Upload
others
View
8
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
1
SVEUČILIŠTE U ZAGREBU
FAKULTET ELEKTROTEHNIKE I RAČUNARSTVA
ZAVRŠNI RAD br. 449
ANALIZA VARIJABILNOSTI PROIZVODNJE ELEKTRIČNE ENERGIJE IZ ENERGIJE
VJETRA
Luka Romac
Zagreb, siječanj 2008.
2
Luka Romac
0036422223
3
Sadržaj
1. Uvod .............................................................................................. 8
2. Računalni program HOMER ......................................................... 12
2.1. Simulacija ........................................................................ 14
2.2. Optimizacija ..................................................................... 15
2.3. Analiza osjetljivosti ......................................................... 17
3. Karakteristike odabranih vjetroagragata ....................................... 17
3.1. Air-X ................................................................................ 17
3.2. BWC XL.1 ....................................................................... 20
4. Karakteristike odabranih pretvarača ............................................. 22
4.1. AJ 600-24 ........................................................................ 22
4.2. PureSine 2 1000-224 ...................................................... 23
5. Izvori podataka ............................................................................. 24
5.1. NASA – Surface meterology and solar energy database
................................................................................................. 24
5.2. DHMZ – Džavni Hidrometerološki Zavod ........................ 28
6. Projektni zadatak .......................................................................... 31
6.1. Zadatak ........................................................................... 31
6.2. Definiranje parametara vjetroagregata i mreže u HOMER-u
................................................................................................. 32
6.2.1.1. Definiranje parametara mreže ................................ 33
4
6.2.1.2. Definiranje parametara vjetroagregata ................... 37
6.2.1.3. Definiranje parametara pretvarača ......................... 38
6.2.1.4. Definiranje troškova projekta .................................. 40
6.2.1.5. Definiranje podataka o brzini vjetra ........................ 41
7. Mali Lošinj ..................................................................................... 42
7.1. Ulazni podaci za grad Mali Lošinj .................................... 42
7.2. Air-X, Mali Lošinj ............................................................. 44
7.3. BWC XL.1, Mali lošinj ...................................................... 46
7.4. Usporedba podataka za grad Mali Lošinj ........................ 48
7.4.1.1. Usporedba ulaznih podataka za grad Mali lošinj
..................................................................................... 48
7.4.1.2. Air-X, Mali Lošinj .................................................... 51
7.4.1.3. BWC XL.1, Mali Lošinj ........................................... 54
7.4.1.4. Ekonomska usporedba vjetra na 10m visine (Mali
Lošinj) .......................................................................... 57
8. Hvar .............................................................................................. 59
8.1. Ulazni podaci za grad Hvar ............................................. 59
8.2. Air-X, Hvar ....................................................................... 60
8.3. BWC XL.1, Hvar .............................................................. 62
8.4. Usporedba podataka za grad Hvar ................................. 64
5
8.4.1.1. Usporedba ulaznih podataka za grad Hvar ............ 64
8.4.1.2. Air-X, Hvar .............................................................. 66
8.4.1.3. BWC XL.1, Hvar ..................................................... 69
8.4.1.4. Ekonomska usporedba vjetra na 10m visine (Hvar)
..................................................................................... 72
9. Dubrovnik ...................................................................................... 73
9.1. Ulazni podaci za grad Dubrovnik .................................... 73
9.2. Air-X, Dubrovnik .............................................................. 75
9.3. BWC XL.1, Dubrovnik ..................................................... 77
9.4. Usporedba podataka za grad Dubrovnik ......................... 79
9.4.1.1. Usporedba ulaznih podataka za grad Dubrovnik
..................................................................................... 79
9.4.1.2. Air-X, Dubrovnik .................................................... 81
9.4.1.3. BWC XL.1, Dubrovnik ............................................ 84
9.4.1.4. Ekonomska usporedba vjetra na 10m visine
(Dubrovnik) .................................................................. 87
10. Zaključak .................................................................................. 88
11. Sažetak .................................................................................... 90
12. Literatura .................................................................................. 91
6
Popis tablica
Tablica 1 - Tarifni modeli za kupce na niskom naponu ........................................ 34
Tablica 2 - Visine tarifnih stavki ............................................................................ 34
Tablica 3 - Investicijski troškovi vjetroagregata ................................................... 37
Tablica 4 - Toškovi investicije, rada i održavanja pretvarača ............................. 39
Tablica 5 - Ulazni podaci (DHMZ, Mali Lošinj) .................................................... 42
Tablica 6 - Ulazni podaci (NASA, Mali Lošinj) .................................................... 43
Tablica 7 - Usporedba rezultata (Mali Lošinj) ..................................................... 48
Tablica 8 - Usporedba proizvodnje električne energije (Mali Lošinj) .................. 51
Tablica 9 - Uporedba proizvodnje električne energije (Mali Lošinj) .................... 54
Tablica 10 - Ekonomska analiza isplativosti postavljanja vjetroagregata u
Malom Lošinju (izvor podataka DHMZ) ................................................................ 57
Tablica 11 - Ekonomska analiza isplativosti postavljanja vjetroagregata u
Malom Lošinju (izvor podataka NASA) ................................................................ 58
Tablica 12 - Ulazni podaci (DHMZ, Hvar) .......................................................... 59
Tablica 13 - Ulazni podaci (NASA, Hvar) ............................................................. 59
Tablica 14 - Usporedba rezultata (Hvar) ............................................................ 64
Tablica 15 - Usporedba proizvodnje električne energije (Hvar) ......................... 66
Tablica 16 - Usporedba proizvodnje električne nergije (Hvar) ........................... 69
Tablica 17 - Ekonomska analiza isplativosti postavljanja vjetroagregata na Hvaru
.............................................................................................................................. 72
Tablica 18 - Ulazni podaci (DHMZ, Dubrovnik) ................................................. 73
Tablica 19 - Ulazni podaci (NASA, Dubrovnik) .................................................. 74
Tablica 20 - Usporedba rezultata (Dubrovnik) ..................................................... 79
7
Tablica 21 - Usporedba proizvodnje električne energije (Dubrovnik) ................... 81
Tablica 22 - Usporedba proizvodnje električne nergije (Dubrovnik) ..................... 84
Tablica 23 - Ekonomska analiza isplativosti postavljanja vjetroagregata u
Dubrovniku ........................................................................................................... 87
Popis slika
Slika 1 - Veza izmeĎu procesa simulacije, optimizacije i analize osjetljivost ....... 13
Slika 2 - Vjetroagregat Air-X ................................................................................. 17
Slika 3 - Dimenzije Air-X vjetroagregata .............................................................. 18
Slika 4 - Krivulja proizvodnje vjetroagregata Air-X ............................................... 19
Slika 5 - BWC XL.1 vjetroagregat ........................................................................ 20
Slika 6 - Krivulja proizvodnje vjetroagregata BWC XL.1 ...................................... 21
Slika 7 - AJ 600-224 izmjenjivač .......................................................................... 22
Slika 8 - Tehnička specifikacija AJ 600-24 izmjenjivača ...................................... 22
Slika 9 - PS2 1000-224 izmjenjivač ..................................................................... 23
Slika 10 - Tehnička specifikacija PS2 1000-224 izmjenjivača ............................. 23
Slika 11 - SSE web stranica ( http://eosweb.larc.nasa.gov/sse/ ) ........................ 25
Slika 12 - Primjer mreže ....................................................................................... 26
Slika 13 - Brzina vjetra za Zagreb generirana iz Nasa-ine baze podataka .......... 27
Slika 14 - Karta meteroloških postaja u Hrvatskoj ............................................... 28
Slika 15 - Primjer djela podatak za brzinu vjetra iz DHMZ-a za grad Osijek ....... 30
Slika 16 - Prikaz komponenti vjetroenergetskih sustava u Homer-u ................... 32
Slika 17 - Prikaz tarife .......................................................................................... 35
8
Slika 18 - „Converter inputs“ prozor ..................................................................... 38
Slika 19 - Prikaz troškova projekta ....................................................................... 40
Slika 20 - Brzina vjetra kroz jednu godinu ........................................................... 41
Slika 21 - Investicijski troškovi (DHMZ, Mali Lošinj) ............................................. 44
Slika 22 - Investicijski troškovi (NASA, Mali Lošinj) ............................................. 44
Slika 23 - Podaci o proizvodnji električne energije (DHMZ, Mali Lošinj) .............. 45
Slika 24 - Podaci o proizvodnji električne energije (NASA, Mali Lošinj) .............. 45
Slika 25 - Investicijski troškovi (DHMZ, Mali Lošinj) ............................................. 46
Slika 26 - Investicijski troškovi (NASA, Mali Lošinj) ............................................. 46
Slika 27 - Podaci o proizvodnji električne energije (DHMZ, Mali Lošinj) .............. 47
Slika 28 - Podaci o proizvodnji električne energije (NASA, Mali Lošinj) .............. 47
Slika 29 - Usporedba srednje brzine vjetra [ ] ................................................ 49
Slika 30 - Relativna razlika srednje brzine u odnosu na DHMZ [ ] ................. 49
Slika 31 - Primjer uzimanja podataka ................................................................... 50
Slika 32 - Grafička usporedba mjesečne proizvodnje električne energije
.............................................................................................................................. 52
Slika 33 - Proizvodnja električne energije u ovisnosti o satu i danu u godini
(DHMZ) ................................................................................................................ 52
Slika 34 - Proizvodnja električne energije u ovisnosti o satu i danu u godini (NASA)
.............................................................................................................................. 53
Slika 35 - Grafička usporedba mjesečne proizvodnje električne energije
(Mali Lošinj) .......................................................................................................... 55
Slika 36 - Proizvodnja električne energije u ovisnosti o satu i danu u godini
(DHMZ) ................................................................................................................ 55
9
Slika 37 - Proizvodnja električne energije u ovisnosti o satu i danu u godini (NASA)
.............................................................................................................................. 56
Slika 38 - Investicijski troškovi (DHMZ, Hvar) ...................................................... 60
Slika 39 - Investicijski troškovi (NASA, Hvar) ....................................................... 60
Slika 40 - Podaci o proizvodnji električne energije (DHMZ, Hvar) ....................... 61
Slika 41 - Podaci o proizvodnji električne energije (NASA, Hvar) ........................ 61
Slika 42 - Investicijski troškovi (DHMZ, Hvar) ...................................................... 62
Slika 43 - Investicijski troškovi (NASA, Hvar) ....................................................... 62
Slika 44 - Podaci o proizvodnji električne energije (DHMZ, Hvar) ....................... 63
Slika 45 - Podaci o proizvodnji električne energije(NASA, Hvar) ......................... 63
Slika 46 - Usporedba srednjih brzina vjetra [ ] ................................................ 65
Slika 47 - Relativna razlika srednje brzine u odnosu na DHMZ [ ] .................. 65
Slika 48 - Grafička usporedba proizvodnje električne energije (Hvar) ................. 67
Slika 49 - Proizvodnja električne energije u ovisnosti o sati u danu u godini
(DHMZ) ................................................................................................................ 67
Slika 50 - Proizvodnja električne energije u ovisnosti o satu i danu u godini (NASA)
............................................................................................................................ 68
Slika 51 - Grafička usporedba mjesečne proizvodnje električne energije (Hvar)
.............................................................................................................................. 70
Slika 52 - Proizvodnja električne energije u ovisnosti o satu i danu u godini
(DHMZ) ............................................................................................................... 70
Slika 53 - Proizvodnja električne energije u ovisnosti o satu i danu u godini (NASA)
.............................................................................................................................. 71
Slika 54 - Investicijski troškovi (DHMZ, Dubrovnik) ............................................. 75
Slika 55 - Investicijski troškovi (NASA, Dubrovnik) .............................................. 75
10
Slika 56 - Podaci o proizvodnji električne energije (DHMZ, Dubrovnik) .............. 76
Slika 57 - Podaci o proizvodnji električne energije (NASA, Dubrovnik) ............... 76
Slika 58 - Investicijski troškovi (DHMZ, Dubrovnik) ............................................. 77
Slika 59 - Investicijski troškovi (NASA, Dubrovnik) .............................................. 77
Slika 60 - Podaci o proizvodnji električne energije (DHMZ, Dubrovnik) .............. 78
Slika 61 - Podaci o proizvodnji električne energije (NASA, Dubrovnik) ............... 78
Slika 62 - Usporedba srednje brzine vjetra [ ] ................................................ 80
Slika 63 - Relativna razlika srednje brzine u odnosu na DHMZ [ ] ................. 80
Slika 64 - Grafička usporedba mjesečne proizvodnje električne energije
.............................................................................................................................. 82
Slika 65 - Proizvodnja električne energije u ovisnosti o sati u danu u godini
(DHMZ) ................................................................................................................ 82
Slika 66 - Proizvodnja električne energije u ovisnosti o satu i danu u godini (NASA)
.............................................................................................................................. 83
Slika 67 - Grafička usporedba mjesečne proizvodnje električne energije
.............................................................................................................................. 85
Slika 68 - Proizvodnja električne energije u ovisnosti o satu i danu u godini
(DHMZ) ................................................................................................................ 85
Slika 69 - Proizvodnja električne energije u ovisnosti o satu i danu u godini (NASA)
.............................................................................................................................. 86
11
1. Uvod
Dolaskom 21. stoljeća potražnja za električnom energijom naglo raste.
Usporedno s razvojem velikih gospodarstava, kao što su kinesko i indijsko,
potrebno je razvijati i elektroenergetski sustav kako bi mogao pratiti rastuću
potrebu za električnom energijom. Diljem svijeta se grade velike elektrane, no
treba uzeti u obzir i utjecaj na okoliš koji će tako masivni objekti imati.
Gradnjom hidroelektrana nagrĎuje se prirodni tok rijeka radi čega pate riječna
flora i fauna. Velike termoelektrane velika su prijetnja za atmosferu. Pored
toga, cijene fosilnih goriva u stalnom su porastu. Uz nuklearne elektrane često
se pojavljuje skepticizam graĎana koji je neopravdan, a potrebno je i osigurati
sigurno odlaganje iskorištenog radioaktivnog goriva. S druge strane, stalno se
razvijaju sustavi za proizvodnju električne energije iz obnovljivih izvora
energije. Takvi sustavi predstavljaju za prirodu neškodljiv način proizvodnje
električne energije. Za razliku od konvencionalnih načina proizvodnje električne
energije, ovakvi sustavi nisu prikladni za upotrebu na bilo kojem mjestu, već je
mjesto instalacije sustava odreĎeno dostupnošću prirodnih resursa. U
Hrvatskoj velik udio električne energije dolazi iz postrojenja koje koriste
obnovljive izvore energije. Preko 50% električne energije prema podacima iz
2000. godine dolazi korištenjem energije vode. Problem predstavlja što većina
te energije dolazi iz konvencionalnih izvora, odnosno velikih hidroelektrana. Iz
ostalih obnovljivih izvora energije (OIE) dobiva se manje od 1% ukupne
električne energije. UsklaĎivanjem zakona s EU direktivom, Hrvatska se
obvezala do 31. prosinca 2010. godine povećati proizvodnju električne energije
iz OIE tako da ona iznosi 5.8% u ukupnoj potrošnji električne energije. Jedan
od zanimljivih izvora energije jest energija vjetra čije se korištenje na tri lokacije
u Hrvatskoj razmatra u ovom radu. Izabrane lokacije su: Mali Lošinj, Hvar i
Dubrovnik.
12
2. Računalni program HOMER
„HOMER Micropower Optimization Model“ je kompjuterski model razvijen od
strane američkog laboratorija za obnovljivu energiju (U.S. National Renewable
Energy Laboratory – NREL), a osnovna zadaća mu je pomoći u modeliranju
mikroenergetskih (micropower) sustava i olakšati usporedbu širokog spektra
tehnologija za proizvodnju energije.
HOMER modelira stvarno ponašanje energetskog sustava i trošak njegovog
životnog ciklusa, koji je zapravo zbroj troškova instalacije i održavanja
energetskog sustava kroz cijeli njegov životni vijek. HOMER omogućuje
projektantu usporedbu velikog broja različitih projektantskih rješenja na temelju
njihovih tehničkih i ekonomskih karakteristika. TakoĎer pomaže u
razumijevanju i kvantitativnom odreĎivanju rezultata koji su posljedica
nesigurnosti i promjena u ulaznim podacima.
Micropower sustav (mikroenergetski sustav) je sustav koji proizvodi električnu
energiju, a moguće i toplinsku, za potrošača u neposrednoj blizini. Takav
sustav može koristiti razne kombinacije tehnologija za proizvodnju i
pohranjivanje električne energije, te može biti autonoman ili priključen na
elektroenergetsku mrežu. Elektrane koje su priključene na visokonaponsku
mrežu ne ubrajamo u mikropower sustave. HOMER ima mogućnost
modeliranja autonomnih micropower sustava i onih spojenih na mrežu.
TakoĎer ti sustavi mogu potrošača opskrbljivati i električnom i toplinskom
energijom, a mogu biti sačinjeni iz bilo koje kombinacije fotonaponskih modula,
vjetroagregata, malih hidrogeneratora, generatora na biomasu, mikroturbina,
gorivnih ćelija, baterija i spremnika vodika.
Projektiranje i analiza mikroenergetskog sustava može biti vrlo zahtjevan
proces zbog velikog broja projektantskih mogućnosti i nesigurnosti oko ključnih
parametara, kao što su veličina opterećenja, dostupnost izvora energije i
buduće cijene goriva. Obnovljivi izvori energije još više pridonose
kompleksnosti jer se njihova proizvodnja energije može povremeno prekidati ili
13
čak potpuno izostati, ovisno o dobu dana, atmosferskim prilikama, godišnjem
dobu i sl. HOMER uspješno savladava i te izazove.
HOMER obavlja tri osnovne zadaće: simulacija, optimizacija i analiza
osjetljivosti. U procesu simulacije, HOMER modelira izvedbu odreĎene
konfiguracije mikroenergetskog sustava svakog sata u godini kako bi odredio
njezinu tehničku izvedivost i cijenu životnog ciklusa. U procesu optimizacije,
HOMER simulira mnogo različitih konfiguracija sustava u potrazi za onom koja
zadovoljava tehničke uvjete pri najnižoj cijeni životnog ciklusa. U procesu
analize osjetljivosti, HOMER izvodi monogobrojne optimizacije unutar područja
ulaznih pretpostavki kako bi procijenio posljedice nesigurnosti ili promjena
ulaznih podataka. Optimizacija odreĎuje optimalnu vrijednost varijabli nad
kojima projektant sustava ima kontrolu, kao što je npr. kombinacija komponenti
koje tvore sustav, te njihova veličina i količina. Analiza osjetljivosti pomaže u
procjeni posljedica nesigurnosti ili promjena varijabli nad kojima projektant
nema kontrolu, kao što su npr. prosječna brzina vjetra ili buduća cijena goriva.
14
Slika 1 - Veza izmeĎu procesa simulacije, optimizacije i analize osjetljivosti
Slika 1 nam prikazuje vezu izmeĎu simulacije, optimizacije i analize
osjetljivosti. Elipsa optimizacije obuhvaća elipsu simulacije što predstavlja
činjenicu da se jedna optimizacija sastoji od višestrukih simulacija. Slično,
elipsa analize osjetljivosti obuhvaća elipsu optimizacije jer se jedna analiza
osjetljivosti sastoji od višestrukih optimizacija.
2.1. Simulacija
Osnovna mogućnost HOMER-a je simuliranje dugoročnog pogona
mikroenergetskog sustava. Njegove dodatne mogućnosti, optimizacija i analiza
osjetljivosti, ovise o mogućnosti simulacije. Proces simulacije odreĎuje kako bi
se pojedina konfiguracija sustava (kombinacija komponenti sustava odreĎenih
veličina) i strategija upravljanja koja definira kako te komponente rade zajedno,
ponašali u odreĎenom vremenskom periodu.
HOMER može simulirati širok raspon konfiguracija mikroenergetskog sustava,
sastavljen od fotonaponskih ćelija, jednog ili više vjetroagregata, male
hidroturbine, do tri generatora, akumulatora (baterija), ad-dc pretvarača,
elektrolizera i spremnika za vodik. Sustav može biti autonoman ili priključen na
mrežu, te može potrošače opskrbljivati ac i dc električnom strujom i toplinskom
energijom.
Proces simulacije ima dva cilja. Prvi je odrediti da li je sustav izvediv. HOMER
pretpostavalja da je sustav izvediv ako može adekvatno opskrbljivati potrošača
električnom i toplinskom energijom, te zadovoljava sve ostale zahtjeve
korisnika. Drugi cilj je predvidjeti cijenu mikroenergetskog sustava tijekom
životnog vijeka, to je zbroj instalacijskih troškova i troškova održavanja
sustava.
15
2.2. Optimizacija
Za razliku od simulacijskog procesa koji modelira odreĎenu konfiguraciju
sustava, optimizacijski proces odreĎuje najbolju moguću konfiguraciju sustava.
U HOMERU, najbolja moguća ili optimalna, konfiguracija sustava je ona koja
zadovoljava sve uvjete korisnika pri najnižoj tržišnoj cijeni. Postupak
odreĎivanja optimalne konfiguracije može uključivati donošenje odluke o
kombinaciji komponenti od kojih sustav treba biti sastavljen, o veličini i količini
pojedinih komponenti, te o tzv. „dispatch strategiji“ (pravila prema kojima
sustav funkcionira, puni baterije). U optimizacijskom procesu HOMER simulira
mnogo različitih konfiguracija sustava, odbacuje neizvedive (one koje ne
zadovoljavaju uvjete korisnika), a one koje su izvedive rangira prema cijeni.
Konfiguraciju sa najnižom cijenom uzima kao optimalnu.
Cilj optimizacijskog procesa je odrediti optimalnu vrijednost svake odlučujuće
varijable koja je od interesa projektantu. Odlučujuća varijabla je ona varijabla
koju projektant može mijenjati i za koju HOMER analizira cijeli niz njezinih
mogućih vrijednosti. Odlučujuće varijable u HOMER-u su primjerice: veličina
fotonaponskih ćelija, broj vjetroagregata, veličina pojedinog generatora,
kapacitet i broj baterija, veličina ac-dc pretvarača, veličina elektrolizera te
veličina spremnika za vodik.
Optimizacija pomaže projektantu da iz velikog broja mogućih konfiguracija
sustava pronaĎe optimalnu konfiguraciju.
16
2.3. Analiza osjetljivosti
U poglavlju 2.2. opisan je proces optimizacije u kojem HOMER pronalazi
optimalnu konfiguraciju sustava za odreĎeni niz ulaznih pretpostavki. U ovom
poglavlju opisan je proces analize osjetljivosti u kojem HOMER izvodi
višestruke optimizacije, za svaku koristeći drugi niz ulaznih pretpostavki.
Analiza osjetljivosti pokazuje koliko su izlazni rezultati osjetljivi na promjene u
ulaznim pretpostavkama.
Kod analize osjetljivosti, korisnik HOMER-a unosi cijeli niz vrijednosti za samo
jednu ulaznu varijablu. Varijabla za koju je korisnik unio višestruke vrijednosti
zove se varijabla osjetljivosti. Skoro svaka ulazna numerička varijabla u
HOMER-u koja nije odlučujuća varijabla može biti varijabla osjetljivosti.
Primjerice: cijena električne struje u mreži, cijena goriva, realna kamatna stopa,
životni vijek fotonaponskih ćelija ili cijelog sustava itd.
Osnovna funkcija analize osjetljivosti je eleminiranje nesigurnosti. Ako je
projektant nesiguran u vrijednost odreĎene varijable, lako može unjeti nekoliko
vrijednosti koje pokrivaju cijeli raspon i vidjeti kako rezultati variraju diljem tog
raspona.
Analiza osjetljivosti se koristi i za rješavanje brojnih drugih problema.
Primjerice, projektant može analizirati različite ustupke i odgovoriti na pitanja
kao što je: Koliko je potrebno povećati investicijske troškove da bi postigli 50%
ili 100% proizvodnje iz obnovljivih izvora? Zatim, energetičar može odrediti koje
su tehnologije, ili pak kombinacije tehnologija, optimalne za različite uvjete
rada. Analitičar tržišta može odrediti pri kojoj cijeni, pri kojim uvjetima, proizvod
može konkurirati alternativnim proizvodima. Zatim, koji stupanj poticaja je
potreban da bi se stimuliralo tržište za odreĎenu tehnologiju ili pak, koliki treba
biti porez za ispušne plinove da bi se ekonomija okrenula čišćim tehnologijama
i sl.
17
3. Karakteristike odabranih vjetroagregata
Glavni cilj pri odabiru vjetroagregata jest odabrati vjetroagregate koji se znatno
razlikuju s obzirom na nazivnu snagu te krivulju proizvodnje energije s obzirom
na brzinu vjetra, a mogu se kupiti u Hrvatskoj. Iz navedenih razloga izabrani su
vjetroagregat Air-X proizvoĎača Southwet Windpower i BWC XL.1
proizvoĎača Bergey windpower .
I jedan i drugi vjetroagregat zahtijevaju minimalno održavanje, tek vizualnu
provjeru svih pokretnih elemenata te provjeru zategnutosti vijaka svake godine.
3.1. Air-X
18
Slika 2 – Vjetroagregat Air-X
Vjetroagregat Air-X, američkog proizvoĎača Southwest windpower, najmanji je
odabrani vjetroagregat, nazivne snage 400W. Zbog male nazivne snage
promjer rotora iznosi samo 1.15m, a masa 5.85 kilograma.
19
Slika 3 – Dimenzije Air-X vjetroagregata
Brzina vjetra pri kojoj počinje proizvodnja električne energije (cut-in speed)
iznosi 3,58 m/s, a nazivnu snagu postiže pri brzini vjetra od 12,5 m/s. Krivulja
proizvodnje s obzirom na brzinu vjetra vidi se na slici Slika 4. Rotor se sastoji
od 3 lopatice načinjene od karbonskih vlakana. Izlazni napon iznosi 12, 24, ili
48 V DC. Dolazi sa trogodišnjom garancijom. Vjetroagregat Air-X prikladan je
za napajanje manjih potrošača kao što su rasvjeta, TV, radio i sl. te punjenje
baterija jer se s vjetroagregatom dobiva i regulator punjenja baterija. Kada su
baterije pune, kontroler u vjetroagregatu usporava vrtnju rotora te tako
smanjuje buku koju vjetroagregat proizvodi.
Pored verzije koja se ugraĎuje na fiksno mjesto na kopnu, postoji i verzija koja
se ugraĎuje na manje brodove, a od verzije za kopno se razlikuje samo
korištenjem antikorozivne zaštite.
20
Slika 4 – Krivulja proizvodnje vjetroagregata Air-X
3.2. BWC XL.1
21
Slika 5 – BWC XL.1 vjetroagregat
BWC XL.1 američkog proizvoĎača Bergey windpower , najveći je tehnički
unaprijeĎeni vjetroagregat u klasi malih vjetroagregata ikada. Hight-tech
materijali, robusna konstrukcija i minimum pokretnih dijelova, osigurava
izvarednu pouzdanost samog vjetroagregata. Sadrži automatski sustav
upravljanja u vremenski nepovoljnim uvjetima. XL.1 “all-in-one“ PowerCenter
omogućava potpunu integraciju hibridnog sustava, uključujući po volji odabranu
shemu sinusnog pretvarača. Održavanje vjetroagregata je minimalno i svodi se
na godišnju vizualnu kontrolu. Garancija koju daje proizvoĎač traje 5 godina.
PredviĎen je za rad u istosmjernim sustavima s baterijama.
Promjenjivi naponi vjetroturbina prilagoĎavaju se naponu baterije osiguravajući
optimalno punjenje i održavanje u svim režimima rada. BWC XL.1 je prilagoĎen
manjim brzinama vjetra. Brzina vjetra pri kojoj počinje proizvodnja (cut-in
22
speed) iznosi 2,5 m/s, a nazivnu snagu od 1000 W postiže pri brzini od 11 m/s.
Krivulja proizvodnje vjetroagregata BWC XL.1 vidi se na slici Slika 6. Rotor se
sastoji od 3 lopatice koje su napravljene od karbonskih vlakana, a promjer mu
je 2,5 m. Masa vjetroagregata iznosi 34 kg. Izlazni naponi iznose 24 i 48 V DC.
Uz agregat je moguće koristiti i regulator punjenja baterija koji kao i u slučaju
Air-X vjetroagregata usporava vrtnju rotora kada su baterije pune. Time se
postižu dvije korisne odlike: smanjenje buke i manje fizičko trošenje
vjetroagregata.
Slika 6 – Krivulja proizvodnje vjetroagregata BWC XL.1
4. Karakteristike odabranih pretvarača
4.1. AJ 600-24
23
Slika 7 – AJ 600-24 izmjenjivač
AJ 600-24 švicarskog proizvoĎača Studer, čisti je sinusni izmjenjivač koji
pretvara istosmjernu komponentu napona na izmjeničnu komponentu
pogodan za bilo koji AC ureĎaj. Osigurava visoku i pouzdanu učinkovitost.
Koristi digitalnu i mikroprocesorsku kontrolu. Osigurava potpunu zaštitu od
kratkog spoja, pregrijavanja, obrnutog polariteta i prenapajanja.
Slika 8 – Tehnička specifikacija AJ 600-24 izmjenjivača
4.2. PureSine 2 1000-224
24
Slika 9 – PS2 1000-224 izmjenjivač
PS2 1000-224 američkog proizvoĎača Sinergex, koristi naprednu tehnologiju
visoke frekvecije kako bi proizveo jasan i čisti sinusni val na izlazu. Učinkovitiji
su, lakši i više kompaktni za uporabu. Prvenstveno su namjenjeni uporabi u
kamp kućicama, jahtama i sl. gdje je veličina i težina bitna.
Slika 10 – Tehnička specifikacija PS2 1000-224 izmjenjivača
5. Izvori podataka
25
U ovom poglavlju opisani su izvori podataka korišteni u proračunima. To su:
NASA – Surface meterology and solar energy database i DHMZ – Državni
Hidrometerološki Zavod.
5.1. NASA – Surface meterology and solar energy database
NASA dugi niz godina podupire satelitske sustave i istraživanja koja daju važne
podatke potrebne za proučavanje klime i klimatskih procesa. Ti podaci
uključuju dugoročne procjene meteoroloških veličina i tokove solarne energije
na površini Zemlje. Takvi ali i modelirani podaci pokazali su se dovoljno
točnima da pružaju pouzdane meteorološke i solarne podatke potrebne za
istraživanje regija gdje su površinska mjerenja rijetka ili uopće ne postoje.
TakoĎer nude dvije jedinstvene mogućnosti – podaci su globalni i vremenski
neprekinuti. Ove dvije važne karakteristike utječu na stvaranje jako velikih
arhiva podataka koje mogu biti nespretne za komercijalnu upotrebu, osobito
kod novih korisnika koji su neiskusni ili nemaju dovoljno resursa za upotrebu
tako velikih količina podataka. Osim toga baze podataka sadržane u raznim
NASA arhivama su često u formatima koji su prezahtjevni za nove korisnike.
Kako bi poticala komercijalnu upotrebu meteoroloških i solarnih podataka,
NASA je podržavala, a i dalje podržava, razvoj „Surface meteorology and solar
energy (SSE)“ baze podataka koje su posebno dizajnirane za potrebe
projektiranja fotonaponskih sustava i sustava temeljenih na obnovljivim
izvorima energije. Jednako važna je i dostupnost podacima pa su SSE podaci
dostupni putem interneta preko jednostavnog sučelja (slika 11). Izvorna web
stranica sa SSE podacima, s namjerom pružanja jednostavnog pristupa
podacima potrebnim za industriju koja se bavi obnovljivim izvorima energije
(npr. energija vjetra i solarna energija), javnosti je postala dostupna 1997.
godine.
26
Solarni i meteorološki podaci sadržani u prvoj verziji temeljili su se na „NASA /
World Climate Research Program, version 1.1, Surface Radiation
Budget(SRB)“ znanstvenim podacima iz 1993. godine, te podacima iz
„International Satellite Cloud Climatology Project (ISCCP)“. Ovaj inicijalni
pristup pokazao se ograničenim zbog znanstvene terminologije koja nije bila
kompatibilna sa terminologijom / parametrima korištenim u industriji za
projektiranje energetskih sustava temeljenih na obnovljivim izvorima energije.
Nakon konzultacija s industrijom, 1999. godine javnosti je postala dostupna
„SSE Release 2“ verzija sa parametrima posebno prilagoĎenim potrebama
zajednice koja se bavi obnovljivim izvorima energije. Kasnije nadogradnje SSE
takoĎer su raĎene u dijalogu s potencijalnim kupcima što je rezultiralo
ažuriranjem parametara koristeći novije NASA-ine podatke, ali i uvoĎenjem
novih parametara prema željama krajnjih korisnika.
Slika 11 – SSE web stranica ( http://eosweb.larc.nasa.gov/sse/ )
27
Projekt „Prediction Of Worldwide Energy Resource (POWER)“ je započet
2003. godine kako bi se unaprijedile kasnije verzije SSE, ali i stvorila nova
baza podataka (iz novih satelitskih promatranja) koja bi se mogla primjeniti i na
druge industrije. „POWER“ trenutno obuhvaća SSE bazu podataka usklaĎenu
za industriju temeljenu na obnovljivim izvorima energije, ali i za zajednicu koja
se bavi održivom izgradnjom, te bioenergetskom / poljoprivrednom industrijom.
Općenito, temeljni podaci iz parametara korištenih u svim ovim industrijama su
isti – solarno zračenje i meteorologija, uključujući temperature i vlagu zraka, te
brzine vjetra. Meteorološki podaci se nalaze na mreži od 1 stupanj zemljopisne
dužine sa 1 stupanj zemljopisne širine koja prekriva cijelu zemaljsku kuglu
(64800) područja. Slika 12 nam pokazuje detaljan primjer mreže koja pokriva
Englesku. Podaci se generiraju koristeći „NASA Goddard Earth Observing
System – version 4 (GEOS4) Multiyear Assimilation Timeseries Data“. GEOS4
baza podataka ima mrežu 1.25 stupnjeva zemljopisne dužine sa 1 stupanj
zemljopisne širine (odprilike: 79x11 km). Da bi dobili područja 1x1 stupanj
koristi se bilinearna interpolacija.
Slika 12 – Primjer mreže
28
Točnost – općenito se smatra da su kvalitetno mjereni podaci točniji od
podataka generiranih iz satelitskih opažanja. MeĎutim, nesigurnost mjerenja
zbog netočne kalibracije, operativnih nesigurnosti ili rupa u podacima su
nepoznati za podatke iz mjerenih postaja. 1989. godine „World Climate
Research Program“ je procijenio da većina rutinski upravljanih mjernih postaja
ima krajnje nesigurnosti izmeĎu 6 i 12%. Specijalizirane, visokokvalitetne
mjerne postaje imaju točnost veću za nekoliko postotaka. To vrijedi za lokaciju
na kojoj meteorološka postaja mjeri, a na mjestima dalje točnost procjene je
manja.
Slika 13 – Brzina vjetra za Zagreb generirana iz Nasa-ine baze podataka
29
5.2. DHMZ – Državni Hidrometerološki Zavod
Državni hidrometeorološki zavod je temeljna ustanova za meteorologiju i
hidrologiju na području Hrvatske. Osnovan je uredbom Vlade Narodne
Republike Hrvatske (NRH) 27. kolovoza 1947. godine. Dio kadrova i opreme
preuzet je od Geofizičkog zavoda i tadašnjeg Ministarstva graĎevine NRH, koji
su do tada obavljali dio poslova iz djelokruga meteorologije i hidrologije
(mjerenja, prognoze itd.). Do osamostaljenja Hrvatske tj. do 1991. djeluje kao
republička ustanova, a nakon toga kao državna. DHMZ u ime države Hrvatske
obavlja meĎunarodnu suradnju nakon 1992. godine kada Hrvatska postaje
članicom Svjetske meteorološke organizacije (SMO).
Slika 14 – Karta meteroloških postaja u Hrvatskoj
30
Temeljna djelatnost DHMZ-a su meteorološka motrenja (mjerenja i opažanja),
prijenos podataka i njihova daljnja obrada. Taj proces, sustavno započet na
području Hrvatske još sredinom 19. stoljeća, neprestano se razvija. Motrenja
se na nekoliko stotina meteoroloških postaja diljem Hrvatske obavljaju po
jedinstvenim mjerilima koje propisuje SMO. U novije vrijeme sve je više
automatskih postaja koje danonoćno mjere i bilježe meteorološke elemente
(temperaturu, tlak i vlažnost zraka, smjer i brzinu vjetra itd.) te ih putem
složenih telekomunikacijskih sustava automatski prenose u središnji
telekomunikacijski centar DHMZ-a smješten u Zagrebu. O ispravnosti i točnosti
mjernih ureĎaja brine se Meteorološki laboratorij koji je ovlašten za ispitivanje i
izdavanje certifikata za mjerila u DHMZ-u, kao i mjerila vanjskih korisnika. Dio
mjerenih podataka šalje se u meĎunarodnu razmjenu, a veći dio se zadržava
unutar DHMZ-a, gdje se podvrgava daljnjoj kontroli i obradi na elektroničkim
medijima s brzim pristupom.
Glavne meteorološke postaje su meteorološke postaje s 2 do 5 profesionalnih
meteoroloških motritelja koje imaju ograĎeno motrilište i radni prostor (najčešće
samostalni objekat) i obavljaju motrenja ili registraciju svih meteoroloških
elemenata tijekom 24 sata, prema propisima Svjetske meteorološke
organizacije i Državnog hidrometeorološkog zavoda.
Na većinu postaja uvedene su i automatske meteorološke postaje, koje tijekom
24 sata obavljaju mjerenja jednoga ili više meteoroloških elemenata i dio su
informacijskog sustava DHMZ-a. Za te postaje obavlja se operativna kontrola
podataka koja uključuje kontrolu potpunosti, kontrolu konzistencije i prostornu
kontrolu. Svi podaci, uključujući i podatke s automatskih postaja arhiviraju se
na medijima za računalnu obradu. Putem korisničkih programa mogu se
isporučivati podaci za različite namjene.
31
Slika 15 – Primjer djela podatak za brzinu vjetra iz DHMZ-a za grad Osijek
32
6. Projektni zadatak 6.1. Zadatak
Potrebno je analizirati dvije konfiguracije vjetroagregata kombiniranjem dva
izvora podataka na tri lokacije. Svaku lokaciju odreĎuju dostupni resursi
obnovljive energije ocijenjeni na dva različita načina. Odabrane lokacije su:
Mali Lošinj
Hvar
Dubrovnik
Prilikom simulacije potrebno je koristiti podatke o brzini vjetra iz dva raličita
izvora podataka:
NASA – Surface Meterology and Solar Energy Database
DHMZ – Državni Hidrometerološki Zavod
Usporediti količinu proizvedene električne energije, te isplativost vjetroagregata
spojenih na mrežu s iznosom poticaja prema tarifnom pravilniku za proizvodnju
električne energije iz obnovljivih izvora energije.
33
6.2. Definiranje parametara vjetroagregata i mreže u HOMER-u
Slika 16 – Prikaz komponenti vjetroenergetskih sustava u Homer-u
34
6.2.1. Definiranje parametara mreže
Klikom na ikonu „Grid“ otvara se izbornik „Grid inputs“ u kojem definiramo
parametre mreže. Za definiranje parametara mreže potrebno je unijeti tri vrste
podataka:
Tarife („Rates“), gdje definiramo cijenu električne energije iz mreže
Emisije („Emissions“), gdje unosimo faktore emisije za električnu
energiju iz mreže
Napredne postavke („Advanced“), gdje unosimo odreĎene napredne
varijable
Moguće je definirati maksimalno šesnaest tarifa i uz pomoć dijagrama lako
odrediti vremenske periode u kojima se koristi pojedina tarifa. Svaka tarifa
može imati različite vrijednosti slijedećih varijabli:
Cijena energije („Power price“) - energija kupljena iz mreže u $/kWh.
Cijena električne energije za Republiku Hrvatsku izražena je u tablici
Tablica 1. Sukladno odluci Vlade RH (Narodne novine br. 70/2008), od 1.
srpnja 2008. godine primjenjuju se nove tarifne stavke za proizvodnju,
prijenos, distribuciju i opskrbu električnom energijom.
Prodajna tarifa („Sellback rate“) - cijena koju komunalna služba plaća
za kupljenu energiju. Pri mrežnom mjerenju, ova tarifa se odnosi samo
na prekomjernu proizvodnju energije u sustavu. Poticajna cijena za
isporučenu električnu energiju iz vjetro elektrane instalirane snage do
uključivo 10 kW iznosi 0,64 kn/kWh (Tablica 2).
Tarifa zahtjeva („Demand sale“) - mjesečna pristojba koja se plaća
komunalnoj službi na osnovi vršnog mjesečnog zahtjeva za električnom
energijom.
35
Tablica 1 - Tarifni modeli za kupce na niskom naponu
Visine tarifnih stavki za postrojenja priključena na distribucijsku mrežu koja
koriste OIE za proizvodnju električne energije instalirane električne snage do 1
MW prikazane su u tablici Tablica 2.
Tablica 2 – Visine tarifnih stavki
36
U svrhu simulacije korišten je plavi tarifni model sa jedinstvenom cijenom
električne energije od 0,87 kn/kWh (ovaj podatak nije relevantan za našu
analizu jer sustav ne koristi el. en. iz mreže). Budući da HOMER računa s
vrijednostima električne energije u $/kWh, cijena električne energije je
pretvorena iz kn/kWh u $/kWh prema tečajnoj listi Hrvatske narodne banke. Na
dan 24.12.2008. srednji tečaj dolara iznosio je 1$ = 5,169831 kn.
Slika 17 – Prikaz tarife
Mrežno mjerenje („Net metering“) je obračunska shema prema kojoj
komunalna služba dopušta prodaju električne energije u mrežu po
maloprodajnoj tarifi. Efektivno i najčešće doslovno, pri prodaji električne
energije u mrežu, mjerač ide unatrag. Na kraju obračunskog razdoblja
(mjesečno ili godišnje razdoblje) naplaćuje se količina kupljene energije iz
mreže (kupljena energija minus prodana). Ako na kraju obračunskog razdoblja
„kupljena energija“ ima negativnu vrijednost, znači da je količina prodane
energije veća nego količina kupljene energije u obračunskom razdoblju. Prema
tome komunalna služba plaća otkupljenu energiju prema prodajnoj tarifi.
37
Emisije („Emissions“), na ovoj stranici se unose faktori emisija za dostupnu
električnu energiju. Vrijednosti tih faktora ovise o načinu proizvodnje električne
energije u odreĎenoj okolini. U okolini gdje se većina električne energije
proizvodi iz ugljena, te će vrijednosti biti relativno visoke, jer sagorijevanje
ugljena rezultira visokim emisijama štetnih plinova. Prirodni plin rezultira
manjim emisijama, dok nuklearne elektrane i hidroelektrane imaju emisije
štetnih plinova virtualno jednake nuli.
Napredne postavke („Advanced“) sadrže dvije dodatne ekonomske ulazne
varijable i dvije ulazne varijable koje se odnose na maksimalnu vrijednost
snage koja može teći od i prema mreži.
Trošak meĎupovezanosti („Interconnection charge“) je pristojba koja se
plaća pri spajanju sustava na mrežu, a omogućava sustavu da bude
priključen na mrežu. Ovaj je trošak uključen u investicijske troškove. (0
$)
Trošak pripravnosti („Standby charge“) je godišnja pristojba koja se
plaća zbog omogućavanja opskrbe priključenog sustava rezervnom
energijom iz mreže. Ovo je godišnja cijena koja se može naplaćivati za
rezervnu snagu, a u ovoj se analizi zanemaruje. (0 $/god) Budući da je
naš vjetroenergetski sustav priključen samo na mrežu obje vrijednosti
su nula (0).
Prodajni i kupovni kapaciteti; maksimalni zahtjev mreže je maksimalna
količina snage koja može biti predana iz mreže. To je varijabla odluke
zbog utjecaja troškova zahtjeva. Ako je zahtijevana tarifa nije jednaka
nuli, potrebno je precizirati vrijednost jednaku ili veću od vršnog
opterećenja, plus najmanje jednu vrijednost koja je manja od vršnog
opterećenja. HOMER će izračunati optimalnu vrijednost. Maksimalna
vrijednost prodaje je najveća količina snage koja može biti prodana
natrag u mrežu.
Prodajni i kupovni kapaciteti su podešeni na vrijednost 10 kW.
38
6.2.2. Definiranje parametara vjetroagregata
Za potrebe simulaciji koristimo dvije vrste vjetroagregata, a to su:
Air-X
BWC XL.1
Klikom na ikonu vjetroagreata otvara se „Wind Turbine Inputs“ u kojem
podešavamo parametre vjetroagregata.
Životni vijek („Lifetime“), podatak koji je naveden u tehničkim specifikacijama
vjetroagregata. Pretpostavljeni životni vijek vjetroagregata je izmeĎu 10 i 20
godina. U proračunu je uzet životni vijek od 15 godina.
Visina rotora („Hub height“), podatak koji nam govori na kojoj visini se nalazi
rotor vjetroagregata. Po tehničkim specifikacijama vjetroagregata postavljen je
na 25 metara, ali u našem slučaju stavljamo na 10 metara.
Tablica 3 – Investicijski troškovi vjetroagregata
Tip vjetroagegata
Jedinična cijena
[$/kom] Količina
Investicijski troškovi
[$]
Troškovi rada i
održavanja [$/god]
Air-X 1270 1 1270 40
BWC XL.1 5594 1 5594 160
Investicijski troškovi su izraženi u dolarima jer HOMER takve podatke zahtjeva.
U cijenu je uključen PDV.
39
6.2.3. Definiranje parametara pretvarača
Svaki sustav koji koristi izmjenične (AC) i istosmjerne (DC) komponente
zahtjeva pretvarač. Potrebno je odrediti nazivnu snagu pretvarača (u kW),
investicijske troškove (u $), troškove zamjene (u $), te troškove rada
održavanja (u $/god). Prema smjeru pretvorbe energije pretvarači se dijele na
izmjenjivače i ispravaljače.
Osnovne postavke pretvarača se definiraju klikom na ikonu „Converter“ u
prozoru „Converter inputs“.
Slika 18 - „Converter inputs“ prozor
40
Izmjenjivač („Inverter“) – pretvara istosmjernu komponentu u izmjeničnu.
Potrebni podaci:
Životni vijek („Lifetime“) – očekivano vrijeme rada izmjenjivača je 15
godina
Efikasnost („Efficiency“) – efikasnost pretvorbe istosmjerno u
izmjenično (90 %)
Izmjenjivač radi istovremeno s AC generatorom – potrebno je staviti
kvačicu, tj. uključiti opciju
Ispravljač („Rectifier“) – pretvara izmjeničnu komponentu u istosmjernu.
Potrebni podaci:
Snaga povezana s izmjenjivačem („Capacity relative to inverter“) –
nazivna snaga ispravljača u odnosu na izmjenjivač (100 %)
Efikasnost („Efficiency“) – efikasnost pretvorbe izmjenično u
istosmjerno (84 %)
U projektu su korišteni pretvarači dostupni na hrvatskom tržištu. Efikasnost
pretvorbe je 90 %, a životni vijek im je 15 godina.
Tablica 4 – Toškovi investicije, rada i održavanja pretvarača
Tip pretvarača
Nazivna
snaga
[W]
Investicijski
troškovi
[$]
Troškovi
zamjene
[$]
Troškovi
rada i
održavanja
[$/god]
AJ 600-24 600 595 595 0
PS2 1000-224 1000 665 665 0
41
6.2.4. Definiranje troškova projekta
Homer može računati troškove s unesenim podacima (npr. godišnja kamatna
stopa, životni vijek cijelog sustava, fiksni troškovi, penali zbog nemogućnosti
proizvodnje) za svaki sustav posebno.
Ove parametre unosimo klikom na ikonu „Economics“ u „Economic inputs“
prozoru.
Realna kamatna stopa („Annual real interest rate“) – kamatna stopa
korigirana za inflaciju. Koristi se za svoĎenje troškova investicije na
godišnje vrijednosti. U projektu koristimo realnu kamatnu stopu od 5%.
Životni vijek projekta („Project lifetime“) – vremensko razdoblje, tj.
broj godina rada sustava. Kao životni vijek projekta pretpostavljen je
životni vijek vjetroagregata od 12 godina.
Početni investicijski trošak („System fixed capital cost“) – trošak na
početku projekta, bez obzira na veličinu sustava. U našem slučaju to
iznosi 1000 $. U tu vrijednost uključeno je postavljanje
vjetroenergetskog sustava, spajanje komponenti, materijal i dr.
Troškovi rada i održavanja („System fixed O&M cost“) – ovi troškovi
su godišnji troškovi koji se ponavljaju svake godine i malo ovise o
veličini sustava. U projektu ovi troškovi iznose 15 $/god.
Slika 19 – Prikaz troškova projekta
42
6.2.5. Definiranje podataka o brzini vjetra
Podaci o brzini vjetra potrebni su za izračun proizvodnje električne energije
vjetroenergetskog mreže. Klikom na ikonu „Wind Resource“ otvaramo prozor
„Wind resource inputs“ u kojem definiramo podatke o brzini vjetra (Slika 20).
Dva su načina unošenja podataka u HOMER. Prvi je način ručno unošenje
prosječne brzine vjetra za pojedini mjesec u godini. Drugi je način učitavanje u
HOMER datoteke koja sadrži podatke o brzini vjetra izmjerene svakih deset
minuta odnosno period za koji imamo izmjerene podatke.
Slika 20 – Brzina vjetra kroz jednu godinu
43
7. Mali Lošinj
7.1. Ulazni podaci
Podatke potrebne za proračun iz DHMZ učitavamo u HOMER u obliku
datoteke od 52560 znakova. Datoteka sadrži brzine vjetra izmjerene svakih
deset minuta. Kod unosa HOMER automatski postavlja desetominutni interval.
Podaci iz DHMZ uzeti su za 2001. i 2002. godinu. Razlog uzimanja dvije
godine je nedostatak odreĎenih podatak u 2002. godini. Podaci s NASA
stranice uzeti su kao desetogodišnji (1993.–2003.) prosjek za svaki mjesec. I
kao takvi skalirali su se prema podacima iz DHMZ. NASA podatke očitavamo s
njihove internet adrese tako što unosimo zemljopisnu širinu i dužinu grada
Malog Lošinja.
Tablica 5 – Ulazni podaci (DHMZ, Mali Lošinj)
Mali Lošinj
Zemljopisna širina: 44° 32' ; Zemljopisna dužina: 14° 28 '
Mjesec Srednja brzina vjetra
Siječanj 3.428
Veljača 3.047
Ožujak 3.214
Travanj 3.177
Svibanj 2.516
Lipanj 2.287
Srpanj 2.705
Kolovoz 2.657
Rujan 2.621
Listopad 3.337
Studeni 2.590
Prosinac 3.748
Prosjek 2.946
44
Tablica 6 – Ulazni podaci (NASA, Mali Lošinj)
Mali Lošinj
Zemljopisna širina: 44° 32' ; Zemljopisna dužina: 14° 28 '
Mjesec Srednja brzina vjetra
Siječanj 3.84
Veljača 3.97
Ožujak 3.70
Travanj 3.63
Svibanj 3.14
Lipanj 3.00
Srpanj 2.90
Kolovoz 2.99
Rujan 3.00
Listopad 3.49
Studeni 3.70
Prosinac 3.89
Prosjek 3.43
45
7.2. Air-X
Razlike u investicijskim troškovima postoje samo u cijeni održavanja mreže.
Rezultati proračuna prikazani su u narednim slikama.
Slika 21 – Investicijski troškovi (DHMZ, Mali Lošinj)
Slika 22 – Investicijski troškovi (NASA, Mali Lošinj)
46
Slika 23 – Podaci o proizvodnji električne energije (DHMZ, Mali Lošinj)
Slika 24 - Podaci o proizvodnji električne energije (NASA, Mali Lošinj)
47
7.3. BWC XL.1
Rezultati proračuna prikazani su u narednim slikama.
Slika 25 – Investicijski troškovi (DHMZ, Mali Lošinj)
Slika 26 – Investicijski troškovi (NASA, Mali Lošinj)
48
Iz slike Slika 25 i 26 se vidi kako su troškovi znatno veći nego kod Air-X.
Vjetroagregat BWC XL.1 u odnosu na Air-X ima dvije pozitivne karakteristike:
dva i pola puta veću nazivnu snagu te manju brzinu pri kojoj počinje
proizvodnja električne energije. S obzirom na te karakteristike očekujemo
znatno veću proizvodnju električne energije što se može vidjeti na slikama
Slika 27 i Slika 28.
Slika 27 – Podaci o proizvodnji električne energije (DHMZ, Mali Lošinj)
Slika 28 – Podaci o proizvodnji električne energije (NASA, Mali Lošinj)
49
7.4. Usporedba podataka za grad Mali Lošinj
7.4.1. Usporedba ulaznih podataka
Tablica 7 – Usporedba rezultata (Mali Lošinj)
Izvor
podataka Mjesec
Srednja brzina
vjetra
Relativna razlika
brzine vjetra u
odnosu na
DHMZ [ ]
Relativna razlika
brzine vjetra u
odnosu na
DHMZ [%]
1. NASA
Siječanj 3,84 +0,372 +12,01
Veljača 3,97 +0,853 +30,29
Ožujak 3,70 +0,486 +15,12
Travanj 3,63 +0,453 +14,26
Svibanj 3,14 +0,624 +24,80
Lipanj 3,00 +0,713 +31,17
Srpanj 2,90 +0,195 +7,21
Kolovoz 2,99 +0,33 +12,53
Rujan 3,00 +0,379 +14,46
Listopad 3,49 +0,153 +4,58
Studeni 3,70 +1,11 +42,85
Prosinac 3,89 +0,142 +3,79
2. DHMZ
Siječanj 3,428 0 0
Veljača 3,047 0 0
Ožujak 3,214 0 0
Travanj 3,177 0 0
Svibanj 2,516 0 0
Lipanj 2,287 0 0
Srpanj 2,705 0 0
Kolovoz 2,657 0 0
Rujan 2,621 0 0
Listopad 3,337 0 0
Studeni 2,590 0 0
Prosinac 3,748 0 0
50
Slika 29 - Usporedba srednje brzine vjetra [ ]
Slika 30 - Relativna razlika srednje brzine u odnosu na DHMZ [ ]
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
Sre
dn
ja b
rzin
a
Mjeseci u godini
DHMZ
NASA
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
Re
lati
vna
razl
ika
sre
dn
je b
rzin
e u
od
no
su n
a D
HM
Z
Mjeseci u godini
DHMZ
NASA
51
Iz grafova vidimo kako postoje odstupanja NASA-ih podataka od DHMZ. Razlog
tome je to što NASA koristi nedovoljno precizno mjerenje. Za jedan kvadrat
uzima ista mjerenja što dovodi do odreĎenih grešaka. Primjer uzimanja
podataka vidi se sa slike Slika 31.
Slika 31 – Primjer uzimanja podataka
52
7.4.2. Air-X
Tablica 8 – Usporedba proizvodnje električne energije (Mali Lošinj)
Izvor podataka Mjesec
Mjesečna proizvodnja
[Wh]
Godišnja proizvodnja
[kWh]
Relativna razlika
mjesečne proizvodnje u odnosu na DHMZ
[%]
Relativna razlika
godišnje proizvodnje
u odnosu na DHMZ [%]
1. NASA
Siječanj 14,47
108
+62,58
+58,94
Veljača 7,79 +74,66
Ožujak 13,36 +50,11
Travanj 10,02 +79,89
Svibanj 5,57 +66,76
Lipanj 2,23 +99,1
Srpanj 5,57 +66,76
Kolovoz 6,68 +100
Rujan 7,79 +74,66
Listopad 12,25 +57,05
Studeni 6,68 +49,77
Prosinac 15,59 +27,16
2. DHMZ
Siječanj 8,9
67,95
0
0
Veljača 4,46 0 Ožujak 8,9 0 Travanj 5,57 0 Svibanj 3,34 0 Lipanj 1,12 0 Srpanj 3,34 0
Kolovoz 3,34 0 Rujan 4,46 0
Listopad 7,80 0 Studeni 4,46 0 Prosinac 12,26 0
53
Slika 32 – Grafička usporedba mjesečne proizvodnje električne energije
Prvotna predviĎanja o maloj proizvodnji električne energije iz energije vjetra na
lokaciji Mali Lošinj pokazala su se točnima.
Proizvodnja, izvor podataka DHMZ
Zbog malih brzina vjetra na visini od 10 metara tijekom jedne godine
vjetroagregat Air-X proizvede tek 68 kWh, a u mrežu se preda 61 kWh zbog
gubitaka u izmjenjivaču. Broj sati u godini tijekom kojih vjetroagregat proizvodi
električnu energiju iznosi 2752h i pritom je iskorišteno tek 1.94 % proizvodnog
kapaciteta vjetroagregata.
Slika 33 - Proizvodnja električne energije u ovisnosti o satu i danu u godini (DHMZ)
0
5
10
15
20
25
30
Mje
sečn
a p
roiz
vod
nja
[kW
h]
Mjeseci u godini
NASA
DHMZ
54
Na slici Slika 33 vidimo kako većinu vremena tijekom godine vjetroagregat ne
proizvodi električnu energiju (na grafu označeno crnom bojom). Tek se u
ožujku i prosincu povećava proizvodnja, no to je još uvijek daleko od nazivne
snage vjetroagregata. Nazivna snaga Air-X vjetroagregata iznosi 400 W, a sa
grafa se može očitati da najveća snaga koju generator daje iznosi 160 W i na
grafu je označena crvenom bojom.
Utjecaj korištenja vjetroagregata Air-X umjesto konvencionalnog izvora
električne energije spram prirode je takoĎer vrlo malen, tek 38.5 kilograma
ugljik dioksida se manje ispušta u zrak.
Proizvodnja, izvor podataka NASA
U proračunu s NASA-im podacima proizvedena električna energija nešto je
veća i iznosi 108 kWh, a u mrežu se preda 97.1 kWh. Broj sati u godini tijekom
kojih vjetroagregat proizvodi električnu energiju sada iznosi 3453 i pritom je
iskorišteno tek 3.09 % proizvodnog kapaciteta vjetroagregata.
Slika 34 - Proizvodnja električne energije u ovisnosti o satu i danu u godini (NASA)
55
7.4.3. BWC Xl.1
Tablica 9 – Uporedba proizvodnje električne energije (Mali Lošinj)
Izvor podataka Mjesec
Mjesečna proizvodnja
[Wh]
Godišnja proizvodnj
a [kWh]
Relativna razlika
mjesečne proizvodnje u odnosu na DHMZ
[%]
Relativna razlika
godišnje proizvodnje
u odnosu na DHMZ [%]
1. NASA
Siječanj 105,09
861
+54,16
+53,48
Veljača 62,61 +51,41
Ožujak 100,63 +47,62
Travanj 78,26 +62,87
Svibanj 45,84 +57,79
Lipanj 25,72 +77,01
Srpanj 48,08 +65,51
Kolovoz 51,43 +64,37
Rujan 58,14 +57,65
Listopad 93,91 +55,61
Studeni 54,78 +63,38
Prosinac 136,40 +35,61
2. DHMZ
Siječanj 68,17
561
0
0
Veljača 41,35 0
Ožujak 68,17 0
Travanj 48,05 0
Svibanj 29,05 0
Lipanj 14,53 0
Srpanj 29,05 0
Kolovoz 31,29 0
Rujan 36,88 0
Listopad 60,35 0
Studeni 33,53 0
Prosinac 100,58 0
56
Slika 35 - Grafička usporedba mjesečne proizvodnje električne energije (Mali Lošinj)
Proizvodnja, izvor DHMZ
Na visini od 10 metara tijekom jedne godine vjetroagregat BWC XL.1 proizvede
561 kWh, a u mrežu se zbog gubitaka u izmjenjivaču preda 502 kWh. U
odnosu na Air-X znatno je veća proizvodnja električne energije, a to je razlog
veće nazivne snage i manje brzine vjetra pri kojoj počinje proizvodnja
električne energije. Broj sati u godini tijekom kojih vjetroagregat proizvodi
električnu energiju iznosi 3476 i pritom je iskorišteno 6,4 % proizvodnog
kapaciteta vjetroagregata.
Slika 36 - Proizvodnja električne energije u ovisnosti o satu i danu u godini (DHMZ)
0
20
40
60
80
100
120
140
160
Mje
sečn
a p
roiz
vod
nja
[W
h]
Mjeseci u godini
NASA
DHMZ
57
Maksimalnu snagu koju daje vjetroagregat BWC Xl.1 iznosi 1,24 kWh. Ekološki
učinak korištenja ovog vjetroagregata jest smanjenje ugljik dioksida za 317
kilograma te smanjenje sumpor dioksida za 1,38 kilograma godišnje u odnosu
na proizvodnju iste količine energije konvencionalnim metodama.
Proizvodnja, izvor podataka NASA
Kao i što se može očekivati godišnja proizvodnja električne energije je veća i
iznosi 861 kWh. U mrežu se preda 771 kWh elektrčne energije. Broj sati u
godini tijekom kojih vjetroagregat proizvodi električnu energiju iznosi 4153.
Ekološki učinak korištenja ovog vjetroagregata jest smanjenje ugljik dioksida za
487 kilograma te smanjenje sumpor dioksida za 2,11 kilograma godišnje u
odnosu na proizvodnju iste količine energije konvencionalnim metodama.
Slika 37 - Proizvodnja električne energije u ovisnosti o satu i danu u godini (NASA)
58
7.4.4. Ekonomska usporedba vjetroagregata na 10 m visine (Mali Lošinj)
U tablici Tablica 10 i 11 prikazano je nekoliko tipova podataka pomoću kojih je
moguće analizirati ekonomsku isplativost proizvodnje električne energije iz
energije vjetra. U prvom stupcu navedeni su vjetroagregati koji se usporeĎuju.
Drugi stupac prikazuje vrijednost vjetroagregata i izmjenjivača koji mu je
pridružen. U trećem stupcu nalaze se procjene vrijednosti opreme na kraju
perioda od 12 godina. Program HOMER te vrijednosti računa iz početne cijene
pod pretpostavkom da vrijednost ureĎaja pada linearno kako mu se približava
kraj životnog vijeka. Četvrti stupac prikazuje vrijednost električne energije koja
se tijekom dvanaestogodišnjeg perioda preda u elektroenergetsku mrežu. U
petom stupcu prikazano je koliki trošak predstavlja kupovina vjetroagregata i
izmjenjivača na kraju dvanaestogodišnjeg razdoblja. Sljedeća dva stupca
prikazuju količinu električne energije koju vjetroagregat preda u mrežu tijekom
godine dana i njena procijenjena vrijednost na temelju poticajne cijene od 0,64
kn/kWh. Na temelju te procijenjene vrijednosti zadnji stupac prikazuje koliko
godina je potrebno da bi vjetroagregat otplatio trošak prikazan u petom stupcu.
Tablica 10 - Ekonomska analiza isplativosti postavljanja vjetroagregata u Malom Lošinju (izvor podataka DHMZ)
Odabrani vejtroagregat
Uloženi kapital
($)
Vrijednost opreme na kraju
dvanaestogodišnjeg perioda ($)
Vrijednost električne energije
predane u mrežu tijekom
12 godina($)
Razlika prvih triju
stavki ($)
Godišnja proizvodnja električne energije (kWh)
Vrijednost električne energije predane mreži u godini dana ($)
Vrijeme potrebno
da se otplati sva oprema (god.)
Air-X 1865 347 91 1427 68 7,55 178
BWC
XL.1 6259 853 746 4660 561 62 75
59
Tablica 11 - Ekonomska analiza isplativosti postavljanja vjetroagregata u Malom Lošinju (izvor podataka NASA)
Odabrani
vejtroagregat
Uloženi kapital
($)
Vrijednost opreme na kraju
dvanaestogodišnjeg perioda ($)
Vrijednost električne energije predane
u mrežu tijekom
12 godina($)
Razlika prvih triju
stavki ($)
Godišnja proizvodnja električne energije (kWh)
Vrijednost električne energije predane mreži u godini dana ($)
Vrijeme potrebno
da se otplati
sva oprema (god.)
Air-X 1865 343 144 1378 108 12 114
BWC XL.1 6259 820 1152 4287 861 96 45
60
8. Hvar 8.1. Ulazni podaci
Tablica 12 – Ulazni podaci (DHMZ, Hvar)
Hvar
Zemljopisna širina: 43° 10' ; Zemljopisna dužina: 16° 27 '
Mjesec Srednja brzina vjetra
Siječanj 3,433
Veljača 2,810
Ožujak 3,288
Travanj 3,068
Svibanj 1,747
Lipanj 2,489
Srpanj 1,916
Kolovoz 1,258
Rujan 2,299
Listopad 1,329
Studeni 2,614
Prosinac 2,671
Prosjek 2,4
Tablica 13 – Ulazni podaci (NASA, Hvar)
Hvar
Zemljopisna širina: 43° 10' ; Zemljopisna dužina: 16° 27 '
Mjesec Srednja brzina vjetra
Siječanj 3,54
Veljača 3,74
Ožujak 3,45
Travanj 3,32
Svibanj 2,74
Lipanj 2,67
Srpanj 2,67
Kolovoz 2,77
Rujan 2,77
Listopad 3,26
Studeni 3,52
Prosinac 3,73
Prosjek 3,17
61
8.2. Air-X
Rezultati simulacije za lokaciju Hvar relativno su slični onima od lokacije Mali
Lošinj budući da se srednja godišnja brzina vjetra za ove dvije lokacije razlikuje
tek za 0,3 m/s. U narednim slikama prikazani su rezultati proračuna.
Slika 38 - Investicijski troškovi (DHMZ, Hvar)
Slika 39 - Investicijski troškovi (NASA, Hvar)
62
Slika 40 – Podaci o proizvodnji električne energije (DHMZ, Hvar)
Slika 41 – Podaci o proizvodnji električne energije (NASA, Hvar)
63
8.3. BWC XL.1
Rezultati proračuna prikazani su u narednim slikama.
Slika 42 – Investicijski troškovi (DHMZ, Hvar)
Slika 43 – Investicijski troškovi (NASA, Hvar)
64
Slika 44 – Podaci o proizvodnji električne energije (DHMZ, Hvar)
Slika 45 – Podaci o proizvodnji električne energije(NASA, Hvar)
65
8.4. Usporedba podataka za grad Hvar
8.4.1. Usporedba ulazni podataka
Tablica 14 – Usporedba rezultata (Hvar)
Izvor
podataka Mjesec
Srednja brzina
vjetra
Relativna razlika
brzine vjetra u
odnosu na
DHMZ [ ]
Relativna razlika
brzine vjetra u
odnosu na
DHMZ [%]
1. NASA
Siječanj 3,54 +0,107 +3,116807 Veljača 3,74 +0,93 +33,09609 Ožujak 3,45 +0,162 +4,927007 Travanj 3,32 +0,252 +8,21382 Svibanj 2,74 +0,993 +56,8403 Lipanj 2,67 +0,181 +7,271997 Srpanj 2,67 +0,754 +39,35282
Kolovoz 2,77 +1,512 +120,1908 Rujan 2,77 +0,471 +20,48717
Listopad 3,26 +1,931 +145,2972 Studeni 3,52 +0,906 +34,65953 Prosinac 3,73 +1,059 +39,64807
2. DHMZ
Siječanj 3,433 0 0
Veljača 2,810 0 0
Ožujak 3,288 0 0
Travanj 3,068 0 0
Svibanj 1,747 0 0
Lipanj 2,489 0 0
Srpanj 1,916 0 0
Kolovoz 1,258 0 0
Rujan 2,299 0 0
Listopad 1,329 0 0
Studeni 2,614 0 0
Prosinac 2,671 0 0
66
Slika 46 - Usporedba srednjih brzina vjetra [ ]
Slika 47 - Relativna razlika srednje brzine u odnosu na DHMZ [ ]
Iz grafova vidimo kako su odstupanja dosta velika. Posebice u drugoj
polovici godine, u mjesecima kolovozu i listopadu. Razlog tome je i to što
NASA uzima destogodišnje prosjeke za svaki mjesec dok podaci iz DHMZ-
a su za jednu godinu.
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
Sre
dn
ja b
rzin
a
Mjeseci u godini
DHMZ
NASA
0
0,5
1
1,5
2
2,5
Re
lati
vna
razl
ika
sre
dn
je b
rzin
e u
od
no
su
na
DH
MZ
Mjeseci u godini
NASA
DHMZ
67
8.4.2. Air-X
Tablica 15 – Usporedba proizvodnje električne energije (Hvar)
Izvor podataka Mjesec
Mjesečna proizvodnja
[Wh]
Godišnja proizvodnja
[kWh]
Relativna razlika
mjesečne proizvodnje u odnosu na DHMZ
[%]
Relativna razlika
godišnje proizvodnje
u odnosu na DHMZ [%]
1. NASA
Siječanj 18,95
133
+41,74
+92,48
Veljača 12,26 +120,11 Ožujak 20,06 +50,03
Travanj 17,83 +128,29 Svibanj 5,57 +149,77 Lipanj 11,15 +100,17 Srpanj 5,57 +149,77
Kolovoz 2,23 +100,90 Rujan 11,15 +66,66
Listopad 4,46 +301,80 Studeni 10,03 +124,88
Prosinac 13,37 +99,85
2. DHMZ
Siječanj 13,37
69,1
0
0
Veljača 5,57 0 Ožujak 13,37 0 Travanj 7,81 0 Svibanj 2,23 0 Lipanj 5,57 0 Srpanj 2,23 0
Kolovoz 1,11 0 Rujan 6,69 0
Listopad 1,11 0 Studeni 4,46 0 Prosinac 6,69 0
68
Slika 48 - Grafička usporedba proizvodnje električne energije (Hvar)
Iz tablice i grafova vidi se kako je skoro duplo veća proizvodnja električne
energije ako se koriste NASA-in izvor podataka u odnosu na DHMZ izvor
podataka.
Proizvodnja, izvor podataka DHMZ
Rezultati simulacije za lokaciju Hvar relativno su slični onima od lokacije Mali
Lošinj budući da se srednja godišnja brzina vjetra za ove dvije lokacije razlikuje
tek za 0.3 m/s. Vjetroagregat Air-X na visini 10 metara u godini dana proizvede
69,1 kWh energije što se vidi iz tablice Tablica 15. Vrijeme rada iznosi 2044 sati,
a iskorištenost proizvodnog kapaciteta iznosi 1,97 %. Maksimalna snaga koju
vjetroagregat daje iznosi 150 W. Smanjenje emisija u atmosferu iznosi 39,2
kilograma ugljik dioksida.
0
5
10
15
20
25
Mje
sečn
a p
roiz
vod
nja
[W
h]
Mjeseci u godini
DHMZ
NASA
69
Slika 49 – Proizvodnja električne energije u ovisnosti o sati u danu u godini (DHMZ)
Proizvodnja, izvor podataka NASA
U proračunu s NASA-im podacima proizvedena električna energija skoro je duplo
veća i iznosi 133 kWh, a u mrežu se preda 120 kWh. Broj sati u godini tijekom
kojih vjetroagregat proizvodi električnu energiju iznosi 3147 i pritom je iskorišteno
3,81 % proizvodnog kapaciteta vjetroagregata.
Slika 50 – Proizvodnja električne energije u ovisnosti o satu i danu u godini (NASA)
Na slici Slika 50 vidimo kako je najveća proizvodnja u mjesecu ožujku i travnju.
Tada i vjetroagregat postiže najveću snagu koja iznosi 150 W.
Utjecaj korištenja vjetroagregata Air-X umjesto konvencionalnog izvora električne
energije spram prirode je takoĎer vrlo malen, tek 75,7 kilograma ugljik dioksida se
manje ispušta u zrak.
70
8.4.3. BWC XL.1
Tablica 16 – Usporedba proizvodnje električne nergije (Hvar)
Izvor podataka Mjesec
Mjesečna proizvodnja
[Wh]
Godišnja proizvodnja
[kWh]
Relativna razlika
mjesečne proizvodnje u odnosu na DHMZ
[%]
Relativna razlika
godišnje proizvodnje
u odnosu na DHMZ [%]
1. NASA
Siječanj 164,74
1064
+85,32
+104,62
Veljača 95,91 +115,81
Ožujak 171,51 +75,39
Travanj 130,88 +118,14
Svibanj 41,75 +150,43
Lipanj 85,752 +120,49
Srpanj 46,26 +144,89
Kolovoz 21,44 +141,14
Rujan 92,52 +89,24
Listopad 29,34 +140,07
Studeni 78,98 +129,33
Prosinac 104,93 +109,86
2. DHMZ
Siječanj 88,89
520
0
0
Veljača 44,44 0
Ožujak 97,78 0
Travanj 60,00 0 Svibanj 16,67 0 Lipanj 38,89 0
Srpanj 18,89 0
Kolovoz 8,89 0
Rujan 48,89 0
Listopad 12,22 0 Studeni 34,44 0
Prosinac 50,00 0
71
Slika 51 - Grafička usporedba mjesečne proizvodnje električne energije (Hvar)
Proizvodnja, izvor DHMZ
Na visini od 10 metara tijekom jedne godine vjetroagregat BWC XL.1
proizvede 520 kWh, a u mrežu se zbog gubitaka u izmjenjivaču preda 468
kWh. U odnosu na Air-X znatno je veća proizvodnja električne energije, a to
je razlog veće nazivne snage i manje brzine vjetra pri kojoj počinje
proizvodnja električne energije. Broj sati u godini tijekom kojih vjetroagregat
proizvodi električnu energiju iznosi 2468 i pritom je iskorišteno 5,94 %
proizvodnog kapaciteta vjetroagregata.
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
Mje
sečn
a p
roiz
vod
nja
[W
h]
Mjeseci u godini
DHMZ
NASA
72
Slika 52 – Proizvodnja električne energije u ovisnosti o satu i danu u godini (DHMZ)
Maksimalnu snagau koju daje vjetroagregat BWC XL.1 iznosi 1,24 kWh.
Ekološki učinak korištenja ovog vjetroagregata jest smanjenje ugljik
dioksida za 296 kilograma te smanjenje sumpor dioksida za 1,28 kilograma
godišnje u odnosu na proizvodnju iste količine energije konvencionalnim
metodama.
Proizvodnja, izvor podataka NASA
Godišnja porizvodnja električne energije znatno je veća i iznosi 1064 kWh.
U mrežu se preda 963 kWh električne energije. Broj sati u godini tijekom
kojih vjetroagregat proizvodi električnu energiju iznosi 3156.
Ekološki učinak korištenja ovog vjetroagregata jest smanjenje ugljik
dioksida za 596 kilograma te smanjenje sumpor dioksida za 2,58 kilograma
godišnje u odnosu na proizvodnju iste količine energije konvencionalnim
metodama.
Slika 53 – Proizvodnja električne energije u ovisnosti o satu i danu u godini (NASA)
73
8.4.4. Ekonomska usporedba za grad Hvar
U tablici Tablica 19 je prikazano nekoliko tipova podataka pomoću kojih je
moguće analizirati ekonomsku ispalativost proizvodnje električne energije iz
energije vjetra.
Tablica Tablica 19 prikazuje nešto bolje rezultate proračuna od rezultata za
Mali Lošinj. Količina proizvedene energije na ovoj lokaciji nije dovoljna da bi
financijski opravdala postavljanje vjetroagregata .
Tablica 17 – Ekonomska analiza isplativosti postavljanja vjetroagregata na Hvaru
Izvor
podatak
a
Odabrani
vjetroagre
gat
Uloženi
kapital ($)
Vrijednost
opreme na
kraju
dvanaestogo
dišnjeg
perioda ($)
Vrijednost električne energije
predane u mrežu tijekom 12 godina($)
Razlika prvih triju
stavki
($)
Godišnja proizvodnj
a električne energije (kWh)
Vrijednost električne energije predane mreži u godini dana ($)
Vrijeme potrebno
da se otplati sva
oprema (god.)
DHM
Z Air-X 1865 347 93 1425 69,1 7,68 185
NAS
A Air-x 1865 340 179 1346 133 15,00 89
DHM
Z
BWC
XL.1 6259 857 695 4707 520 58,00 81
NAS
A
BWC
XL.1 6259 798 1401 4060 1064 117 35
74
9. Dubrovnik 9.1. Ulazni podaci
Najjužnija i najistočnija odabrana lokacija jest Dubrovnik. Mjerna postaja nalazi
se na nadmorskoj visini 52 m te geografskim koordinatama 42˚ 39' sjeverne
geografske širine i 18˚ 05' istočne geografske dužine. Sa srednjom godišnjom
brzinom vjetra od 3,3 m/s (DHMZ), to se mjesto čini najprikladnije za
proizvodnju električne energije iz energije vjetra od svih odabranih mjesta.
Podaci iz DHMZ-a uzeti su za 2001. godinu.
Tablica 18 – Ulazni podaci (DHMZ, Dubrovnik)
Dubrovnik
Zemljopisna širina: 42° 39' ; Zemljopisna dužina: 18° 05 '
Mjesec Srednja brzina vjetra
Siječanj 4,061
Veljača 3,564
Ožujak 4,002
Travanj 3,267
Svibanj 2,801
Lipanj 2,885
Srpanj 2,696
Kolovoz 2,335
Rujan 3,111
Listopad 2,337
Studeni 4,101
Prosinac 4,429
Prosjek 3,300
75
Tablica 19 – Ulazni podaci (NASA, Dubrovnik)
Dubrovnik
Zemljopisna širina: 42° 39' ; Zemljopisna dužina: 18° 05 '
Mjesec Srednja brzina vjetra
Siječanj 4,01
Veljača 4,30
Ožujak 4,04
Travanj 3,79
Svibanj 3,11
Lipanj 3,03
Srpanj 3,10
Kolovoz 3,21
Rujan 3,13
Listopad 3,66
Studeni 4,04
Prosinac 4,29
Prosjek 3,63
76
9.2. Air-X
Rezultati proračuna prikazani su u narednim slikama.
Slika 54 – Investicijski troškovi (DHMZ, Dubrovnik)
Slika 55 – Investicijski troškovi (NASA, Dubrovnik)
77
Slika 56 - Podaci o proizvodnji električne energije (DHMZ, Dubrovnik)
Slika 57 - Podaci o proizvodnji električne energije (NASA, Dubrovnik)
78
9.3. BWC XL.1
Rezultati proračuna prikazani su u narednim slikama.
Slika 58 - Investicijski troškovi (DHMZ, Dubrovnik)
Slika 59 - Investicijski troškovi (NASA, Dubrovnik)
79
Slika 60 - Podaci o proizvodnji električne energije (DHMZ, Dubrovnik)
Slika 61 - Podaci o proizvodnji električne energije (NASA, Dubrovnik)
80
9.4. Usporedba podataka za grad Dubrovnik 9.4.1. Usporedba ulaznih podataka
Tablica 20 – Usporedba rezultata (Dubrovnik)
Izvor
podataka Mjesec
Srednja
brzina vjetra
Relativna
razlika brzine
vjetra u
odnosu na
DHMZ [ ]
Relativna
razlika brzine
vjetra u
odnosu na
DHMZ [%]
1. NASA
Siječanj 4,01 -0,051 -1,25585 Veljača 4,30 +0,736 +20,65095 Ožujak 4,04 +0,038 +0,949525 Travanj 3,79 +0,523 +16,00857 Svibanj 3,11 +0,309 +11,03177 Lipanj 3,03 +0,145 +5,025997 Srpanj 3,10 +0,404 +14,98516
Kolovoz 3,21 +0,875 +37,47323 Rujan 3,13 +0,019 +0,610736
Listopad 3,66 +1,323 +56,61104 Studeni 4,04 -0,061 -1,48744 Prosinac 4,29 -0,139 -3,13841
2. DHMZ
Siječanj 4,061 0 0
Veljača 3,564 0 0
Ožujak 4,002 0 0
Travanj 3,267 0 0
Svibanj 2,801 0 0
Lipanj 2,885 0 0
Srpanj 2,696 0 0
Kolovoz 2,335 0 0
Rujan 3,111 0 0
Listopad 2,337 0 0
Studeni 4,101 0 0
Prosinac 4,429 0 0
81
Slika 62 - Usporedba srednje brzine vjetra [ ]
Slika 63 - Relativna razlika srednje brzine u odnosu na DHMZ [ ]
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
Sre
dn
ja b
rzin
a
Mjeseci u godini
DHMZ
NASA
-0,4
-0,2
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
Re
lati
vna
razl
ika
sre
dn
je b
rzin
e v
jetr
a
Mjeseci u godini
DHMZ
NASA
82
9.4.2. Air-X
Tablica 21 – Usporedba proizvodnje električne energije (Dubrovnik)
Izvor podataka Mjesec
Mjesečna proizvodnja
[Wh]
Godišnja proizvodnja
[kWh]
Relativna razlika
mjesečne proizvodnje u odnosu na DHMZ
[%]
Relativna razlika
godišnje proizvodnje
u odnosu na DHMZ [%]
1. NASA
Siječanj 19,96
122
+28,27
+35,55
Veljača 11,11 +42,80 Ožujak 16,67 +25,05 Travanj 10,00 +28,53 Svibanj 4,44 +33,33 Lipanj 3,33 +50,00 Srpanj 3,33 +50,00
Kolovoz 3,33 +50,00 Rujan 7,78 +39,92
Listopad 3,33 +50,00 Studeni 17,78 +33,38 Prosinac 20,00 +38,50
2. DHMZ
Siječanj 15,56
90
0
0
Veljača 7,78 0
Ožujak 13,33 0
Travanj 7,78 0 Svibanj 3,33 0 Lipanj 2,22 0
Srpanj 2,22 0
Kolovoz 2,22 0
Rujan 5,56 0
Listopad 2,22 0 Studeni 13,33 0
Prosinac 14,44 0
83
Slika 64 - Grafička usporedba mjesečne proizvodnje električne energije
Proizvodnja, izvor podataka DHMZ
U Dubrovniku na visini 10 metara vjetroagregat Air-X proizvede godišnje 90
kWh tijekom 3041 sati. Maksimalna snaga koju pritom daje iznosi 150 W, a
iskorištenost proizvodnog kapaciteta iznosi 2,57 %. Smanjenje emisija u
atmosferu iznosi 51 kilogram ugljik dioksida.
Slika 65 - Proizvodnja električne energije u ovisnosti o satu i danu u
godini (DHMZ)
0
5
10
15
20
25
Mje
sečn
a p
roiz
vod
nja
[W
h]
Mjeseci u godini
DHMZ
NASA
84
Na slici Slika 65 vidimo kako je najveća proizvodnja u zimskim mjesecima .
Tada i vjetroagregat postiže najveću snagu koja iznosi 150 W.
Proizvodnja, izvor podataka NASA
U proračunu s NASA-im podacima proizvedena električna energija iznosi 122
kWh, a u mrežu se preda 110 kWh. Broj sati u godini tijekom kojih
vjetroagregat proizvodi električnu energiju iznosi 3550 i pritom je iskorišteno
3,49 % proizvodnog kapaciteta vjetroagregata.
Utjecaj korištenja vjetroagregata Air-X umjesto konvencionalnog izvora
električne energije spram prirode je takoĎer vrlo malen, tek 69,5 kilograma
ugljik dioksida se manje ispušta u zrak.
Slika 66 - Proizvodnja električne energije u ovisnosti o satu i danu u godini (NASA)
85
9.4.3. BWC XL.1
Tablica 22 - Usporedba proizvodnje električne nergije (Dubrovnik)
Izvor podataka Mjesec
Mjesečna proizvodnja
[Wh]
Godišnja proizvodnja
[kWh]
Relativna razlika
mjesečne proizvodnje u odnosu na DHMZ
[%]
Relativna razlika
godišnje proizvodnje
u odnosu na DHMZ [%]
1. NASA
Siječanj 138,94
917
+28,95
+32,51
Veljača 87,81 +33,99 Ožujak 125,60 +29,96 Travanj 77,81 +32,17 Svibanj 38,90 +45,91 Lipanj 34,46 +47,70 Srpanj 32,24 +45,09
Kolovoz 26,68 +41,31 Rujan 60,02 +35,08
Listopad 23,34 +40,09 Studeni 126,71 +28,17 Prosinac 144,50 +30,08
2. DHMZ
Siječanj 107,74
692
0
0
Veljača 65,53 0
Ožujak 96,64 0
Travanj 58,87 0 Svibanj 26,66 0 Lipanj 23,33 0
Srpanj 22,22 0
Kolovoz 18,88 0
Rujan 44,43 0
Listopad 16,66 0 Studeni 98,86 0
Prosinac 111,08 0
86
Slika 67 - Grafička usporedba mjesečne proizvodnje električne energije
Proizvodnja, izvor DHMZ
Maksimalna snaga koju daje vjetroagregat BWC XL.1 u Dubrovniku na visini
10 metara iznosi 1,22 kW. Proizvedena energija u periodu od godine dana
iznosi 692 kWh. Vrijeme tijekom kojeg vjetroagregat proizvodi električnu
energiju iznosi 3862 sata. Iskorištenost proizvodnog kapaciteta
vjetroagregata BWC XL.1 iznosi 7,90 %. Za tu količinu proizvedene energije
konvencionalni izvor bi u atmosferu ispustio 394 kilograma ugljik dioksida i
1,71 kilograma sumpor dioksida.
0
20
40
60
80
100
120
140
160
Mje
sečn
a p
roiz
vod
nja
[W
h]
Mjeseci u godini
DHMZ
NASA
87
Slika 68 - Proizvodnja električne energije u ovisnosti o satu i danu u godini (DHMZ)
Proizvodnja, izvor NASA
Vjetroagregat BWC XL.1 pokazao je najbolje rezultate od svih vjetroagregata
na svim lokacijama. Postavljen na visini 10 metara godišnje proizvede 917
kWh električne energije. Proizvodi energiju tijekom 4424 sati godišnje i
iskorištenost proizvodnog kapaciteta mu iznosi 10,5 %. Najveća snaga koju
daje iznosi 1,24 kW, a prosječna godišnja 100 W. Proizvodnja električne
energije vjetroagregatom BWC XL.1 tijekom jedne godine sačuva atmosferu
za 521 kilograma ugljik dioksida, 2,26 kilograma sumpor dioksida i 1,11
kilograma dušikovih oksida.
Slika 69 - Proizvodnja električne energije u ovisnosti o satu i danu u godini (NASA)
88
9.4.4. Ekonomska usporedba vjetroagregata na 10 metara visine (Dubrovnik)
Tablica 23 – Ekonomska analiza isplativosti postavljanja vjetroagregata u Dubrovniku
Izvor
podataka
Odabrani
vjetroagre
gat
Uloženi
kapital
($)
Vrijednost
opreme na kraju
dvanaestogodiš
njeg perioda ($)
Vrijednost električne energije
predane u mrežu tijekom
12 godina($)
Razlika prvih triju
stavki
($)
Godišnja proizvodnj
a električne energije (kWh)
Vrijednost električne energije predane mreži u godini dana ($)
Vrijeme potrebno
da se otplati sva
oprema (god.)
DHMZ Air-X 1865 345 133 1387 90 11,15 124
NASA Air-x 1865 341 164 1360 122 14 97
DHMZ BWC
XL.1 6259 838 926 4495 692 77,13 58
NASA BWC
XL.1 6259 813 1226 4220 917 102,14 40
89
10. Zaključak
Pri projektiranju vjetroenergetskog sustava projektant se susreće sa mnogim
nesigurnostima. Jedna od njih je i podatak o brzini vjetra za odabranu lokaciju.
U ovom radu promatrane su tri lokacije u Republici Hrvatskoj. To su: grad Mali
Lošinj, grad Hvar i grad Dubrovnik. Za svaku od te tri lokacije korišteni su
podaci o brzini vjetra iz dva različita izvora. Budući da su podaci različiti za
svaki izvor i svaku lokaciju, nameće se nekoliko pitanja – koji izvor podataka je
najpouzdaniji? Koji podaci predviĎaju najveću proizvodnju električne energije, a
koji najmanju, te kolika je uopće ta razlika? Ova analiza daje odgovore na ta
pitanja, a do njih dolazimo pomoću računalnog simulacijskog programa
HOMER u kojem je provedena energetsko-ekonomska analiza za sve lokacije i
sve izvore podataka. U simulacije se koristi dva tipa vjetroagregata i dva njima
odgovarajuća pretvarača. Oscilacije ulaznih podataka postoje za sva tri grada.
Za grad Mali Lošinj postoji razlika izmeĎu NASA i DHMZ ulaznih podataka, a
to se direktno odražava i na godišnju proizvodnju električne energije. Razlika
izmeĎu srednje godišnje brzine vjetra iznosi 0,484 m/s. U proračunu s Air-X
vjetroagregatom iznos proizvedene električne energije iznosi 68 kWh za DHMZ
izvor podataka, a 108 kWh za NASA izvor podataka. Korištenjem ulaznih
podataka iz NASA izvora podataka proizvedeno je skoro 59 % više energije u
odnosu na DHMZ izvor podataka. Vjetroagregat BWC XL.1 u odnosu na Air-X
ima dva i pola puta veću nazivnu snagu te manju brzinu pri kojoj počinje
proizvodnja električne energije. S obzirom na te karakteristike proizvodnja
električne energije je znatno veća. Za DHMZ izvor podataka iznos proizvedene
električe energije je 561 kWh, a za NASA izvor podataka 861 kWh.
Za grad Hvar veća je razlika izmeĎu NASA i DHMZ ulaznih podatak, a time će
biti i veća razlika u godišnjoj proizvodnji električne energije. Razlika izmeĎu
srednje godišnje brzine vjetra iznosi 0,77 m/s. U proračunu s Air-X
vjetroagregatom iznos proizvedene električne energije je 69 kWh za DHMZ
izvor podataka, a 133 kWh za NASA izvor podataka. Korištenjem ulaznih
podataka iz NASA izvora podataka proizvedeno je skoro 93 % više energije u
odnosu na DHMZ izvor podataka što je poprilično velika razlika. Za
vjetroagregat BWC XL.1 proizvedena električna energija iznosi 520 kWh za
90
DHMZ izvor podataka, a 1064 za NASA izvor podataka. Kod ovog tipa
vjetroagregata razlika u proizvodnji električne energije je više od 100 %.
Za grad Dubrovnik najmanja je razlika izmeĎu NASA i DHMZ ulaznih podatak,
a time će biti i najmanja razlika u godišnjoj proizvodnji električne energije.
Razlika izmeĎu srednje godišnje brzine vjetra iznosi 0,36 m/s. U proračunu s
Air-X vjetroagregatom iznos proizvedene električne energije je 90 kWh za
DHMZ izvor podataka, a 122 kWh za NASA izvor podataka. Za vjetroagregat
BWC XL.1 proizvedena električna energija iznosi 692 kWh za DHMZ izvor
podataka, a 917 za NASA izvor podataka.
Iz dobivenih rezultata vidljivo je da u većini slučajeva ulazni podaci, a zbog
toga i mjesečna i godišnja proizvodnja električne energije, osciliraju ovisno o
izvoru podataka. Oscilacije su mnogo veće na mjesečnoj, ali prisutne su i na
godišnjoj razini. To je iznimno važno za samostalne vjetroenergetske sustave,
ali i za mrežu kada bi se ukupna instalirana snaga vjetro elektrana znatno
povećala. Dakle, izvore podataka, tj. njihovu pouzdanost, itekako treba imati u
vidu pri projektiranju sustava jer godišnja proizvodnja električne energije od +/-
10ak posto može značiti razliku izmeĎu isplativosti i neisplativosti sustava.
91
11. Sažetak
U ovom završnom radu zadatak je bio analizirati varijabilnost proizvodnje
električne energije iz energije vjetra korištenjem računarskog programa
HOMER. Razmatrane su dvije konfiguracije vjetroagregata kombiniranjem dva
izvora podataka na tri lokacije. Uzimajući u obzir trenutno stanje poticanja
proizvodnje električne energije iz obnovljivih izvora energije ocijenjen je utjecaj
varijabilnosti na ekonomičnost u Hrvatskoj.
Usporedba rezultata očekivano pokazuje da proizvodnja električne energije
najviše ovisi o lokaciji gdje je instaliran vjetroenergetski sustav, ali i da utjecaj
podataka za vjetar iz različitih izvora nije zanemariv.
92
12. Literatura
1. Uredba o naknadama za poticanje proizvodnje električne energije iz
obnovljivih izvora energije i kogeneracije; Narodne novine; 28. 03. 2007.;
33/2007; 05.01.2008.; http://www.nn.hr/clanci/sluzbeno/2007/1079.htm
2. Tarifni sustav za proizvodnju električne energije iz obnovljivih izvora
energije i kogeneracije; Narodne novine; 28. 03. 2007.; 33/2007;
05.01.2008.; http://www.nn.hr/clanci/sluzbeno/2007/1082.htm
3. HEP ODS - Tarifni modeli, s interneta,
http://www.hep.hr/ods/kupci/tarifni.aspx , siječanj 2009.
4. „NASA Surface meteorology and Solar Energy - A renewable energy
resource web site“, s interneta, http://eosweb.larc.nasa.gov/sse/ , siječanj
2009.
5. Državni Hidrometeorološki Zavod, s interneta, http://meteo.hr/ , siječanj
2009.
6. „HOMER – Getting started guide (HOMER Help)“, s interneta
https://analysis.nrel.gov/homer/includes/downloads/HOMERGettingStarted
10.pdf, siječanj 2009.
7. Southwest Windpower; http://www.windenergy.com ; siječanj 2009.
8. Bergey WindPower Co.;http://www.bergey.com; siječanj 2009.
9. Inženjering za solarne i vjetrom pogonjene sustave napajanja el. Energijom
Veneko d.o.o; http://www.veneko.hr/hr/index.html ; 05.01.2009.
10. Eolmeteo d.o.o.; http://www.eolmeteo.hr ; siječanj 2009.
11. FF Solar; http://www.ffsolar.com; siječanj 2009.
12. Watts2C; http://www.watts2c.com.au; siječanj 2009.