ZAŠTO DISTRIBUIRANA PROIZVODNJA ENERGIJE?

plin - broj 3 - godina XIII - rujan 2013.4

ZAŠTO DISTRIBUIRANAPROIZVODNJA ENERGIJE?

UVODDistribuirana proizvodnja energije postaje neizo­

stavan element u kreiranju moderne energetike. Ona svakako zaslužuje najviše pozornosti u planiranju jer se odražava ponajprije na pouzdanost opskrbe, efikasnost sustava i zaštitu okoliša. Unatoč pozitivnim rezultatima uvođenja distribuiranih sustava neke se zemlje zapadne Europe zbog njih suočavaju s različitim problemima. O tome zašto je ipak i dalje važno nastaviti s procesom decentralizacije te kako plin može pridonijeti daljnjem razvoju energetike bit će ukratko riječi u nastavku.

20-20-20 – SILA KOJA VUČE PREMADISTRIBUIRANOJ PROIZVODNJI ENERGIJE

Opća svijest o negativnom djelovanju prekomjernih emisija CO2 postala je glavna pokretačka sila koja u 21. stoljeću striktno određuje smjer razvoja energetike. Usvajanjem glavnih energetskih ciljeva Europske Uni­je, kolokvijalnog naziva „20-20-20“ (u odnosu na 1990. godinu za 20%: smanjiti potrošnju energije, smanjiti emisiju CO2 i povećati udio obnovljivih izvora u uku-pnoj potrošnji primarne energije), stvoren je put prema snažnom uvođenju distribuiranih sustava za distribuira­nu proizvodnju energije, dok su energetskim subje-ktima postavljeni prilično zahtjevni kriteriji s kojima se teško nose.

CENTRALIZIRANE ENERGANE NA FOSILNA GORIVA – PROBLEM GLOBALNOG ZAGRIJAVANJA

Danas se u svijetu oko 90% električne energije proiz­vodi na bazi korištenja fosilnih goriva. Ta činjenica ne bi toliko zabrinjavala kad se ne bi znalo da su najveći izvor onečišćenja ugljičnim dioksidom upravo centralizirane energane na fosilna goriva, osobito one tradicionalnih iz­vedba i starijih generacija, uglavnom zbog njihove niske efikasnosti. Kako bi se poštovali zadani kriteriji, počelo se s uvođenjem efikasnijih distribuiranih sustava i dis­tribuiranom proizvodnjom energije. Stoga su se uvelike počeli postavljati fotonaponski paneli i vjetroturbine za proizvodnju električne energije iz obnovljivih izvora, ali i plinski uređaji poput kogeneracija, mikrokogeneracija, dizalica topline i hibridnih sustava, koji znatno poveća­

vaju efikasnost pretvorbe i također koriste obnovljive izvore energije. Smisao je jasan, lokalnim korištenjem proizvedene energije pokušati ispuniti zadane ciljeve EU-a: smanjiti energetske gubitke, povećati korištenje obnovljivih izvora energije i smanjiti emisiju CO2.

TEŠKOĆE PROIZAŠLE IZ RADADISTRIBUIRANIH SUSTAVA

Pad cijena opreme distribuiranih sustava, poticajne državne subvencije i povoljne otkupne cijene za proiz­vedenu električnu energiju doveli su do nekontroli­rane masovne instalacije distribuiranih sustava različi­tih snaga. Pritom se nije vodilo računa o adekvatnom planiranju i usklađivanju takvih projekata sa stanjem i mogućnostima energetske infrastrukture. Takvo je djelovanje izazvalo određene implikacije na opskrbu električnom energijom. Dok se centraliziranim energa­nama smišljeno upravlja tako da se opskrba usklađuje s potrošnjom, u slučaju distribuiranih sustava situacija nije nimalo takva. Na slici 1. prikazani su tipičan dnevni dijagram potrošnje i opskrba električnom energijom iz distribuiranih sustava. Ovaj je dijagram vrlo znakovit iz dva razloga:1. proizvodnja električne energije nepredvidiva je te

ima izrazito promjenjiv karakter koji nije u skladu s potrebama potrošnje. S ovakvim slučajem suočava se Njemačka, a kompleksnu situaciju dodatno oteža­va ekološki kriterij da proizvodnja električne energije iz distribuiranih sustava ima prednost pred radom centraliziranih energana. Takvom odlukom ozbiljno se ugrožava rentabilnost centraliziranih energana jer im nije omogućeno da rade punom snagom te im se angažirani broj radnih sati znatno smanjuje. Neren-tabilno poslovanje energana ima i dublje posljedice jer dovodi u pitanje i sigurnost temeljne opskrbe.

2. prekomjernom proizvodnjom električne energije iz distribuiranih izvora, u uvjetima niske potrošnje, dolazi do zagušenja mreže. Ovdje valja jasno ista-knuti da problem ne stvaraju mali distribuirani su-stavi, već oni veliki, poput vjetroparkova ili solarnih parkova jer elektroenergetske mreže, u uvjetima ve­like raspoloživosti energije vjetra i solarne energije,

OSV

RT U

REDN

IKA

5

Slika 1. Proizvodnja, potrošnja i skladištenje energije uuvjetima korištenja distribuirane proizvodnje energije

Slika 2. Odnosi potencijala obnovljivih izvora energije prema svjetskim godišnjim energetskim potrebama

like obeshrabrilo investitore u gradnji novih postrojenja, os­obito otkako je zavladala duga recesija.Važno je naglasiti da će se

unatoč aktualnom stanju ipak nastaviti s trendom ugradnje fotonaponskih sustava. Osim političkog poticaja tomu u prilog ide i činjenica da nam na raspo­laganju stoje velike količine solarne energije, koju putem solarne tehnike zasad još zane­marivo malo koristimo. O suncu kao golemom izvoru energije svje doči i slika 2. na kojoj su prika­zani odnosi između raspoloživih količina energije pojedinih ob­novljivih izvora i godišnjih ener­getskih potreba u svijetu.

Ipak, veći porast korište nja

solar

na en

ergij

a

ener

gija v

jetra

ener

gija b

iomas

ege

oter

malna e

nergi

ja

ener

gija v

odot

okov

a i m

ora

svjet

ske go

dišnje

ener

getsk

e pot

rebe

nisu uvijek sposobne preuzeti od njih svu proizvede­nu električnu energiju.

Opširnije o tim problemima može se pročitati iz novinskih članaka koje prenosimo u nastavku časopisa na stranicama 18 i 19.

Takva situacija otvorila je glavna pitanja u pogledu:• nepostojanja adekvatnoga tehničkog rješenja za skla-

dištenje, prema kojem bi se mogao, na pouzdan način, uskladištiti sav višak raspoložive električne ene rgije na dulji period i u velikim količinama.

• otežanog planiranja izgradnje budućih centraliziranih sustava zbog promjenjivosti opskrbe iz distribuiranih sustava. Ovdje valja spomenuti primjer gašenja neko­liko centraliziranih elektrana u Njemačkoj, što je uve­

fotonaponskih panela očekuje se tek onda kad im se dodatno smanji cijena i/ili poveća njihova efikasnost u proizvodnji električne energije. Prema slici 3, koju je izradio Znanstveni savjetodavni odbor Vlade SR Njemačke, takav razvoj događaja može se očekivati tek nakon 2040. g., kada će solarna energija preuzeti vodeću ulogu u proizvodnji električne energije. Istodo-bno, fosilni će oblici energije, u tom smislu, gubiti svoju važnost. Drugim riječima, u budućnosti će se opskrba energijom zasigurno bazirati na radu distribuiranih su-stava koji koriste obnovljive izvore energije.

plin - broj 3 - godina XIII - rujan 2013.

ZAŠTO DISTRIBUIRANA PROIZVODNJA ENERGIJE?O

SVRT UREDNIKA

6

Slika 4. Struktura opskrbe električnom energijom u uvjetima distribuirane proizvodnje

Slika 3. Predviđanje svjetske godišnje potrošnje primarnih oblika energije(Izvor: Znanstveni savjetodavni odbor Vlade SR Njemačke)

2000. 2010. 2020. 2030. 2040. 2050. 2060. 2070. 2080. 2090. 2100.

Nafta Ugljen Plin NE Voda Biomasa Vjetar Sunčeva el. energija Sunčeva toplina Drugi OIE

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

EJ/g

od.

KAKVA JE ULOGA PLINA?Koliko će uloga skladištenja električne energije posta­

jati sve važnija s povećanjem primjene distribuiranih sustava, pokazuje slika 4. Na području cijele elektroe-nergetske mreže, od njezina visokonaponskog dijela pa sve do distribucije, bit će nužno uskladištiti sve nje-zine viškove. Baterije, koje se i danas najviše spomi nju nepouzdana su, ograničena i vrlo skupa tehnika. S druge strane, ključna strateška prednost prirodnog plina u budućnosti energetike bit će jednostavan i relati vno

10 W 100 W 1 kW 10 kW 100 kW 1 MW 10 MW 100 MW 1 GW ...

DC/ ...48 V1~/ 230 V

3~/ 400 V3~/ 20 kV

3~/ 110...380 kVNajmanjatrošila

SEkuće

Opskrba malih isrednjih kupaca

Lokalnaopskrba

Regionalnaopskrba

Međunarodnaopskrba

Mreže izmeđukontinenata

Vrsta i razina napona

Snaga

Poje

dina

čna

isk

upna

ops

krba

Sam

osta

lni

sust

avi O

blik

ovan

jeot

očne

mre

že Proš

irenj

e in

terk

onek

cije

Mreža interkonekcija

- sunce-struja- sunce-toplina

- vjetar- voda

- nafta, plin, biomasa

- skladištenje

Podr

učje

i ra

zina

upo

rabe

Podr

učje

i ra

zina

upo

rabe

Snaga

jeftin način skladištenja u velikim količinama i na dug period.

Glavnu bi ulogu u skla­dištenju osobito mogao odigrati sintetički proiz­vedeni metan koji se može proizvesti sintezom ugljičnog dioksida i vodi­ka. Takav sintetički plin potpuno je kompatibilan s postojećom infrastru-kturom i može se, ovisno o potrebama, odaslati u distributivnu mrežu ili pohraniti u manji ili veći skladišni prostor. Na taj bi se način omogućilo da se sintetički plin upotri­jebi u nizu distribuiranih plinskih uređaja koje karakterizira izrazito vi­soka efikasnost - viša

plinova koji znatno smanjuju utjecaj na okoliš i time uvelike pridonosi propisanim energetskim obvezama. Takvom uskom povezanošću i sinergijskim djelovanjem elektroenergetskog i plinskog sustava uvelike bi se povećala pouzdanost opskrbe te omogućilo daljnje proširenje rada distribuiranih sustava i razvoj distribuirane proizvodnje energije. Što se tiče rada konvencionalnih centraliziranih energana, njihov će rad s vremenom vjerojatno biti sve više potiskivan i, ovisno o tržišnim prilikama, sveden na najmanju moguću mjeru.

od 140% (slika 5). To su primjerice kogeneraci­ja, mikrokogeneracija, trigeneracija, dizalica topline i hibridni uređaji koji dijelom iskorištava­ju energiju plina, a di­jelom energiju iz obno­vljivih izvo ra poput zraka, ze mlje, vode. Dodatna pogo dnost ko­rištenja ovakvih plinskih tehnika jest distribuira­na proizvo dnja toplin­ske i rashladne ene rgije čime se doda tno potiče racionalizacija potrošnje i povećava pouzdanost opskrbe (slika 6).

Sintetički plin pripada u tzv. grupu zelenih

plin - broj 3 - godina XIII - rujan 2013.

ZAŠTO DISTRIBUIRANA PROIZVODNJA ENERGIJE?O

SVRT

URE

DNIK

A

7

Slika 5. Efikasnost raspoloživih plinskih tehnika zadistribuiranu proizvodnju energije

Slika 6. Korištenje plinskih distribuiranih sustava udistribuiranoj proizvodnji energije

KAKO DALJE POSTUPATI U OKVIRUHRVATSKOG ENERGETSKOG RAZVOJA?

Hrvatska, koja mora nadoknaditi zaostajanje u ener­getskom razvoju za razvijenim zemljama, treba tražiti način kako to postići. Rješenja su složena u svim kom­ponentama: znanstvenoj, stručnoj, tehničkoj. O financi-jskom rješenju da se i ne govori.

Fotonaponski sustavi i vjetroelektrane mogu biti postavljani po cijeloj Hrvatskoj, ali se ipak njihov najveći efekt može postići u priobalju, odnosno na moru. Veće korištenje biomase i bioplina u kontinentalnom dijelu Hrvatske dodatno će zakomplicirati strukturu upravlja-nja energetskim sustavom, a morat će biti uklopljeni ako želimo razvijati distribuirani sustav opskrbe energi­

jom. Sve je to potrebno, u pogledu povećan­ja pouzdanosti opskrbe, pažljivo razmotriti i koordi nirati kroz prizmu apsolutne funkcio­nalnosti elektroenergetskog i plinskog sus­tava. Oni se u tom smislu nikako ne bi smjeli razmatrati zasebno, već naprotiv, zajedno. Zato je nuždan imperativ implementira­ti napredne sustave bazirane na potpunoj informatizaciji sustava, koji će omogućiti usklađenost između rada svih sastavnica energetskog sustava (od proizvodnje do po­trošnje energije), ali također us klađenost rada između različitih energetskih sustava (elektroenergetski, plinski, toplinski), i to do stupnja njihove gotove samoregulacije. To bi također pridonijelo većoj uspješnosti u funkcioniranju sustava i sigurnosti korišten­ja, uz maksimalnu energetsku efikasnost i racionalizaciju troškova. S vlastitim potenci­jalima i iskustvima ostalih zemalja ostaje na

nama da se već danas počnemo pripremati za ozbiljnu realizaciju ovog projekta te da maksimalno iskoristimo raspoloživu energetsku infrastrukturu.

U situaciji prezaduženosti države i gospodarstva, kao i posvemašnjeg lutanja u traženju rješenja za gospo­darski oporavak, svaka parcijalna odluka na području ener getike, umjesto sinergije i racionalizacije poslova-nja, može proizvesti suprotne rezultate s konačnim dalj-njim rastom ovisnosti o uvozu energije, kao i prevelikih troškova energije po jedinici BDP-a.

Kad se pripremala Strategija energetskog razvoja RH, pa čak i kad se donosila 2009. g., mnogi elementi su­vremenih energetskih trendova nisu se ni nazirali. Ti su trendovi nastali kao odziv na spoznaje o klimatskoj ugro­

zi, uzrokovanoj prekomjernim onečišćenjem atmosfere. Danas se čini nužnim ući u izradu Energetske strategije s horizontom u 2050., i to strategije kojom se definiraju vizija i misija na osnovi današnjih svjetskih razmišl­janja i tehnoloških trendova. U takvom se dokumentu za razdoblje do 2025./30. moraju definirati konkretni strateški cilje­vi, a u skladu s njima i precizirati onaj dio politika kojima se osigurava i konvergencija energetskog sektora, odnosno njegovih sas­tavnica. Da bude posve jasno, akti vnosti na izradi nove strategije nipošto ne znače zaus­tavljanje projekata o kojima su investitori donijeli odluke.

autori:prof. dr. sc. Miljenko Šunić, dipl. ing.

Nenad Kukulj, dipl. ing. dr. sc. Stevo Kolundžić, dipl. ing.

plin - broj 3 - godina XIII - rujan 2013.

ZAŠTO DISTRIBUIRANA PROIZVODNJA ENERGIJE?O

SVRT UREDNIKA

VISOKA EFIKASNOST JE ODLIKAPLINSKIH DISTRIBUIRANIH SUSTAVA

Zeolitska plinska dizalica topline