SVEUĈILIŠTE U ZAGREBU FAKULTET ELEKTROTEHNIKE I RAČUNARSTVA ZAVRŠNI RAD br. 906 RASPOLOŢIVOST ENERGIJE VJETRA NA VIŠE LOKACIJA Denis Ĉamber Zagreb, oţujak 2011.
Sadrţaj 1 Uvod... 5 2 Iskoristivost vjetra... 6 3 Kriterij za izbor lokacije... 8 4 Izbor vjetroagregata... 11 4.1 Vjetroagregat Gamesa G90... 11 4.1.1 Tehničke karakteristike... 12 4.1.2 Zaštita od munja... 13 4.1.3 Gamesa SGIPE... 13 4.1.4 Kontrola buke... 13 4.1.5 Kočnica... 13 4.1.6 Sustav kontrole... 14 4.1.7 Veza s mrežom... 14 4.1.8 Krivulja snage... 14 5 Simulacija proizvodnje u programu HOMER... 15 5.1 HOMER... 15 5.2 Unos podataka... 15 5.3 Rezultati simulacije... 17 5.3.1 Split... 18 5.3.2 Knin... 22 6 Zaključak... 27 7 Literatura... 28 Sažetak...29 Ključne riječi...30
Popis kratica VA VE SGIPE NRS DHMZ Vjetroagregat Vjetroelektrana Sustav daljinskog upravljanja vjetroelektranama Sustav za smanjivanje buke vjetroagregata Drţavni hidrometeorološki zavod Popis oznaka specifiĉna snaga vjetra v gustoća zraka brzina vjetra specifiĉna kinetiĉka energija vjetra c p P t stupanj aerodinamiĉne pretvorbe transformirana snaga 2
Popis tablica Tablica 1. Tehniĉke karakteristike vjetroagregata Gamesa G90 Tablica 2. Usporedba lokacija 3
Popis slika Slika 1. Potencijalne lokacije vjetroelektrana u Hrvatskoj Slika 2. Gamesa G90 Slika 3. Krivulja snage vjetroagregata Gamesa G90 Slika 4. Konverzija podataka pogodne za HOMER Slika 5. Unos parametara u HOMER-u Slika 6. Split Godišnja proizvodnja na mjeseĉnoj bazi Slika 7. Split Godišnja proizvodnja na dnevnoj bazi Slika 8. Split - Proizvodnja u veljaĉi Slika 9. Split - Proizvodnja u kolovozu Slika 10. Split Dnevna proizvodnja 9. veljaĉe Slika 11. Split Dnevna proizvodnja 10. kolovoza Slika 12. Knin Godišnja proizvodnja na mjeseĉnoj bazi Slika 13. Knin Godišnja proizvodnja na dnevnoj bazi Slika 14. Knin Proizvodnja u veljaĉi Slika 15. Knin Proizvodnja u kolovozu Slika 16. Knin Dnevna proizvodnja 9. veljaĉe Slika 17. Knin Dnevni proizvodnja 10. kolovoza 4
1 Uvod Pojam vjetroelektrana podrazumijeva sustav za transformaciju (pretvorbu) kinetiĉke energije zraĉne mase, u gibanju, u elektriĉnu energiju. Dakle, unutar kompleksne problematike vjetroagregata vrlo znaĉajno mjesto zauzima vjetar i vjetropotencijal kao jedan od preduvjeta funkcionalnosti takvog sustava. Vjetar kao energetski resurs karakterizira promjenjivost i nemogućnost uskladištenja što za sobom posljediĉno povlaĉi potrebu za definiranjem uvjeta pogona (vjetroelekrane unutar elektroenergetskog sustava). Budući da kinetiĉka energija vjetra ovisi o kvadratu brzine, a snaga vjetroelektrane je proporcionalna površini lopatica i trećoj potenciji brzine vjetra, promjena brzine vjetra uzrokovat će dakle promjenu aerodinamiĉne snage, odnosno prema jednadţbi gibanja promjenu elektriĉne snage koju generator injektira u mreţu. Ĉinjenica da se na većem prostoru, na razliĉitim lokacijama, vjetar ne pojavljuje potpuno istovremeno pruţa potencijal za smanjivanje promjenjivosti elektriĉne energije iz energije vjetra. 5
2 Iskoristivost vjetra Da bi se mogla predvidjeti izlazna snaga vjetroelektrane potrebno je otkriti koje veliĉine izravno utjeĉu na izlaznu djelatnu snagu vjetroagregata. Pretvorba kinetiĉke energije vjetra u kinetiĉku energiju vrtnje vratila odvija se pomoću lopatica rotora vjetroturbine. Pri tome se rotor i vjetrogenerator nalaze na zajedniĉkom vratilu (izmeċu njih moţe i ne mora postojati odreċeni prijenosnik). U generatoru dolazi do pretvorbe kinetiĉke energije vrtnje vratila u elektriĉnu energiju. Specifiĉna snaga vjetra proporcionalna je trećoj potenciji njegove brzine, a za konstantnu brzinu i površinu okomitu na smjer strujanja iznosi: Pri ĉemu je: ukupna specifiĉna snaga vjetra [W/m 2 ], gustoća zraka, brzina vjetra. jednaka: Općenito, brzina vjetra nije konstantna pa je prosjeĉna specifiĉna snaga 1 Gustoća zraka funkcija je tlaka i temperature zraka. Tlak i temperatura zraka funkcija su nadmorske visine pa se na razini mora ( =1,2 kg/m 3 ) za specifiĉnu snagu vjetra moţe pribliţno uzeti da je jednaka:. Kinetiĉka energija u struji zraka u vremenu t dobiva se mnoţenjem snage s vremenom prema izrazu: 1. 1 Izvor - Pilić-Rabadan Ljiljana: Vodne turbine i pumpe, vjetroturbine, Fakultet elektrotehnike, strojarstva i brodogradnje Sveučilišta u Splitu, Split, 1999. 6
odnosno, za vremenski interval T u kojem se brzina vjetra uzima konstantnom: gdje je specifiĉna kinetiĉka energija vjetra. Najveći dio ukupne kinetiĉke energije vjetra ne moţe se iskoristiti, odnosno pretvoriti u kinetiĉku energiju vrtnje lopatice rotora jer vjetar mora nastaviti strujanje kako bi omogućio nadolazak vjetra iza sebe. Ta ĉinjenica naziva se Betzovim zakonom 2, a matematiĉki se moţe izraziti stupnjem aerodinamiĉne pretvorbe koji je odreċen kao omjer snage na vratilu vjetroturbine i raspoloţive snage u slobodnoj struji vjetra: gdje je: stupanj aerodinamiĉne pretvorbe, (0,45 za suvremene vjetroturbine), transformirana snaga. Najveća moguća vrijednost stupnja aerodinamiĉne pretvorbe naziva se Betzovom granicom i iznosi 16/27=0,593 te se uĉinkovitost (stupanj djelovanja) nijednog postrojenja za iskorištenje energije vjetra nikakvim poboljšanjima ne moţe povećati iznad te vrijednosti. Uzimajući u obzir sve gubitke pretvorbe energije u vjetroagregatu slijedi kako se tek nešto manje od ½ poĉetne kinetiĉke energije vjetra pretvara u korisnu, elektriĉnu energiju. 2 Betzov zakon Teorijsko ograničenje za maksimalno iskoristivi dio energije vjetra 7
3 Kriterij za izbor lokacije Pri izgradnji vjetroelektrana nastoji se smanjiti cijena proizvedenog kwh elektriĉne energije, uz što manji mogući nepovoljan utjecaj na okoliš. Iz tog razloga pri izboru lokacije za izgradnju postrojenja treba ostvariti niz ciljeva, poput: energetsko-ekonomskih, tehniĉko-tehnoloških, prostorno-planskih, i zaštite okoliša i ţivljenja. Iako je vjetropotencijal najvaţniji kriterij za izbor lokacije vjetroelektrane, postoji i niz drugih ĉimbenika koji se moraju zadovoljiti. Izbor lokacije provodi se u dva koraka, eliminacijski i rangirajući. Najprije se odreċuju podruĉja koja su nepogodna za izgradnju zbog sljedećih razloga: podruĉje ima izuzetno mali vjetropotencijal, podruĉje zaštićeno zbog iznimnih prirodnih ili kulturnih ljepota (park prirode, arheološko nalazište), podruĉje namijenjeno za izgradnju stambenih ili gospodarskih objekata, i podruĉje vrlo zahtjevnog reljefa s obzirom na mogućnost izgradnje. U drugom koraku provodi se vrednovanje makrolokacije 3 na temelju kriterija kao što su: srednja godišnja brzina vjetra, veliĉina lokacije, odnosno broj vjetrogeneratorskih jedinica koje je na lokaciji moguće postaviti, udaljenost lokacije od prometnica, 3 Makrolokacija Područje većih površinskih razmjera unutar kojeg se odabiru područja manjih površina (mikrolokacije) 8
dr.), udaljenost lokacije od postojeće elektriĉne mreţe, mogućnost odrţavanja i nadzora nad vjetroelektranom, znaĉajke terena ( šumovitost, pogodnost za poljodjelstvo..), utjecaj na faunu 4 (migracijski putovi ptica selica, zaštićena staništa i poloţaj lokacija s obzirom na turistiĉka podruĉja. Unutar odabranih makrolokacija izdvajaju se mikrolokacije 5. Za vrednovanje i izbor najpovoljnije mikrolokacije moţe se primijeniti naĉelo sliĉno izboru za makrolokaciju. Nakon izbora mikrolokacije kreće se s mjerenjem karakteristika vjetra (brzina, smjer i dr.) Na temelju analize izmjerenih podataka u odreċenom vremensko razdoblju (minimalno 1 godina) izraċuje se studija izvodljivosti u kojoj će se definirati veliĉina i broj vjetrogeneratora odnosno optimalni kapacitet lokacije. Prema navedenim kriterijima, idealna vjetroelektrana je ona koja je locirana na mjestu koje ima dovoljan vjetropotencijal, nalazi se blizu elektriĉne mreţe, ima dobar cestovni pristup, a njezina gradnja je u skladu s namjenom prostora i s uvjetima zaštite okoliša. Takve idealne lokacije su rijetkost, ali to ne znaĉi da ne postoje. Karta na slici 1 prikazuje potencijalne lokacije vjetroelektrana u Hrvatskoj. Na svim lokacijama srednja godišnja brzina vjetra iznosi 4 m/s na visini 25 m iznad tla. 4 Fauna - skupni naziv za sav životinjski svijet neke određene životne sredine. 5 Mikrolokacija Uže područje unutar kojeg se smještaju vjetroparkovi. 9
Slika 1. Potencijalne lokacije vjetroelektrana u Hrvatskoj 6 Iz karte je vidljivo kako obalni prostor Hrvatske ima veliki vjetropotencijal. Najviše potencijalnih lokacija nalazi se u Dubrovaĉko neretvanskoj ţupaniji, zatim Splitsko dalmatinskoj, Zadarskoj i Šibensko kninskoj ţupaniji. Zanimljiv je podatak kako se velik broj potencijalnih lokacija nalazi na hrvatskim otocima (npr. Pag, Krk, Cres, Braĉ, Hvar, Korĉula). No, vlada je Uredbom o ureċenju i zaštiti zaštićenog obalnog podruĉja zabranila izmeċu ostalog i gradnju vjetroelektrana na otocima i na obali 1000 m od obalne crte. Sve je više glasova protiv takve zabrane, kako meċu energetiĉarima, tako i meċu aktivistima u zaštiti okoliša i predstavnicima lokalne samouprave u podruĉjima gdje je planirana takva gradnja. 6 Izvor - www.geog.pmf.hr/e_skola/geo/mini/vjetar_u_hrvatskoj/postojece_u_izradi_u_planu.html, 3. lipnja 2009 10
4 Izbor vjetroagregata Vjetroagregat je rotirajući stroj koji pretvara kinetiĉku energiju vjetra prvo u mehaniĉku, a zatim preko elektriĉnih generatora u elektriĉnu energiju. Pri tome se rotor vjetroturbine i rotor elektriĉnog generatora nalaze na istom vratilu. Vjetroagregati su iskoristivi na lokacijama gdje je prosjeĉna brzina vjetra veća od 4,5m/s. Idealna lokacija bi trebala imati konstantno strujanje vjetra bez turbulencija 7 i sa minimalnom vjerojatnosti naglih olujnih udara vjetra. Za analizu u ovom radu je odabran vjetroagregat Gamesa G90. Slika 2. Gamesa G90 4.1 Vjetroagregat Gamesa G90 Gamesa G90 je najnoviji proizvod španjolske tvrtke Gamesa, u svijetu poznatog proizvoċaĉa vjetroturbina. G90 je turbina instalirane snage 2MW, dizajnirana za optimalnu proizvodnju elektriĉne energije pri razliĉitim brzinama vjetra. Istiĉe se po niskom nivou buke i kvaliteti elektriĉne energije generirane u 7 Turbulencija nepravilno vrtložno gibanje koje se pojavljuje u tekućinama i plinovima kad struje pored čvrstih predmeta. 11
mreţu. Regulacija snage se vrši pomoću zakretanja lopatica (pitch control), a opremljen je i sustavom SGIPE 8 koji omogućava daljinsko upravljanje turbine u realnom vremenu. 4.1.1 Tehničke karakteristike Tablica 1 prikazuje najznaĉajnije tehniĉke karakteristike vjetroagregata Gamesa 90. Tablica 1: Tehniĉke karakteristike vjetroturbine Gamesa G90 Gamesa G90 - Tehniĉke karakteristike Generator Tip Dvostruko napajani Snaga 2000 kw Napon 690 V Frekvencija 50 Hz / 60 Hz Broj polova 4 Brzina vrtnje 900 1900 okr/min (za 50 Hz) Rotor Tip 3 lopatice Promjer 90m Površina zahvaćena lopaticama 9 6362 m 2 Kutna brzina 9 19 okr/min Smjer rotacije Smjer kazaljke na satu Duljina lopatica 44 m Teţina glave 106 T Toranj Tip Ĉeliĉni, 5 dijelova Visina 100 m Teţina 255 T Reduktor Tip 1 glavni stupanj, 2 sporedna stupnja Omjer 1 100.5 (za 50 Hz) HlaĊenje Prisilno,uljem 8 SGIPE Sustav daljinskog upravljanja vjetroelektranama 9 Površina zahvaćena lopaticama radni prostor vjetroelektrane 12
4.1.2 Zaštita od munja Gamesa G90 koristi sustav zaštite od munja (Total lightning protection) koji je u skladu s IEC 61024-1 10 normom. Ovaj sustav provodi munju s obje strane od vrha lopatice do zajedniĉkog korijena i od tamo preko gondole i kroz toranj do sustava uzemljenja koji je smješten u temeljima. Time su lopatice i osjetljive elektriĉne komponente zaštićene od oštećenja. 4.1.3 Gamesa SGIPE Gamesa SGIPE i nova generacija Gamesa WindNet (Wind farm control system) omogućavaju daljinsko upravljanje vjetroturbinama, meteorološkim postajama i drugim elektriĉnim stanicama u realnom vremenu preko satelita. 4.1.4 Kontrola buke Aerodinamiĉne lopatice i dobro dizajnirane mehaniĉke komponente pridonose niskoj emisiji buke. Osim toga, Gamesa je razvila sustav za kontrolu buke pod imenom NRS (Noise reduce system) koji omogućava programiranje razine buke prema kriterijima kao što su datum, vrijeme i smjer vjetra. 4.1.5 Kočnica Primarno koĉenje vrši se zakretanjem lopatica. Za sluĉaj nuţde je na dio mjenjaĉa brzine ugraċena hidrauliĉki pogonjena disk koĉnica. 10 IEC 61024-1 Zaštita od munja 13
4.1.6 Sustav kontrole Brzina i moć generatora s dvostrukim napajanjem se kontrolira pomoću IGBT pretvaraĉa i posebno razvijene elektronske kontrole (pulse with modulation).to omogućava kontrolu proizvodnje radne i jalove snage te osigurava minimalne gubitke i dugotrajan rad turbine. 4.1.7 Veza s mreţom Gamesini vjetroagregati s dvostrukim napajanjem, aktivne ţeljezne poluge i suvremene tehnologije pretvaraĉa osiguravaju usklaċenost s najzahtjevnijim tipovima spajanja generatora na mreţu. 4.1.8 Krivulja snage Brzina ukljuĉivanja VA je 3 m/s,a brzina iskljuĉivanja je 25 m/s. Slika 3. Krivulja snage vjetroagregata Gamesa G90 14
5 Simulacija proizvodnje u programu HOMER 5.1 HOMER HOMER je optimizacijski raĉunalni program za modeliranje distribuirane proizvodnje elektriĉne energije, koji pojednostavljuje zadatak procjene isplativosti samostalnih ili mreţnih hibridnih sustava 11, sastavljenih od neobnovljivih i obnovljivih distribuiranih izvora. Zadatak je izvršiti simulaciju proizvodnje elektriĉne energije raĉunalnim sustavom HOMER na osam odabranih lokacija sa ciljem ocjene istovremenosti proizvodnje elektriĉne energije. To su lokacije: Gospić, Osijek, Varaţdin, Karlovac, Rijeka, Knin, Split i Hvar. 5.2 Unos podataka Podaci za svih osam gradova dostupni su iz meteoroloških postaja hrvatskog Drţavnog hidrometeorološkog zavoda (DHMZ). Podaci sadrţe brzinu i smjer vjetra u 10 minutnim koracima za cijelu 2005. godinu. Uz podatke dostupan je i program koji datoteku s 10 minutnim podacima konvertira u datoteku sa satnim vrijednostima brzine i smjera vjetra. U HOMER se za ovu analizu unose satne vrijednosti brzine vjetra, svaka vrijednost zadana u decimalnom obliku mora biti odvojena decimalnom toĉkom (konverzija podataka iz mjerenja u stvarnu vrijednost). Zbog toga se pomoću programa napravljenog u Javi 12 već konvertirana datoteka s vrijednostima brzine i smjera vjetra (Slika 4.) dodatno konvertira u datoteku pogodnu za HOMER, u kojoj su zadane samo satne vrijednosti brzine vjetra. 11 Hibridni sustav kombinacija dvaju ili više izvora energije 12 JAVA Programerski alat 15
Slika 4. Konverzija izvorno mjerenih podataka (lijevo) u format pogodan za HOMER (desno) Pored unosa podataka o brzini vjetra, potrebno je i definirati vjetroagregat te vezu prema mreţi na koju se vjetroagregat spaja. Za vjetroagregat vaţno je unijeti krivulju snage u ovisnosti o brzini vjetra (Slika 5.) te podatke o cijeni (nije relevantno za ovaj rad). Slika 5. Unos parametara u HOMER-u 16
5.3 Rezultati simulacije Vaţno je istaknuti što promatramo. U ovom sluĉaju ţelimo pokazati koliko kwh moţemo dobiti na godišnjoj razini na svakom od 8 razliĉitih mjesta i usporediti ih s ukupnom godišnjom proizvodnjom na svih 8 mjesta (ukupno). Ţelimo prikazati i koliko je proizvodnja energije iz vjetroelektrana promjenjiva te koliko se to mijenja kombiniranjem proizvodnje na više lokacija. Brzine vjetrova na svim lokacijama su skalirane na 5 m/s za svrhu bolje usporedbe. Rezultat proizvodnje na jednoj lokaciji pomnoţen je s brojem gradova jer tako moţemo usporediti koliko elektriĉne energije dobivamo ako proizvodimo na svih 8 lokacija i ako proizvodimo sve na jednoj lokaciji. Prikazani su godišnji dijagrami proizvodnje snage po danu i po mjesecu, zatim proizvodnja snage za najbolji i najlošiji mjesec, te za jedan radni dan u najboljem i najlošijem mjesecu. Pošto usporeċujemo mnogo lokacija, radi preglednosti su odabrane dvije najbolje, Split i Knin, koje su prikazane u cijelosti. 17
Proizvodnja [MW] 5.3.1 Split 5.3.1.1 Proizvodnja na nivou godine 8 8 x Split Ukupno 7 6 5 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Vrijeme [mjesec] Slika 6. Split Godišnja proizvodnja na mjesečnoj bazi Iz Slike 6. je vidljivo kako je proizvodnja, kao i brzina vjetra, visoka poĉetkom godine, spušta se dolaskom ljetnih mjeseci te opet poĉinje rasti sredinom jeseni. U 8 x Split je najviša prosjeĉna mjeseĉna proizvodnja zabiljeţena u veljaĉi i iznosi 6,5 MW, a najniţa u srpnju gdje iznosi 2,7 MW. Ukupno najvišu prosjeĉnu mjeseĉnu proizvodnju takoċer ima u veljaĉi i ona iznosi 5,7 MW, dok najniţu mjeseĉnu proizvodnju pokazuje u kolovozu i iznosi 3,8 MW. Vidljivo je kako zbirna proizvodnja ima manju varijabilnost od proizvodnje samo u Splitu. Slika 7. nam ne daje preciznu usporedbu zbog gustoće podataka ali se moţe primijetiti kako proizvodnja iz Ukupno samo u ljetnom dijelu godine premašuje proizvodnju iz 8 x Split. Split sa godišnjom proizvodnjom od ĉak 5,6 GWh predstavlja drugu najbolju promatranu lokaciju. Proizvodnjom iz Ukupno godišnje dobivamo 35 GWh elektriĉne energije, dok 8 x Split godišnje u mreţu generira skoro 45 GWh elektriĉne energije. Vjetroagregat je u Splitu punim opterećenjem od 2 MW radio skoro 1000 sati godišnje, što je dovoljna pokazatelj kvalitete ove 18
lokacije. varijabilnosti. Najvaţnije za ovu analizu je da se sada još jasnije vidi razlika u Slika 7. Split Godišnja proizvodnja na dnevnoj bazi 19
Proizvodnja [MW] Proizvodnja [MW] 5.3.1.2 Proizvodnja na nivou mjeseca 18 8 x Split Ukupno 16 14 12 10 8 6 4 2 0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 Veljača Slika 8. Split - Proizvodnja u veljači 18 8 x Split Ukupno 16 14 12 10 8 6 4 2 0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 Kolovoz Slika 9. Split - Proizvodnja u kolovozu Ovdje je prikazana proizvodnja u najboljem i najlošijem mjesecu. Dnevni maksimum snage u veljaĉi za 8 x Split iznosi 15,7 MW dok za Ukupno iznosi 12,7 MW. UsporeĊujući Sliku 8. i Sliku 9. vidimo koliko je proizvodnja u kolovozu manja od one u veljaĉi. Najviša vrijednost za Ukupno u kolovozu iznosi 6,5 MW dok za 8 x Split ona dostiţe i 12 MW, ali se ostalim dijelom mjeseca rijetko kada penje iznad 5 MW. Varijabilnost je ponovo jasno manja kod ukupne proizvodnje. 20
Proizvodnja [MW] Proizvodnja [MW] 5.3.1.3 Proizvodnja na nivou dana 18 8 x Split Ukupno 16 14 12 10 8 6 4 2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Srijeda, 09.02.2005 Slika 10. Split Dnevna proizvodnja 9. veljače 18 8 x Split Ukupno 16 14 12 10 8 6 4 2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Srijeda, 10.08.2005 Slika 11. Split Dnevna proizvodnja 10. kolovoza Na obje slike su prikazane prilike proizvodnje tijekom jednog radnog dana, srijede, za 8 x Split i Ukupno, u veljaĉi i kolovozu. Srijeda u veljaĉi je bila jako produktivna, tog dana je u mreţu 8 x Split generirao 268 MWh elektriĉne energije, a Ukupno 150MWh. Za usporedbu, 8 x Split i Ukupno zajedno na prikazanu srijedu u kolovozu nisu uspjeli proizvesti više od 119 MWh. Vidimo da 8 x Split 9. veljaĉe kroz cijelo poslijepodnevlje radi na maksimumu od 16 MW, dok mu je 10. kolovoza maksimum bio tek 10,3 MW. Razlika u varijabilnosti je prisutna u oba primjera, ali daleko izraţenija kod veće proizvodnje. 21
Proizvodnja [MW] 5.3.2 Knin 5.3.2.1 Proizvodnja na nivou godine 8 8 x Knin Ukupno 7 6 5 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Vrijeme [mjesec] Slika 12. Knin Godišnja proizvodnja na mjeseĉnoj bazi U Kninu i ostalim promatranim lokacijama u Dalmaciji, za razliku od kontinentalnijih lokacija, nailazimo na puno širi spektar brzina vjetra i proizvodnje što je prouzrokovano burom koja tim prostorima puše. Vidimo da zbog jaĉine vjetra proizvodnja 8 x Knin ĉesto postiţe maksimum od 16 MW, posebice u zimskim mjesecima. Godišnje Knin proizvede 6,1 GWh elektriĉne energije, Ukupno 35 GWh a 8 x Knin 48,8 GWh elektriĉne energije. Najviše dnevne proizvodnje za 8 x Knin su vidljive krajem sijeĉnja i poĉetkom veljaĉe, dok je najviša prosjeĉna mjeseĉna proizvodnja zabiljeţena u Veljaĉi i iznosi 8,6 MW. 22
Slika 13. Knin Godišnja proizvodnja na dnevnoj bazi 23
Proizvodnja [MW] Proizvodnja [MW] 5.3.2.2 Proizvodnja na nivou mjeseca 18 8 x Knin Ukupno 16 14 12 10 8 6 4 2 0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 Veljača Slika 14. Knin Proizvodnja u veljači 18 8 x Knin Ukupno 16 14 12 10 8 6 4 2 0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 Kolovoz Slika 15. Knin Proizvodnja u kolovozu Ukupno je u najlošijem mjesecu, kolovozu, u mreţu isporuĉilo 3,8 GWh elektr. energije a u veljaĉi 4,3 GWh elektriĉne energije, s time da je vaţno napomenuti da veljaĉa ima i dva dana manje od kolovoza. 8 x Knin je u veljaĉi proizveo 6,7 GWh a u kolovozu skoro dvostruko manje, 3,5 GWh elektriĉne energije. Prosjeĉna godišnja proizvodnja po mjesecu za 8 x Knin iznosi 5,6 MW, najviša je u veljaĉi (8,6 MW) a najniţa, zaĉuċujuće, u listopadu (3,4 MW). U listopadu je 8 x Knin u mreţu isporuĉio samo 0,5 GWh. Kao i kod Splita razlika u varijabilnosti je evidentna. 24
Proizvodnja [MW] Proizvodnja [MW] 5.3.2.3 Proizvodnja na nivou dana 8 x Knin Ukupno 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Srijeda, 09.02.2005 Slika 16. Knin Dnevna proizvodnja 9. veljače 18 8 x Knin Ukupno 16 14 12 10 8 6 4 2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Srijeda, 10.08.2005 Slika 17. Knin Dnevni proizvodnja 10. kolovoza I kod 8 x Knin vidimo velike oscilacije u proizvodnji tokom jednog dana, kao i razlike kod zimskog i ljetnog dana. Srijeda 9. veljaĉe je bio jako produktivan dan, u mreţu je isporuĉeno 292 MWh energije, a 10. kolovoz spada meċu lošije dane u godini, gdje je 8 x Knin u mreţu generirao samo 81 MWh. Ukupno je 9. veljaĉe 25
proizveo 151 MWh elektriĉne energije a 10. kolovoza tek 61 MWh elektriĉne energije. Razlika u varijabilnosti ovdje nije toliko izraţena premda se moţe reći da je ukupna proizvodnja, premda slabija, manje varijabilna. Promatrane lokacije moţemo podijeliti u dvije grupe, u jednu grupu su smještene lokacije u Dalmaciji a to su Knin, Split i Hvar, dok u drugu skupinu ulaze ostale lokacije kontinentalnijih krajeva a to su Gospić, Osijek, Varaţdin, Karlovac i Rijeka. Lokacije prve skupine imaju puno veći potencijal vjetra i godišnja proizvodnja im je rijetko ispod 5 milijuna kwh elektriĉne energije. Dok kod druge skupine niti jedna lokacija nema prosjeĉnu brzinu vjetra veću od 3 m/s te se većoj proizvodnje elektriĉne energije ne moţemo ni nadati. Vaţno je napomenuti da su, kod svake lokacije, brzine vjetra u zimskom dijelu godine uvijek velike, sa povećanim oscilacijama, i opadaju pribliţavanjem ljetnog dijela godine. Vaţno je i napomenuti da se u 2005. godini u Hrvatskoj po jakosti vjetra u nekim mjestima isticao travanj, što inaĉe nije sluĉaj. 26
6 Zaključak Ako se promatraju karakteristike vjetra na prostoru Hrvatske, moţe se zakljuĉiti da naša domovina ima dobar vjetropotencijal. To ne znaĉi da je cijeli prostor Hrvatske izuzetno pogodan za gradnju vjetroelektrana. Naime, Hrvatska ima mnogo vjetrovitih podruĉja, ali je problem u tome što vjetar u njima nije stalan, te je preslab ili prejak. Velika promjenjivost brzine vjetra prouzrokuje još veću promjenjivost u proizvodnji elektriĉne energije iz vjetroelektrana. U ovom radu je prikazano kako se velika promjenjivost oĉituje ne samo na godišnjoj razini, već i na mjeseĉnoj, tjednoj, dnevnoj pa ĉak i satnoj razini te da vjetroelektrana nikako ne moţe sluţiti kao primarni izvor energije bez rješavanja ovog problema. Analizom u ovom radu je jasno prikazano koliki je potencijal smanjivanja varijabilnosti proizvodnje elektriĉne energije iz vjetroelektrana koje su rasprostranjene na širem podruĉju koje ima razliĉite klimatske i meteorološke uvjete. Bura u Kninu primjer je vrlo neredovitog i ĉesto prejakog vjetra. Takav vjetar nije pogodan za energetsko iskorištavanje. Jugo se zbog ujednaĉenosti puhanja i manje vrtloţnosti ĉini prikladnijim vjetrom za proizvodnju elektriĉne energije iz vjetra nego li divlja i ţestoka bura. Na sreću, Hrvatska ima puno više lokacija koje imaju zadovoljavajući vjetropotencijal. Mjerenja odreċenih karakteristika vjetra (brzina, smjer, uĉestalost) pokazala su kako je za iskorištavanje energije vjetra povoljnije podruĉje Jadrana od kontinentalnog dijela Hrvatske. Stoga su prve hrvatske vjetroelektrane izgraċene upravo na tom podruĉju. Rijeĉ je o vjetroelektranama Ravna Pag i Trtar Krtolin Šibenik. S obzirom da je do sada u Hrvatskoj identificirano stotinjak potencijalnih lokacija za izgradnju vjetroelektrana, moţe se oĉekivati kako će broj vjetroturbina u narednim godinama rasti sve više. Vjetroelektrane na Ćićariji, iznad Senja, pokraj Stona i Splita, koje su u razliĉitim fazama izgradnje, govore tome u prilog. 27
7 Literatura 1. Pilić-Rabadan Ljiljana: Vodne turbine i pumpe, vjetroturbine, Fakultet elektrotehnike, strojarstva i brodogradnje Sveučilišta u Splitu, Split, 1999. 2. Mužinić Filip; Škrlec Davor: Energija: Modeliranje projektnih rizika u razvoju projekta vjetroelektrane, Hrvatska elektroprivreda d.d., Zagreb, kolovoz 2007. 3. Mandić Niko; Mandić Jelena: EGE Energetika, gospodarstvo, ekologija, etika: Neke karakteristike rada hrvatskog elektroenergetskog sustava 2005. godine, Zagreb, 2006. 4. Ćurković, T; http://www.ekozg.hr/vjetroelektrane.htm, 29 svibnja 2009. 5. O energiji vjetra, http://www.izvorienergije.com/energija_vjetra.html, 29 svibnja 2009. 6. Dakić, M; http://www.geog.pmf.hr/e_skola/geo/mini/vjetar_u_hrvatskoj /iskoristavanje_vjetra_ u_hrvatskoj.html, 3 lipnja 2009. 28
Closure Wind Power from multiple locations Saţetak Raspoloţivost energije vjetra na više lokacija Proizvodnja elektriĉne energije iz energije vjetra nuţno je promjenjiva kao i sama brzina vjetra. Uz veliku cijenu i neefikasnost spremanja elektriĉne energije znaĉajnija proizvodnja elektriĉne energije iz vjetroelektrana predstavlja razmjeran zahtjev za rezervnom snagom u drugim izvorima koji mogu proizvoditi elektriĉnu energiju prema zahtjevu. Ovaj rad opisuje ispitivanje istovremenosti proizvodnje elektriĉne energije iz vjetroelektrana na razliĉitim lokacijama u Hrvatskoj. Analizom u ovom radu je jasno prikazano koliki je potencijal smanjivanja varijabilnosti proizvodnje elektriĉne energije iz vjetroelektrana koje su rasprostranjene na širem podruĉju koje ima razliĉite klimatske i meteorološke uvjete. 29
Ključne riječi energija vjetra, Betzov zakon, vjetroturbina, vjetroelektrana, HOMER, proizvodnja, promjenjivost 30