Snaga i energija

elektrana na obnovljive izvore

Marijan Kalea, dipl.inž.

marijan.kalea@os.t-com.hr

OKRUGLI STOL

Zagreb, 20. 6. 2012.

Uvod

Potražnju i proizvodnju električne energije obilježava, kako snaga u pojedinom trenutku – tako i energija u pojedinom razdoblju

• Kod razmatranja uloge elektrana na obnovljive izvore – često se na to zaboravlja, pa se suženo govori samo o snazi tih elektrana ne mareći pri tom na moguću njihovu proizvodnju

• EWEA – Europska udruga vjetroenergije, u svom godišnjem izvještaju govori samo o estimiranoj proizvodnji vjetroelektrana u vjetreno normalnoj godini

• U našoj recentnoj knjizi Osnove primjene fotonaponskih sustava, EM-Zagreb, 2011, nema riječi o mogućoj proizvodnji te dnevnom ili godišnjem rasporedu angažirane snage FN-sustava

Moguća proizvodnja elektrana

• Elektrane na stalne izvore energije (nuklearne, termoelektrane, elektrane na biomasu, geotermalne elektrane): instaliranu snagu elektrana pomnožiti s 8760 sati (trajanje godine) umanjenih za vjerojatno trajanje remonta, te planiranih i prisilnih zastoja

• Elektrane na nestalne izvore (hidroelektrane, vjetroelektrane i elektrane na Sunčevo zračenje): moguće je samo statističko očekivanje njihove moguće proizvodnje, na osnovi rezultata iz dovoljnog niza prethodnih godina. Tada se njihova instalirana snaga množi s prosječnim godišnjim trajanjem instalirane snage određene vrste elektrana na određenom području

Trajanje instalirane snage

Trajanje instalirane snage je omjer ostvarene godišnje

proizvodnje i ukupne prosječne instalirane snage

pojedinog tipa elektrana (T = 2*W/(P1+P2)

• Primjer njemačkih elektrana na OIE, 2010. godine

Tip elektrane T (h/god)

Elektrane na biomasu i otpad 4942

Hidroelektrane, obnovljivo 4831

Vjetroelektrane 1442

Fotonaponski sustavi 862

Geotermalne elektrane 3500

Prosječno, sve elektrane na OIE 1995

NE

Biomasa

HE

Geotermalne

VE

FN 100% Pi

8760 h

Primjer Hrvatske, 2010

• Hidroelektrane – manje trajanje instalirane snage nego li

u Njemačkoj (imaju veći udio protočnih HE)

• Vjetroelektrane i FN-sustavi više od njemačkih

• Prosječno: ~900 h/god više no u Njemačkoj

Tip elektrane T (h/god)

Elektrane na biomasu i otpad 4412

Hidroelektrane, obnovljivo 3922

Vjetroelektrane 1866

Fotonaponski sustavi 1101

Prosječno, sve elektrane na OIE 3854

To je W – no, što je s P?

• Vidljivo je da elektrane na OIE imaju moguću godišnju

proizvodnju u približnom omjeru 5:1 (elektrane na

biomasu : FN-sustavi ); omjer bi bio još veći kada bi se

gledanje proširilo i na konvencionalne elektrane

• Međutim, to nije jedino o čemu valja voditi računa

prilikom energetskoga vrednovanja OIE

• Ravnopravno je i pitanje raspoloživosti elektrana na OIE

u trenucima vršnog opterećenja elektroenergetskoga

sustava (točnije: tijekom kritičnog razdoblja)

Povjerenje u snagu elektrana

• Elektrane na biomasu i otpad imaju najveće godišnje trajanje instalirane snage. Imaju još jednu bitnu prednost pred elektranama na ostale obnovljive izvore: ne traže rezervu u elektro-energetskom sustavu. Njihovo gorivo je uskladištivo i mogu se koristiti sukladno potražnji.

• Sve druge elektrane na OIE (osim geotermalnih) traže rezervu u sustavu, to veću što je manja vjerojatnost da će biti raspoložive u vrijeme vršnoga opterećenja elektroenergetskog sustava.

• Ta vjerojatnost naziva se povjerenjem u snagu elektrana na obnovljive izvore energije.

Povjerenje u snagu bioelektrana i

općenito elektrana na stalne izvore

energije Bioelektrane: na biomasu, biogoriva ili bioplin te otpad

• Povjerenje je jednako 100% umanjeno za vjerojatnost

prisilnog zastoja, jer se remonti i planirani zastoji neće

organizirati u razdoblju vršnog opterećenja sustava

• Isto to može se tvrditi i za geotermalne elektrane

• Usput, i za sve elektrane na stalne izvore energije (termoelektrane, nuklearne elektrane) vrijedilo bi isto

Povjerenje u snagu hidroelektrana

• Akumulacijske HE: povjerenje je jednako 100%,

umanjeno radi eventualno niže kote gornjeg jezera od

nazivne te umanjeno za vjerojatnost prisilnog zastoja

• Protočne HE: povjerenje ovisi o vjerojatnom dotoku vode

u razdoblju vršnog opterećenja elektroenergetskog

sustava

• Male HE, isto kao za protočne HE, samo je moguće da

njihovo povjerenje bude nula, ako u kritičnom razdoblju vodotok presušuje

Povjerenje u snagu vjetroelektrana

Za vjetroelektrane teško je računati s nekom većom

vjerojatnošću da će baš u trenutku vršnoga opterećenja

biti ozbiljnije raspoložive.

Slika prikazuje satni raspored opterećenja (konzuma)

elektroenergetskog sustava Hrvatske i istodobno (u

postocima ukupne instalirane snage) satni raspored

angažmana hrvatskih vjetroelektrana u veljači 2012.

godine (najviša opterećenja u zimi 2011/12).

Vidimo da potražnja ima uobičajenu dnevnu

periodičnost, dok je angažman vjetroelektrana posve

slučajan, bez ikakve stalne periodičnosti.

Kako postupiti?

• Statistika po satima iz cijele 2011. godine kaže, da se u svaka četiri dana – ali dakako slučajno raspoređeno – događa jedan sat kada je angažman praktički jednak nuli. Čak se događa i to da u to vrijeme vjetroelektrane povlače iz mreže stanovitu električnu energiju, radi namirenja vlastite potrošnje!

• Načinimo padajući niz angažiranih snaga vjetroelektrana u trenucima u blizini vršnog opterećenja u veljači 2012. Na toj slici je angažman prikazan u odnosu na 100% ukupne instalirane snage vjetroelektrana, a na apscisnoj osi pridružena je vjerojatnost 0-100%, tako da je najmanje vjerojatna najveća ordinata a najviše vjerojatna najniža ordinata.

Povjerenje u sadašnje hrvatske

vjetroelektrane

Dakako da bi to valjalo promatrati u razdobljima vršnoga opterećenja elektroenergetskog sustava u barem 5 prethodnih godina, pa uzimati medijan ili granice unutar kojih se kreće povjerenje. Iz podataka za jednu godinu (2012) slijedi da je povjerenje u sadašnje hrvatske vjetroelektrane 5,9%. Dakle: 95% je sigurno da će angažman biti barem 5,9% ili veći (a 5% je vjerojatno da će biti manji od 5,9%).

(Za njemačke vjetroelektrane, utvrđeno je da se povjerenje nalazi između 5 i 15%. Dakle, ipak veliki broj vjetroagregata te veliko njemačko prostranastvo i sjevernomorsko područje uvjetuju nešto veće povjerenje.)

Povjerenje i točnost prognoze

• Povećanjem točnosti prognoze vjetroangažmana

povjerenje se ne povećava – kako se neoprezno smatra

• Naime, uz – pretpostavimo nerealno – 100%-tnu točnost

prognoze za blisko razdoblje, ali toliko dugo da je

dovoljno za angažman tercijarne rezerve, tada će ta

rezerva biti jednaka ukupno potrebnoj rezervi, a

sekundarna će rezerva tada biti nula

• Realno: povećanje točnosti prognoze vodi smanjenju

sekundarne, a povećanju tercijarne rezerve u ukupnoj

rezervi sustava, koja nije ovisna o točnosti prognoze

nego ovisi o povjerenju u vjetroelektrane

Povjerenje u FN-sustave

Sunčevo zračenje ima poznatu periodičnost, dnevnu (stalna izmjena dan-noć) i godišnju (izmjena ljeto-zima) koju remete samo stvarni meteorološki uvjeti pojedinog dana (naoblaka). Dakle, može se zadovoljavajuće točno predvidjeti ritam angažmana fotonaponskih sustava.

Ukoliko je dnevni dijagram potražnje takav da se vršno opterećenje sustava javlja u zimskim večernjim satima onda je povjerenje u fotonaponske sustave jednako nula (jer tada nema osunčanja).

Ako se vršno opterećenje javlja podjednake veličine i u podnevnim i večernjim satima, opet je povjerenje jednako nula ili približno nula (ukoliko je podnevni vrh nešto veći) jer svako podne prati jedna večer.

Slika 2. Dnevni dijagram opterećenja hrvatskog EES

treće srijede u mjesecu (MWh/h)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

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

Izvor: Izvještaj o poslovanju HEP-OPS

Srpanj

Prosinac

Slika 3. Prosječna satna proizvodnja SE Solvis Varaždin

nazivne vršne snage 20,6 kW (kWh/h)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011 1213 1415 1617 18 1920 2122 2324

Izvor: Završni rad Josipa Šekelje na FER-u, Zagreb, lipanj 2010

Kolovoz

Siječanj

Zaključak za Hrvatsku

• U Hrvatskoj stoga moramo graditi elektrane na stalne izvore energije, kao da vjetroelektrana i fotonaponskih sustava gotovo uopće nema, želimo li uzdržati sadašnju sigurnost opskrbe i dalje ne povećavati uvoznu elektroenergetsku ovisnost. Koja – uvozna ovisnost – je sada, izuzev vrlo vlažne 2010. godine, tolika da u svaka tri potrošena kilovatsata jedan potječe iz uvoza.

• Još jasnije rečeno: na svakih 100 MW dograđenih vjetroelektrana ili 100 MW fotonaponskih sustava, sustav bismo morali dograditi s još 94 MW (za rezervu vjetroelektranama) ili 100 MW (za rezervu fotonapon-skim sustavima) elektrana na stalne izvore energije (termoelektrana ili elektrana na biomasu), uz zadržanje sadašnje sigurnosti opskrbe.

Još iz Njemačke

• Možda najupečatljiviju ilustraciju za poimanje snage i energije elektrana na obnovljive izvore energije pruža slika 4, gdje su prikazani udjeli prosječne godišnje instalirane snage elektrana na obnovljive izvore energije i udjeli u ostvarenoj njihovoj proizvodnji u Njemačkoj 2010. godine.

• Vidimo da samo nešto više od jedne desetine snage elektrana na biomasu i otpad ostvaruje čak gotovo trećinu ukupne proizvodnje elektrana na obnovljive izvore energije. Istodobno: gotovo trećina instalirane snage fotonaponskih sustava ostvaruje samo nešto više od desetine ukupne proizvodnje.

Slika 4. Prosječna instalirana snaga tijekom godine i proizvodnja

elektrana na obnovljive izvore energije u Njemačkoj 2010 (%)

12

308

20

52

38

27

12

0,02 0,03

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

Prosj.snaga (50 GW) Proizvodnja (100 TWh)

Geotermalne elektrane

Fotonaponski sustavi

Vjetroelektrane

Hidroelektrane

Elektrane na biomasu i

otpad