Energja vetra u Srbiji
Поставио: Маја | Категорија: Некатегоризовано | Коментара: 0 | Датум: 9. јун, 2009 |
Energija vetra
Energija sadržana u kretanju vazdušnih masa – vetru -oduvek je pobuđivala pažnju istraživača koji su želeli da je korisno upotrebe. Jedra, a kasnije i vetrenjače bili su jedini način za pretvaranje energije vetra u mehanički rad. Od svih izazova koji stoje danas na raspolaganju savremenom čoveku postoji jedan koji pleni svojom uzvišenoću i snagom. To je trka oko sveta. Pored svih mogućih prevoznih sredstava jedino se u jedrenju odrzavaju trke oko sveta što na slikovit način govori o moći vetra. Sada, a i u budućnosti energija vetra se pokazala kao najozbiljniji obnovljiv izvor energije pri dostignutom razvoju tehnologije.
Osnovni razlozi za to su:
• neizmerna količina energije
• mogućnost pretvaranja u električnu energiju pomoću vetrogeneratora
• pad cena vetrogeneratora i prateće opreme srazmerno sve većoj upotrebi energije vetra
• ekološki potpuno čist način pretvaranja energije
• mala zauzetost zemljišta
Energetske krize, smanjenje zaliha fosilnih goriva i enormno zagađivanje planete uticali su da se industrija za proizvodnju vetrogeneratora (VTG) poslednjih 30 godina razvijala u svetu skoro istom dinamikom kao i industrija računarske opreme, a danas se smatra vrlo stabilnom i perspektivnom. Po predviđanjima mnogobrojnih eksperata, očekuje se dalji intenzivan rast instalisanih kapaciteta, a trendovi daljeg povećanja ekonomičnosti, kao i sve ozbiljnije pogoršanje stanja životne sredine, potvrđuju takve pretpostavke. Do kraja 2001. godine u svetu je instalisano 56.000 vetrogeneratora sa kapacitetom od 25 GW. Prošle godine je povećanje kapaciteta iznosilo 55%. Nemačko tržište ima i dalje najveći udeo, tržište SAD drži drugo, a Španija je došla na treće mesto. Energetski deficit i neminovnost upotrebe ekološki čistih izvora energije primoraće i Srbiju da počne da investira u razvoj i eksploataciju energije vetra. Tehnologija korišcenja energije vetra Pretvaranje energije vetra u elektičnu energiju vrši se pomoću vetrogeneratora. Vetrogenerator pretvara kinetičku energiju vazduha koji se kreće (vetra) pomoću lopatica rotora (elise), prenosnog mehanizma I elektrogeneratora u električnu energiju. Energija dobijena iz vetra zavisi od srednje brzine vetra i to tako što je proporcionalna trećem stepenu brzine vetra.
Vetrogenerator ne može da transformiše celokupnu kinetičku energiju vetra koji struji kroz površinu koju obuhvataju kraci rotora. Albert Dec je 1919. godne dokazao da je: Ulazno-izlazna karakteristika vetrogeneratora nominalne snage 660 kW maksimalno 59% ukupne kinetičke energije vetra može pretvoriti u mehaničku energiju rotora vetrogeneratora. Proizvođači vetrogeneratora uglavnom daju krivu izlazne snage u zavisnosti od brzine vetra. Moderni vetrogeneratori počinju da proizvode električnu energiju već pri brzini vetra od 2,5 m/s, a zaustavljaju se iz bezbednosnih razloga pri brzini od 25 m/s. Vetrogenerator može da obezbedi ekonomičnu proizvodnju struje ukoliko je srednja godišnja brzina vetra veća od 6 m/s. Usled trenja između struje vazduha i tla, kao i unutrašnjeg viskoznog trenja brzina vetra raste sa povećanjem visine iznad tla. Jasno je da na profil brzine vetra utiče hrapavost terena, prisustvo prirodnih i veštačkih prepreka kao i drugi topografski elementi. Pošto se ovi parametri razlikuju od lokacije do lokacije potrebno je prilikom izbora lokacije voditi računa da se dosegne što povoljnija srednja godišnja brzina vetra. Od toga direktno zavisi količina proizvedene električne energije. Čak i male greške u odabiru najpovoljnije lokacije u dugogodišnjem bilansu proizvodnje daju značajna umanjenja isplativosti investicije. Mali i vrlo mali vetrogeneratori snage do 3 kW prave se direktnim povezivanjem elise I elektrogeneratora bez prenosnog mehanizma (reduktora) čime im se smanjuje cena. Mali vetrogeneratori namenjeni su individualnoj upotrebi i najčešce služe za punjenje akumulatora tamo gde ne postoji električna mreža, a energija se obično koristi za osvetljenje i TV prijemnik.
Vetrogeneratori srednjih snaga do nekoliko desetina kilovata daju trofaznu struju i obično se priključuju na niskonaponsku distributivnu mrežu. Na izlazu vetrogeneratora dobija se naizmenična trofazna struja napona 690 V i frekvencije 50/60 Hz. Pomoću transformatora se napon podiže na 10 – 30 kV što odgovara naponu srednjenaponskih mreža. Svi vetrogeneratori većeg kapaciteta (od 10 kW do 3 MW) koriste se kao elektrane, što znači da proizvedenu energiju predaju elektroenergetskom sistemu. Najčešce primenjivani moderni vetrogeneratori su kapaciteta od 500 kW do 3 MW mada se grade i veći. Najekonomičnija primena vetrogeneratora je njihovo udruživanje na pogodnim lokacijama u takozvanu farmu vetrenjača. Takva elektrana može da ima kapacitet od nekoliko MW do nekoliko stotina MW koji obezbeđuje više desetina vetrogeneratora.
Ekonomičnost korišcenja energije vetra
Na osnovu dosadašnjih iskustava u gradnji vetrogeneratora došlo se do orijentacione vrednosti investicija od oko 700 do 1000 E po instalisanom kW. Vetrogenaratori, a samim tim i farme vetrenjača su znatno pojeftinili u poslednjih desetak godina i ta tendencija će se i dalje nastaviti. Na taj način je i cena električne energije dobijene iz vetro i generatora drastično smanjena. Na to je dodatno uticalo I smanjenje operativnih troškova i rast efikasnosti i pouzdanosti. Obzirom da kod korišcenja energije vetra, kao i kod mnogih drugih obnovljivih izvora energije, nema troškova goriva, posle investicione izgradnje jedini troškovi su operativni i troškovi održavanja. Investicioni troškovi se kreću od 75% do 90% ukupnih troškova. Investicioni troškovi su troškovi izgradnje vetrogeneratora ili farme vetrenjača, uključujući troškove izgradnje pristupnih puteva ukoliko je potrebno i troškove priključivanja na elektroenergetski sistem. Obično su lokacije sa povoljnim uslovima za gradnju farme vetrenjača udaljene od drumskih i energetskih magistrala i to povezivanje utiče na povećanje investicionih troškova. Cena vetrogeneratora se kreće od 600 do 900 E po instalisanom kW. Sa povećanjem brzine vetra raste koeficijent korisnog dejstva što postavlja zahtev za podizanjem visokih stubova. Finansijski efekti u značajnoj meri utiču na odluku o investiranju u proizvodnju električne energije pomoću vetrogeneratora. Iako cena električne energije iz vetra zavisi od raznih institucionalnih faktora, referentne vrednosti se mogu izračunati primenom preporučene prakse za proračun cena električne energije, od strane Međunarodne agencije za energiju.
Zbog širokog opsega kamatnih stopa mora se izračunati visoka, srednja i niska cena električne energije. Osnovne pretpostavke su date u tabeli a podaci se odnose na klasu vetrogeneratora kapaciteta 600 – 750 kW. U kalkulaciju se ušlo sa pretpostavljenim rastom investicionih troškova od 8% po priraštaju brzine vetra za svaki m/s, iznad 7 m/s.
Količina godišnje proizvodnje električne energije redukovana je za gubitak od 10%, iako, zbog visokog stepena pouzdanosti od 98%, stvarni gubici mogu biti i manji.
Dobijene cene su date u dijagramu gde se može videti da pri brzini od 6 m/s, cena varira u opsegu od 0,045 do 0,09 E/kWh. Državna podrška proizvodnji nuklearne energije i proizvodnji uglja širom Evrope i Amerike čine da se troškovi električne energije dobijene iz ovih izvora prikazju manjim od realnih.
Takođe, energija iz vetrogeneratora se obično proizvodi bliže potrošačima čime se smanjuju gubici u prenosu električne energije I ovako dobijena energija ima povećanu konkurentnost. Prilikom razmatranja cene električne energije iz vetrogeneratora treba razmotriti i uticaj eksternih troškova.
Eksterne troškove je teže kvantifikovati ali su oni vrlo realni i mogu se podeliti u tri kategorije:
• Skriveni troškovi koje snose vlade, uključujući subvencije industriji za proizvodnju električne energije i istraživačke i razvojne troškove, porezi, oslobađanja od poreza,
• Troškovi nastali usled emisije štetnih gasova (ne uključujući CO2) koji utiču na zdravlje i životnu sredinu,
• Troškovi globalnog zagrevanja koji se pripisuju emisiji CO2.
Opšte prihvaćeno mišljenje je, da je cena električne energije dobijene od vetra padala mnogo brže od cena dobijenih iz drugih izvora, kao i da će se taj trend u budućnosti i nastaviti.
Faktori koji izazivaju permanentni pad cena vetrogeneratorskih sistema su:
• trend izgradnje većih turbina
• opadanje infrastrukturnih troškova
• povećanje efikasnosti vetrogeneratora
• smanjenje troškova sirovina od kojih se izrađuju vetrogeneratori.
Uticaj vetrogeneratora na životnu sredinu
Energetika je jedan od najvećih globalnih zagađivača, gledano kroz emisiju zagađujućih materija i otpad koji se stvara kao posledica proizvodnje. Štetni uticaji na životnu sredinu od proizvodnje električne energije, mogu se podeliti na tri grupe:
• emisija štetnih gasova (bez emisije CO2)
• emisija CO2
• otpad koji nastaje u procesu proizvodnje (radioaktivni,pepeo, gips, ulja)
Narastanje brige o zaštiti životne sredine, postaje svetski pokret. Rezultat delovanja ogleda se u konkretnim aktivnostima na globalnom nivou: borba protiv zagađenja, borba protiv globalnog zagrevanja i klimatskih promena, borba za racionalnije korišcenje resursa.
Prilikom planiranja novih kapaciteta, mnoge energetske kompanije se odlučuju za farme vetrenjača zbog toga što njihova primena ima ekonomskog i ekološkog smisla. Evropska Unija je zbog izgradnje vetrogeneratorskih kapaciteta intenzivnije od očekivane uradila reviziju strategije čime je povećala cilj sa 20.000 na 40.000 MW instalisane snage vetrogeneratora do 2010. godne.
Svaki kWh proizveden obnovljivim izvorima energije, zamenjuje isti koji bi s druge strane trebao da bude proizveden u elektranama na fosilno gorivo, što ima za posledicu redukciju negativnih uticaja na životnu sredinu, a naročito emisije CO2 u atmosferu. Među svim obnovljivim izvorima energije, energija vetra je rangirana kao jedna od najjeftinijih opcija za smanjenje emisije CO2, ali i emisije drugih zagađujućih materija.
Moderni vetrogenerator od 600 kW će tokom svog radnog veka na prosečnoj lokaciji, u zavisnosti od vetrovitosti mesta i stepena iskorišcenja kapaciteta, sprečiti emisiju za otprilike 20.000 do 36.000 tona zagađujućih materija. Negativni trendovi u korišcenju fosilnih goriva nameću značajna istraživanja u cilju iznalaženja efikasnih načina korišcenja obnovljivih izvora energije. Energija vetra, već pri sadašnjem stanju tehnologije, zbog neiscrpnosti vetra i široke rasprostranjenosti na svim svetskim meridijanima, može značajno doprineti stabilnosti i raznolikosti u energetskom snabdevanju, uz istovremeno smanjenje štetnih atmosferskih emisija.
Urbanizacija, otpad, zagađenje tla su faktori koji bitno aktuelizuju problem očuvanja poljoprivrednog zemljišta. Stoga pri valorizaciji neke tehnologije nije nebitan parametar neophodno zaposednuto zemljište. Termoelektrane zaposedaju velike površine zemljišta (za objekte, deponiju pepela). Površina se znatno uvećava kada se uključe površine zaposednute površinskim kopovima uglja, odlagalištima jalovine i transportnim putevima.
Kod hidroelektrana, velike površine zemljišta, često najplodnijeg, potapaju se i bivaju izgubljene za poljoprivredu. Farme vetrenjača su izuzetno ekonomične po pitanju iskorišcenja zemljišta. Veći deo zaposednutog zemljišta na kome je izgrađena farma (oko 99%) može se za vreme eksploatacije koristiti za poljoprivredu.
Negativni uticaji vetrogeneratora na životnu sredinu postoje ali su ti uticaji zanemarljivi u poređenju sa pozitivnim elementima. Takođe u toj proceni postoje subjektivni elementi, neinformisanost kao i loša interpretacija. Vizuelni efekat, buka, ometanje radio telekomunikacija i uticaj na ptice su relativno beznačajne negativne karakteristike vetrogeneratora i mogu se lako izbeći ili umanjiti.
Energetske potrebe Srbije
Da bi se dao odgovor na pitanje o količini kvalitetnog vetra koji bi se mogao na ekonomski isplativ način konvertovati u električnu energiju, potrebno je, pored karakteristika vetra, voditi računa o: rezervama fosilnih goriva, ceni električne energije iz fosilnih goriva, očuvanju životne sredine, količinama naftnih derivata I gasa koje uvozi naša zemlja, trendu rasta I strukturi potrošnje energije i slično.
Ukupna raspoloživa snaga na pragu elektrana u elektroenergetskim sistemima Srbije iznosi oko 9 GW, pri čemu 66,7% čine termoelektrane. Godišnja proizvodnja električne energije u Srbiji je u toku 2005. Godine iznosila oko 40 TWh. Na osnovu ovih podataka se izračunava da je srednji faktor iskorišcenja proizvodnih kapaciteta u Srbiji 47%. Prosečni faktor iskorišcenja kapaciteta vetrogeneratora je u opsegu 20% do 40%, zavisno od stabilnosti vetra, sposobnosti mreže da preuzme električnu energiju i od drugih meteoroloških i tehničkih parametara. Ovo znači da objektivno 1 MW proizvodnih kapaciteta u prosečnom vetrogeneratoru u kvantitativnom energetskom smislu odgovara oko 0,5 MW instalisanih u prosečnoj hidro ili termoelektrani. Međutim, energija koju proizvodi vetrogenerator je vršnog karaktera, jer vetra prosečno najviše ima onda kada je potrošnja najveća, što znači da kvalitativno energiju vetra treba valorizovati sa oko 20% u odnosu na energiju koju generišu termoelektrane što svakako treba imati u vidu pri formiranju cene električne energije proizvedene u vetrogeneratorima. I pored preduzetih mera u pogledu povećanja energetske efikasnosti i revitalizacije proizvodnih i prenosnih kapaciteta u EPS-u se od 1997. god. permanentno javlja deficit u električnoj energiji. Taj deficit je u 2005. godini iznosio oko 6,5 TWh što čini preko 10% ukupne nacionalne potrošnje, koja je u 2005. iznosila skoro 40 TWh. Debalans u proizvodnji i potrošnji električne energije je u proteklom periodu rešavan uvozom skupe električne energije I restriktivnim merama u isporuci električne energije. Prevazilaženje elektoenergetske krize moglo bi se rešiti kupovinom i montažom 2000 do 3000 vetrogeneratorskih jedinica prosečne snage 1 MW, uz uslov da je naš tehnički iskoristiv vetropotencijal veći od 3 GW. U daljem tekstu biće pokazano da Srbija ima tehnički iskoristiv vetropotencijal u rasponu od 8 do 15 GW što je znatno više od našeg trenutnog deficita u električnoj energiji. Ako se uzme u obzir i rast potreba za električnom energijom srazmeran pretpostavljenom privrednom rastu, dolazi se do imperativnog zahteva za aktiviranjem vetro potencijala. Model za procenu vetroenergetskog resursa
U Srbiji nisu sprovedena opsežnija namenska merenja vetra u cilju određivanja globalnog vetropotencijala. Na osnovu modela koji se bazirao na iskustvenim podacima drugih zemalja korisno je analizirati trenutno stanje instalisanih kapaciteta i
procenjenog vetropotencijala u zemljama Evropske Unije.
Oko 50% vetroenergetskih kapaciteta je koncentrisano u Nemačkoj, koja je početkom 1996. godine imala instalisano 1132 MW da bi u junu 2003. godine oko 15.000 vetrogeneratorskih jedinica ukupne instalisane snage od 12.500 MW učestvovalo sa oko 5% u ukupnoj proizvodnji električne energije u ovoj zemlji. Vodeću ulogu u Evropi i svetu u pogledu odnosa izgrađenih vetrogeneratorskih postrojenja prema površini ima Danska (koja trenutno ima instalisano oko 4 GW u vetrogeneratorima koji učestvuju sa oko 30% u ukupnoj nacionalnoj proizvodnji električne energije). Obzirom da Nemačka i Danska imaju najveće iskustvo u oblasti vetroenergetike, kao i verifikovane procene svog globalnog vetroenergetskog potencijala kroz značajna izgrađena vetroenergetska postrojenja, prirodno je pokušati uspostaviti određenu sličnost i analogiju između njihovih vetroenergetskih potencijala i potencijala Srbije. Vetropotencijal Danske je sadržan u kopnenim i morskim priobalnim vetrovima. Pored izgrađenih 4GW u vetrogeneratorima, Vlada Danske je odobrila gradnju novih 5 GW do 2010. godine a dugoročni planovi (do 2020.) su izgradnja ukupno 10 GW koji bi proizvodili oko 50% nacionalnih potreba za električnom energijom. Na osnovu ovih planova koji se temelje na realnim vetroenergetskim resursima, može se zaključiti da su vetroenergetski resursi Danske oko 20 GW. Ovaj podatak je potvrđen i na internet sajtu minstarstva za energetiku Danske. Oni eksplicitno tvrde da je njihov tehnički iskoristiv vetroenergetski potencijal: P = 20 GW = 20.000 MW, od čega je oko 50% koncentrisano.
Oblasti u Srbiji pogodne za korišcenje energije vetra
Oblasti korišcenja energije je 50% u morskim, a 50% u kopnenim vetrovima. Ovaj podatak može se uzeti kao pouzdan jer je rezultat dugogodišnjeg iskustva i opsežnih merenja koja su korigovana na osnovu praktičnih iskustava. Analizirajući mapu vetrova Srbije koju jeformirao hidrometeorološki zavod bivše SFRJ vetrovi u Srbiji su slabiji nego u Danskoj tako da iako imamo skoro dvostuko veću površinu može se proceniti da je tehnički iskoristiv vetropotencijal na tritoriji Srbijr oko: P = 20 GW = 20.000 MW. Ministarstvo za ekonomiju Nemačke je u studiji o vetroenergetskom potencijalu kopnenih vetrova u Nemačkoj iznelo podatak da je ukupni iskoristivi vetropotencijal kopnenih vetrova u Nemačkoj oko 64.000 MW instalisane snage vetrogeneratora.
Analizirajući vetrove Nemačke i Srbije može se konstatovati da su intenziteti srednjih godišnjih brzina vetrova jako slični. Pod pretpostavkom da su brzine vetrova u Srbiji 10 do 20% manje nego u Nemačkoj, može se usvojiti da je vetroenergetski potencijal manji za 40% što uzimanjem u obzir i površine Srbije dovodi do vrednosti od: P = 11 GW = 11.000 MW. Dakle, na osnovu uporednih analiza može se zaključiti da je globalni tehnički iskoristiv vetroenergetski potencijal u S r b i j i : P = [8 ÷15] GW = [8.000 ÷ 15.000] MW, odnosno, ako bi vetrogeneratori radili sa faktorom iskorišcenja od 20% mogli bi proizvesti električnu energiju od 17.500 GWh/god ili 17,5 TWh/god.
Osnovni tehnički problem integracije vetrogeneratora u elektroenergetski sistem je sadržan u samoj prirodi vetra. Vetar kao stohastički izvor ima mali stepen kompatibilnosti pa se javljaju problemi u planiranju i regulaciji elektroenergetskih sistema koji imaju veliko procentualno učešće vetrogeneratora u ukupnoj proizvodnji električne energije. Prema studijama koje su se bavile analizom maksimalnog učešća vetrogeneratora u ukupnoj proizvodnji prosečnog EPS-a , pokazalo se da je tehnički maksimum učešća vetrogeneratora u ukupnoj globalnoj proizvodnji električne energije oko 20%. Ovaj stepen participacije vetrogeneratora podrazumeva postojeće konfiguracije elektrenergetskih sistema. Pojačanjem interkonekcije i izgradnjom akumulacionih sistema ovaj procenat se može povećati.
Elektroenergetski sistemi Srbije su strukturno povoljni za integraciju vetrogeneratora Postojanje reverzibilne hidrolektrane Bajina Bašta omogućava preuzimanje viška električne energije u uslovima pojačanog vetra odnosno proizvodnje vetrogeneratora. Takođe, stabilni hidropotencijali (Đerdapske hidroelektrane) mogu da obezbede efikasnu regulacionu rezervu i time stabilan rad sistema i u uslovima velike varijacije u proizvodnji vetrogeneratora. Dakle, postojeća struktura električnog proizvodnog sistema u Srbiji omogućava uključenje vetrogeneratora u elektroenergetski sistem. Što se tiče prenosnog sitema, on bi priključenjem vetrogeneratora bio u značajnoj meri rasterećen jer se vetrogeneratori priključuju po pravilu na distributivne
sisteme. Osim rasterećenja bili bi smanjeni i gubici u prenosnoj mreži na račun decentralizacije proizvodnje. Obzirom da je vetar
stohastički izvor, važno je analizirati u kojoj meri se poklapaju godišnje fluktuacije vetra i zahtevi potrošača za električnom energijom.
Analiza regiona u Srbiji pogodnih za izgradnju vetrogeneratora
U Srbiji postoje potencijalno pogodne lokacije za izgradnju vetrogeneratora:
1. Istočni delovi Srbije – Stara Planina, Vlasina, Ozren, Rtanj, Deli Jovan, Crni Vrh itd. U ovim regionima postoje lokacije čija je srednja brzina vetra preko 6 m/s. Ova oblast prostornorgije u EPSu 2001. gotorno pokriva oko 2000 km2 i u njoj bi se perspektivno moglo izgraditi oko 2000 MW instalisane snage vetrogeneratora.
2. Zlatibor, Žabljak, Bjelasica, Kopaonik, Divčibare su planinske oblasti gde bi se merenjem mogle utvrditi pogodne mikrolokacije za izgradnju vetrogeneratora.
3. Panonska nizija, severno od Dunava je takođe bogata vetrom. Ova oblast pokriva oko 2000 km2 i pogodna je za izgradnju vetrogeneratora jer je izgrađena putna infrastruktura, postoji električna mreža, blizina velikih centara potrošnje električne energije I slično.
U perspektivi bi se u ovoj oblasti moglo instalirati oko 1500 do 2000 MW vetrogeneratorskih proizvodnih kapaciteta.
Zaključak
U proizvodnji električne energije nijedan izvor energije nije imao tako dinamičnu ekspanziju u poslednjih dvadesetak godina. Savremeni verogeneratori dostižu snagu od 5 MW i više, a po ekonomičnosti su izjednačeni sa klasičnim izvorima energije.
Konkurentnost im se značajno povećava pogotovo kada se u poređenja uvrsti uticaj na životnu okolinu.
U narednom periodu može se očekivati da će energija vetra kao najznačajniji obnovljiv izvor zauzeti značajno mesto u ukupnom svetskom energetskom bilansu.
Za Srbiju je primena obnovljivih izova energije primarni cilj oko koga treba da se okupe stratezi energetskog razvoja, političari i stručnjaci. Pri sadašnjem konstantnom deficitu električne energije najbrži put u praćenju potrošnje energije je štednja i gradnja postrojenja za eksploataciju obnovljivih izvora energije.
Postavi pitanje ili komentar