1

OPĆA ENERGETIKA 1

Vrste, osnovne karakteristike i pretvorbeobnovljivih izvora energije

1. Biomasa i bioplin

2. Otpad

3. Energija vodnih snaga

4. Energija vjetra

5. Energija mora

6. Energija sunčeva zračenja

Rezerve obnovljivih izvora energije- iako su praktički neograničene, može se govoriti o rezervama u smislu mogućeg

stupnja iskorištenja (eventualno u odnosu na ukupni energetski potencijal)

OPĆA ENERGETIKA 2

Zajedničke karakteristike

- najčešće obnovljivi izvori energije imaju veliki ukupni energetski potencijal, ali:

- s malim mogućnostima efektivnog iskorištenja

- niska energetska koncentracija

- nestalnost u vremenu

- većina obnovljivih izvora energije nije prikladna za direktnu potrošnju (s izuzetkom npr. drva), a također su rijetki slučajevi da se može uskladištiti

- većina obnovljivih izvora energije trenutno nije ekonomski konkurentna klasičnim neobnovljivim izvorima (veliki investicijski troškovi i relativno amli stupanj korisnosti)

- ova mana se donekle može ublažiti raznim poreznim olakšicama i poticajima kojima se stimulira razvoj i korištenje obnovljivih izvora energije

- osnovne prednosti obnovljivih izvora energije su:

- obnovljivost u smislu mogućnosti dugoročnog razvoja i korištenja

- niski (nikakvi) varijabilni troškovi

- općenito mali utjecaj na okoliš

2

OPĆA ENERGETIKA 3

Biomasa i bioplina) Drvna biomasa (ubiranje prirodnorastućeg drveća, ciljani uzgoj brzorastućeg drveća, ostaci iz

šumarstva, drvne i ostale industrije)b) Nedrvna biomasa (ostaci, sporedni proizvodi i otpad iz poljoprivrede)c) Biomasa životinjskog podrijetla (otpad i ostaci iz stočarstva)

Udio biomase u ukupnoj svjetskoj potrošnji energije: ~15% (razvijene zemlje ~3%, nerazvijene ~38%)Energetski sadržaj biomase:

- drvo: 8-19 MJ/kg- životinjski izmet: 6-17 MJ/kg

Primjena:- direktno iskorištavanje (grijanje, priprema tople vode)- proizvodnja tzv. biogoriva (etanol, metanol, biodizel...)- proizvodnja električne energije ili kogeneracija

Bioplin:

- dobiva se procesom anaerobnog truljenja, najčešće od životinjskog izmeta (metan)

- ogrjevna moć: ~25 MJ/l

- može se koristiti u kućanstvima kao supstitucija za prirodni odnosno ukapljeni plin,

ili u kogeneracijskim postrojenjima za proizvodnju električne i toplinske energije

OPĆA ENERGETIKA 4

Otpad- podrazumijeva komunalni i industrijski otpad primjenjiv za termičku obradu (izgaranje)- moguće iskorištavanje za:

- kogeneraciju toplinske i električne energije (izgaranje krutog otpada)- proizvodnja deponijskog plina i bioplina

- koristi se uglavnom u razvijenim industrijskim zemljama- velika nehomogenost u ogrjevnoj moći (od negativno do ~40 MJ/kg)- komercijalno iskorištavanje zahtjeva relativno velike količine otpada, tj. ograničeno je na veće gradove- računa se da je za grad od oko 1.000.000 stanovnika ekonomski isplativa izgradnja kogeneracijskog postrojenja u spalionicama otpada

3

OPĆA ENERGETIKA 5

Primjer: kogeneracijsko postrojenje s 2 kotla loženim na komunalni otpad i jednim kotlom loženim na otpadno drvo i slamu

OPĆA ENERGETIKA 6

Energija vodnih snagaUređaji:- Pretvorba potencijalne energije vode u mehaničku energiju: VODNE TURBINE- Pretvorba mehaničke energije u potencijalnu energiju vode: CENTRIFUGALNE PUMPE- 1. + 2.: REVERZIBILNA PUMPA-TURBINA

HIDROELEKTRANE

KLASIČNEHIDROELEKTRANE

REVERZIBILNEHIDROELEKTRANE

AKUMULACIJSKEPROTOČNE

DERIVACIJSKEPRIBRANSKE

4

OPĆA ENERGETIKA 7

Proizvodnja električne energije iz HE:- bruto hidroenergija- tehnički iskoristiva hidroenergija- proizvodnja 1999. g.

Po kontinentima- tehnički iskoristiva hidroenergija- proizvodnja 1999. g.

OPĆA ENERGETIKA 8

5

OPĆA ENERGETIKA 9

Hidroelektrane

Snaga i energija HE:

Potencijalna energija: hgmW ⋅⋅=

Snaga:

ρ - gustoća vode (=1000 kg/m3)g – gravitacijska konstantaq – protok (m3/s)h – pad (m)

]W[hq1081,9

hgqhgtVhg

tVhg

tm

tWP

3 ⋅⋅⋅=

⋅⋅ρ⋅=⋅⋅ρ⋅=⋅⋅ρ⋅

=⋅⋅==

Energija:

η - ukupna korisnost HE

[ ]kWhdt)t(h)t(q)t(81,9Wt

0⋅⋅⋅η⋅= ∫

OPĆA ENERGETIKA 10

Osnovni podaci za hidroelektrane:

1. Instalirana snaga (MVA/MW) – nazivna snaga HE, zbroj prividne/radne snage svih generatora2. Snaga na pragu (MW) – radna snaga koju HE može predati u mrežu (instalirana snaga

umanjena za vlastitu potrošnju)3. Raspoloživa snaga (MW) – snaga kojom HE može raditi u određenom momentu, polazeći od

stvarnog stanja HE (raspoloživosti agregata), uz raspoloživi pad i dotok4. Tehnički minimum (MW) – najmanja radna snaga s kojom HE može raditi5. Moguća proizvodnja – srednja godišnja proizvodnja dobivena iz ostvarenih godišnjih

proizvodnji u duljem nizu godina ili računata na osnovu srednje vrijednosti iskoristivog godišnjeg protoka

6. Instalirani protok (m3/s) – nazivni protok, tj. najveći protok koji odgovara nazivnoj snazi HE7. Srednji specifični potrošak vode (m3/kWh) ili odgovarajuća krivulja specifičnog potroška u

ovisnosti o protoku i padu8. Korisni volumen akumulacijskog bazena i energetska vrijednost (samo za akumulacijske HE)9. Ostali podaci (nazivni napon mreže, nazivni faktor snage, srednji, minimalni i maksimalni pad

pad...)

6

OPĆA ENERGETIKA 11

Protočne HE: HE bez uzvodne akumulacije ili s akumulacijom čiji se sadržaj može isprazniti za manje od dva sata rada HE s nazivnom snagom

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

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

Dot

ok u

Per

uču

(p.u

.)Pr

oizv

odnj

a H

E P

eruč

e (p

.u.)

DotokProizvodnja

Akumulacijske HE:-HE s dnevnom akumulacijom-HE s tjednom akumulacijom-HE s mjesečnom akumulacijom-HE sa sezonskom akumulacijom-HE s godišnjom akumulacijom-HE s višegodišnjom akumulacijom(definirano vremenom punjenja/pražnjenja akumulacije)

Primjer: Prosječni mjesečni dotoci i proizvodnja HE Peruča (1973-1997); akumulacija Peruča je sezonska

OPĆA ENERGETIKA 12

Instalirani protok (snaga)

Minimalni protok (tehnički minimum HE)

[ ]s/m10536,31

dt)t(q

31536000V

Q 36

)365(12

0srsr

⋅==

∫Srednji godišnji protok

(Srednji iskoristivi protok je uvjek manji)

Iskoristivo kod protočne HE

7

OPĆA ENERGETIKA 13

Djelovi HE

• Akumulacija• Brana, uključujući preljevno polje i temeljni ispust• Zahvat – omogućava ulaz vode iz akumulacije u tunel ili tlačni cjevovod• Gravitacijski dovod (otvoreni kanal ili tunel)• Vodna komora – nalazi se na početku tlačnog cjevovoda sa svrhom da kod naglog

smanjenja opterećenja HE (zatvaranja turbina) tlak vode u cjevovodu ne poraste iznad dozvoljene granice

• Zasunska komora – regulira dovod vode u tlačni cjevovod• Tlačni cjevovod – dovod vode do turbine• Strojarnica

– Vodna turbina– Generator– Pomoćna oprema (uzbuda, turbinski regulator, razvod ulja, sustav za hlađenje

generatora, razvod i uređaji vlastite potrošnje, električne zaštite, dizalice, odvodnja i drenaža…)

• Blok transformator• Odvod vode

OPĆA ENERGETIKA 14

Vodne turbineOsnovni tipovi vodnih turbina:- Pelton turbine: veliki padovi (H>200m) i manji protoci (Q<20m3/s)- Fransis turbine: srednji padovi (30m<H<300m) i srednji protoci (Q<100m3/s)- Kaplan turbine: mali padovi (H<30m) i veliki protoci (Q>200m3/s)Napomena: granice su samo okvirne

Pelton turbina- akciona turbina (turbina slobodnog mlaza)

8

OPĆA ENERGETIKA 15

Francis turbina- reakciona turbina (pretlačna turbina)

OPĆA ENERGETIKA 16

Regulacija protoka (snage) Francis turbine

Lopatice sprovodnog aparata: pokreće ih servo motor, služe za regulaciju protoka vode kroz turbinu, a njima upravlja turbinski regulator

9

OPĆA ENERGETIKA 17

Kaplan turbina- reakciona turbina (pretlačna turbina)

OPĆA ENERGETIKA 18

Generator

Rotor

Stator

Osovina

10

OPĆA ENERGETIKA 19

Smještaj (situacija) HE(s otvorenim dovodnim kanalom)

OPĆA ENERGETIKA 20

Akumulacija - brana

11

OPĆA ENERGETIKA 21

Pribranska HE

OPĆA ENERGETIKA 22

Derivacijska HE - djelovi

12

OPĆA ENERGETIKA 23

Derivacijska HE – tlocrt strojarnice

OPĆA ENERGETIKA 24

Derivacijska HE – poprečni presjek strojarnice

1. TLAČNI CJEVOVOD2. KUGLASTI ZATVARAČ3. TURBINA4. GENERATOR5. HALA STROJARNICE6. MOSNA DIZALICA7. DIFUZORSKI ZATVARAČ8. ODVODNI TUNEL

13

OPĆA ENERGETIKA 25

Hidroenergetski sliv: najčešće se na jednom vodnom slivu nalazi više akumulacija i HEPrimjer: širi sliv rijeke Cetine

~~~~

Ak. Mandak

Ak. Buško Blato

CS Buško BlatoPm=3x3.4MWPg=3x1.6MW

Komp. b. Lipa

Kanal Jagme

Kanal Kablić

Kanal Drinovac

Kanal Plovuča-Brda

Kanal Brda-Lipa

Reverzibilni kanal Buško Blato-Lipa

HE OrlovacPmax=237MWPmin=50MW

Ruda

Ak. Peruča

HE PeručaPmax=41.6MWPmin=5MW

Cetina

Cetina

Komp. b. Đale

Komp. b. Prančevići

HE ĐalePmax=40.8MWPmin=6MW

Komp. b. Kraljevac

HE KraljevacPmax=46.4MWPmin=1MW

HE ZakučacPmax=2x108+2x135MW=486MWPmin=50+80MW

Cetina

Cetina

~~~

~~~

~~

~~

~~~~

OPĆA ENERGETIKA 26

Crpno-akumulacijska postrojenja – reverzibilne HE

- može raditi kao elektrana (turbinski/generatorski režim) koristeći vodu iz gornjeg akumulacijskog bazena, koji može ali ne mora imati i svoj prirodni dotok

- u crpnom/pumpnom režimu djeluje kao potrošač, tako da koristeći električnu energiju iz mreže prebacuje vodu iz donjeg bazena u gornji

- ukupna iskoristivost takvog ciklusa je oko η= 0,7 (ako se ne računa proizvodnja iz prirodnog dotoka u gornji bazen)

- pumpanje se obično vrši u noćnim satima, a proizvodnja električne energije danju (obično za vrijeme vršnih opterećenja)

- ukupni energetski manjak opravdan je u sljedećim varijantama:

1. ako su troškovi proizvodnje električne energije iz termoelektrana tijekom dana veći od troškova noćne proizvodnje, i to u iznosu većem od (1-η)*100%

2. ako se na taj način osigurava pokrivanje vršnih opterećenja, što je zamjena za izgradnju klasičnih elektrana

3. ako se energija za pumpni režim osigura iz preljevne energije

4. ako se radi o tržišnom sustavu gdje se noćna energija može kupiti po niskoj cijeni, a dnevna prodati po većoj cijeni (u Zapadnoj Evropi je taj omjer redovito veći od 1:2)

14

OPĆA ENERGETIKA 27

OPĆA ENERGETIKA 28

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23

t (h)

P (M

W)

Dnevni dijagram bez RHE

Dnevni dijagram sa RHE

Pumpanje (600 MWh)

Turbiniranje (420 MWh)

15

OPĆA ENERGETIKA 29

Energija mora

1. Energija morskih struja

2. Energija valova

3. Toplinska energija mora

4. Energija plime i oseke

-za sve navedene vrste postoje više-manje definirana tehnološka rješenja (najnaprednije za 4), ali trenutno su vrlo daleko od mogućnosti komercijalne primjene

OPĆA ENERGETIKA 30

Primjer: Elektrana na plimu i oseku- amplituda plime i oseke ovisi o lokaciji i datumu

- amplitude se kreću od nekoliko centimetara pa do desetak metara, a razmak između dvije plime je 12-24 h

- iskorištavanje je moguće na mjestu uz obalu s dovoljno velikom amplitudom, te mogućnošću stvaranja akumulacijkog bazena izgradnjom brane

- mogu se koristiti turbine:

- koje rade u jednom smjeru

- koje rade u oba smjera

- koje mogu raditi i kao crpke

Bazen

More

Brana

16

OPĆA ENERGETIKA 31

H

t

Turbinski radPumpni rad

Razina moraRazina mora u

bazenu1

2

34

5

67 8

Hmin

Princip rada (dvosmjerna crpka-turbina):