doseţe proizvodnju do 200 MW i to sredinom siječnja, tijekom druge polovice

veljače i prve polovice oţujka pa ponovno krajem prosinca. Najmanje energije se

proizvodi u ljetnim mjesecima. Prosječna proizvodnja elektrana je 66,5 MW, a

prosječna potrošnja Republike Hrvatske 2200 MW. Iz toga proizlazi da

vjetroelektrane snage 225 MW na području Gospića mogu pokriti svega 3,02 %

potrošnje.

Page 27: Krivulja opterećenja i energija vjetra - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu fakultet elektrotehnike i raČunarstva zavrŠni rad br. 913 krivulja optereĆenja i energija vjetra josip

Simulacija proizvodnje električne energije računalnim programom HOMER

20

Slika 8. Prikaz proizvodnje vjetroelektrana na području grada Osijeka i potrošnje

električne energije u RH

Na slici 8 je vidljivo da je najveća proizvodnja u Osijeku tijekom siječnja, veljače

i oţujka te krajem godine. Naravno da je svaka godina u većoj ili manjoj mjeri

posebna, ali je vrlo vjerojatno da će i u narednim godinama upravo ti mjeseci biti

najproduktivniji. Pad proizvodnje očituje se od travnja do rujna. Na prvi pogled

proizvodnje električne energije iz vjetroelektrana na područjima gradova Gospića i

Osijeka se ne razlikuju puno (prosječno 68,02 MW), osim u oţujku i travnju, pa se

moţe zaključiti da će i proizvodnja na području Osijeka moći pokriti svega 3 %

potrošnje električne energije Republike Hrvatske.

Page 28: Krivulja opterećenja i energija vjetra - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu fakultet elektrotehnike i raČunarstva zavrŠni rad br. 913 krivulja optereĆenja i energija vjetra josip

Simulacija proizvodnje električne energije računalnim programom HOMER

21

Slika 9. Prikaz proizvodnje vjetroelektrana na području grada Splita i potrošnje

električne energije u RH

Na slici 9 je vidljivo da proizvodnja vjetroelektrana na području Splita ima

najveće oscilacije. Tijekom prva četiri i zadnja četiri mjeseca u godini očituje se

proizvodnja koja se često kratkotrajno penje i do 200 MW, ali isto su tako očiti i

nagli propadi snage kojima je uzrok vjetar koji puše na mahove (bura) i često puše

u Dalmaciji u jesenskim i zimskim mjesecima. Tijekom ljeta proizvodnja je slaba jer

nema dovoljno brzog vjetra koji minimalno mora iznositi 4 m/s da bi vjetroelektrana

uopće počela proizvoditi. UsporeĎujući grafove proizlazi da je najbolja proizvodnja

na području grada Osijeka. Prosječna proizvodnja 150 vjetroelektrana na području

Splita je 60,5 MW i ona bi mogla pokriti oko 2,75 % potrošnje električne energije

Hrvatske.

Page 29: Krivulja opterećenja i energija vjetra - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu fakultet elektrotehnike i raČunarstva zavrŠni rad br. 913 krivulja optereĆenja i energija vjetra josip

Simulacija proizvodnje električne energije računalnim programom HOMER

22

4.3. Optimalno rješenje rasporeda vjetroelektrana

Rezultati simulacije su pokazali da je od tri izabrane lokacije najbolja ona na

području grada Osijeka, iako se proizvodnja u ostalim gradovima ne razlikuje puno

(u Osijeku se proizvede prosječno samo 1,7 MW više nego u Gospiću i 7,7 MW

više nego u Splitu).

Proteklih nekoliko godina u Hrvatskoj pojavio se veliki broj privatnih tvrtki i

potencijalnih investitora koji su pokrenuli aktivnosti pripreme izgradnje

vjetroelektrana. Potencijalni kapital je uglavnom inozemni, najviše iz Njemačke,

nešto iz Španjolske i drugih zemalja. Ako je npr. investitor odlučio postaviti na

području Republike Hrvatske 450 vjetroelektrana optimalno bi bilo da je što veći

broj u području veće proizvodnje. Naravno, nije moguće sve vjetroelektrane

postaviti samo na jednu lokaciju zbog prostornog ograničenja. Lokacija

vjetroelektrane uvjetovana je pored odgovarajućeg vjetropotencijala i

mogućnostima prihvata prijenosne ili distribucijske mreţe, kako sam priključak na

mreţu ne bi značajno poskupio čitav projekt.

Na sljedećoj simulaciji će se prikazati proizvodnja električne energije sa svih

lokacija zajedno u usporedbi sa potrošnjom električne energije Republike

Hrvatske. Od ukupnog broja raspoloţivih vjetroagregata na područje Osijeka će

biti postavljeno njih 250, a na područja gradova Gospića i Splita njih po 100.

Slika 10. Prikaz proizvodnje vjetroelektrana na sve tri lokacije zajedno i potrošnje

električne energije u RH

0

250

500

750

1000

1250

1500

1750

2000

2250

2500

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Potrošnja el. energije u RH [MW]

Proizvodnja vjetroelektrana [MW]

Page 30: Krivulja opterećenja i energija vjetra - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu fakultet elektrotehnike i raČunarstva zavrŠni rad br. 913 krivulja optereĆenja i energija vjetra josip

Simulacija proizvodnje električne energije računalnim programom HOMER

23

Ukupna instalirana snaga 450 vjetroelektrana na tri lokacije u Hrvatskoj iznosi

675 MW. Na slici 10 je vidljivo da ukupna instalirana snaga osigurava kontinuiranu

proizvodnju od 250 MW od siječnja do travnja. U svibnju i u ljetnim mjesecima

iznosi oko 100 MW. U listopadu, studenom i prosincu proizvodnja se penje na

200 MW i više. Iz toga proizlazi da vjetroelektrane mogu u prosjeku osigurati

elektroenergetskoj mreţi 25 – 30 % od svoje ukupne instalirane snage u jesen,

zimu i proljeće dok ljeti rade na 10 - 15 % instalirane snage. Ako je prosječna

potrošnja u Hrvatskoj 2200 MW, vjetroelektrane mogu osigurati oko 10 %

potrošnje električne energije.

Ako bi ţeljeli osigurati 30 % opskrbe električne energije iz vjetroelektrana na

području RH to bi značilo da bi trebali instalirati tri puta više vjetroagregata. Tada

bi ukupna instalirana snaga iznosila 2025 MW. Ako od tog broja oduzmemo

iskoristivost vjetroelektrana u RH od 25 – 30 % koju smo odredili u prethodnoj

simulaciji, moţemo očekivati proizvodnju od 500 – 600 MW. Rezultati simulacije

su prikazani na slici 11.

Slika 11. Prikaz 30 %-tne proizvodnje električne energije iz vjetroelektrana u

Hrvatskoj

Na slici 11 je vidljivo da se tijekom siječnja, veljače i oţujka moţe proizvesti 30

% električne energije iz vjetroelektrana. U ostalim mjesecima ta je proizvodnja

manja pa se ljeti proizvede 20 %, a zimi 25 % električne energije za potrošače u

Hrvatskoj.

0

250

500

750

1000

1250

1500

1750

2000

2250

2500

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Potrošnja el. energije u RH [MW]

Proizvodnja vjetroelektrana [MW]

Page 31: Krivulja opterećenja i energija vjetra - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu fakultet elektrotehnike i raČunarstva zavrŠni rad br. 913 krivulja optereĆenja i energija vjetra josip

Simulacija proizvodnje električne energije računalnim programom HOMER

24

4.4. Dnevna proizvodnja i potrošnja

Potrošnja električne energije razlikuje se tijekom radnih dana i vikenda, a

posebno raste u vrijeme blagdana. Energetsku potrošnju u godini moţemo

prikazati preko karakterističnih sezonskih dana. Izaberu se ukupno četiri dana, po

dva u ljetnom i zimskom periodu, jedan radni (srijeda) i jedan neradni dan

(subota).

Na sljedećim slikama prikazani su rezultati dnevnih simulacija proizvodnje i

potrošnje 450 vjetroelektrana koje pokrivaju oko 10 % potrošnje. Zelena krivulja

predstavlja dnevnu potrošnju umanjenu za snagu koja je dobivena iz

vjetroelektrana, odnosno potrošnju koju je potrebno „pokriti“ iz drugih izvora

električne energije (hidroelektrane, termoelektrane).

Prikazani odnosi nisu kompletni jer bi za to bilo potrebno proračunavati

reprezentativne sezonske dane potrošnje i proizvodnje, a to prelazi okvire ovog

rada.

Slika 12. Prikaz proizvodnje iz vjetroelektrana i potrošnje električne energije u RH

za jedan radni dan zimi (4.siječnja 2006.)

0

250

500

750

1000

1250

1500

1750

2000

2250

2500

2750

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Dnevna potrošnja el. energije u RH

Dnevna proizvodnja el. energije iz vjetroelektrana

Nova krivulja potrošnje el. energije

Page 32: Krivulja opterećenja i energija vjetra - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu fakultet elektrotehnike i raČunarstva zavrŠni rad br. 913 krivulja optereĆenja i energija vjetra josip

Simulacija proizvodnje električne energije računalnim programom HOMER

25

Slika 13. Prikaz proizvodnje iz vjetroelektrana i potrošnje električne energije u RH

za jedan neradni dan zimi (7.siječnja 2006.)

Slika 14. Prikaz proizvodnje iz vjetroelektrana i potrošnje električne energije u RH

za jedan radni dan ljeti (12.srpnja 2006.)

0

250

500

750

1000

1250

1500

1750

2000

2250

2500

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Dnevna potrošnja el. energije u RH

Dnevna proizvodnja el. energije iz vjetroelektrana

Nova krivulja potrošnje el. energije

0

500

1000

1500

2000

2500

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Dnevna potrošnja el. energije u RH

Dnevna proizvodnja el. energije iz vjetroelektrana

Nova krivulja potrošnje el. energije

Page 33: Krivulja opterećenja i energija vjetra - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu fakultet elektrotehnike i raČunarstva zavrŠni rad br. 913 krivulja optereĆenja i energija vjetra josip

Simulacija proizvodnje električne energije računalnim programom HOMER

26

Slika 15. Prikaz proizvodnje iz vjetroelektrana i potrošnje električne energije u RH

za jedan neradni dan ljeti (15.srpnja 2006.)

0

500

1000

1500

2000

2500

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Dnevna potrošnja el. energije u RH

Dnevna proizvodnja el. energije iz vjetroelektrana

Nova krivulja potrošnje el. energije

Page 34: Krivulja opterećenja i energija vjetra - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu fakultet elektrotehnike i raČunarstva zavrŠni rad br. 913 krivulja optereĆenja i energija vjetra josip

Simulacija proizvodnje električne energije računalnim programom HOMER

27

5. Stvarni vjetropotencijali u Hrvatskoj

U ovom radu odabrane su tri lokacije na području Hrvatske i simulirana je

proizvodnja električne energije u programu HOMER ukupno 450 vjetroagregata s

tih lokacija. Ova područja su slučajno izabrana i ne predstavljaju tri najpoduktivnija

na području Hrvatske što se tiče vjetropotencijala. Naravno da postoje mnogi

čimbenici, kao što je utjecaj na elektroenergetsku mreţu i prostorno ograničenje,

koji onemogućuju instaliranje tolike količine vjetroagregata na jedno mjesto, ali su

radi potrebe simulacije u HOMER-u ipak postavljeni da se pokrije 10 % potrošnje

električne energije Hrvatske.

Svrha odabira lokacije vaţna je ponajviše radi odabira mjesta gdje će planirani

tip vjetroturbine biti maksimalno iskorišten i dati najveću količinu energije.

MeĎutim, odabirom se ţele i otkloniti mjesta na kojima postoje jake turbulencije i

velike ekstremne brzine vjetra kako bi se izbjegli kvarovi i smanjila potreba za

tehničkim odrţavanjem sustava. Kad se izdvoje neprikladne lokacije, dobiju se

“slobodna” područja za smještaj vjetroenergetskih postrojenja. Ona se meĎusobno

usporeĎuju primjenom dogovorenih mjerila, od kojih je jamačno najvaţnije srednja

godišnja brzina vjetra. Unutar slobodnih područja u vjetreno zanimljivom području

Hrvatske izdvojeno je 89 makrolokacija. Njihova je ukupna površina 1453

četvornih kilometara, što je oko 1,6 posto površine Hrvatske, [4].

Srednja je godišnja brzina vjetra na izdvojenim makrolokacijama, a na visini 25

metara iznad tla, od 3,0 do 8,0 m/s. Podaci o brzini vjetra očitani su s karata

prostorne razdiobe brzine vjetra s pomoću programa WASP. Na lokacijama sa

srednjom brzinom vjetra manjom od 5,5 m/s faktor je angaţirane snage

vjetrogeneratora manji od 0,25. To je, prema suvremenim svjetskim iskustvima,

granična vrijednost za gospodarski opravdano korištenje energije vjetra. S obzirom

na to s popisa 89 mogućih makrolokalcija izdvojeno je 29 makrolokacija sa

srednjom godišnjom brzinom vjetra 5,5 m/s ( na 25 m visine) ili većom. Ukupna

površina 29 makrolokacija s tolikom brzinom vjetra iznosi 413,8 četvornih

kilometara, što je 0,73 posto ukupne površine kopna. Na otocima, zajedno s

poluotokom Pelješcem, nalazi se 41,4 posto ukupne površine izdvojenih

Page 35: Krivulja opterećenja i energija vjetra - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu fakultet elektrotehnike i raČunarstva zavrŠni rad br. 913 krivulja optereĆenja i energija vjetra josip

Simulacija proizvodnje električne energije računalnim programom HOMER

28

makrolokacija. Preostalih 58,6 posto nalazi se u obalnom dijelu srednje i juţne

Dalmacije.

Na naznačenim makrolokacijama moguće je instalirati 779 VTG jedinica

nazivne snage 250 kW ili 533 jedinice od 500 kW ili 496 jedinica nazivne snage

750 kW. Ukupna godišnja proizvodnja energije iz jedinica nazivne snage 250 kW

moţe iznositi 375,9 GWh, iz jedinica 500 kW 605,6 GWh, a od 750 kW 792 GWh.

Prva komercijalna vjetroelektrana (VE), pod nazivom VE Ravna 1, u Hrvatskoj

izgraĎena je u kolovozu 2004. godine. Postavljena je na otoku Pagu u blizini

Novalje na području Ravna, iznad paške solane. Prema prethodnim istraţivanjima,

na toj je lokaciji srednja godišnja brzina vjetra 6,4 m/s. VE je počela operativno

raditi u godini 2005., a vjetroenergetski park sastoji se od 7 vjetroturbinskih

jedinica, od kojih je svaka nazivne snage 850 kW, te je ukupna instalirana snaga

5,95 MW. U zaleĎu Šibenika, na području izmeĎu Trtara i Krtolina, počela je 2006.

godine izgradnja VE Trtar- Krtolin. Na brdu Trtar izgraĎen je drugi u Hrvatskoj

vjetropark, zasad najveći. Sastoji se od 14 vjetrogeneratora, ukupne snage 11,2

MW (slika 11). Godišnje će proizvoditi 30 GWh energije. To je dvostruko veća

energija od one što se proizvodi u paškoj vjetroelektrani. Proizvedena električna

energija bit će dovoljna za pokriće potrošnje deset tisuća kućanstava u Šibeniku,

[4].

Slika 16. Vjetropark na brdu Trtar iznad Šibenika

Page 36: Krivulja opterećenja i energija vjetra - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu fakultet elektrotehnike i raČunarstva zavrŠni rad br. 913 krivulja optereĆenja i energija vjetra josip

Simulacija proizvodnje električne energije računalnim programom HOMER

29

Prema dosadašnjim prosudbama, na srednjem i juţnom dijelu hrvatskih

teritorijalnih voda široki pojas morskog prostora 10 km od obale ima na visini 10

metara iznad mora specifičnu snagu vjetra 250-300 W po četvornom metru, što

odgovara brzini vjetra na toj visini 6-7 m/s. Na visini vratila strojeva moţe se

očekivati brzina vjetra do 8,5 m/s. Očito ima opravdanja za procjenjivanje tehničke

iskoristivosti vjetra iznad morske površine.

Najveće procijene vrijednosti srednje godišnje brzine vjetra (iznad 8 m/s) i

snage (iznad 2000 W/km2) dobivene su u priobalju planinskih područja Velebita i

Biokova te za najviše dijelove poluotoka Pelješca, zatim za juţnodalmatinske

otoke i otok Pag. Nasuprot tome, najmanji iznosi brzine i snage vjetra su u Ravnim

kotarima, Istri (bez Učke) te na otocima Cresu i Lošinju.

Na obali i u zaleĎu na relacijama izmeĎu Rijeke i Jablanca, te Jablanca i Ravnih

kotara, kao i na otoku Pagu vjetreni potencijal potječe uglavnom od bure

(sjeveroistočni vjetar). Nasuprot tome, na juţnodalmatinskim otocima i na Pelješcu

te na području Dubrovnika i zaleĎa to je najvećim dijelom od juga (jugoistočni

vjetar). Jugo se zbog ujednačenosti puhanja i manje vrtloţnosti čini prikladnijim

vjetrom za proizvodnju električne energije iz vjetra nego li „divlja i ţestoka“ bura.

Page 37: Krivulja opterećenja i energija vjetra - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu fakultet elektrotehnike i raČunarstva zavrŠni rad br. 913 krivulja optereĆenja i energija vjetra josip

Simulacija proizvodnje električne energije računalnim programom HOMER

30

6. Zaključak

Brojni su razlozi za poticanje obnovljivih izvora energije, meĎu kojima su

najvaţniji očuvanje lokalnog i globalnog okoliša, smanjenje uvoza energenata,

sigurnost opskrbe električne energije, poticanje domaće industrije, otvaranje novih

radnih mjesta.

Vjetar predstavlja izrazito promjenjivi energetski resurs koji se ne moţe

uskladištiti. Proizvodnja električne energije iz vjetra se diljem svijeta stalno

povećava, planiraju sve veći “parkovi” i novi modeli vjetrenjača. U posljednja dva

desetljeća u Europi i svijetu instalirano je preko 100 GW snage proizvodnje

električne energije u vjetroelektranama pa je trenutak zapitati se dokle smo stigli u

Hrvatskoj.

U Hrvatskoj se od 1978. sustavno istraţuje korištenje energije vjetra. Usporedo

s time i domaća industrija prepoznala je tehnološki prihvatljiv novi proizvod s

perspektivnim trţištem. Zato se ţeljela uključiti u proizvodnju vjetroturbina, i to

suradnjom s vanjskim uglednim proizvoĎačima. Velika se pozornost usmjerava na

razradu novih modela za objektivnu fizikalnu simulaciju strujanja, kako u

područjima s mjerenjem brzine vjetra, tako i u područjima bez takvih podataka.

U ovom radu izvršene su tri simulacije u programu HOMER za područja

gradova Splita, Gospića i Osijeka. Na sva tri područja postavljeno je po 150

vjetroelektrana ukupne snage 675 MW. Područje grada Splita pokazalo je najbolje

rezultate što se tiče maksimalne trenutne proizvodnje električne energije koja je

često bila 200 MW od 225 MW instalirane snage za to područje. Ali isto tako su bili

česti propadi snage skroz do 0 MW što znači da vjetar puše na mahove. Ljeti je

proizvodnja bila puno manja nego u ostalim mjesecima, a u lipnju i u prvoj polovici

srpnja je gotovo nije ni bilo. S druge strane, na područjima ostala dva grada,

proizvodnja se ne penje često na 200 MW, ali nema niti naglih propada snage.

Ako pogledamo prosjek godišnje proizvodnje za sva tri područja posebno, vidimo

da je skoro jednak (oko 65 MW), nešto malo je veći za područje Osijeka.

Za sljedeću simulaciju vjetroelektrane su optimalno rasporeĎene. Zadrţan je isti

broj vjetroelektrana, ali je u područje Osijeka postavljeno njih 250, a u ostala

područja po 100 vjetroelektrana. Rezultati simulacije pokazali su da bi takvim

Page 38: Krivulja opterećenja i energija vjetra - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu fakultet elektrotehnike i raČunarstva zavrŠni rad br. 913 krivulja optereĆenja i energija vjetra josip

Simulacija proizvodnje električne energije računalnim programom HOMER

31

rasporedom vjetroelektrana mogli ljeti osigurati proizvodnju električne energije za

6 %, a u ostalim mjesecima oko 10 – 12 % potrošnje električne energije u

Hrvatskoj. Izvršena je simulacija i za “pokrivanje “ 30 % potrošnje električne

energije u Hrvatskoj sa ukupno 2025 MW instalirane snage u vjetroelektranama,

ali za toliku količinu se javljaju problemi prihvata prijenosne i distribucijske mreţe,

prostorno ograničenje itd.

U Hrvatskoj je odlukama o minimalnom udjelu obnovljivih izvora energije, bez

velikih hidroelektrana, u strukturi električne energije kojom energetski subjekt vrši

opskrbu kupaca predloţen iznos od 300 MW ukupno instalirane snage iz

obnovljivih izvora do 2010. godine. Za pretpostaviti je da će većina biti

vjetroelektrane s obzirom na ekonomsku isplativost. S obzirom na strukturu i

karakteristike EES-a Hrvatske, takav iznos ne bi trebao značajnije utjecati na

sustav planiranja i voĎenja EES-a. Sigurno bi se mogla bez većih problema

prihvatiti i veća snaga, ali bi u tom slučaju trebalo napraviti kvalitetniju pripremu i

ispitivanja.

Page 39: Krivulja opterećenja i energija vjetra - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu fakultet elektrotehnike i raČunarstva zavrŠni rad br. 913 krivulja optereĆenja i energija vjetra josip

Literatura

32

7. Literatura

[1] Pilić-Rabadan Ljiljana: „Vodne turbine i pumpe, vjetroturbine“, Fakultet

elektrotehnike, strojarstva i brodogradnje Sveučilišta u Splitu, Split, 1999.

[2] Muţinić Filip; Škrlec Davor: „Energija: Modeliranje projektnih rizika u razvoju

projekta vjetroelektrane“, Hrvatska elektroprivreda d.d., Zagreb, kolovoz 2007.

[3] Dokmanović Vladimir: „Energija: Europska iskustva u svezi prihvata

proizvodnje električne energije vjetroelektrana u elektroenergetski sustav“,

Hrvatska elektroprivreda d.d., Zagreb, kolovoz 2008.

[4] Sljerković Milan: „Vjetrovi u Hrvatskoj: Na moćnim krilima bure i juga“,

http://www.ina.hr/UserDocsImages/Ina_casopis/jesen08/75-79-energija.pdf ,

jesen 2008./75-79-energija

[5] Klarić Mario: „PredviĎanje izlazne djelatne snage vjetroelektrane uporabom

kaskadno-korelacijskih neuronskih mreţa“,

http://www.fer.hr/_download/repository/kvalifikacijski_ispit_klaric.pdf

[6] Mandić Niko; Mandić Jelena: „EGE - Energetika, gospodarstvo, ekologija,

etika: Neke karakteristike rada hrvatskog elektroenergetskog sustava 2005.

godine“, Zagreb, 2006.

[7] Suzlon energy: „PDF versions of all Product brochures“,

http://www.suzlon.com/WindTurbines.html , 2007.

[8] Majstrović Goran; Jadrijev Zdravko; Abramović Darko: „Utjecaj novog tarifnog

sustava na dnevni dijagram opterećenja“, HEP Distribucija d.o.o. DP

Elektrodalmacija Split, 2003.