Energetika – od

fenomena do

struke

Svečani skup povodom 100

godina postojanja Saveza

energetičara, 16.10.2019.

Prof. dr Nikola RajakovićPredsednik Saveza

energetičara

Savez energetičara juče, danas, sutra

Juče (1919. pa nadalje): vek energije za boljitak Srbije (Savez je osnovan 3. sept 1919. god.). Tada: male HE i gradske elektrane od kraja 19. veka, biomasa za ogrev – od pamtiveka, izmeĎu dva svetska rata: eksploatacija uglja –počeci + nafta i gas – pionirski koraci

Danas: struka kroz integralnu energetiku traži optimalnu putanju ka nultim emisijama u sektoru

Sutra (2119.): optimalna eksploatacija i planiranje pametnih infrastrukturnih sistema – opet struka

Energetika juče, danas, sutra

Juče (1919. pa nadalje): od energije za zagrevanje stanova, preko osvetljenja i industrije do mega-energetike

Danas: (jaka zavisnost od fosilnih goriva, niska energetska efikasnost, stara infrastruktura i problematična zaštita životne sredine - energetska tranzicija ka nultim emisijama

Sutra (2119.): sofisticirani hibrid

Integralna energetika (1)

Integralna (kompleksna) energetika kao platforma za sve delove en. sektora obuhvata:

Naftna i gasna privreda

Rudarstvo – ugalj, ...

Termoenergetika sa kogeneracijom

Hidroenergetika sa reverzibilnim HE i malim HE

Obnovljivi izvori (solarne i vetroelektrane, biomasa i biogas, geotermalna energija, energija iz otpada,...)

Energetska efikasnost

Ekologija i održivi razvoj

Ekonomija energetike

Tržište energije i energenata

Integralna energetika (2)

Energetske mreže (dalekovodi, gasovodi, cevovodi,...)

Pametne mreže, digitalizacija i mikromreže

Softverske platforme i aplikacije u energetici

Skladištenje energije

Električni transport

Pravo u energetici sa regulativom

Multidisciplinarna edukacija u energetici

...SA FUNKCIJAMA

Energetsko planiranje

Projektovanje i izgradnja

Eksploatacija i održavanje

Energetska tranzicija

Cilj su nulte emisije pomoću:

Jaka zastupljenost obnovljivih

Viša energetska efikasnost

E-mobility

Hibridna modularna rešenja (mikromreže,...)

UvoĎenje tehnologija pametnih mreža

Povećano učešće električnog grejanja

...

Kako rešiti varijabilnost proizvodnje iz obnovljivih

Izgradnja interkonekcija

Fleksibilizacija termoelektrana

Spajanje velikoprodajnih tržišta

Odziv potrošnje – pametne mreže

Integracija elektroenergetskog sektora sa sektorima grejanja, hlaĎenja i klimatizacije kao i sa el. transportom i sistemima vodosnabdevanja u cilju primene power-to-X tehnologija

Skladištenje el. en. (RHE, baterije, toplotni rezervoari,...)

Aktuelne promene na strani potrošnje (maksimalna elektrifikacija)

Pored klasične potrošnje (domaćinstva, komercijalni sektor, industrija,...) značajni postaju i dodatni sektori:

Električni transport

Električno grejanje (toplotne pumpe,...)

Tehnologije bitcoin tipa

Blockchain tehnologije

...

Rezultati istraživanja o en. sistemu sa 100% obnovljivih (1)

M. Jacobsen, M. Delucci,...100% Clean and Renewable Wind, Water and Sunlight (WWS)..., Joule, 2017.

Energetski scenariji uraĎeni za 139 zemalja

Elektrifikacija svega (transport, grejanje, hlaĎenje, industrija, poljoprivreda,...)

Puna primena vodi smanjenju globalnog zagrevanja do 2015. sa izbegavanjem porasta od 1,5 C do 2050.

Za ceo svet: preko 24 mil novih radnih mesta, značajno smanjenu smrtnost usled zagaĎenja vazduha, smanjenje potrebne srednje godišnje snage za 42%.

Za Srbiju su dobili smanjenje sa 18,9 GW na 11,8 GW

Rezultati istraživanja o en. sistemu sa 100% obnovljivih (2)

C. Breyer, M. Bogdanov,...Solar photovoltaics demand..., Study, Finland, 2017.

Minimalni troškovi kao kriterijum prelaska na 100% RES

Doprinos solarnih elektrana budućem globalnom miksu je 69%, a vetra 18%, ostalo je hidro i ...

LCOE iznosi 52 €/MWh

Dominaciji solarnih tehnologija doprinosi značajan pad cena baterija i dalje smanjenje cene el. en. iz solara (zadnje aukcije ispod 20 €/MWh)

U solarnom miksu budućnosti dominiraju sa oko 70% velike solarne elektrane, dok je ostalo doprinos prosumera (krovovi, fasade,...)

Promene na strani proizvodnje

Obnovljivi izvori kao velike elektrane (vetroelektrane, solarne elektrane)

Obnovljivi izvori kao distribuirano generisanje (solarni paneli, male hidroelektrane, male vetroelektrane, male elektrane na biomasu i biogas, mikrogenerisanje, geotermalne elektrane,...)

Virtuelna elektrana

Solarna i vetroelektrana na istoj lokaciji sa skladištenjem energije

Mikromreže (AC i DC rešenja)

Promene u osnovnom konceptu elektroenergetike

Klasičan koncept: proizvodnja mora da prati sve zahteve potrošnje (NJENO VELIČANSTVO POTROŠNJA!)

Varijabilnost proizvodnje iz obnovljivih izvora moguće je rešavati (uglavnom) ili izgradnjom skladišta energije ili prilagoĎavanjem potrošnje varijabilnoj proizvodnji

PARADIGMA SHIFT: Potrošnja prati proizvodnju (Smart Grids i Internet of Things)

V2G – Vehicles to Grid (baterije električnih automobila kao izvori snage u sistemu u posebnim okolnostima)

Nekoliko karakterističnih tehnologija u energetici

El. vozila i balansiranje mreže

Punionice za električne automobile

Blockchain tehnologije

Skladištenje energije na distributivnom nivou (baterije)

...

El. vozila i balansiranje mreže

Balansiranje je održavanje ravnoteže izmeĎu proizvodnje i potrošnje

Jak (agregirani) uticaj na potrošnju može se očekivati samo sa velikim brojem vozila

Broj vozila koja se jednovremeno pune zavisi od: sata unutar dana, tipa dana, meteoroloških prilika,...

Vehicle to Grid – (V2G) očekivane primene treba da uvaže stanje napunjenosti baterija da bi se procenio iznos snage (energije) koja se može vratiti u mrežu

Autonomne punionice

Koncept autonomne punionice(1): solarni paneli + skladištenje energije

Koncept autonomne punionice (2): solarni paneli + vetroturbine + skladištenje energije

Komplementarni profili proizvodnje (solarno generisanje je maksimalno sredinom dana, dok vetroproizvodnja raste u večernjim satima)

Za slučaj da je punionica vezana na mrežu tada se može smanjiti kapacitet poveznog voda zbog nejednovremenih vrhova proizvodnje solara i vetra

Complementary generation profile

Blockchain aplikacije u energetici

Mnogo učesnika dele ažurirane informacije (nema potrebe za centralnim registrom)

Informacije se verifikuju i svi učesnici ih kao ažurirane imaju na raspolaganju

Interakcije su sa vremenskim pečatom

i meĎusobno uslovljene

Decentralizacija marketa!

Primena blockchain tehnologijau energetici

Numerous open questions

More research is needed (simulations + measurements)

Optimal solutions are site and size specific

Provera

Provera transakcije ikorisnika korišćenjem poznatih algoritama

Verifikovana transakcija može da sadrži kriptovalute, ugovore i druge informacije

Princip rada

Novi blok dodat je u postojeći, tako da je trajan i nepromenljivTransakcija je

završena

Korisnik pokrene zahtev za transakciju

Transakcija dolazi do P2P mreže koja se sastoji od čvorova

Nakon verifikacije, transakcija u kombinaciji sa ostalim transakcijama stvara blok podataka za blokchain

Karakteristike blockchainprimena u energetici

Nema potrebe za trećom stranom

Novi sistemi naplate na punionicama

Posledica: brža dekarbonizacija

Smanjenje troškova i dupliciranja podataka

Demokratizacija energetike

Značaj skladištenja energije u baterijama (NN strana)

Varijabilnost obnovljivih izvora zahteva skladište energije

Skladište (grupa baterija) omogućava pomeranje energije po vremenskoj osi

Pomoćni servisi u mreži: regulacija frekvencije, naponska (reaktivna) podrška i eventualno pokretanje sistema iz stanja mirovanja

Dimenzionisanje skladišta

Kapacitet skladišta se odreĎuje prema odstupanju očekivanog opterećenja i proizvodnje u najnepovoljnijem satu

Pravila maloprodajnog tržišta i cene energije utiču na kapacitet skladišta

Izbor tipa baterija u vezi sa karakteristikama punjača

Značaj celoživotnog ciklusa

Baterije za el. vozila

Cene su za litijum – jonske baterije pale sa 1000 $/kWh (2010.) na 300 u 2018. (mart 2019. mogu se naći za 150$/kWh), očekivanja za 2025. su oko 100 $/kWh

Tipičan energetski kapacitet baterije za el. vozilo je 50 kWh (cca 18 kWh je potrebno za 100 km za TESLU S). Cena ovih 50 kWh je oko 10 000 $

Gustina energije u baterijama 200 – 240 Wh/kg (najviše 350). To znači da su 50 kWh baterije teške oko 250 kg (težina baterija je ograničenje za avione i teške kamione)

Istraživačke teme u primeni baterija i infrastrukture

UnapreĎenje baterija sa aspekta brzog punjenja (termički aspekti,...)

Razvoj i primena platformi (softvera) i hardvera za optimizaciju punjenja

Razvoj i primena platformi (softvera) i hardvera za autonomna vozila

Razvoj i primena platformi (softvera) i hardvera za naplatu punjenja

Emisija CO2

PoreĎenje emisija dizel auta i električnog auta (Mercedes C220 i TESLA 3 model)

Krajnji rezultat je da Mercedes S220 emituje 221 gCO po km, a TESLA 3 značajno manje: 83 gCO2 po km (2.66 puta emituje više dizel auto)

Ovo je detaljan odgovor na pogrešan proračun i prezentovan je od strane Auke Hoekstra, Eindhoven Tech. Un.

Razlozi: unapreĎenja u tehnologijama proizvodnje baterija i budući energetski miks

Zaključak

Savez energetičara povodom svoje STOGODIŠNJICE obznanjuje i radost i ponos kao čuvar struke sa tradicijom

Energetska tranzicija podrazumeva mnogo aspekata (Electrify Everything, Smart Energy Systems,...)

U martu 2020. godine na Zlatiboru: SAVETOVANJE ENERGETIKA 2020

Narednih 100 godina obećavaju energetskoj struci i Savezu kao njenom čuvaru uzbudljiva inženjerska vremena