Seminarski EMP

8/17/2019 Seminarski EMP

1/20

JU MJEŠOVITA ELEKTROTEHNIČKA ŠKOLSKA GODINA I DRVOPRERAĐIVAČKA SREDNJA ŠKOLA 2015./2016.

BIHAĆ

MATURSKI RAD Predmet: Elektromotorni pogoni

Tema: Elektrane

MENTOR: UČENICI:Benjamin Haurdić, dipl. ing. Ajdin Dizdarić

Ahmed Duraković Razred: IV3

BIHAĆ, maj, 2016.god.


2/20


3/20

Sadržaj

1. Uvod ....................................................................................................................................... 1

2. Termoelektrane ....................................................................................................................... 2

2.1. Plinsko-turbinsko postrojenje .......................................................................................... 3

2.2. Parno-turbinsko postrojenje ............................................................................................ 4

2.3. Kombinirano postrojenje ................................................................................................. 5

2.4. Dijelovi termoenergetskog postrojenja ........................................................................... 6

2.5. Utjecaj termoelektrana na okoliš ..................................................................................... 7 3. Hidroelektrane ........................................................................................................................ 8

3.1. Vrste vodnih turbina ........................................................................................................ 9

3.2. Pumpno-akumulacijske (reverzibilne) hidroelektrane .................................................. 10

4. Vjetroelektrane ..................................................................................................................... 11

4.1. Prednosti i nedostatci vjeroelektrana ............................................................................. 12

4.2. Izbor položaja vjetroelektrana....................................................................................... 13 4.3. Vjetropotencijal ............................................................................................................. 14

5. Solarne termalne elektrane ................................................................................................... 15

5.1 Vrste solarnih elektrana .................................................................................................. 16


4/20

1

1. Uvod

Elektrane su postrojenja u kojima se oblici primarne energije ili energije Sunčevog

zračenja preobražuju u električnu energiju. Primarne oblike energije možemo podijeliti naklasične (konvencionalne) i alternativne (nekonvencionalne). Klasični oblici energije suunutarnja energija (nafta, ugljen, plin), potencijalna energija (vodne snage) te nuklearna

energija (fisija). Među alternativne izvore energija spadaju unutarnja energija (bioplin, biomasa, uljni škriljevci), potencijalna energija (plima i oseka, valovi), kinetička energija(vjetar), toplinska energija (suhe stijene u Zemljinoj kori, more, vrući izvori), nuklearnaenergija (fuzija lakih atoma), te zračenje (Sunce).

Osnovna značajka svake elektrane je njezina instalirana snaga koja se dobije kaoaritmetički zbrir naznačenih prividnih snaga s natpisnih pločica generatora u (MVA) ilinazivnih snaga primarnih pogonskih strojeva u (MW). Instalirana snaga je istovremeno i

nazivna snaga elektrane.

Tipovi elektrana:-

Termoelektrane (također nuklearne elektrane i geotermalne elektrane)- Hidroelektrane

-

Vjetroelektrane

- Solarne termalne elektrane

Na okoliš vrlo nepovoljno utječu termoelektrane. Kod termoelektrana (klasičnih-hlađenih) dva su osnovna učinka koji utječu na onečišćenje okoliša. Prvi i osnovni je učinakkoji nastaje zbog izgaranja fosilnih goriva. Drugi i manje bitni jest toplinsko onečišćenje rijekaili jezera.

Kod izgaranja u atmosferu se ispuštaju plinovi kao što su CO2, CO, NOX, SO2, različitiugljikovodici (CmHn). Od svih navedenih ugljik dioksid (CO2, ) i voda (H2O) nisu direktno

otrovni za ljude. Nuklearne elektrane isto tako proizvode otpad. Jedna vrsta je radioaktivni

otpad, dok je druga vrsta otpada vruća voda. Najveći problem se javlja pri skladištenjuradioaktivnog otpada. Otpad se mora skladišti u specijalnim bazenima ili suhim kontejnerima,a njegovo razlaganje je prilično dugo. Najpovoljniji tipovi elektrana s ekološkog stajališta su hidroelektrane, vjetroelektrane i solarne elektrane. One ne zagađuju okoliš obzirom da sekoriste obnovljivim izvor ima energije. U cilju zaštite okoliša, sve veći naglasak stavlja seupravo na elektrane na obnovljive izvore, a u budućnosti, realno je za očekivati da će one

preuzeti proizvodnju većine električne energije u svijetu.


5/20

2

2. Termoelektrane

Termoelektrane su energetska postrojenja koje energiju dobivaju sagorijevanjem

goriva, a glavna primjena i svrha termoenergetskih postrojenja je proizvodnja pare koja će

pokretati turbinu, a potom i generator električne energije.

Osnovna namjena im je proizvodnja i transformacija primarnih oblika energije u

koristan rad, koji se kasnije u obliku mehaničke energije dalje iskorištava za proizvodnjuelektrične energije. Mehanička energija je proizvedena uz pomoć toplinskog stroja koji transformira toplinsku energiju. Imamo pretvaranje kemijske energije u toplinsku koja se pak

različitim procesima predaje nekom radnom mediju. Radni medij pak služi kao prijenosnik teenergije, često izgaranjem goriva, u energiju vrtnje.

Prema vrsti pokretača (stroj koji u slijedu energetske transformacije prvi pretvara bilokoji oblik energije u mehaničku energiju) dijelimo ih na:plinsko-turbinsko postrojenje (kružna

postrojenja), parna turbinska postrojenja te kombinirana postrojenja.


6/20

3

2.1. Plinsko-turbinsko postrojenje

Plinsko-turbinsko postrojenje koristi dinamički pritisak od protoka plinova za direktnoupravljanje turbinom. Sam proces koji se događa u plinskoj turbini nije toliko različit od parne

turbine. Naravno različit je medij koji ekspandira, postupak dobivanja radnog medija je takođerdrugačiji, no sam proces koji se događa u turbini je vrlo sličan. Razlika je ta što je pad entalpijeu plinskoj turbini mnogo manji te porast volumena veći. Ako želimo povećati stupanjiskorištenja moramo povećati temperaturu medija koji ulazi u turbinu.Tu se javlja problemhlađenja, pogotovo samih lopatica. Kako bismo ohladili lopatice koristimo komprimirani zrakiz kondenzatora. Naravno dovođenje zraka za hlađenje će smanjiti i snagu postrojenja. Današnjirazvoj materijala nam je omogućio da i izborom materijal povećamo otpornost na temperatur u.Za izradu lopatica se danas koriste visoko legirani materijali na bazi nikla koji uspješno podnoseviše temperature. Naravno bez obzira na ova dostignuća na području materijala moramoosigurati hlađenje lopatica.U plinskim elektranama se mehanička energija pretvara u električnu

pomoću plinskih motora, koji se najčešće grade kao četverotaktni motori. Ove elektrane su

obično u sustavu metalurgijskih postrojenja radi iskorištenja plinova iz visokih peći ili u sustavukoksara i postrojenja za dobivanje plinova radi iskorištenja plinova koji nastaju pri dobivanjukoksa, zatim za iskorištavanje zemnog plina itd. Ako želimo povećati stupanj iskorištenjamoramo povećati temperaturu medija koji ulazi u turbinu.Svako plinsko-turbinsko postrojenjesastoji se od kompresora, komore za izgaranje i plinske turbine. Princip rada : kompresor služiza stlačivanje zraka kojeg usisava iz okoliša te ga komprimira do nekog zadanog tlaka,komprimirani zrak dovodi se do komore izgaranja gdje se grije uslijed izgaranja goriva. Smjesa

koja nastaje (zagrijani zrak i plinovi izgaranja) ekspandiraju u plinskoj turbini gdje stvaraju

moment koji se iskorištava u proizvodnji električne energije i pri radu kompresora.


7/20

4

2.2. Parno-turbinsko postrojenje

Princip rada parnog - turbinskog postrojenja: proizvedena para uz pomoć topline,dobivena izgaranjem goriva, odvodi se u turbinu gdje na razne načine ekspandira stvarajući

moment koji pak služi za proizvodnu električne energije u generatoru. Koristi dinamički pritisak generatora trošenjem vodene pare za okretanje lopatica turbine. Najveći broj velikihtermoelektrana je s parnim pogonom, kod kojih se uglavnom koriste parne turbine (oko 80 %

električne energije je proizvedeno korištenjem parnih turbina) neposredno spojene sgeneratorom (turbo-generator). U ovim elektranama toplina dobivena sagorijevanjem goriva

predaje se vodenoj pari koja u parnim turbinama proizvodi mehaničku energiju, a koja se ugeneratoru pretvara u električnu energiju. Prema drugom zakonu termodinamike sva toplinskaenergija ne može biti pretvorena u mehaničku energiju, zato je toplina uvijek izgubljena uokolini. Ako je ovaj gubitak primijenjen kao korisna toplina, za industrijske procese ili grijanje

okoline, parno postrojenje se odnosi na kogeneraciju parnog postrojenja. Klasično parno-turbinsko postrojenje zasniva se na Rankineovom ciklusu poznatom iz termodinamike.


8/20

5

2.3. Kombinirano postrojenje

Kombinirano postrojenje ima oboje: plinske turbine ložene prirodnim pl inom,parnikotao te parnu turbinu koja koristi iscrpljeni plin iz plinske turbine kako bi se proizveo

elektricitet, tj. to je ciklus koji se sastoji od plinsko-turbinskog i parno-turbinskog dijela. Glavnesastavnice su naravno plinska i parna turbina. Osnovna namjena ovakvih postrojenja je da se

iskoristi toplina nastala na izlazu iz plinske turbine. Budući da ispušni plinovi koji izlaze iz plinske turbine imaju izuzetno visoke temperature, oko 600 °C mogu se iskoristiti kao sredstvokoje će grijati vodu i proizvoditi vodenu paru za parnu turbinu. Time povećavamo iskoristivostsamog procesa, jer je toplina koju bi inače izgubili iskorištena za daljnju proizvodnju pare.Iskoristivost takvog postrojenja doseže i do 60%. U kombiniranom postrojenju kompresorkom primira zrak i šalje ga u komoru izgaranja gdje se istovremeno dovodi gorivo za izgaranje.Plinovi izgaranja vrlo visoke temperature vode se iz komore izgaranja u plinsku turbinu, gdje

ekspandiraju dajući koristan rad na vratilu spojenom na rotor plinske turbine. Vratilo pokrećegenerator električne struje i proizvodi električnu energiju koja se šalje u mrežu. Nakon

ekspanzije, ispušni se plinovi iz plinske turbine vode u utilizator (generator pare na otpadnutoplinu). Jedna od vrlo dobrih karakteristika plinske turbine je ta što je kod nje prisutan vrlovisok omjer zrak/gorivo budući se dodaje nekoliko puta više zraka zbog hlađenja lopatica

plinske turbine. Zbog toga na izlazu iz plinske turbine ostaje još dosta neiskorištenog zraka tese taj višak zraka koristi za izgaranje dodatnog goriva u utilizatoru. U utilizatoru se napojnavoda zagrijava do isparavanja i pregrijava na zadane parametre. Pregrijana para odlazi iz

generatora pare u parnu turbinu gdje ekspandira i predaje mehanički rad generatoru električnestruje. Nakon toga para, sada već niskih parametara, odlazi u kondenzator gdje kondenzira.

Nakon kondenzacije, voda se napojnom pumpom vraća u utilizator na ponovno zagrijavanje.Već je napomenuto da ovim principom povećavamo iskoristivost čitavog procesa. Razlog

pronalazimo u osnovama termodinamike. Temelje možemo vidjeti u temeljnom Carnotovom procesu (izentropsko-izotermnom). Princip je sljedeći: ako su temperaturne razlike manje,manji je i prijenos topline. Dakle nama je od izuzetne važnosti da je ta razlika temperatura „spremnika“ što veća. Naravno idealni slučaj bi bio ako bi temperatura radne tvari kod dovođenjatopline bila jednaka temperaturi ogrjevnog spremnika, a temperatura radne tvari kod odvođenja

postane jednaka temperaturi rashladnog spremnika. Tada govorimo o idealnom Carnotovom

procesu. Znamo da kod Carnotovog procesa iskoristivost ovisi samo o temperaturi, odnosno

temperaturi toplinskih spremnika te se nikakvim drugim varijablama ta iskoristivost ne može promijeniti.


9/20

6

2.4. Dijelovi termoenergetskog postrojenja

Dijelovi termoenergetskog postrojenja: generator pare, turbina, generator električneenergije, kondenzator, kondenzatorska pumpa, napojna pumpa, rashladni toranj te spremnik

napojne vode te pregrijači pare, međupregrijači, ekonomajzeri i sl. (kao sastavni dio generatora pare).- Komora izgaranja

Komora izgaranja sastoji se od dva cilindra. U prvom se odvija izgaranje prilikom čegase razvijaju visoke temperature te se tako štiti vanjski cilindar od djelovanja zračenja topline.Cilindri su međusobno povezani te se između njih odvija prostrujavanje zraka. Za izgaranje sedovodi 3-6 puta više zraka od teoretski potrebnog zbog sniženja maksimalnih temperatura.Komore izgaranja trebaju osigurati: stabilno izgaranje u širokim granicama opterećenja,

jednoličnu raspodjelu temperatura dimnih plinova na izlazu iz komore izgaranja, da gubitaktlaka u komori izgaranja bude što manji. U klasičnom plinsko-turbinskom postrojenju možemoimati više komora izgaranja koje se slažu uzdužno, po obodu. Takvo slaganje koristimo kao

bismo smanjili dimenzije.

- KondenzatorKondenzator je klasični izmjenjivač topline koji „vraća“ paru natrag u tekuće stanje,

nakon što ekspandira u turbini. Kondenzat se pumpama vraća natrag u proces. Tlak u klasičnomkondenzatoru je izuzetno mali (podtlak – oko 0,045 bara). Pošto je kondenzator izmjenjivačtopline potrebno je osigurati i medij kojem će se ta topline predati kako bi se para ohladila dotemperature kondenzata. Upravo zbog toga su termoelektrane smještene na rijekama, moru...,kako bi se osigurao medij koji će preuzimati svu tu toplinu. Naravno postoji mogućnost datermoelektrana radi dvofazno, odnosno kao i toplana. Tada se ta para može odvoditivrelovodima i služiti kao grijanje.

- Generator pareZa generator pare mogli bismo reći da čini središnji dio svake termoelektrane. Ukratko

generator pare, što mu i samo ime kaže, služi za proizvodnju pare s određenim parametrima(temperature i tlaka) koja će se kasnije u turbini iskoristiti za proizvodnju električne energije.

Generatore pare dijelimo na: čelične generatore pare, lijevane te generatore pare posebne namjene. U našem razmatranju osvrnuti ćemo se samo na čelične generatore pare sobzirom da su oni najzastupljeniji i najčešći u primjeni.


10/20

7

2.5. Utjecaj termoelektrana na okoliš

Danas je sve manje termoelektrana budući da su veliki onečišćivači prirode. Kodtermoelektrana dva su osnovna učinka koji utječu na onečišćenje okoliša. Prvi i osnovni je

učinak koji nastaje zbog izgaranja fosilnih goriva. Drugi i manje bitni jest toplinsko onečišćenjerijeka ili jezera. Mi ćemo se o ovom poglavlju baviti samo ovim prvim, odnosno onečišćenjemuslijed izgaranja fosilnog goriva. Izgaranje je proces u kojem se kemijska energija sadržana ugorivu transformira u unutrašnju energiju koja se opet dalje iskorištava u raznim procesima.Kod izgaranja u atmosferu se ispuštaju plinovi kao što su CO, voda, NOx, različitiugljikovodici,... Od svih navedenih ugljik dioksid i voda nisu direktno otrovni za ljude. No oni

izravno utječu svojom koncentracijom na zagrijavanje atmosfere (apsorpcija toplinskogzračenja u atmosferi). Vrsta i sastav plinova nastalih uslijed izgaranja ovisi o sastavu gorivakoje izgara u procesu. Elementi koji čine većinu fosilnih goriva su ugljik, vodik i sumpor. Ugljikmože izgarati potpuno i djelomično. U potpunom izgaranju imamo CO2 kao produkt dok koddjelomičnog izgaranja kao produkt imamo CO. Upravo zbog toga veći udio CO imamo u

termoelektranama na ugljen jer je teže osigurati kvalitetno miješanje goriva i zraka. Izgaranjemvodika dobivamo vodu, a izgaranjem sumpora SO2. Kod izgaranja težimo što potpunijemizgaranju. Da bismo to ostvarili cilj je imati što bolje miješanje zraka i goriva. Naravno da je tonajjednostavnije ostvariti kod plinskih goriva, a najteže kod krutog. Za izgaranje potrebno jeosigurati minimalnu količinu zraka. O količini sumpora u produktima izgaranja najviše ovisiudio sumpora u samom gorivu. Dakle težimo ugljenu i nafti sa što manje sumpora. Kod dušikai njegovih oksida gorivo ne utječe toliko na produkci ju NOx-a. Isto tako treba spomenuti iizuzetno veliku količinu pepela kojeg jedna prosječna termoelektrana izbaci u okoliš. U svrhuzaštite okoliša u posljednjih desetak godina donijelo se mnoštvo zakona i odredaba koje bitrebale pridonijeti smanjenju zagađenja okoliša iz termoelektrana. Jedan od glavnih parametara

je kontrola i smanjenje sumpornih oksida. Postupak odsumporivanja može se vršiti tako da se

odvaja već iz goriva ili iz produkata izgaranja. Veći efekt se postiže ako sumporove oksideuklanjamo iz produkata izgaranja. Ovakvi postupci zahtijevaju dodatna ulaganja koja

poskupljuju i krajnju cijenu električne energije. Dušikove spojeve je najjednostavnije reduciratistupnjevanim izgaranjem. Na taj način možemo smanjiti emisiju dušičnih oksida za oko 50%.Protokolom iz Kyota termoelektrane bi se do kraja 2020. trebale izbaciti iz upotrebe.


11/20

8

3. Hidroelektrane

Hidroelektrane su energetska postrojenja koja energiju vodotokova pretvaraju u

električnu energiju preko vodnih turbogeneratora.

Iskoristiva energija vodotokova:- energija tlaka

- potencijalna energija

- kinetička energija. Podjela hidroelektrana

- prema načinu korištenja vode - protočne

- akumulacijske

-

prema visini pada vode

- niskotlačne (do 50 m pada)

- visokotlačne (preko 50 m pada)-

crpno-akumulacijske

Prema načinu i mjestu gdje se zbiva pretvorba potencijalne energije vode u kinetičku,vodne turbine mogu biti:

- akcijske (impulsne, istotlačne) - reakcijske (pretlačne).

Kod akcijskih turbina se potencijala energija vode pretvara u kinetičku samo unutar provodnih (statorskih) lopatica gdje se tlak vode smanjuje, a povećava se brzina. Tlak vodekroz rotorske lopatice, kod akcijskih (impulsnih, istotlačnih) vodnih turbina, ostaje

nepromijenjen, dok se brzina smanjuje zbog pretvorbe kinetičke energije u mehaničku. Kod reakcijskih (pretlačnih) vodnih turbina, tlak vode smanjuje se i kroz rotorskelopatice zbog pretvorbe u kinetičku, a zatim u mehaničku energiju.


12/20

9

3.1. Vrste vodnih turbina

Prema hidrauličkim karakteristikama, načinu pretvorbe energije i konstrukcijskimizvedbama, razlikuju se sljedeća tri glavna tipa vodnih turbina:

-

Peltonove turbine- Francisove turbine

- Kaplanove turbine

Peltonove turbine spadaju u akcijske (istotlačne, impulsne) turbine koje koristeisključivo kinetičku energiju koja dolazi iz mlaza vode koji izlazi iz statorske sapnice itangencijalno udara na rotorske lopatice.

Izvode se s horizontalnom i vertikalnom izvedbom rotorske osovine.

- Raspon hidrauličkoga pada: 15 m… 2000 m - Raspon snage: 10 kW … 200 MW

-

Iskoristivost: do 95 %

Francisove turbine spadaju u reakcijske (pretlačne) turbine s radijalno-aksijalnim protokom vode koja na rotor dotječe po cijelom opsegu kroz statorskelopatice. U većini slučajeva se izvode s vertikalnom izvedbom rotorske osovine

-

Raspon hidrauličkoga pada: 25 m… 500 m - Raspon snage: 1MW … 600 MW -


Kaplanove turbine spadaju u reakcijske (pretlačne) turbine s aksijalnim

protokom vode koja iz spiralnoga kućišta prolazi kroz statorske, a zatim kroz rotorskelopatice koje su podesive da bi se mogle optimalno podešavati obzirom na raspoloživi

protok i visinu.

-

Ras pon hidrauličkoga pada: do 50 m - Raspon snage: 10 kW … 100 MW -



13/20

10

3.2. Pumpno-akumulacijske (reverzibilne) hidroelektrane

Pumpno-akumulacijske (reverzibilne) hidroelektrane su elektrane koje u principu rade

kao i ostale hidroelektrane, s time što imaju mogućnost vraćanja iskorištene vode iz donjega

ponovno u gornji bazen (akumulacijsko jezero) iz kojega se u nekom drugom periodu, kada jeto potrebno odnosno u razdoblju vršne potrošnja električne energije, može ponovno koristiti zanjenu proizvodnju.

Na taj način, reverzibilne hidroelektrane imaju dva režima pogona: - Turbinski

- Pumpni.

Zbog gubitaka energije u pumpnome režimu rada, takve su elektrane u biti veći neto- potrošači električne energije nego proizvođači. Njihova tehno-ekonomska opravdanost proizlazi iz sljedećih razloga:

- ravnanje (peglanje) dnevne / sezonske potrošnje električne energije - trošenje električne energije za pumpanje u vrijeme niže tarife, te proizvodnja u vrijeme

vršne potrošnje, odnosno više tarife.


14/20

11

4. Vjetroelektrane

Vjetroelektrana je niz blisko smještenih vjetroagregata, najčešće istog tipa, izloženihistom vjetru i priključenih posredstvom zajedničkog rasklopnog uređaja na elektroenergetskisustav. Vjetroagregat je rotirajući stroj koji pretvara kinetičku energiju vjetra prvo u mehaničku,a zatim preko električnih generatora u električnu energiju. Pri tome se rotor vjetroturbine i rotorelektričnog generatora nalaze na istom vratilu. Vjetroelektana je obnovljivi izvor električneenergije pokretan kinetičkom energijom vjetra.

Energija vjetra je u stvari oblik sunčeve energije. Sunce neravnomjerno zagrijavarazličite dijelove Zemlje i to rezultira različitim tlakovima zraka, a vjetar nastaje zbog težnje zaizjednačavanjem tlakova zraka. Postoje dijelovi Zemlje na kojima puše tzv. stalni (planetarni)vjetrovi i na tim područjima je iskorištavanje energije vjetra najisplativije. Dobre položaji suobale mora i oceana (priobalna vjetroelektrana), te pučina mora (plutajuća vjetroelektrana).Pučina se ističe kao najbolji položaj zbog stalnosti vjetrova, ali cijene ugradnje i prijevozaenergije usporavaju takva ulaganja.

Kod pretvorbe kinetičke energije vjetra u mehaničku energiju (okretanje osovinegeneratora) iskorištava se samo razlika brzine vjetra na ulazu i na izlazu. Albert Betz, njemačkifizičar dao je još davne 1919. zakon energije vjetra, poznat kao Betzov zakon. Njegov zakonkaže da možemo pretvoriti samo manje od 16/27 ili 59% kinetičke energije vjetra u mehaničkuenergiju pomoću turbine na vjetar. 59% predstavlja teoretski maksimum, ali u primjeni se može

pretvoriti između 35% i 45% energije vjetra zbog raznih gubitaka u sustavu.

Za korištenje energije vjetra često se upotrebljava agro-hortikulturalno nazivlje, pa setako govori o vjetroparkovima, vjetrofarmama ili vjetropoljima. Na ta j način se i samomnomenklaturom pokušava reći da se ne radi o „pravim“ elektranama. Zato treba jasno reći,

vjetroelektrana jest elektrana i to ona koja kao gorivo za proizvodnju električne energije koristivjetar. Ona se kao i svaka druga elektrana sastoji od nekoliko dijelova, uključujućivjetroagregate (turbina + generator), transformatorske stanice, kabele i vodove, te ostale

pripadajuće objekte. Na taj način postiže se sustavnost nazivanja objekata za proizvodnjuelektrične energije (hidroelektrana, termoelektrana, nuklearna elektrana, itd.) i nedvojbeno seiskazuje da je vjetroelektrana elektroenergetski objekt, a ne element krajobraznog ili

poljoprivrednog karaktera.


15/20

12

4.1. Prednosti i nedostatci vjeroelektrana

Prednosti vjetroelektrana su:

-

ne troše gorivo, tj. energija vjetra je u uvjetno rečeno "besplatna" - vjetroelektrane su poželjan oblik obnovljivog izvora energije nasuprot elektranamana fosilna goriva, jer kemijsk i i biološki ne zagađuju okoliš

- vjetroelektrana može imati umjeren pozitivan utjecaj na smanjenje snage vjetra u područjima koja su inače izložena suviše jakim vjetrovima

- borba protiv globalnog zatopljenja (Protokol iz Kyota)

- vjetroelektrane su energetska postrojenja bez štetnih emisija (staklenički plinovi)

- smanjuje se nacionalna ovisnost o uvozu fosilnih goriva

Nedostatci vjetroelektrana su:

-

povremenost pogona, zavisno o meteorološkim karakteristikama područja primjene. Nije rješeno učinkovito akumuliranje većih količina energije za razdoblje bez vjetra, pa bi se stoga vjetroelektrane trebale vezati na elektroenergetski sustav regije i s njim

razmjenjivati energiju. Prikladnim se čini kombinacija hidroelektrana ivjetroelektrana, koja u razdoblju jačeg vjetra štedi hidro-akumulaciju, a u razdoblju

bez vjetra energiju daje hidroelektrana. Kod sitnih vjetroelektrana akumulaciju mogu

osiguravati jedino akumulatori, koji ne mogu zadovoljiti potrebe u područjima smanje vjetrovitih dana, ali mogu štediti klasičnu energiju u vjetrovitom razdoblju

- jake promjene u snazi vjetra relativno su teže tehnički savladive. Tehnička rješenjamoraju spriječiti oštećenje vjetrenjače pri olujnoj snazi i izvlačiti maksimalnu snagu

pri slabom vjetru, što poskupljuje ta rješenja -

za usklađivanje broja okretaja vjetroturbine s brojem okretaja ugrađenog generatora potreban je multiplikator s automatskom regulacijom brzina generatora, što također poskupljuje tehničku izvedbu

- troškovi održavanja znaju činiti značajnu stavku u cijeni dobivene energije vjetra, budući da je u slučaju velikih vjetroelektrana broj uređaja relativno velik, tj. snaga po jednom uređaju je daleko manja nego kod klasičnih elektrana na fosilna goriva

- prisutno je izvjesno "estetsko zagađenje" u slučaju velikih vjetroelektrana, štomeđutim nema većeg značaja ako se takva vjetroelektrana ugradi na nenapučenim

prostorima.


16/20

13

4.2. Izbor položaja vjetroelektrana

Iako je vjetropotencijal najvažniji čimbenik za izbor položaja vjetroelektrane, postoji i

niz drugih čimbenika koji se moraju zadovoljiti. Izbor položaja provodi se u dva koraka. Najprije se određuju područja koja su nepogodna za izgradnju zbog sljedećih razloga:

- Područje ima izuzetno mali vjetropotencijal

- Područje zaštićeno zbog iznimnih prirodnih ili kulturnih ljepota ( park

prirode, arheološko nalazište)

- Područje namijenjeno za izgradnju stambenih ili gospodarskih objekata

- Područje vrlo zahtjevnog reljefa s obzirom na mogućnost izgradnje.

U drugom koraku provodi se vrednovanje makrolokacije na temelju kriterija kao što su:

-

Srednja godišnja brzina vjetra- Veličina lokacije, odnosno broj vjetroagregatskih jedinica koje je na tom položaju

moguće postaviti

- Udaljenost lokacije od prometnica

- Udaljenost lokacije od postojeće električne mreže

- Mogućnost održavanja i nadzora nad vjetroelektranom

-

Značajke terena (šumovitost, pogodnost za poljodjelstvo i drugo)

- Utjecaj na životinjski svijet (migracijski putovi ptica selica, zaštićena staništa i

drugo)

-

Položaj lokacija s obzirom na turistička područja.

Unutar odabranih makrolokacija izdvajaju se mikrolokacije. Za vredovanje i izbor

najpovoljnije mikrolokacije može se primijeniti načelo slično izboru za makrolokaciju. Nakon

izbora mikrolokacije kreće se s mjerenjem karakteristika vjetra (brzina, smjer i drugo). Na

temelju analize izmjerenih podataka u određenom vremensko razdoblju (minimalno 1 godina)

izrađuje se studija izvodljivosti u kojoj će se odrediti veličina i broj vjetroagregata, odnosno

optimalni kapacitet lokacije. Prema navedenim čimbenicima, idealna vjetroelektrana je ona

koja je smještena na mjestu koje ima povoljan vjetropotencijal, nalazi se blizu električne mreže,

ima dobar cestovni pristup, a njezina gradnja je u skladu s namjenom prostora i suvjetima zaštite okoliša.

https://hr.wikipedia.org/wiki/Park_prirodehttps://hr.wikipedia.org/wiki/Park_prirodehttps://hr.wikipedia.org/wiki/Park_prirodehttps://hr.wikipedia.org/wiki/Arheologijahttps://hr.wikipedia.org/wiki/Arheologijahttps://hr.wikipedia.org/wiki/Arheologijahttps://hr.wikipedia.org/wiki/Brzinahttps://hr.wikipedia.org/wiki/Vjetroagregathttps://hr.wikipedia.org/wiki/Prometnicahttps://hr.wikipedia.org/wiki/Elektroenergetski_sustavhttps://hr.wikipedia.org/wiki/Elektroenergetski_sustavhttps://hr.wikipedia.org/wiki/Elektroenergetski_sustavhttps://hr.wikipedia.org/wiki/Selicahttps://hr.wikipedia.org/wiki/Selicahttps://hr.wikipedia.org/wiki/Turizamhttps://hr.wikipedia.org/wiki/Turizamhttps://hr.wikipedia.org/wiki/Turizamhttps://hr.wikipedia.org/wiki/Za%C5%A1tita_okoli%C5%A1ahttps://hr.wikipedia.org/wiki/Za%C5%A1tita_okoli%C5%A1ahttps://hr.wikipedia.org/wiki/Za%C5%A1tita_okoli%C5%A1ahttps://hr.wikipedia.org/wiki/Za%C5%A1tita_okoli%C5%A1ahttps://hr.wikipedia.org/wiki/Turizamhttps://hr.wikipedia.org/wiki/Selicahttps://hr.wikipedia.org/wiki/Elektroenergetski_sustavhttps://hr.wikipedia.org/wiki/Prometnicahttps://hr.wikipedia.org/wiki/Vjetroagregathttps://hr.wikipedia.org/wiki/Brzinahttps://hr.wikipedia.org/wiki/Arheologijahttps://hr.wikipedia.org/wiki/Park_prirodehttps://hr.wikipedia.org/wiki/Park_prirode


17/20

14

4.3. Vjetropotencijal

Vjetropotencijal je najvažniji čimbenik za izbor položaja vjetroelektrane. To su zapravokarakteristike vjetra na pojedinoj lokaciji. Najvažnija karakteristika je srednja

godišnja brzinavjetra na određenoj visini iznad tla. Naime, vjetrogenerator se pokreće kada brzina vjetra poraste iznad otprilike 3 m/s. Pri toj brzini proizvodnja električne energije je vrlomala. Porastom brzine, količina električne energije se povećava do maksimalne, koja se postižena brzini vjetra od oko 12 m/s. Daljnjim porastom brzine vjetra količina proizvedene energijese više ne povećava. Kada brzina poraste preko 25 do 30 m/s, vjetroagregat se isključuje jer nemože podnijeti mehanička opterećenja koja uzrokuju tako velike brzine vjetra. Iz opisanognačina rada vjetrogeneratora možemo zaključiti da je za idealnu proizvodnju električne energije

potrebna brzina vjetra od oko 12 m/s.

To je samo prvi korak u određivanju vjetropotencijala. Potrebno je potom razmotritikako je brzina vjetra raspoređena tijekom godine. Npr. u godišnjem prosjeku može biti sadržanvelik broj sati s brzinom vjetra iznad 30 m/s ili ispod 3 m/s, što zapravo nije pogodno za

iskorištavanje. Možemo zaključiti da je za energetsko iskorištavanje optimalan vjetar do srednje jakosti, bez velikih oscilacija, i koji ima što veću učestalost. Zbog jake ovisnosti prinosaenergije (a samim time i ekonomske isplativosti) o brzini vjetra (ovisnost energije vjetra o kubu

brzine vjetra), potrebna su točna mjerenja vjetra na samoj lokaciji. Mjerenja se obavljaju pomoću anemometara koji su pričvršćeni na stupove, približno na visini osi na kojoj će senalaziti vjetroagregati (iako se zadnjih godina bilježi rast tzv. udaljenih mjerenja pomoćuLIDAR-a). Obično treba postaviti više stupova na lokaciji u vremenu od barem 6 mjeseci, a

preporuča se da to vrijeme mjerenja bude nekoliko godina. Brzina vjetra je osnovni čimbenikod kojega se kreće pri projektiranju svih vjetroagregata koji će se nalaziti na lokaciji, njihovog

broja i prostornog razmještaja. Brzina vjetra također služi kao polazna točka za sve proračuneo ekonomskoj isplativosti i proizvodnji energije. Osjetljivost doprinosa energije o brzini vjetra

ovisi i o brzini samog vjetra. Zbog toga je posebno važno točno mjeriti brzine vjetra nalokacijama gdje je ta brzina manja.

Za određenu lokaciju bitno je poznavati i smjerove iz kojih puše vjetar (ruža vjetrova),da bi se odredio optimalan raspored vjetroagregata kako bi maksimalno iskoristili vjetar iz svih

smjerova. Druga najvažnija karakteristika vjetra, osim srednje brzine, je i raspodjela brzinevjetra. Weibullova krivulja je alat koji nam služi za realističnu raspodjelu brzine vjetra. Trigodine mjerenja značajno smanjuje odstupanja brzine vjetra u odnosu na dugogodišnjeoscilacije vjetra, na 3% u brzini vjetra i oko 4% u proizvodnji energije. Ostali bitniji podatci o

vjetru su dugoročna gustoća zraka na lokaciji i intenzitet turbulencije vjetra na lokaciji. Sami po sebi ne utječu na proizvodnju energije iz vjetra, ali utječu pri određivanju opterećenja nalopatice rotora i na očekivani vijek trajanja samog vjetroagregata.

https://hr.wikipedia.org/wiki/Vjetarhttps://hr.wikipedia.org/wiki/Brzinahttps://hr.wikipedia.org/wiki/Metar_u_sekundihttps://hr.wikipedia.org/wiki/Elektri%C4%8Dna_energijahttps://hr.wikipedia.org/wiki/Elektri%C4%8Dna_energijahttps://hr.wikipedia.org/wiki/Elektri%C4%8Dna_energijahttps://hr.wikipedia.org/wiki/Ekonomijahttps://hr.wikipedia.org/wiki/Mjerenjehttps://hr.wikipedia.org/wiki/Anemometarhttps://hr.wikipedia.org/wiki/Projekthttps://hr.wikipedia.org/wiki/Gusto%C4%87a_zrakahttps://hr.wikipedia.org/wiki/Gusto%C4%87a_zrakahttps://hr.wikipedia.org/wiki/Gusto%C4%87a_zrakahttps://hr.wikipedia.org/wiki/Turbulencijahttps://hr.wikipedia.org/wiki/Turbulencijahttps://hr.wikipedia.org/wiki/Gusto%C4%87a_zrakahttps://hr.wikipedia.org/wiki/Projekthttps://hr.wikipedia.org/wiki/Anemometarhttps://hr.wikipedia.org/wiki/Mjerenjehttps://hr.wikipedia.org/wiki/Ekonomijahttps://hr.wikipedia.org/wiki/Elektri%C4%8Dna_energijahttps://hr.wikipedia.org/wiki/Metar_u_sekundihttps://hr.wikipedia.org/wiki/Brzinahttps://hr.wikipedia.org/wiki/Vjetar


18/20

15

5. Solarne termalne elektrane

Solarne termalne elektrane su izvori električne struje dobivene pretvorbom sunčeve

energije u toplinsku tako što zagrijavamo tekućinu ili krutinu, a zatim taj proizvod iskoristimo

u kružnom procesu (najčešće se koristi Rankineov krug) za generiranje električne energije. S

obzirom na to da nemaju štetnih proizvoda prilikom proizvodnje električne energije, a imaju

razmjernu dobru efikasnost (20-40 %), proriče im se svjetla budućnost.

Kako je količina energija koja pada na površinu izuzetno velika, izgradnjom takvih

elektrana na sunčanim područjima (npr. Sahara) mogao bi se energijom opskrbl jivati veliki

dio potrošača, barem dok ne uzmemo ekonomiju u obzir. Ipak, čak i kao manji energetski

sustav mogu postati vrlo bitan faktor (npr. na otocima). Napredak ove tehnologije ovisi i o

samom Rankineovom kružnom procesu. Trenutno eksperimentira s vodikom kao radnom tvari

pošto ima veliki specifični toplinski kapacitet (c p=14.235 kJ/ (kg K)) jer je prijenos toplinedefiniran kao umnožak mase, specifičnog toplinskog kapaciteta i razlike tem peratura.

Zbog potrebe za visokim temperaturama, gotovo svi oblici solarnih termalnih

elektrana moraju koristiti nekakav oblik koncentriranja Sunčevih zraka s velikog prostora na

malu površinu. Kako se tijekom dana položaj Sunca na nebu mijenja, tako se stalno mijenja i

najpovoljniji kut pod kojim padaju Sunčeve zrake na zrcala, stoga je potrebno ugraditi sustave

koji će stalno prilagođavati njihov položaj. Ti sustavi su neophodni kako bi se dobila što veća

efikasnost, ali ujedno i najveći čimbenik u vrlo visokim cijenama solarnih termalnih

elektrana.

Smanjenja u cijeni su moguća skladištenjem topline, a ne struje, budući da je takvatehnologija danas jeftinija, a proizvodnja topline je ionako neophodna za funkcioniranje

ovakvog tipa elektrana. Time je moguće također dobivati električnu energiju i onda kada to

inače ne bi bilo moguće (za vri jeme smanjene insulacije - mjera energije solarne radijacije

primljene ili predane od strane određene površine u određenom vremenu).

https://hr.wikipedia.org/wiki/Elektri%C4%8Dna_strujahttps://hr.wikipedia.org/wiki/Elektri%C4%8Dna_strujahttps://hr.wikipedia.org/wiki/Elektri%C4%8Dna_strujahttps://hr.wikipedia.org/wiki/Otocihttps://hr.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttps://hr.wikipedia.org/wiki/Elektri%C4%8Dna_energijahttps://hr.wikipedia.org/wiki/Elektri%C4%8Dna_energijahttps://hr.wikipedia.org/wiki/Elektri%C4%8Dna_energijahttps://hr.wikipedia.org/wiki/Elektri%C4%8Dna_energijahttps://hr.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttps://hr.wikipedia.org/wiki/Otocihttps://hr.wikipedia.org/wiki/Elektri%C4%8Dna_struja


19/20

16

5.1 Vrste solarnih elektrana

Danas se koriste jedino koncentrirajuće solarne termalne elektrane (CSP – ConcentratedSolar Plant). Sastoje se od zrcala i spremnika fluida koji se zagrijava te takav prolazi kroz

turbine ili toplinske motore (npr. Stirlingov motor). S obzirom na raznolikosti među zrcalima icjelokupnoj izvedbi sustava možemo ih podijeliti u sljedeće kategorije:

Parabolični kolektori Oni su najstariji i najčešće korišteni tip koncentrirajućih solarnih termalnih elektrana

(90 %). Takve elektrane uglavnom generiraju između 14-80 MW. Sastoje se od dugih nizova paraboličnih zrcala (zakrivljenih oko samo jedne osi) i kolektora koji se nalazi iznad njih. Njihova je prednost što je potrebno pomicanje zrcala samo kada je promjena položaja Sunca uortogonalnom smjeru, dok prilikom paralelnog pomaka to nije potrebno jer svjetlost i dalje pada

na kolektore. Kroz kolektore najčešće struji sintetičko ulje koje se pod utjecajem Sunčevihzraka zagrijavaju do maksimalnih 390 °C. Efikasnost u tim slučajevima je oko 14-16 %, dok

korištenjem otopljene soli možemo postići maksimalno 550 °C, a efikasnost raste na 15-17 %.S druge strane, glavni problem je što se otopljena sol zaledi na temperaturama između 120-200°C, a ta pojava se mora spriječiti.

Solarni tornjeviOve elektrane imaju veliki broj zrcala postavljenih oko središnjeg mjesta gdje se nalazi

toranj. Zrcala su upravljana računalima te pomoću njih pronalaze najbolji kut za reflektiranje prema solarnom tornju. Ovisno o radnoj tvari možemo postići vrlo visoke temperature. Osimranije spomenutih rastopljenih soli i sintetičkih ulja, možemo koristiti i plinove kako bi postiglitemperature iznad 800 °C. Trenutno najisplativije je koristiti rastopljenu sol pri 565 °C, iako sesmatra da će se kroz par godina prijeći na plinove pri visokim temperaturama. Trenutno je u

izgradnji najveća elektrana Ivanpah (California) koja će za generiranje 370 MW koristitivodenu paru pri 565 °C uz učinkovitost od 29 %. Nedostatak ove tehnologije je što zahtijevarelativno ravnu površinu, naime cijela radna površina (polje zrcala) dopušta maksimalnoodstupanje od svega 1 % na ravninu.

Solarni tanjuri

Zbog paraboličnog izgleda podsjećaju na satelitske tanjure, ali su otprilike 10 puta veći.Zrake svjetlosti, odbijajući se od zrcala, padaju u jednu točku (kolektor) koji se nalazi iznadnjih. Tu se razvijaju temperature oko 900 °C , a za dobivanje električne energije se koristiStirlingov ili parni motor. Radna tvar je helij ili vodik, a s njima se po jednom tanjuru koji

generira snagu između 5-50 kW se postiže efikasnost od 30 %.Zbog pomičnih mehanizama potrebna su česta servisiranja, a cijeli sustav zahtijeva rotaciju oko dvije osi i skupa paraboličnazrcala, što se na kraju odražava na ukupnoj isplativosti ovakvog sustava.


20/20

17

Fresnel reflektori

Koriste nizove dugih malo zakrivljenih ili potpuno ravnih zrcala, a izgledom podsjeća juna parabolične kolektore. Sustav je napravljen tako da više nizova ogledala cilja u isti kolektoršto dovodi do financijskih ušteda, a i sama zrcala se okreću oko samo jedne osi. Ciljanjem zrcalau različite kolektore u različita doba dana moguće je postaviti gust raspored zrcala, čime se

dobiva više energije usprkos efikasnosti manjoj od 20 %. Pošto je ovo najmlađa tehnologija bazirana na koncentriranju zraka postoji svega par elektrana koje rade na tom principu. Najvećesu Puerto Errado 2 u Španjolskoj od 30 MW i jedna od 5 MW u Australiji. Trenutno je u faziizrade elektrana snage 44 MW Kogan Creek, također u Australiji.

Solarne uzgonske elektrane

Elektrana se sastoji od 3 osnovna elementa, solarnih kolektora u kojima se zrak

zagrijava, vjetroturbina koje pogoni zagrijani zrak, te dimnjaka kroz koji se diže vrući zrak.Solarni kolektori su u suštini građevine nalik na staklenik u kojima se zagrijava zrak odnosnovoda toplinom sunčevog zračenja. Topli zrak se zbog efekta dimnjaka diže, prolazi prekotur bina proizvodeći električnu energiju te odlazi u dimnjak. Glavni parametri koji određuju

veličinu ove vrste elektrane su površina kolektora te visina dimnjaka. Veća površina kolektoraomogućuje većoj količini zraka da se zagrije i struji preko turbina, dok viši dimnjak omogućujeveću razliku tlaka i efikasniji efekt dimnjaka. Kako bi elektrana mogla proizvoditi energiju itijekom noćnih sati, moguće je u kolektore ugraditi cijevi u kojima se nalazi već ranijespomenuta voda. Kako voda ima vrlo visoki toplinski kapacitet idealna je za pohranu toplinske

energije koju oslobađa u noćnim satima te tako omogućava rad elektrane i u noćnim satima(iako sa smanjenim kapacitetom). Ova vrsta postrojenja ima izuzetno malu učinkovitost.Predviđa se da kolektori od 38 km2 mogu dobiti tek 0,5 % (oko 5 W/m2) od sveukupnogsunčevog zračenja koje padne na njih. Također je veliki nedostatak je izuzetno velika površinakoju zauzimaju kolektori te se procjenjuje da bi za postrojenje od 200 MW bilo potrebno 38

km2 kolektora). Budućnost ovog tipa postrojenja zasad je vrlo nesigurna iako postoje neki planovi o izgradnji u zemljama s velikim brojem sunčanih i toplih dana (Australija, Namibija).Od izgrađenih je jedino poznata elektrana u Jinshawanu u Kini, snage 200 kW, koja je uzinvesticiju od 208 milijuna američkih dolara 2010. godine puštena u pogon.

Seminarski EMP

Documents

Transcript of Seminarski EMP