Razvoj_proizvodnje_elektrine_energije_iz_obnovljivih_izvora_u_Republici_Hrvatskoj___Mate_Omazic (1)

SVEUILITE U ZAGREBU

EKONOMSKI FAKULTET

Mate Omazid

RAZVOJ PROIZVODNJE ELEKTRINE ENERGIJE IZ

OBNOVLJIVIH IZVORA U REPUBLICI HRVATSKOJ

Specijalistiki poslijediplomski rad

Mentor prof.dr.sc. Ljubo Jurid

Zagreb, veljaa 2012.

2

Sadraj

Sadraj ..................................................................................................................................................... 2

1 Uvod ................................................................................................................................................ 4

1.1 Definiranje predmeta istraivanja ........................................................................................... 4

1.2 Ciljevi rada ............................................................................................................................... 4

1.3 Metode istraivanja ................................................................................................................. 5

1.4 Sadraj rada ............................................................................................................................. 5

2 Karakteristike i znaaj obnovljivih izvora energije .......................................................................... 7

2.1 Koritenje energije kroz povijest ............................................................................................. 7

2.2 Oblici energije i energetske transformacije ............................................................................ 8

2.3 Potronja energije u svijetu ................................................................................................... 11

2.4 Vrste, analiza i mogudnosti koritenja obnovljivih izvora energije ....................................... 14

2.4.1 Suneva energija ............................................................................................................ 14

2.4.2 Energija vjetra ................................................................................................................ 19

2.4.3 Hidroenergija ................................................................................................................. 20

2.4.4 Biomasa ......................................................................................................................... 26

2.4.5 Geotermalna energija .................................................................................................... 30

2.4.6 Vodik i gorivne delije ...................................................................................................... 31

2.5 Obnovljivi izvori energije i odrivi razvoj .............................................................................. 33

3 Proizvodnja elektrine energije iz obnovljivih izvora u svijetu i zemljama Europske unije .......... 36

3.1 Naini proizvodnje elektrine energije .................................................................................. 36

3.2 Usporedba trokova proizvodnje elektrine energije ........................................................... 37

3.3 Analiza proizvodnje elektrine energije ................................................................................ 40

3.3.1 Analiza proizvodnje elektrine energije u svijetu .......................................................... 40

3.3.2 Analiza proizvodnje elektrine energije u zemljama Europske unije ............................ 43

3.4 Trendovi razvoja proizvodnje elektrine energije iz obnovljivih izvora ................................ 47

3.4.1 Trendovi razvoja proizvodnje elektrine energije iz obnovljivih izvora u svijetu .......... 47

3.4.2 Trendovi razvoja proizvodnje elektrine energije iz obnovljivih izvora u zemljama

Europske unije ............................................................................................................................... 49

3.5 Mehanizmi poticanja proizvodnje elektrine energije iz obnovljivih izvora ......................... 50

3.5.1 Sustav zajamenih otkupnih cijena u zemljama Europske unije ................................... 52

4 Proizvodnja elektrine energije iz obnovljivih izvora u Republici Hrvatskoj ................................. 53

4.1 Proizvodnja elektrine energije u Republici Hrvatskoj .......................................................... 53

4.1.1 Instalirani kapaciteti ...................................................................................................... 53

3

4.1.2 Bilanca elektrine energije ............................................................................................ 54

4.2 Mogudnosti koritenja obnovljivih izvora u Republici Hrvatskoj........................................... 56

4.3 Obnovljivi izvori energije i zakonodavstvo ............................................................................ 59

4.4 Sustav poticanja proizvodnje elektrine energije iz obnovljivih izvora ................................. 61

4.5 Proces stjecanja statusa povlatenog proizvoaa ............................................................... 64

4.6 Prepreke razvoju proizvodnje elektrine energije iz obnovljivih izvora ................................ 69

4.6.1 Sustav poticanja i zakonodavni okvir ............................................................................ 69

4.6.2 Administrativne prepreke ............................................................................................. 69

4.6.3 Niska otkupna cijena ..................................................................................................... 70

4.6.4 Pristup mrei .................................................................................................................. 70

4.6.5 Kapacitet mree ............................................................................................................. 71

4.6.6 Osjetljivost kupaca elektrine energije na izdvajanje sredstava za poticanje proizvodnje

iz obnovljivih izvora ....................................................................................................................... 71

4.7 Realizacija projekata proizvodnje elektrine energije iz obnovljivih izvora .......................... 72

5 Analiza opravdanosti izgradnje fotonaponske elektrane u Republici Hrvatskoj ........................... 75

5.1 Pretpostavke .......................................................................................................................... 75

5.2 Procjene novanih izdataka ................................................................................................... 76

5.2.1 Investicija ....................................................................................................................... 76

5.2.2 Operativni izdaci ............................................................................................................ 77

5.2.3 Izdaci za financiranje ..................................................................................................... 77

5.3 Procjena novanih primitaka ................................................................................................. 78

5.4 isti novani tok .................................................................................................................... 80

5.5 Ocjena projekta ..................................................................................................................... 82

6 Zakljuak ........................................................................................................................................ 86

Literatura ............................................................................................................................................... 87

Saetak................................................................................................................................................... 89

Summary ............................................................................................................................................... 90

ivotopis ................................................................................................................................................ 91

Popis oznaka i kratica ............................................................................................................................ 93

Popis slika .............................................................................................................................................. 94

Popis tablica .......................................................................................................................................... 96

4

1 Uvod

1.1 Definiranje predmeta istraivanja

Razvoj novih tehnologija koritenja i pretvorbe energije nedvojbeno je utjecalo na razvoj

ovjeanstva od najranijih civilizacija do danas. Energetske potrebe ovjeka s vremenom su rasle. Od

najranijih civilizacija do industrijske revolucije ovjek je ivio koristedi energiju koju danas nazivamo

obnovljivom. Razvojem industrijske revolucije u 17. i 18. stoljedu ovjeanstvo je prvi put u svojoj

povijesti znaajnije poelo koristiti te postalo ovisno o neobnovljivim izvorima energije - fosilnim

gorivima. Energija fosilnih goriva ini vedinu dananje svjetske potronje energije, a elektrina

energija, kao najvaniji oblik energije koje ovjeanstvo koristi, takoer se vedinom proizvodi iz

konvencionalnih izvora.

Nemogude je na odrivi nain zadovoljiti dananje svjetske potrebe za energijom koritenjem

neobnovljivih izvora. Zbog neobnovljive prirode fosilnih goriva, injenice da je gospodarski rast

uvjetovan dostupnodu dovoljne koliine energije, ekolokim i sociolokim kriterijima, drutvo se sve

vie okrede iskoritavanju obnovljivih izvora energije. Mnoga svjetska gospodarstva prepoznala su

vanost ovog problema te su pojaala istraivanja na podruju koritenja obnovljivih izvora energije.

Takoer, znajudi da je proces promjene proizvodnje energije od dominantno neobnovljivih na

obnovljive izvore iznimno zahtjevan i dugotrajan proces u kojemu mora sudjelovati cjelokupno

drutvo, mnoge drave aktivno potiu investicije u projekte koritenja obnovljivih izvora.

Znajudi vanost odrivog razvoja i zatite okolia te pratedi svjetske trendove i direktive Europske

komisije, Republika Hrvatska donijela je niz zakona i podzakonskih akata kojima se definiraju okviri za

proizvodnju elektrine energije iz obnovljivih izvora.

1.2 Ciljevi rada

Osnovni ciljevi ovog specijalistikog rada su:

1. Analizirati svjetsku potronju energije.

2. Analizirati pozitivne i negativne utjecaje koritenja obnovljivih izvora energije.

3. Utvrditi i usporediti naine i trokove proizvodnje elektrine energije.

4. Analizirati mehanizm poticanja proizvodnje elektrine energije iz obnovljivih izvora u

Republici Hrvatskoj.

5. Utvrditi i analizirati proces sjecanja statusa povlatenog proizvoaa elektrine energije u

Republici Hrvatskoj.

6. Provesti scenarijsku analizu izgradnje fotonaponske elektrane u Republici Hrvatskoj u

ovisnosti o lokaciji, tehnikoj izvedbi, veliini postrojenja i drugim karakteristikama.

5

1.3 Metode istraivanja

U radu su koriteni primarni i sekundarni izvori podataka. Primarni izvori podataka podrazumijevaju

podatke dobivene od osoba, poslovnih subjekata te znanstvenih i dravnih institucija koji su

neposredno ukljueni u projekte iskoritavanja obnovljivih izvora energije. Sekundarni izvori

podataka ukljuuju strunu literaturu, strune i znanstvene radove, baze podataka itd.

U okviru istraivanja koritena je metoda analize, metoda sinteze, metoda indukcije i dedukcije,

metoda klasifikacije, metoda komparacije, deskriptivna statistika itd.

1.4 Sadraj rada

Ovaj poslijediplomski specijalistiki rad podijeljen je u est cjelina:

1. Uvod

2. Karakteristike i znaaj obnovljivih izvora energije

3. Proizvodnja elektrine energije u svijetu i zemljama Europske unije

4. Proizvodnja elektrine energije iz obnovljivih izvora u Republici Hrvatskoj

5. Analiza opravdanosti izgradnje fotonaponske elektrane u Republici Hrvatskoj

6. Zakljuak

U Uvodu specijalistikog poslijediplomskog rada definiran je problem istraivanja, a zatim postavljeni

ciljevi i hipoteze istraivanja, navedene su znanstvene metode koritene u istraivanju te obrazloen

sam sadraj rada.

U poglavlju Karakteristike i znaaj obnovljivih izvora energije ukratko je objanjen znaaj i koritenje

energije kroz povijest te su navedeni naini dobivanja pojedinih oblika energije. Prikazana je i

analizirana ukupna potronja energije u svijetu, navedene su vrste i mogudnosti koritenja obnovljivih

izvora energije, a na kraju poglavlja objanjen je znaaj koritenja obnovljivih izvora energije u

odrivom razvoju.

Trede poglavlje pod naslovom Proizvodnja elektrine energije u svijetu analizira naine i trokove

proizvodnje elektrine energije, prikazuje trendove razvoja proizvodnje elektrine energije iz

obnovljivih izvora te analizira mehanizme poticanja proizvodnje elektrine energije iz obnovljivih

izvora.

U etvrtom poglavlju pod naslovom Proizvodnja elektrine energije iz obnovljivih izvora u Republici

Hrvatskoj analiziraju se mogudnosti koritenja obnovljivih izvora za dobivanje elektrine energije u

Republici Hrvatskoj. Obrauje se zakonodavni okvir, sustav poticanja proizvodnje elektrine energije

6

iz obnovljivih izvora te proces stjecanja statusa povlatenog proizvoaa elektrine energije. Na kraju

poglavlja analizira se trend razvoja proizvodnje elektrine energije iz obnovljivih izvora.

Peto poglavlje je Analiza opravdanosti izgradnje fotonaponske elektrane u Republici Hrvatskoj. U

ovom poglavlju metodama financijskog odluivanja ocjenjuje se opravdanost razliitih scenarija

izgradnje fotonaponske elektrane u ovisnosti o tehnikim karakteristikama i lokacijama.

U poglavlju Zakljuak objedinjeni su svi najvaniji rezultati i spoznaje ovog specijalistikog

poslijediplomskog rada te je iznesen kritiki osvrt na problematiku koja je obraena ovim radom.

7

2 Karakteristike i znaaj obnovljivih izvora energije

2.1 Koritenje energije kroz povijest

ovjek je u poetku sakupljao plodove i bavio se lovom. Sav koristan rad proizveo je sam. Time je bio

vrlo ogranien. Prvi veliki pomak dogodio se otkridem vatre, koja se smatra jednim od najvedih

otkrida u povijesti ovjeanstva. Otkride vatre omogudilo je termiku obradu hrane i preivljavanje u

hladnijim krajevima to je omogudilo naseljavanje novih podruja. Vatra je takoer omogudila obranu

od napadaa i donosila je svjetlo. Umjetna svjetlost produila je ovjekovu aktivnost u nod i na

mrana mjesta poput spilja. Praktino poznavanje vatre dalo je ovjeku vedi stupanj kontrole nad

prirodom to je rezultiralo povedanjem broja stanovnika ime su lov i sakupljanje plodova postali

nedostatni izvori hrane. Prijelazom na ratarstvo i stoarstvo ovjek pripitomljuje odreene

ivotinjske vrste te ih poinje koristiti za rad i transport. ovjek postaje jo efikasniji, koritenjem

ivotinja obrauje vede povrine i prevaljuje vede udaljenosti te se stvaraju novi uvjeti za povedanje

broja stanovnika. eledi neobradivu povrinu pretvoriti u obradivu i povedati prinose, ovjek poinje

navodnjavati. Sloenost procesa navodnjavanja dovela je do vede podjele rada. U civilizacijama koje

su koristile navodnjavanje javljaju se prva pisma, prve administracije, drave i porezi. Takoer, uz

samo navodnjavanje, voda se poinje koristiti i za pokretanje mlinova. Broj stanovnika se povedao

ime se opet javlja potreba za migracijama. Zbog opasnosti putovanja kopnenim putevima, ovjek

poinje putovati morem ime je prisiljen ovladati jo jednim izvorom energije vjetrom. Vjetar i

jedro omogudili je ovjeku naseljavanje dotad sasvim izoliranih podruja. Svi dotadanji naini

koritenja energije omogudili su rast broj stanovnika te je ovjeku bio potreban novi energent da bi se

zadovoljile potrebe. U srednjem vijeku ugljen se poeo sve vie koristiti, ne samo za grijanje i

kuhanje, nego i za procese obrade metala, otvarajudi put razvoju metalurgije, manufaktura i

industrije, iji je vrhunac razvoja postignut dolaskom parnog stroja u 18. stoljedu. Parni je stroj

takoer omogudio veliki porast efikasnosti transporta pa se kopneni transport pomodu ivotinja

zamjenjuje modnijom i brom eljeznicom, dok su parobrodovi brzo istisnuli jedrenjake iz upotrebe u

pomorskom prometu. Ugljen je meutim donio sa sobom i smog, oneidenje okolia do tada sasvim

nevienih razmjera. Prvi put u svojoj povijesti ovjek poinje znaajnije koristiti neobnovljive izvore

energije. Koritenje ugljena omogudilo je znaajan razvoj i porast stanovnika ime se opet pojavila

potreba za novim energentom. Ugljen se zbog svojih karakteristika nije mogao iskoristi za individualni

transport. Ovaj problem rijeio se otkridem nafte. Nafta je omogudila veliko povedanje pokretljivosti,

veliki razvoj i veliko povedanje efikasnosti proizvodnje. Javljaju se potpuno nove grane industrije.

Potranja za strojevima konstantno raste, a nafta i ugljen nisu mogli zadovoljiti sve traene kriterije

ime se javlja potreba za novim elegantnim nosiocem energije dostupnim uvijek i svugdje. Tada

poznati oblici energije pretvaraju se u elektrinu energiju. Koritenje ugljena, nafte i elektrine

8

energije rezultiralo je strahovitim razvojem civilizacije ime se stvorio veliki pritisak na raspoloive

resurse. To je pokrenulo razvoj nuklearne tehnologije, prvo kao oruja, a onda za energetske svrhe.

Ogranienost i geopolitika koncentriranost fosilnih resursa, opasnost nuklearne energije, te opda

svijest o nepovratnom unitavanju prirode stvorila je potrebu za novim, ekolokim i obnovljivim

izvorima energije.

Kroz cijelu povijest ovjeka, novi naini koritenja energije odredili su smjer u kojem de se nastaviti

razvoj civilizacije.

2.2 Oblici energije i energetske transformacije

Energija je sposobnost tijela ili sistema da obavi rad. to tijelo ima vedu energiju, to je sposobnije da

obavi vedi rad. Kad tijelo obavlja rad, energija mu se smanjuje. Kad okolina obavlja rad nad tijelom,

energija tijela se povedava.1 Rad moe prelaziti u energiju i obratno,. Mjerna jedinica za energiju je

dul *J+ prema engleskom fiziaru Jamesu Prescottu Jouleu.

Postoji vie oblika energije: potencijalna, mehanika, elektrina, toplinska, kemijska, solarna,

nuklearna, itd. Prema zakonu ouvanja energije energija ne moe niti nastati niti nestati, ved samo

prelaziti iz jednog oblika u drugi2. Prema tome ukupna energija u zatvorenom sustavu je konstantna.

Izrazi poput proizvodnja energije, potronja energija ili gubici energije u fizikalnom smislu nisu posve

toni, ali su nezaobilazni u svakodnevnom govoru. Prelazak energije iz jednog oblika u drugi naziva se

energetska transformacija. Kako energija u prirodi dolazi u raznim oblicima koji su nepogodni za

direktno koritenje, energiju je potrebno pretvarati u druge, za koritenje prikladnije, oblike.

Energiju je mogude podijeliti prema vie kriterija, a najeda podjela je:

1. Podjela energije prema izvoru

2. Podjela energije prema obliku

3. Podjela energije prema mjestu u procesu pretvorbe

Podjelom energije prema izvoru, svu na Zemlji dostupnu energiju mogude je podijeliti na:

a) Obnovljive izvore energije

b) Neobnovljive izvore energije

Obnovljivi izvori energije su oni koji su neiscrpni. U hrvatskom Zakonu o energiji3 obnovljivi izvori

energije definirani su kao izvori energije koji su sauvani u prirodi i obnavljaju se u cijelosti ili

1 Kuliid, P. (2002) Mehanika i toplina. Zagreb: kolska knjiga. Str. 64

2 Kuliid, P. (2002) Mehanika i toplina. Zagreb: kolska knjiga. Str. 70

3 Hrvatski Sabor (2001) Zakon o energiji. Narodne novine, br. 68/01. 2001.

9

djelomino, posebno energija sunevog zraenja, vodotoka, vjetra, biomasa, geotermalna energija i

slino. Obnovljivi izvori energije nazivaju se i alternativnim ili nekonvencijonalnim izvorima energije.

Neobnovljivi izvori energije su oni koji su iscrpni, tj. njihova koliina je konana, a to su fosilna i

nuklearna goriva. Ovi izvori energije nazivaju se i klasinim ili konvencionalnim izvorima energije.

Podjelom energije prema obliku, energija se moe podijeliti na sljedede osnovne oblike:

a) Kinetika energija

b) Potencijalna energija

c) Toplinska energija

d) Elektrina energija

e) Kemijska energija

f) Nuklearna energija

g) Masa.

Prema mjestu u procesu pretvorbe energije, energiju je mogude podijeliti u sljedede kategorije:

a) Primarna energija

b) Sekundarna energija

c) Konana energija

d) Korisna energija

Primarna energija ili primarni izvori energije je naziv za oblike energije koji se dobivaju izravno iz

prirode i koji jo nisu proli nijedan proces pretvorbe. Primarna energija dijeli se na:

1. Fosilne izvore (ugljen, nafta i prirodni plin)

2. Nuklearne izvore (uran, torij itd.)

3. Obnovljive izvore (energija Sunca, energija vjetra, energija vodenih tokova, energija biomase

itd.)

Sekundarna energija ili sekundarni izvori energije je naziv za oblike energije koji su raznim tehnikim

postupcima pretvorbe dobiveni iz primarnih oblika (npr. koks, briketi, obogadeno nuklearno gorivo,

benzin, loivo ulje, elektrina struja, toplina itd.). Primarna energija pretvara se u sekundarnu jer je

tako pogodnija za koritenje.

Primarna i sekundarna energija esto se nazivaju zajednikim imenom energija goriva.

Konana energija su izvori ili vrste energije koji krajnjem korisniku stoje na raspolaganju. To na

primjer moe biti toplina, elektrina struja i slino. O nainu njihove primjene pri tome odluuje

10

korisnik te ih odgovarajudim procesima pretvara u korisnu energiju. Moe se uoiti da konanu

energiju stoga ine i primarni izvori poput na primjer ugljena i sekundarni izvori poput benzina.

Korisna energija je onaj dio energije koji se dobiva nakon oduzimanja svih gubitaka koji nastaju pri

procesima dobivanja, prerade, pohrane i prijenosa primarnih i sekundarnih izvora te pretvorbe

konane energije. Korisna je energija krajnjem korisniku na raspolaganju u njemu najprikladnijem

obliku kao na primjer svjetlo iz svjetiljke, toplina iz radijatora, mehaniki rad stroja i slino.

Energetskim transformacijama mogude je energiju iz jednog oblika pretvoriti u drugi. Teoretska

efikasnost ovakvih pretvorbi je 100%. Sljededom slikom prikazani su izvori energije i energetske

transformacije.

BiomasaVodne

snage

Plima i

osekaValovi Vjetar Vrui izvori

Toplina

mora

Sunevo zraenje

Fosilna

goriva

Nuklearna

goriva

Kemijska

energija

Potencijalna

energija

Kinetika energija

Toplinska

energija

Energija

zraenja

Toplinska

energija

Mehanika energija

Elektrina energija

Nuklearna

energija

SLIKA 1 - OBLICI ENERGIJE I ENERGETSKE TRANSFORMACIJE

Izvor: Prilagoeno. Boievid Vrhovek, M. (2005) Viekriterijska analiza obnovljivih izvora elektrine energije. Doktorska

disertacija. Zagreb: Sveuilite u Zagrebu, Fakultet elektrotehnike i raunarstva. Str. 9.

Na slici 1 prikazani su izvori energije, oblici energije i energetske transformacije. U prvom redu

odozgo navedeni su primarni izvori energije. Vidljivo je da je ponekad potrebno nekoliko puta

promijeniti oblik energije prije nego li se dobije konani eljeni oblik. Teoretski, energija moe prijedi

iz jednog oblika u drugi uz 100% ouvanje, ali u praksi je to teko postidi tako da se prilikom

11

energetskih transformacija energija gubi, tj. ne prelazi u stopostotnom iznosu u onaj oblik koji se eli

postidi.

Vedina primarne energije preuzete iz prirode nije pogodna za direktno koritenje. Procesom

pretvorbe primarna energija pretvara se u sekundarnu. Sekundarne oblike energije moe se nazvati i

nosiocima energije (eng. Energy carriers). Nosioci energije su oblici energije dobiveni iz primarnih

izvora. Elektrina energija jedna je od najzastupljenijih nosioca energije koja se dobiva iz raznih

primarnih izvora.

2.3 Potronja energije u svijetu

Cjelokupno svjetsko gospodarstvo u 2010. godini potroilo je primarne energije u iznosu od oko 500

EJ *eksadula+ (500 1018 J).4 Od 1965. do 2010. godine ukupna potronja povedala se vie od tri puta,

dok je prosjeni godinji rast svjetske potronje iznosio 2,63%. Iz slike 2 vidi se da je rast potronje

relativno linearan, uz manja odstupanja naroito u vrijeme gospodarskih kriza.

SLIKA 2 - POTRONJA PRIMARNE ENERGIJE U SVIJETU OD 1965. DO 2010. GODINE

Izvor: Prilagoeno. BP (2011) BP Statistical Review of World Energy 2011

Potronja fosilnih goriva, ugljena, nafte i zemnog plina ini 88% ukupne svjetske potronje primarne

energije. Potronja nuklearnih goriva ini 5% ukupne potronje, dok potronja iz obnovljivih izvora

ukljuujudi i velike hidroelektrane ini svega 7% ukupne potronje (Slika 4).

4 BP (2011) BP Statistical Review of World Energy 2011

0

100000

200000

300000

400000

500000

600000

19

65

19

67

19

69

19

71

19

73

19

75

19

77

19

79

19

81

19

83

19

85

19

87

19

89

19

91

19

93

19

95

19

97

19

99

20

01

20

03

20

05

20

07

20

09

PJ

Godine

Potronja primarne energije u svijetu od 1965. do 2010. godine

Ostali obnovljivi izvori

Ugljen

Hidroelektrane

Nuklearna energija

Prirodni plin

Nafta

12

SLIKA 3 - POTRONJA PRIMARNE ENERGIJE U SVIJETU U 1990. GODINI


SLIKA 4 - POTRONJA PRIMARNE ENERGIJE U SVIJETU U 2010. GODINI


Slika 5 prikazuje kretanje strukture potronje primarne energije od 1965 do 2010. Nakon 1980.

godine udio pojedinih energenata u ukupnoj potronji relativno je stabilna. Iako u konstantnom padu

zadnjih 10 godina, nafta je i dalje svjetski energent broj jedan. Vidljiv je konstantan blagi porast

udjela prirodnog plina. Udio koritenj ugljena znaajnije je u porastu od 2000. godine, a razlog tome

je znaajan gospodarski rast Kine. Kina je 2000. godine troila manje od jedne tredine svjetske

proizvodnje ugljena, a 2010. godine taj se udio povedao na 48,2%. Opravdano je pretpostaviti je da de

u sljededih nekoliko godina udio koritenja ugljena u ukupnoj svjetskoj potronji biti vedi od udjela

koritenja nafte. Porast udjela koritenja nuklearne energije dogodio se sedamdesetih i osamdesetih

godina prolog stoljeda, nakon ega dolazi do stagnacije zastupljenosti ovoga energenta u ukupnoj

svjetskoj potronji. Zastupljenost koritenja energije dobivene iz hidroelektrana relativno je

konstantna i krede se oko 5%, dok je koritenje ostalih obnovljivih izvora energije u blagom porastu u

zadnjem desetljedu.

Nafta 39%

Prirodni plin 22%

Nuklearna energija

6%

Hidroelektrane

6%

Ugljen 27%

Ostali obnovljivi

izvori 0%

Potronja primarne energije u svijetu u 1990. godini

Nafta 34%

Prirodni plin 24%

Nuklearna energija

5%

Hidroelektrane

6%

Ugljen 30%

Ostali obnovljivi

izvori 1%

Potronja primarne energije u svijetu u 2010. godini

13

SLIKA 5 - STRUKTURA POTRONJE PRIMARNE ENERGIJE


Slika 6 prikazuje kretanje udjela obnovljivih i neobnovljivih izvora energije u ukupnoj svjetskoj

potronji primarne energije. Tek u zadnjem desetljedu vidljiv je blagi pad udjela neobnovljivih izvora,

odnosno blagi rast udjela obnovljivih izvora energije. U 2010. godini udio neobnovljivih izvora u

ukupnoj svjetskoj potronji energije iznosio je visokih 92,2%, dok je udio obnovljivih izvora iznosio

7,8%.

SLIKA 6 - UDIO OBNOVLJIVIH I NEOBNOVLJIVIH IZVORA ENERGIJE U UKUPNOJ SVJETSKOJ POTRONJI PRIMARNE ENERGIJE


19

65

19

67

19

69

19

71

19

73

19

75

19

77

19

79

19

81

19

83

19

85

19

87

19

89

19

91

19

93

19

95

19

97

19

99

20

01

20

03

20

05

20

07

20

09

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

Struktura potronje primarne energije

Nafta

Prirodni plin

Nuklearna energija

Hidroelektrane

Ugljen


0,00%

10,00%

20,00%

30,00%

40,00%

50,00%

60,00%

70,00%

80,00%

90,00%

100,00%

19

65

19

67

19

69

19

71

19

73

19

75

19

77

19

79

19

81

19

83

19

85

19

87

19

89

19

91

19

93

19

95

19

97

19

99

20

01

20

03

20

05

20

07

20

09

Udio obnovljivih i neobnovljivih izvora energije u ukupnoj svjetskoj potronji primarne energije

Neobnovljivi izvori

Obnovljivi izvori

14

Slikom 7 prikazan je prirast potronje primarne energije od 1990. do 2010. godine. Koritenje

obnovljivih izvora energije ne raunajudi velike hidroelektrane biljei najvedi porast. U vrijeme

gospodarske krize 2009. godine koritenje svih ostalih energetskih izvora bilo je u padu, a jedino je

koritenje obnovljivih izvora energije biljeilo rast.

SLIKA 7 - PRIRAST POTRONJE PRIMARNE ENERGIJE U SVIJETU


U zadnjih 30-ak godina najvedi postotni porast svjetske potronje energije zabiljeen je u 2010.

godini. Ukupni porast svjetske potronje u 2010. godini iznosio je 5,6%5 u odnosu na prethodnu

godinu. Glavni razlog tolikom porastu je oporavak od ekonomske krize. Znaajan porast potronje

zabiljeen je za sve glavne izvore primarne energije. Potronja nafte porasla je za 3,1%, ugljena za

7,6%, prirodnog plina za 7,4%, a nuklearnog goriva za 2,0%. Koritenje energije vodnih snaga u

hidroelektranama porasla je za 5,3%, dok je koritenje ostalih obnovljivih izvora energije poraslo za

15,5% to je najvedi zabiljeeni porast koritenja ovog tipa izvora.

2.4 Vrste, analiza i mogunosti koritenja obnovljivih izvora energije

2.4.1 Suneva energija

Sunce je sredinja zvijezda planetarnog sustava u kojem se nalazi Zemlja. Bez Sunca ne bi bio mogud

ivot na Zemlji. Ono daje energiju koja odrava ivot, pokrede atmosferu i oblikuje vrijeme i klimu.

5

BP (2011) Statistical Review of World Energy 2011

-10,0%

0,0%

10,0%

20,0%

30,0%

40,0%

50,0%

19

90

19

91

19

92

19

93

19

94

19

95

19

96

19

97

19

98

19

99

20

00

20

01

20

02

20

03

20

04

20

05

20

06

20

07

20

08

20

09

20

10

Prirast potronje primarne energije u svijetu


Ugljen

Hidroelektrane

Nuklearna energija

Prirodni plin

Nafta

15

Sunce se sastoji od oko 75% vodika, 23% helija te 2% drugih elemenata. U unutranjosti sunca vodik

se nuklearnim reakcijama fuzije pretvara u helij pri emu je novonastala masa helija manja od mase

vodika. Gubitak mase pretvara se u energiju koja se moe izraunati prema sljededoj formuli:

E mc02 [J];

Gdje je brzina svjetlosti u vakuumu i iznosi 3 108 m/s. Osloboena energija prenosi se prema

povrini Sunca, a potom dalje u meuplanetarni prostor.

Sunevo zraenje na ulazu u Zemljinu atmosferu naziva se ekstraterestiko zraenje. Zbog oblika

Zemlje, njezine eliptine putanje oko Sunca i nagiba Zemljine osi, energija koja dolazi od Sunca nije

jednako rasporeena na Zemlji i mijenja se tijekom godine i tijekom dana.6 Kako su ove promjene

pravilne, za svaki trenutak moe se izraunati Sunevo zraenje na gornjoj granici atmosfere. Pri

tome kao standardna mjera slui solarna konstanta E0 . Solarna konstanta E0 jakost je

ekstraterestristikog zraenja koje dospijeva na povrinu okomitu prema zraenju na srednjoj

udaljenosti Zemlje od Sunca (149,5 106 km) i izvan Zemljine atmosfere. U Svjetskoj meteorolokoj

organizaciji (eng. World Meteorological Organization) za srednju vrijednost solarne konstante uzima

se vrijednost od 1367 W/m.7 Prema najnovijim mjerenjima varira izmeu 1365 i 1372 W/m.

Snaga sunevog zraenja na gornjoj granici Zemljine atmosfere je 1,75 1014 kW to iznosi 1,53 1018

kWh energije godinje (5,5 1024 J). 30% te energije Zemljina atmosfera reflektira u svemir, oko 47%

odlazi na zagrijavanje Zemljine povrine, 23% na isparavanje vode, 0,5% stvara energiju vjetra i

zrana strujanja, 0,2% uzrokuje nastajanje valova i morskih struja, dok samo 0,1% iskoritavaju biljke

u procesu fotosinteze.8 Lako se moe izraunati da je energija Sunevog zraenja koja dospije do

zemljine atmosfere u jednom satu veda od ukupne svjetske potronje primarne energije u 2010.

godini.

Prolaskom kroz atmosferu sunevo zraenje slabi i mijenja se zbog apsorpcije i rasprenja. Apsorpcija

Sunevog zraenja nastaje kada molekule u atmosferi apsorbiraju energiju odreenih valnih duljina.

Molekule koje sudjeluju u ovom procesu su ozon (O3), vodena para (H2O) i ugljini dioksid ( O2).

Atomi, molekule, aerosoli, estice praine i oblaci reflektiraju dio Sunevog zraenja u svemir, dok

6 Majdandid, Lj. (2008) Obnovljivi izvori energije Energetske tehnologije koje de obiljeiti 21. Stoljede. Zagreb:

Graphis. Str. 37. 7 Majdandid, Lj. (2010) Solarni sustavi. Zagreb: Graphis. Str.20.

8 Majdandid, Lj. (2010) Solarni sustavi. Zagreb: Graphis. Str.21.

16

preostali dio atmosfera rasipa u svim smjerovima pa tako nastaje difuzno zraenje.9 Sunevo

zraenje koje dospije na Zemljinu povrinu sastoji se od dviju komponenti:

1. Izravnog ili direktnog zraenja, tj. ekstraterestikog zraenja oslabljenog apsorpcijom i

rasipanjem.

2. Rasprenog ili difuznog zraenja , tj. onog koje nastaje rasipanjem izravnog zraenja po

atmosferi.

Zbroj ovih komponenti naziva se globalno zraenje10, dok se ukupno zraenje sastoji se od:

1. Globalnog zraenja.

2. Odbijenog zraenja od okolnih povrina.

Za praktino iskoritavanje Sunevog zraenja vani su podaci o insolaciji ili osunanju i ukupnom

ozraenju horizontalne plohe. Postupak procjene raspoloivog Sunevog potencijala olakan je

postojanjem baza podataka koje sadre sve informacije o intenzitetu zraenja, prosjenim

temperaturama okoline itd. Postoje vie ovakvih baza podataka, a za potrebe ovoga rada koritena je

baza podataka PVGIS Photovoltaic Geographical Information System. Podaci o Sunevu zraenju na

nekoj lokaciji u navedenoj bazi podataka nisu dobiveni direktnim mjerenjem, nego su izraunati na

temelju satelitskih mjerenja ekstraterestike radijacije na gornjem rubu atmosfere.

Lokacija

godinji

prosjek

ozraenosti

(kWh/md)

srpanj,

prosjek

ozraenosti

(kWh/md)

sijeanj,

prosjek

ozraenosti

(kWh/md)

Dubrovnik 4,4 7,0 1,8

Split 4,2 6,6 1,7

Zagreb 3,2 5,7 0,9-1,0

Srednja Europa (Njemaka, Francuska, itd.) 3,0-3,2 5,2-5,5 0,7-0,9

Sjeverna Europa (Nizozemska, Danska, Velika Britanija, itd.) 2,6-3,0 5,2-5,5 0,4-0,6

Juna Europa (Grka, panjolska, itd.) 4,4-4,8 7,2-7,6 1,8-2,6

TABLICA 1 - USPOREDBA HRVATSKE I EUROPE PREMA ENERGIJI DOZRAENOJ U JEDNOM DANU NA VODORAVNU PLOHU

Izvor: Prilagoeno. Majdandid, Lj. (2008) Obnovljivi izvori energije Energetske tehnologije koje de obiljeiti 21. Stoljede.

Zagreb: Graphis.



17

Vedina oblika energije na zemlji nastala je ili nastaje djelovanjem Sunevog zraenja.11 Stoga se pod

pojmom koritenja Suneve energije misli na koritenje toga zraenja u trenutku kada doe do

Zemljine povrine.

Glavni naini koritenje Suneve energije su:

1. Proizvodnja elektrine energije putem solarnih fotonaponskih sustava.

2. Proizvodnja elektrine energije putem solarnih termoelektrana

3. Proizvodnja toplinske energije za grijanje i hlaenje

4. Pasivno koritenje Suneve energije u zgradarstvu za grijanje i osvjetljnje

Proizvodnja elektrine energije putem fotonaponskih sustava direktna je pretvorba Suneve energije

u elektrinu. Fotonaponski sustavi sastoje se od niza poluvodikih delija koje proizvode elektrinu

energiju kada do ih se ozrai svjetlodu. Ovakvi sustavi koriste se diljem svijeta, a odlikuju se vrlo

dobrom kvalitetom, postojanodu, pouzdanodu, jednostavnom konstrukcijom, lagani su i

jednostavno se postavljaju. Fotonaponski sustavi mogu se spajati direktno na elektroenergetsku

mreu ili mogu funkcionirati kao izolirani samostalni sustavi (slika 5).

Prikljueni na mreu

Fotonaponski sustavi

Samostalni sustavi

Bez pohrane energije Sa pohranom energije Hibridni sustavi

Obini ureaji

Male primjene

AC samostalni

sustavi

DC samostalni

sustavi

Izravno prikljueni na javnu mreu

Prikljueni na javnu mreu preko kune

instalacije

SLIKA 8 - OSNOVNA PODJELA FOTONAPONSKIH SUSTAVA

11

Boievid Vrhovek, M. (2005) Viekriterijska analiza obnovljivih izvora elektrine energije. Doktorska disertacija. Zagreb: Sveuilite u Zagrebu, Fakultet elektrotehnike i raunarstva. Str. 16.

18

Izvor: Prilagoeno. Majdandid, Lj. (2010) Solarni sustavi. Zagreb: Graphis. Str.369.

Solarne termoelektrane proizvode elektrinu energiju na nain da se Sunevo zraenje koncentrira i

koristi za zagrijavanje medija, najede vode, koji zatim pokrede parnu turbinu koja generira

elektrinu energiju. Posebna izvedba solarnih termoelektrana je solarna dimnjana termoelektrana

gdje se Sunevo zraenje koristi za zagrijavanje zraka, zagrijani zrak postaje laki i uzdie se kroz kanal

u kojemu pokrede zranu turbinu. Solarne dimnjane elektrane jo uvijek su u fazi istraivanja.

Naelo rada solarne termoelektrane moe se u hibridnim sustavima koristiti u kombinaciji s drugim

energentima za postizanje boljeg uinka.

Proizvodnja toplinske energije za grijanje i pripremu potrone tople vode jednostavan je proces koji

se odvija pomodu solarnih kolektora. Sunevo zraenje zagrijava medij u solarnim kolektorima, medij

prenosi toplinu na vodu u sustavu koju je potrebno zagrijati. Posebne izvedbe ovakvih sustava

omoguduju i dobivanje energije za hlaenje.

Pasivnim koritenjem Suneve energije mogude je postidi znaajne utede u trokovima grijanja

zgrada. Kombinacijom ovakvog pristupa sa drugim dostupnim obnovljivim izvorima energije mogude

je postidi potpuno energetski neovisne zgrade.

Koritenje Suneve energije

Prednosti Nedostaci Mogudnosti koritenja Primjeri

Nema emisije tetnih plinova. Nema zagaenja okolia. Nema trokova goriva. Mogude koritenje svugdje na svijetu. Fotonaponski sustavi gotovo da ne zahtijevaju odravanje. Fotonaponski sustavi nemaju pokretnih dijelova, garancija na proizvode je uglavnom vie od 20 godina. Praktian izvor energije u izoliranim podrujima.

Potrebne velike povrine. Lo omjer povrina/snaga. Stupanj iskoritavanja Suneve energije ovisi o vremenskim uvjetima. Nema proizvodnje energije nodu (osim kod dimnjanih solarnih termoelektrana). Visoki investicijski trokovi.

Direktna proizvodnja elektrine energije pomodu fotonaponskih sustava. Proizvodnja elektrine energije u solarnim termoelektranama. Proizvodnja elektrine energije u solarnim dimnjanim elektranama. Proizvodnja elektrine energije u hibridnim postrojenjima (npr. Suneva energija + energija iz biomase). Proizvodnja toplinske energije za grijanje i hlaenje. Pasivno koritenje Suneve energije u zgradarstvu.

SAD: Pustinja Mojave, solarna termoelektrana snage 354 MW. panjolska: Solarna termoelektrana Solnova snage 150 MW. Fotonaponska elektrana Olmedilla snage 60 MW. Ukrajina: Fotonaponska elektrana Okhotnykovo snage 80 MW. Njemaka: Fotonaponska elektrana Lieberose snage 53 MW. 7400 MW instalirane snage fotonaponskih sustava proizvode 2% ukupne potronje elektrine energije.

TABLICA 2 - PREDNOSTI, NEDOSTACI, PRIMJERI I MOGUDNOSTI KORITENJA SUNEVE ENERGIJE

19

2.4.2 Energija vjetra

Zbog nejednolikog zagrijavanja povrine Zemlje Sunevim zraenjem nastaje gibanje zraka, a dio tog

gibanja paralelan s povrinom Zemlje naziva se vjetrom.12 Na stvaranje vjetra utjee i rotacija Zemlje.

Vedim zagrijavanjem ekvatorijalnog pojasa dolazi do globalnog strujanja zranih masa. Topli zrak nad

ekvatorom die se, usmjerava prema polovima i zakrede pod utjecajem Zemljine rotacije tj.

Corriolisove sile.13 Na vjetar utjee i trenje izmeu tla i estica zraka u kretanju jer sila trenja djeluje u

suprotnom smjeru od smjera vjetra. Vjetar esto mijenja brzinu i smjer, tj. promjenjivost brzine i

smjera vjetra je velika. U blizini Zemljine povrine vjetar rijetko pue konstantnom brzinom a s

porastom visine brzina vjetra raste.

Smatra se kako na stvaranje vjetra otpada oko 2% ukupne dozraene Suneve energije na povrinu

Zemlje, to je gotovo 100 puta vie od energije koju biljke koriste u procesu fotosinteze.14

Iako se u prolosti energija vjetra koristila za promet (npr. jedrenjaci) i pogon strojeva (npr.

vjetrenjae), danas se gotovo iskljuivo koristi za proizvodnju elektrine energije u

vjetroelektranama. Vjetroelektrane se rade na podrujima s povoljnim vjetrovima na kopnu, ali i na

moru. Postoje razne izvedbe vjetroelektrana razliitih dimenzija, ali princip rada u svim izvedbama je

isti. Vjetar pokrede rotor vjetroelektrane i time se kinetika energija vjetra pretvara u mehaniku

energiju vrtnje vratila generatora, a u generatoru dolazi do pretvorbe mehanike energije vrtnje

vratila u elektrinu energiju.

Koritenje energije vjetra


Nema emisije tetnih plinova. Nema zagaenja okolia. Nema trokova goriva. Ouvana mogudnosti za poljoprivredu i stoarstvo u podruju vjetroelektrane. Praktian izvor energije u izoliranim podrujima. Farma vjetroelektrana moe imati pozitivan utjecaj na smanjenje jaine vjetra u podrujima koja su suvie izloena jakim vjetrovima.

Nepredvidljiva proizvodnja. Negativan utjecaj na elektroenergetski sustav zbog stohastike prirode vjetra. Velika ovisnost o meteorolokim uvjetima. Nema efikasne mogudnosti akumuliranja energije. Negativan utjecaj varijacija u snazi vjetra. Olujno nevrijeme moe otetiti vjetroelektranu.

Proizvodnja elektrine energije. Jedrenje i rekreacija (Jedrilice, jedrenje na dasci, itd.)

Kina: 45000 MW instalirane snage vjetroelektrana. SAD: 40000 MW instalirane snage vjetroelektrana. Njemaka: 27000 MW instalirane snage vjetroelektrana zadovoljava 9,4% ukupne potrebe za elektrinom energijom. Danska: 3810 MW instalirane snage vjetroelektrana zadovoljava 20,1% ukupne potrebe za elektrinom energijom.

12

Majdandid, Lj. (2008) Obnovljivi izvori energije Energetske tehnologije koje de obiljeiti 21. Stoljede. Zagreb: Graphis. Str. 63. 13

Labudovid, B. i dr.(2002.) Obnovljivi izvori energije. Zagreb. Energetika marketing. Str. 245. 14

Labudovid, B. i dr.(2002.) Obnovljivi izvori energije. Zagreb. Energetika marketing. Str. 245.

20

Visoka cijena odravanja. Buka. Estetsko zagaenje okolia.

TABLICA 3 - PREDNOSTI, NEDOSTACI, PRIMJERI I MOGUDNOSTI KORITENJA ENERGIJE VJETRA

2.4.3 Hidroenergija

Pojam hidroenergije obuhvada sve mogudnosti dobivanja energije iz gibanja vode u prirodi:

1. Energija kopnenih vodotokova (rijeke, potoci, kanali i jezera)

2. Energija morskih mijena (plime i oseke)

3. Energija morskih struja

4. Energija valova

Gibanje vode u prirodi uzrokovano je: Sunevim zraenjem, gravitacijskim utjecajem nebeskih tijela,

rotacijom zemlje i seizmikim djelovanjem, a postrojenja za dobivanje energije iz gibanja vode u

prirodi nazivaju se hidroelektrane.

Hidroelektrane su postrojenja gdje se potencijalna energija i/ili kinetika energija vode pretvara u

mehaniku energiju vrtnje vratila turbine, a potom u elektrinu energiju u generatoru.

Hidroelektranu ine sve graevine i postrojenja koja slue za prikupljanje, dovoenje i odvoenje

vode, pretvorbu i transformaciju energije, razvod elektrine struje te objekta za smjetaj i

upravljanje cijelim sustavom.15

Glavna podjela hidroelektrana je na sljededa etiri tipa:

1. Klasine hidroelektrane na kopnenim vodotokovima (eng. Hydro Power Plants)

2. Hidroelektrane na valove (eng. Wave Power Plants)

3. Hidroelektrane na morske mijene (eng. Tidal Power Plants)

4. Hidroelektrane na morske struje (eng. Marine Current Power Turbines)

2.4.3.1 Koritenje energije kopnenih vodotokova

Sunevo zraenje uzrokuje kruenje vode u prirodi. Kruenje vode u prirodi od hidrosfere u

atmosferu pa u obliku padalina natrag u hidrosferu ili litosferu naziva se hidrolokim krugom.16 Dio

suneve energije koja dopire do Zemljine povrine uzrokuje isparavanje vode na povrinama oceana,

jezera i rijeka, ali i na povrini tla i iz biljaka. Ta se voda podie u obliku vodene pare od koje se u

15



21

visinama formiraju oblaci. Jedan dio te vodene pare iz oblaka u obliku padalina vrada se na povrinu

Zemlje. Dio padalina vrada se izravno u oceane i mora, dio pada na tlo, dio padalina stie u vodotoke,

dio preuzimaju biljke, dio neposredno isparuje, a dio odlazi u unutranjost tla pa se s vedim ili manjim

vremenskim odmakom ponovo prikljuuje hidrolokom krugu.17 Voda na kopnu djelovanjem

gravitacije nastavlja svoj put prema moru i oceanima tvoredi tako kopnene vodotokove. Suneva

energija isparavanjem vode i formiranjem vodotokova na kopnu pretvara se u potencijalnu i kinetiku

energiju.

ATMOSFERA

Led Voda Para

SPREMNICI PODZEMNE VODE OCEANI

TLO

POVRINA TLA

JEZERA

RIJEKE

POTOCI

VEGETACIJA

SNIJEG

LED

IsparavanjeOborine

IsparavanjeOborineOborine

Perkloracija

Topljenje

Snijega

i leda

Filtracija

Kapilarno

uzdizanje

Tok podzemnih voda

Tok pozemnih

voda

Povrinsko otjecanje

Povrinskootjecanje

Otjecanje

Sublimacija

Oborine

Isparavanje

Transpiracija

Infiltracija Difuzija

SLIKA 9 - SHEMATSKI PRIKAZ KRUENJA VODE U PRIRODI

Koritenje energije kopnenih vodotokova koristi se ved stotinama godina. Prije suvremenog

koritenja za proizvodnju elektrine energije u hidroelektranama, hidroenergija se koristila za pogon

mlinova, pilana, raznih strojeva, za navodnjavanje, transport i slino, a neki od ovih naina koriste se i

danas.

17

Boievid Vrhovek, M. (2005) Viekriterijska analiza obnovljivih izvora elektrine energije. Doktorska disertacija. Zagreb: Sveuilite u Zagrebu, Fakultet elektrotehnike i raunarstva. Str. 15.

22

Hidroelektrane za koritenje kopnenih vodenih tokova mogu se podijeliti prema sljededim kriterijima:

1. Podjela prema padu vodotoka:

a. Niskotlane, s padom do 25m

b. Srednjetlane, s padom izmeu 25 i 200m

c. Visokotlane, s padom vedim od 200m

2. Podjela prema nainu koritenja vode:

a. Protone, hidroelektrane kod kojih se voda iskoritava kako dotjee

b. Akumulacijske, kod kojih se dio vode prikuplja kako bi se mogao koristiti kada je

potrebnije

c. Crpno-akumulacijske ili reverzibilne, kod kojih se dio vode koji nije potreban pomodu

vika struje u sustavu crpi na vedu visinu, odakle se puta kad je potrebnije

3. Prema nainu punjenja:

a. S dnevnom akumulacijom, kod kojih se akumulacija puni po nodi, a prazni po danu

b. Sa sezonskom akumulacijom, kod kojih se akumulacija puni tijekom kinog, a prazni

tijekom sunog razdoblja godine

c. S godinjom akumulacijom, kod kojih se akumulacija puni tijekom kinih, a prazni

tijekom sunih godina

4. Prema udaljenosti strojarnice od brane:

a. Pribranske, sa strojarnicom smjetenom neposredno uz branu

b. Derivacijske, sa strojarnicom smjetenom podalje od brane

5. Prema smjetaju strojarnice hidroelektrane:

a. Nadzemne, kod kojih je strojarnica smjetena iznad razine tla

b. Podzemne, kod kojih je strojarnica smjetena ispod razine tla

6. Prema ulozi u elektroenergetskom sustavu:

a. Temeljne, koje rade cijelo vrijeme ili vedinu vremena

b. Vrne, koje se ukljuuju kada se za to pokae potreba

7. Prema instaliranoj snazi:

a. Velike

b. Male18

Kako su pogodne lokacije za izgradnju velikih hidroelektrana uglavnom iskoritene, a velike

hidroelektrane imaju i znatan negativni uinak na okoli i ekosustav, u zadnje vrijeme sve se vie

potie izgradnja malih hidroelektrana. Ne postoji jedinstvena granica do koje se hidroelektrana moe

18


23

okarakterizirati kao mala, ali se uglavnom uzima da je granica izmeu malih i velikih hidroelektrana

10 MW.

Koritenje energije kopnenih vodotokova


Bez emisije tetnih plinova. Gotovo konstantna proizvodnja elektrine energije za sustave s branom. Dug ivotni vijek postrojenja. Ekoloki prihvatljive hidroelektrane malih snaga. Nema trokova pogonskog goriva. Veliki raspon snaga postrojenja. Visoka pouzdanost. Niski operativni trokovi.

Brane predstavljaju ozbiljnu prijetnju populacijama riba i ekosustavima rijeka i potoka. Poplavljivanje podruja prilikom izgradnje brane. Gradnja velikih akumulacijskih jezera moe uzrokovati seizmiku aktivnost. Ovisnost o oborinama. Opasnost od teroristikih napada. Visoki investicijski trokovi za izgradnju (velikih) hidroelektrana.

Proizvodnja elektrine energije. Proizvodnja mehanike energije (pokretanje strojeva). Transport.

Kina: Hidroelektrana Tri Klanca 22500 MW Brazil/Paragvaj: Hidroelektrana Itaipu 14000 MW Venecuela: Hidroelektrana Guri 10200 MW Norveka: 98% ukupnih potreba za elektrinom energijom proizvodi se u hidroelektranama Venecuela: 75% ukupnih potreba za elektrinom energijom proizvodi se u hidroelektranama

TABLICA 4 - PREDNOSTI, NEDOSTACI, MOGUDNOSTI I PRIMJERI KORITENJA KOPNENIH VODOTOKOVA

2.4.3.2 Koritenje energije plime i oseke

Morske mijene, plima i oseka, su naizmjenino dizanje i sputanje razine mora. Plima i oseka nastaju

zbog gravitacijskih sila koje djeluju izmeu Zemlje, Mjeseca i Sunca i centrifugalne sile rotacije Zemlje,

gdje rezultanta tih sila uzrokuje na povrini Zemlje izoblienje vodenih masa. Vedina Zemljine

povrine pokriveno je vodom, a kako osim goleme vodene mase nita nije dovoljno pokretljivo da bi

navedena sila to mogla privudi, ona privlai vodenu masu na velikim povrinama kao to su oceani,

mora i velika jezera, to uzrokuje dizanje i sputanje razine mora na obali. Zbog toga to je Mjesec

glavni pokreta plime i oseke, do te promjene dolazi dva puta u 24 sata i 50 minuta dugom

vremenskom razdoblju, odnosno plima i oseka se izmjene u jednom danu dva puta, otprilike svakih

12 sati i 25 minuta. Jake plime i jake oseke javljaju se u razdobljima kada je utjecaj Mjeseca prema

Zemlji pojaan zbog poloaja i utjecaja Sunca.

Visina plime i oseke je promjenjiva. Ovisi o meusobnom poloaju Zemlje, Mjeseca i Sunca,

godinjem dobu, konfiguraciji obale, lokaciji na Zemlji itd. Energija plime i oseke, kao poetni oblik

energije vode u prirodi moe se iskoristiti za proizvodnju elektrine energije. Energija morskih mijena

24

prikladna je za koritenje samo tamo gdje postoje velike razlike razine mora u vrijeme plime i oseke,

to je uglavnom sluaj na obalama oceana.19

Jo u srednjem vijeku na obalama panjolske, Francuske i Engleske energija morskih mijena koritena

je za pokretanje brojnih mlinova, a prva hidroelektrana pokretana izmjenom morskih mijena

sagraena je 1966. godine na udu rijeke La Rance u Francuskoj.

Pogodna mjesta za izgradnju hidroelektrana na morske mijene su uda rijeka ili poeci dugakih

zaljeva jer se na takvim mjestima moe stvoriti dovoljno veliki akumulacijski bazen.

Hidroelektrane na morske mijene mogu biti s jednostrukim ili dvostrukim iskoritenjem.

Hidroelektrane na morske mijene s jednostrukim iskoritenjem koriste kinetiku energiju strujanja

vode samo u jednom smjeru, dok one s dvostrukim iskoritenjem koriste kinetiku energiju strujanja

vode u oba smjera, tj. i za vrijeme plime i za vrijeme oseke.

Koritenje energije plime i oseke


Bez emisije tetnih plinova. Ujednaena i predvidljiva proizvodnja elektrine energije.

Brane predstavljaju ozbiljnu prijetnju populacijama riba i ekosustavima. Visoki investicijski trokovi. Zahtjevna tehnika rjeenja. Zatita od korozije. Mali broj pogodnih lokacija.

Proizvodnja elektrine energije. Pokretanje strojeva.

Francuska: Elektrana na morske mijene La Rance 240 MW (1966) Juna koreja: Elektrana na morske mijene Sihwa Lake snage 254 MW (2011). Kanada: Elektrana na morske mijene Annapolis Royal snage 20 MW (1984).

TABLICA 5 - PREDNOSTI, NEDOSTACI, MOGUDNOSTI I PRIMJERI KORITENJA ENERGIJE PLIME I OSEKE

2.4.3.3 Koritenje energije oceanskih i morskih struja

Oceanske i morske nastaju zbog razlika u temperaturi vode, vjetra, razlike u salinitetu vode i rotacije

Zemlje. Na smjer i snagu morskih struja utjeu i oblik morskog dna i obale, promjene u gustodi vode

kao i druge struje. Dubina morskih struja ograniena je na nekoliko stotina metara. Oceanske struje

mogu "putovati" vie tisuda kilometara i imaju veliko djelovanje na klimu kontinenata. Vjerojatno

najizraeniji primjer je Golfska struja koja ini klimu sjeverozapadne Europe umjerenijom od drugih

podruja na jednakim zemljopisnim irinama.

Oceanske i morske struje imaju veliki energetski potencijal te predstavljaju dobru mogudnost za

iskoritavanje energije. Energija u morskoj struji ovisi o koliini vode i brzini kretanja vode.

19

Majdandid, Lj. (2008) Obnovljivi izvori energije Energetske tehnologije koje de obiljeiti 21. Stoljede. Zagreb: Graphis. Str. 134.

25

Promjenjivost gibanja velikih oceanskih struja znatno je manja nego to je promjenjivost manjih

morskih struja. Koritenje energije oceanskih i morskih struja slino je koritenju energije vjetra. U

moru se postavljaju turbine, ali za razliku od vjetroelektrana, potreban je znatno manji rotor zbog

vie gustode medija. Takoer, podmorske turbine mogude je postaviti blie jedna drugoj nego

vjetroelektrane. Gustoda instalirane snage vjetroelektrana je 10-20 MW/km dok je gustoda

instalirane snage podmorskih turbina 50-100 MW/km.

Koritenje energije morskih struja


Bez emisije tetnih plinova. Visoka gustoda instalirane snage. Ne naruavaju izgled okolia. Ne utjeu na transport. Vedi stupanj predvianja proizvodnje u odnosu na koritenje vjetra. Ne ovisi o meteorolokim uvjetima.

Tehnologija u fazi istraivanja. Otean pristup ureaju u sluaju kvara. Zatita od korozije.

Proizvodnja elektrine energije.

Engleska: podmorski generator SeaFlow 300kW.

TABLICA 6 - PREDNOSTI, NEDOSTACI, MOGUDNOSTI I PRIMJERI KORITENJA ENERGIJE MORSKIH STRUJA

2.4.3.4 Koritenje energije valova

Morski valovi pravilna su gibanja mora koji nastaju utjecajem vjetra. Kako vjetar nastaje djelovanjem

Suneva zraenja, energija valova zapravo potjee od Suneve energije. Valovi mogu nastati i zbog

djelovanja Zemljine kore poput potresa i erupcije vulkana, ali zbog stohastike prirode i razornog

djelovanja nisu prikladni za koritenje.

Energija valova predstavlja veliki energetski potencijal. Iako jo uvijek u fazi istraivanja, postoji

nekoliko postrojenja koja uspjeno pretvaraju energiju valova u elektrinu energiju. Uz ved instalirana

postrojenja, postoji nekoliko desetaka prototipa i pokuaja koritenja energije valova. Sva dosadanja

realizirana i zamiljena postrojenja za iskoritavanje energije valova uglavnom koriste jedan od

sljededih principa:

1. Valovi pune akumulacijski bazen. Voda u bazenu nalazi se na viem nivou. Voda iz bazena

otjee natrag u more pokredudi turbinu za dobivanje elektrine energije.

2. Kinetika i potencijalna energija valova pokrede hidrauliku crpku koja tlai radni medij. Radni

medij pokrede hidrauliki generator gdje se proizvodi elektrina energija.

26

3. Val ulazi u komoru s donje strane. Ulaskom vala povedava se stupac vode unutar komore pri

emu dolazi do povedanja tlaka zraka iznad vode. Povedanjem tlaka zraka dolazi do strujanja

zraka pri emu se pokrede vjetroturbina. Padom stupca vode u komori, tlak zraka pada, struja

zraka mijenja smjer te se vjetroturbina opet vrti.

Hidroelektrane na valove, bez obzira na princip rada, mogu biti smjetene na obali, ili na otvorenom

moru kao platforme.

Koritenje energije valova


Bez emisije tetnih plinova. Visoki stupanj predvianja proizvodnje. Ne ovisi o oborinama.

Tehnologije u fazi istraivanja. Oteano odravanje. Ometanje morskog prometa za sustave na moru. Zatita od korozije.

Proizvodnja elektrine energije.

Portugal: Farma hidroelektrana na valove tip Pelamis snage 2.25 MW.

TABLICA 7 - PREDNOSTI, NEDOSTACI, MOGUDNOSTI I PRIMJERI KORITENJA ENERGIJE VALOVA

2.4.4 Biomasa

Pojam biomasa odnosi se na donedavno ivudu materiju biljnog ili ivotinjskog porijekla koja se moe

koristiti kao gorivo. Biomasa se moe podijeliti na:

1. Drvna biomasa

a. Drvna biomasa (ostaci iz umarstva, otpadno drvo itd.)

b. Drvna uzgojena biomasa (brzorastude drvede)

2. Nedrvna biomasa

a. Nedrvna uzgojena biomasa (brzorastude alge i trave)

b. Ostaci i otpaci iz poljoprivrede (slama, stabljike, kotice, ljuske itd.)

c. Ostaci i otpaci iz prehrambene industrije

3. Biomasa ivotinjskog porijekla

a. ivotinjski otpad i ostaci

Energija sadrana u biomasi biljnog porijekla nastaje procesom fotosinteze, dok energija pohranjena

u biomasi ivotinjskog porijekla takoer u konanici potjee od Suneve energije. Energija biomase je

zapravo akumulirana Suneva energija. Pod utjecajem Suneve svjetlosti u biljkama od ugljinog

dioksida iz atmosfere i vode nastaju organski spojevi, a oslobaa se kisik. Proces je vrlo sloen, a

pojednostavljeno se moe prikazati izrazom:

27

O2 H2O svjetlost H2O O2

Gdje je: O2 ugljini dioksid; H2O voda; H2O organska tvar, a O2 kisik.

U biljkama se nalazi klorofil koji apsorbira svjetlosnu energiju stvarajudi od ugljinog dioksida i vode

organske spojeve u biljci. Fotosintezu moe uzrokovati samo vidljivi dio Sunevog spektra, tj. oko 43%

Sunevog zraenja.20 Energija dobivena procesom fotosinteze troi se kada biljka nema dovoljno

energije kao na primjer nodu. Ovaj suprotni proces od fotosinteze naziva se fotorespiracija i moe se

prikazati sljededim izrazom:

H2O O2 O2 H2O, 470 kJmol 1

S energetskog stajalita fotosinteza ima vrlo nisku uinkovitost. ume iskoritavaju najvie 0,5%

energije Sunevog zraenja koje dopire do njih, a vedina poljoprivrednih kultura iskoritava ispod 1%

Suneve energije.21 Meutim, za biomasu je vano to da je emisija O2 neutralna, tj. koliko se

ugljinog dioksida apsorbira u biljci tijekom ivota biljke, toliko se ispusti u atmosferu procesom

izgaranja.

Drvo i biljni otpaci najstariji su energetski izvor koji je ovjek koristio u svojoj povijesti. Drvo se koristi

i danas, ali s malim udjelom u svjetskoj proizvodnji energije. Uz znatan intenzitet iskoritavanja mogu

se vrlo brzo iscrpsti sve rezerve, ali se jednako tako malim intenzitetom sjee zalihe mogu povedati.

Brzina kojom se ume obnavljaju predstavlja granicu mogudnosti iskoritavanja tog izvora. 22

Postoje razni naini za dobivanje energije iz biomase, a mogu se podijeliti u dvije skupine procesa:

1. Termokemijskim procesima izravno se proizvodi energija.

2. Biokemijskim procesima dobivaju se biogoriva.

Biomasa se moe izravno pretvoriti u toplinsku energiju jednostavnim procesom izgaranja. Takva

toplinska energija moe se koristiti kao konani oblik energije, ili se moe dalje koristiti za

proizvodnju elektrine energije u termoelektranama. Osim izravne proizvodnje toplinske ili toplinske

pa elektrine energije, biomasa se moe pretvarati u kruta, tekuda i plinovita goriva koji se mogu

koristiti za daljnju proizvodnju energije.23

20

Labudovid,B. i dr.(2002.) Obnovljivi izvori energije. Zagreb. Energetika marketing. Str. 457. 21

Majdandid, Lj. (2008) Obnovljivi izvori energije Energetske tehnologije koje de obiljeiti 21. Stoljede. Zagreb: Graphis. Str. 109. 22

Majdandid, Lj. (2008) Obnovljivi izvori energije Energetske tehnologije koje de obiljeiti 21. stoljede. Zagreb: Graphis. Str. 110. 23

Labudovid,B. i dr.(2002.) Obnovljivi izvori energije. Zagreb. Energetika marketing. Str. 454.

28

Goriva koja se biokemijskim procesima mogu dobiti iz biomase su: bioplin, biodizel i bioetanol. Ova

goriva mogu se koristiti umjesto pogonskih goriva fosilnog porijekla.

Bioplin se dobiva iz organskog otpada procesom anaerobnog truljenja. Sastoji se uglavnom od

metana i ugljinog dioksida. Ostatak koji nastaje pri dobivanju bioplina bogat je duikovim spojevima

i upotrebljava se za gnojivo.24 Dobiveni bioplin najede se koristi za dobivanje toplinske i/ili

elektrine energije.

Biodizel se uglavnom dobiva od uljane repice ili recikliranog otpadnog jestivog ulja. Kemijski se

opisuje kao monoalkoholni ester. Kroz proces esterifikacije, biljno ulje reagira s metanolom i

natrijevim hidroksidom kao katalizatorima i nastaje ester masnih kiselina. Te molekule pokazuju

strukturnu slinost s molekulama mineralnog dizelskog goriva.25 Biodizel je biorazgradiv i nije opasan

za okoli.

Bioetanol se moe proizvoditi od tri osnovne sirovine: edera, kroba i celuloze. Sirovine bogate

jednostavnim ederima kao to su glukoza i fruktoza pogodne su za proizvodnju etanola, jer mogu

izravno fermentirati u etanol. Sirovine bogate krobom sadravaju velike molekule ugljikovodika koje

prvo treba razloiti na jo jednostavnije edere. Ugljikovodici u sirovinama bogatim celulozom

sastavljeni su od jo vedih molekula koje se takoer prvo trebaju razloiti na jednostavnije edere.

Najznaajnije biljne vrste koje se uzgajaju za proizvodnju bioetanola su ederna trska, kukuruz, jeam,

krumpir, suncokret i ito. Bioetanol predstavlja alternativu benzinu.

24

Majdandid, Lj. (2008) Obnovljivi izvori energije Energetske tehnologije koje de obiljeiti 21. stoljede. Zagreb: Graphis. Str. 114.. 25

Labudovid,B. i dr.(2002.) Obnovljivi izvori energije. Zagreb. Energetika marketing. Str. 484.

29

Izgaranje Suhi kemijski procesi Procesi u tekuim sustavima

Toplinska energija Piroliza RasplinjavanjeKemijski

procesi

Bioloki procesi

Mehanika energija

Elektrina energija

Alkoholna

fermentacija

Anaerobna

fermentacija

Biogoriva

Biomasa

SLIKA 10 - NAELNA SHEMA PROIZVODNJE ENERGIJE IZ BIOMASE

Izvor: Prilagoeno. Labudovid,B. i dr.(2002.) Obnovljivi izvori energije. Zagreb. Energetika marketing. Str. 454.

Koritenje energije iz biomase


Smanjenje emisije staklenikih plinova. Neutralna emisija ugljinog dioksida. Zbrinjavanje biolokog otpada. Mogudnost pretvorbe u goriva (biodizel, bioplin, bioetanol) Razgradivost biogoriva. Rasprostranjenost biomase, dostupnost. Pepeo i nusprodukti koritenja biomase mogu se koristiti kao gnojivo.

Emisija duinih spojeva i ugljinog monoksida. Obradiva povrina umjesto za proizvodnju hrane koristi se za proizvodnju biomase. Negativan utjecaj na tlo zbog odnoenja hranjivih tvari. Potrebne ogromne plantae biomase za postrojenja velikih kapaciteta. Naruavanje ravnotee u ekosustavu zbog uzgoja pojedinih kultura ili uklanjanja prirodnog otpada.

Proizvodnja elektrine energije izgaranjem biomase. Proizvodnja toplinske energije izgaranjem biomase. Proizvodnja toplinske i elektrine energije u kogeneracijskim postrojenjima izgaranjem biomase i biogoriva. Koritenje biomase za proizvodnju elektrine energije u hibridnoj kombinaciji sa solarnom termoelektranom ili nekim drugim postrojenjem. Proizvodnja biogoriva koja se mogu koristiti za grijanje, proizvodnju elektrine energije ili za transport.

Svijet: U 2010. godini proizvedeno 86 milijardi litara bioetanola. SAD: U 2010. godini proizvedeno 50 milijardi litara bioetanola. Brazil: U 2010. godini proizvedeno 26 milijardi litara bioetanola. Finska: Kogeneracijsko postrojenje, proizvodnja toplinske energije 385 MW, proizvodnja elektrine energije 125 MW.

TABLICA 8 - PREDNOSTI, NEDOSTACI, MOGUDNOSTI I PRIMJERI KORITENJA ENERGIJE IZ BIOMASE

30

2.4.5 Geotermalna energija

Geotermalna energija je toplinska energija koja se stvara u Zemljinoj kori raspadanjem radioaktivnih

elemenata, kemijskim reakcijama ili trenjem pri kretanju tektonskih masa. Koliina takve energije je

toliko velika da se moe smatrati neiscrpnom, pa je prema tome geotermalna energija obnovljivi

izvor energije. Porastom dubine povedava se temperatura, a na podruju srednje Europe

temperatura se prosjeno povedava za 0,03 po metru dubine. Temperatura u Zemljinu platu iznosi

oko 1300C, a u samoj jezgri dosee vrijednost i do 5000C. Toplina zemlje stalno prodire iz tekude

jezgre Zemljine unutranjosti na povrinu zagrijavajudi pritom slojeve stijena, zemlje i podzemna

leita vode. Zbog toga na nekim mjestima na povrini izbija vrela voda ili vodena para u obliku

gejzira. 26

Geotermalni izvori su izvori geotermalnog medija vode iz podzemnih leita koja mogu biti bez

dovoda vode s povrine ili s prirodnim ili umjetnim dovodom vode s povrine koja tada prolazi kroz

podzemna leita.27

Geotermalnu energiju mogude je koristiti za proizvodnju elektrine energije ili za grijanje. Naini

primjene najvie ovise o temperaturi izvora. Geotermalni izvori s temperaturama vode viim od

150 najede se koriste za dobivanje elektrine energije. Kod izvora suhe vodene pare para se

izravno dovodi do lopatica parne turbine. Kod izvora vrude vode voda najprije na povrini isparava, a

nakon toga para se dovodi do turbine. Geotermalni izvori vode s temperaturama manjim od 150C u

pravilu se koriste izravno, tj. kao toplinska energija za zagrijavanje ogrjevnog medija u sustavima

grijanja naselja, stambenih, poslovnih i raznih drugih zgrada, za zagrijavanje bazena, u poljoprivredi, u

industrijskim procesima, itd.28

Koritenje geotermalna energija


Bez emisije tetnih plinova. Visoka sigurnost i pouzdanost. Mogudnost pretvorbe u vie oblika energije. Dugorono iskoritavanje pojedinog nalazita (30-50 godina). Prilagodljivost veliine

Ogranien broj pogodnih lokacija. Lokacije pogodne za koritenje geotermalne energije vedinom su u seizmiki aktivnom podruju. Mogudnost isputanja tetnih plinova iz dubine zemlje.

Proizvodnja elektrine energije u geotermalnim elektranama. Izravno iskoritavanje toplinske energije za grijanje.

Island: 575 MW instalirane snage geotermalnih elektrana proizvodi 30% ukupne proizvodnje elektrine energije, a geotermalna energija koristi se za grijanje 87% kudanstava. SAD: 3086 MW ukupne snage geotermalnih elektrana.

26




31

sustava. Modularnost mogudnost povezivanja vie jedinica manjih snaga. Proizvodnja 24 sata dnevno. Neiscrpne zalihe. Nije potreban veliki prostor. Bez ovisnosti o meteorolokim utjecajima. Mali trokovi pogona i odravanja (5-8% ukupnih ulaganja).

Nemogudnost transporta geotermalne energije. Izravno iskoritavanje toplinske energije ogranieno je na usko podruje.

Filipini: 1904 MW ukupne snage geotermalnih elektrana. Indonezija: 1179 MW instalirane snage geotermalnih elektrana. Indonezija: 958 MW instalirane snage geotermalnih elektrana.

TABLICA 9 - PREDNOSTI, NEDOSTACI, MOGUDNOSTI I PRIMJERI KORITENJA GEOTERMALNE ENERGIJE

2.4.6 Vodik i gorivne elije

Vodik je kemijski element koji u periodnom sustavu elemenata nosi simbol H, atomski broj mu je 1, a

atomska masa mu iznosi 1,00794. Vodik je najzastupljeniji element u svemiru i jedan od

najzastupljenijih na Zemlji. Ipak, na Zemlji se gotovo iskljuivo nalazi u vezanom obliku. Vodik ini

75% mase svemira, te je ishodina tvar iz koje su nuklearnom fuzijom nastali ostali elementi. Vodik je

najlaki element u prirodi. Na sobnoj temperaturi i pri atmosferskom tlaku vodik je u plinovitom

stanju, bez boje, okusa i mirisa, zapaljiv, ali neotrovan. Na zraku vodik gori blijedoplavim, gotovo

nevidljivim plamenom temperature oko 2045 , a na istom kisiku temperatura plamena je oko

2800 . Izgaranjem vodika nastaje samo vodena para posve nekodljiva za okoli. Temperatura

vrelita vodika je oko -253C (20 K). Ukapljeni vodik je proziran, bez boje i mirisa, nekorozivan,

nereaktivan, a gustoda mu iznosi samo 25 kg/m.29

Reakcija gorenja vodika moe se prikazati sljededom jednadbom:

2H2 O2 2H2O; 246 kJmol-1

Tradicionalni naini proizvodnje vodika su:

1. Proizvodnja vodika katalitikom oksidacijom ugljikovodika

2. Proizvodnja iz rafinerijskih plinova i metanola

3. Elektroliza vode

Napredne tehnologije proizvodnje vodika su:

29


32

1. Fotobioloki procesi u kojima alge izloene svjetlosti proizvode vodik

2. Fotoelektrokemijski procesi

3. Termokemijski procesi30

U kemijskom smislu, vodik nije izvor, ved spremnik energije, jer u prirodi nije dostupan u

elementarnom obliku. Vodik moe biti izvor energije u mogudim elektranama na nuklearnu fuziju,

koje bi koristile deuterij i tricij, to je jo daleko od komercijalne upotrebe. Za dobivanje vodika

elektrolizom vode ili nekim drugim procesom potrebno je vie energije nego to se moe dobiti

izgaranjem, zato vodik vie ima ulogu kao baterija, za spremanje ili skladitenje energije.

Proizvodnja vodika pomodu obnovljivih izvora energije zapravo je skladitenje energije dobivene iz

obnovljivih izvora.

Neke od prednosti vodika kao goriva tj. spremnika energije su: visoka energetska vrijednost,

neograniene dostupne koliine, izgaranjem daje kemijski istu vodu, cjevovodima se moe razvoditi

na daljinu te lake se skladiti i uva nego elektrina energija.

Nedostaci koji sprjeavaju raireniju uporabu vodika su: visoka cijena i esto slaba isplativost

izvlaenja vodika iz spojeva, obilno curenje vodika kroz spremnike i cjevovode zbog ekstremno

malene molekule, vodik difuzijom kroz razne metale naruava njihovu kristalnu reetku inedi ih

krtima, a postoji i opasnost za ozonski sloj jer trenutno reducira ozon u vodu.

Gorivne delije ili gorivni lanci (eng. fuel cells) su elektrokemijski pretvarai energije koji iz kemijske

energije goriva izravno, bez pokretnih dijelova i izgaranja, proizvode elektrinu i toplinsku energiju.

Po naelu rada gorivne delije sline su baterijama, ali za razliku od njih, gorivne delije zahtijevaju

stalan dovod goriva i kisika. Gorivo moe biti vodik, sintetski plin, prirodni plin ili metanol, a produkti

reakcije s kisikom su voda, elektrina struja i toplina. Cijeli je proces zapravo suprotan elektrolizi

vode.31 Da bi se dobila to veda snaga, gorivne delije mogu se spajati u seriju.

U sustavima koritenja obnovljivih izvora energije, vodik se moe koristiti kao medij za pohranu

energije. Viak proizvedene elektrine energije moe se putem elektrolize vode pretvoriti u vodik.

Vodik se moe spremiti kao stlaeni plin, a zatim koristiti u gorivnoj deliji za proizvodnju elektrine i

30



33

toplinske energije tijekom razdoblja u kojima proizvodnja iz obnovljivih izvora nije moguda ili nije

dovoljna.32

Gorivne delije primjenjuju se u prometu. Vedina svjetskih proizvoaa motornih vozila istrauje i

razvija primjenu gorivnih delija u vozilima. Neki proizvoai upotrebljavaju i hibridne sustave gdje

gorivne delije kombiniraju s nekim drugim pogonskim gorivom. U novije vrijeme koritenje gorivnih

delija primjenjuje se i u podmornicama.

Koritenje vodika i gorivnih delija


Nema emisije tetnih plinova. Nema zagaenja okolia. Izgaranjem se dobiva samo voda. Visoka energetska vrijednost. Rasprostranjenost. Skladitenje energije. Visoka uinkovitost. Visoka pouzdanost i niski trokovi odravanja. Niska razina buke i vibracija.

Za dobivanje vodika elektrolizom vode ili nekim drugim procesom potrebno je vie energije nego to se moe dobiti izgaranjem. Curenje vodika kroz spremnike i cjevovode zbog ekstremno malene molekule. isti vodik ozon reducira u vodu.

Skladitenje energije. Proizvodnja elektrine energije. Proizvodnja toplinske energije. Pogonsko gorivo za automobile, autobuse, kamione i podmornice.

Njemaka: Autobus Mercedes-benz na vodikov pogon. Njemaka/Italija: Podmornica na vodikov pogon SAD: Sustav za proizvodnju vodika elektrolizom vode napajan elektrinom energijom iz fotonaponskih panela.

TABLICA 10 - PREDNOSTI, NEDOSTACI, MOGUDNOSTI I PRIMJERI KORITENJA VODIKA I GORIVNIH DELIJA

2.5 Obnovljivi izvori energije i odrivi razvoj

Raspoloivost energije predstavlja osnovu suvremenih drutava, a zadovoljavajuda opskrba energijom

pretpostavka je gospodarske uspjenosti i razvijenosti neke zemlje ili podruja. ovjeanstvo vie od

90% potreba za energijom proizvodi iz neobnovljivih izvora. Takva struktura opskrbe energijom nosi

sa sobom dva velika problema:

1. Oneidenje okolia i klimatske promjene

2. Ovisnost gospodarstva o energentima ije koliine su iscrpive

Izgaranjem fosilnih goriva u atmosferu se isputaju ogromne koliine ugljinog dioksida i drugih

staklenikih plinova. Naziv stakleniki ovi plinovi dobili su zato jer uzrokuju efekt staklenika u

Zemljinoj atmosferi. Zajednika znaajka svih staklenikih plinova je da oteavaju izlazak dugovalnog

toplinskog zraenja iz atmosfere, a neki od njih imaju negativni utjecaj na koncentraciju ozona u

32

Majdandid, Lj. (2008) Obnovljivi izvori energije Energetske tehnologije koje de obiljeiti 21. Stoljede. Zagreb: Graphis. Str. 145.

34

stratosferi. Vedina znanstvenika vjeruje da povedanje koncentracije staklenikih plinova u atmosferi

uzrokuje povedanje prosjene temperature na Zemlji. Porast temperature na Zemlji ima i moglo bi

imati nesagledive posljedice na klimu i ivot. Otapanje ledenjaka, porast razine mora, promjena

oceanskih struja, naruavanje ravnotee ekosustava, izumiranje biljnih i ivotinjskih vrsta, ekstremne

vremenske nepogode, irenje pustinja i povedano ultraljubiasto zraenje zbog smanjenja ozonskog

sloja samo su neke od posljedica globalnog zatopljenja. Uz isputanje staklenikih plinova i zagaenja

atmosfere, svjetsko gospodarstvo proizvodi i ogromne koliine tekudeg, krutog i nuklearnog otpada

ije su posljedice na ivot na Zemlji negativne i dalekosene, a mogu biti i katastrofalne. Upitno je

moe li se priroda oduprijeti ved sada nanesenoj teti, a gotovo je sigurno da je nastavak ovakvog

utjecaja ovjeka na prirodu nepopravljiv.

Uz navedeno oneidenje okolia i klimatske promjene, ovisnost svjetskog gospodarstva o fosilnim i

nuklearnim gorivima namede logino pitanje to kada se iscrpe zalihe? Oito je da ovjeanstvo

mora traiti nain kako i ime zamijeniti fosilna i nuklearna goriva, a da se pri tome osigura nesmetan

razvoj. Kako se izvori energije dijele samo na obnovljive i neobnovljive, oigledno je da rjeenje treba

traiti u koritenju obnovljivih izvora. Zamjena koritenja neobnovljivih izvora obnovljivim, vjerojatno

de biti jedna od najzahtjevnijih promjena s kojima se ovjeanstvo ikad suoilo.

Uz porast svijesti o navedenim problemima, pojavio se i pojam odrivi razvoj. Odrivi razvoj

predstavlja filozofiju cjelokupne odrivosti, a najrairenija definicija odrivog razvoja predstavljena je

1987. godine od strane Ujedinjenih Naroda i glasi:

Odrivi razvoj je razvoj koji zadovoljava sadanje potrebe bez da kompromitira sposobnost bududih

generacija da zadovolje svoje potrebe. (eng. Sustainable development is development that meets

the needs of the present without compromising the ability of future generations to meet their own

needs.")

Odrivi razvoj je irok pojam, a temelji se na interakciji tri glavna dijela: ekonomski razvoj, drutveni

razvoj i zatita okolia (slika 8).

35

Drutveni razvoj

Ekonomski razvojZatita okolia

ODRIVIRAZVOJ

SLIKA 11 - SHEMATSKI PRIKAZ ODRIVOG RAZVOJA

Odriva zatita okolia je proces u kojem ovjekovo djelovanje na prirodu ne utjee na ouvanje

prirode u izvornom obliku i ne naruava prirodnu ravnoteu. Nestabilna situacija nastaje kada se

prirodni kapital, to je zbroj svih prirodnih resursa, troi bre nego to je potrebno da se obnovi.

Odrivi razvoj zahtjeva od ovjeanstva da troi prirodne resurse jednakom ili manjom brzinom od

one koja je potrebna da se ti prirodni resursi obnove. Koristedi prirodne resurse bre nego to je

potrebno da se oni obnove u konanici dovodi do nestanka ovjeanstva.

Vidljivo je kolika je opasnost nastavka trenutnog gospodarskog razvoja ovisnog o fosilnim gorivima i

neobazrivog prema prirodi. Svijet u ovom vidu treba promijeniti, a okretanje prema obnovljivim

izvorima energije nuan je korak u tom procesu.

36

3 Proizvodnja elektrine energije iz obnovljivih izvora u svijetu i

zemljama Europske unije

3.1 Naini proizvodnje elektrine energije

Proizvodnja elektrine energije je proces pretvorbe drugih oblika energije u elektrinu energiju.

Postoji nekoliko fundamentalnih naina proizvodnje elektrine energije, a to su:

1. Proizvodnja elektrine energije elektromagnetskom indukcijom Promjena magnetskog toka

u podruju u kojem se nalazi vodi dovodi do pokretanja elektrona u vodiu (npr. generator)

2. Proizvodnja elektrine energije direktnom pretvorbom kemijske energije (npr. baterije i

gorivni lanci)

3. Proizvodnja elektrine energije iz svjetlosti fotoelektrinim efektom Djelovanjem

elektromagnetskog zraenja na odreeni materijal dolazi do prijenosa energije zraenja na

elektrone u materijalu pri emu oni naputaju materijal (npr. fotonaponski solarni sustavi)

4. Proizvodnja elektrine energije iz statikog elektriciteta Elektrina energija nastaje zbog

neravnotee elektrinog naboja na povrini materijala (npr. udar munje)

5. Proizvodnja elektrine energije termoelektrinim efektom Pretvorba toplinske razlike u

termoelektrinim generatorima direktno u elektrinu energiju.

6. Proizvodnja elektrine energije piezoelektinim efektom - Pojava stvaranja vezanih

elektrinih naboja na povrini nekih vrstih tvari prilikom njihove mehanike deformacije

(npr. sonarni ureaji, digitalne vage i sl.)

Za proizvodnju elektrine energije za potrebe elektroenergetskog sustava iskljuivo se koristi

elektromagnetska indukcija i fotoelektrini efekt, pri emu je proizvodnja fotonaponskim efektom u

ukupnoj proizvodnji elektrine energije zastupljena s manje od 0,1%.33 Pri proizvodnji elektrine

energije elektromagnetskom indukcijom, u generatoru se kinetika energija pretvara u elektrinu

energiju. Kinetika energija moe se dobiti direktno kao to je to sluaj kod vjetroelektrana i

hidroelektrana ili se moe dobiti pretvorbom kemijske energije nekog energenta u toplinsku koja

potom ili direktno pokrede generator ili zagrijava prijenosni medij koji pokrede turbinu odnosno

generator (slika 9).

33

International Energy Agency. Elecricity Statistics 2008

37

Kinetika energija vjetra

Kinetika energija kopnenih vodotokova i

morskih mjena

Kemijska energija fosilnih i

biogoriva

Kemijska energjia

nuklearnih goriva

Kemijska energija biomase

Kemijska energija otpada

Toplinska energija

vanjskog medija

Pokretanje

turbine

Kinetika energija prijenosnog medija

Kinetika energija valova

Toplinska

energija

Zagrijavanje

prijenosnog

medija

Pokretanje

turbine

Pokretanje

generatora

Elektrina energija

Kinetika energija suhe vodene pare iz

geotermalnih izvora

Toplinska

energija

Zagrijavanje

prijenosnog

medija

Pokretanje

turbine

Pokretanje

generatora

Motori s unutarnjim izgaranjem

Toplinska enegija vode iz

geotermalnih izvora

Kinetika energija (Isparavanje)

Energija Sunevog zraenja Direktna pretvorba energije zraenja u elektrinu energiju fotonaponskim sustavima

Pokretanje

generatora

SLIKA 12- PROIZVODNJE ELEKTRINE ENERGIJE ZA POTREBE ELEKTROENERGETSKOG SUSTAVA

Prema statistikama Meunarodne agencije za energiju (eng. International Energy Agency) u 2008.

godini u svijetu se 82% elektrine energije proizvelo izgaranjem goriva u termoelektranama i

nuklearnim elektranama.34

3.2 Usporedba trokova proizvodnje elektrine energije

Za usporedbu trokova proizvodnje elektrine energije proizvedene iz razliitih izvora potrebno je u

obzir uzeti razne faktore kao to su cijena investicije, cijena odravanja, cijena goriva, varijabilne i

fiksne trokove elektrane, cijenu emisijskih prava, ivotni vijek postrojenja, troak kapitala, diskontnu

stopu itd.

Najrairenija metoda za izraunavanje i usporedbu trokova proizvodnje elektrine energije iz

razliitih izvora je metoda dugoronog graninog troka proizvodnje elektrine energije (eng.

Levelized Energy Cost - LEC). LEC se definira kao omjer ukupnih trokova za vrijeme ivotnog vijeka

elektrane i ukupne oekivane proizvodnje:

34

International Energy Agency. Elecricity Statistics 2008

38

LE

ukupni trokovi za vrijeme cijelog ivotnog vijeka postrojenja

ukupna proizvedena elektrina energija

It Mt Ft(1 r)t

nt 1

Et(1 r)t

nt 1

Gdje je:

LEC dugoroni granini troak proizvodnje elektrine energije

It investicijski trokovi u godini t

Mt trokovi odravanja u godini t

Ft trokovi pogonskog goriva u godini t

Et proizvodnja elektrine energije u godini t

r = diskontna stopa

LEC se izraava u valuti po jedinici proizvedene elektrine energije, najede po kWh ili MWh, a

predstavlja prosjenu cijenu po kojoj elektrina energija treba niti prodavana da bi postrojenje

ostvarilo istu sadanju vrijednost jednaku nuli. Metoda LE ne uzima u obzir trokove transporta

energije, ev

Documents

Razvoj_proizvodnje_elektrine_energije_iz_obnovljivih_izvora_u_Republici_Hrvatskoj___Mate_Omazic (1)