Tehnicki aspekti razvoja otoka sa 100% obnovljivim izvorima energije

TEHNIČKI ASPEKTI RAZVOJA OTOKA SA

100% OBNOVLJIVIM IZVORIMA ENERGIJE

dr.sc. Goran Krajačić, dipl. ing.

MEĐUNARODNA KONFERENCIJA O OTOCIMA SA

100% OBNOVLJIVIM IZVORIMA ENERGIJE

100% OBNOVLJIVA ENERGIJA NA

OTOCIMA – važnost uključivanja građana

kroz energetske zadruge

Krk, 18. 10. 2013.

Održivi razvoj

2 100% OBNOVLJIVA ENERGIJA NA OTOCIMA

OKOLIŠ

DRUŠTVO

Globalno zatopljenje


• CO2 emisije porast g.t. za 2 C, 4 C ili

6 C?

IEA Energy Technology Perspectives 2012

CO2 emisije porast g.t. za 2 C, 4 C ili 6 C?


Ekonomski se isplati, ali se ne radi?

IEA Energy Technology Perspectives


Udio OIE u bruto finalnoj potrošnji energije


The Danish Energy Agency

Proizvodni kapaciteti u danskom elektroenergetskom sustavu


Napredni sustavi daljinskog grijanja, Strandby, Danska


Napredni sustavi daljinskog grijanja, Danska


Hrvatski EES 2012.-2030.?


20-20-20 u 2020.

20% udio obnovljivih izvora u bruto finalnoj

potrošnji energije

20% smanjenje emisije CO2

20% ušteda povećanjem energetske

učinkovitosti

Energetsko klimatski paket 2008.


New RES Directive

100% OBNOVLJIVA ENERGIJA NA OTOCIMA 12

ŠTO ZNAČI 20-20-20? ZAŠTO?


1. Ušteda energije Ušteda financijskih

sredstava

Lokalna radna

mjesta 2. Korištenje OIE

Implementacija

projekata

3. Povlačenje

sredstava iz EU i

drugih

fondova/izvora

smanjenje

emisije

CO2;

učinkovito

korištenje

resursa;

povećanje

sigurnosti

dobave

energije

OTOCI EUROPSKA UNIJA

– više od 500 naseljenih otoka

– 6% teritorija EU

– 14 mil. stanovnika

HRVATSKA – 1 185 otoka (718 otoka, 389 stijena i 78 grebena)

– 66 naseljenih, 50 tijekom cijele godine

– 5,8% kopnene površine, 3300 km2

~110 000 stanovnika

14

http://images.google.com/imgres?imgurl=http://www.tel.hr/crofin/image/grb-hr.gif&imgrefurl=http://www.tel.hr/crofin/en/banrer.htm&h=118&w=91&sz=6&tbnid=SRGDK933u7oJ:&tbnh=81&tbnw=63&start=10&prev=/images?q=Republika+hrvatska+grb&hl=hr&lr=&ie=UTF-8&inlang=pl&sa=N

PROBLEMI OTOKA

• izolirani su

• mala tržišta

• viši troškovi za energiju, transport, komunikaciju

• problemi sa sigurnošću dobave

• zbog turizma, velika opterećenja na

elektroenergetski sustav, potrošnju vode, okoliš


HEP Vjesnik


PREDNOSTI OTOKA

• bogati su obnovljivim izvorima energije

• cijena električne energije konkurentna je cijeni energije iz fosilnih goriva

• obnovljivi izvori su čišća tehnologija

• obnovljivi izvori su privlačni visoko kvalitetnim turistima

• obnovljivi izvori zapošljavaju lokalno stanovništvo


Solar panels

COMMODITIES

Gasification

Heat

Electricity

Cold

Hydrogen Storage

Water

Wastewater

Biogas

Solar

Wind

RESOURCES TECHNOLOGIES

PV panels

Fuel cell Trigeneration

Hydrogen

Desalination

Sea

Biomass

Hydro Fresh water

Reversible hydro p.p.

Waste

Biofuels

Esterification Fermentation

Geothermal

Biomass p.p.

Wind turbines

Geothermal p.p.

Wastewater treatment

Wave & tidal

Sustainable Community

http://www.hydro.com.au/renewableenergy/index.html

http://content.answers.com/main/content/wp/en/a/a9/Pelamis.JPG

District heating District cooling

CH4, H2

Energetski sustavi suvremenih gradova


RenewIslands/ADEG METHODOLOGY

1. Mapping the needs 2. Mapping the

resources 3. Devising scenaria

with technologies that can use available resources to cover needs

4. Modelling and evaluation of the scenaria

3.

DEVISING SCENARIOS

with technologies that can use available

resources to cover needs

3.1

Feasibility of technologies

3.2 Feasibility of storage

3.3 Integration of flows

3.4

Devising the scenarios

1.

MAPPING THE NEEDS

0

10

20

30

40

50

1 501 1001 1501 2001 2501 3001 3501 4001 4501 5001 5501 6001 6501 7001 7501 8001 8501

Hours

[MW

th]

0

200

400

600

800

1000

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000

Hours

Load [kW]

2.

MAPPING THE RESOURCES

00,10,20,30,40,50,60,70,80,9

11,1

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000

Hours

[kWh/m2]

Evaluation of

Security of supply Environmental

evaluation

Social

evaluation

Technical

evaluation

Economic

evaluation

4.

MODELLING

GRID SYSTEM

ANALYSISOptimization

Constraints

vo

ltag

e in

[p.u

.] on

10 k

V le

vel

Vmax=1.10

1.05

1.00

0.95

Vmin=0.90

Relative loading of the lines and direction of active power flow on 110 kV level


Ston

vo

ltag

e in

[p.u

.] on

10 k

V le

vel

Vmax=1.10

1.05

1.00

0.95

Vmin=0.90



vo

ltag

e in

[p.u

.] on

10 k

V le

vel

Vmax=1.10

1.05

1.00

0.95

Vmin=0.90





StonSton

436,75

625,15

130,8

342,4267,9

96,0

86,4

74,8

80,97

128,64

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

2005 2010 2015

Inte

rmit

ten

t p

ote

nti

al [M

Wh

]

solar stored

wind stored

intermittent rejected

solar taken

wind taken

biomass

75%

grid

25%

fuel cell

24%

biomass

41%

grid

35%

0

200

400

600

800

1000

1200

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000

hours

load

[kW

] Hourly average power load in 2002, the Island of Mljet


0

5

10

15

20

25

30

35

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000

hours

win

d v

elo

cit

y [m

/s]

Island of Mljet, 10 m height 22

Proizvodnja iz vjetroelektrana DU-NE županija

Završni rad Nikola Matak


Proizvodnja VE –mjerenja brzine vjetra na Smokovljanima


00,10,20,30,40,50,60,70,80,9

11,1

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000

Hours

[kWh/m2]

Hourly average solar radiation in tilted

surface (36º), Mljet.

Solar radiation Mljet


Developed by: H2RES MODEL v2.8

WIND

SOLAR

HYDRO

GEO -

THERMAL

FOSSIL

FUELS

BIOMASS

GRID

LOAD • Power • Hydrogen • Water • Heat

WAVE

STORAGE • Hydrogen • Reversible hydro • Batteries • Heat

DESALINATION

WIND WIND

SOLAR SOLAR

HYDRO HYDRO

GEO -

THERMAL

GEO -

THERMAL

FOSSIL

FUELS

FOSSIL

FUELS

BIOMASS BIOMASS BIOMASS

GRID GRID

LOAD • Power • Hydrogen • Water • Heat

WAVE




DESALINATION

Power period (T pow, s)

0

5

10

15

20

25

1 493 985 1477 1969 2461 2953 3445 3937 4429 4921 5413 5905 6397 6889 7381 7873 8365

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000

sati

kW

h/m

2

0

10

20

30

40

50

60

70

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000

sati

vo

dik

ovo

op

tere

ćen

je

za t

ran

sp

ort

, kW

0

200

400

600

800

1000

1200

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000

sati

op

tere

će

nje

[k

W]

0

5

10

15

20

25

30

35

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000

sati

brzi

na v

jetra

[m/s

]

0

5000

10000

15000

20000

1 472 943 1414 1885 2356 2827 3298 3769 4240 4711 5182 5653 6124 6595 7066 7537 8008 8479

kWt

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

0 5 10 15 20 25 30

wind velocity, m/so

utp

ut,

part

of

no

min

al

po

wer

Vestas 225

Vestas 660

Enercon 300

Fuhrlander FL30



Stabilnost elektroenergetskog sustava

proizvodnja

potražnja snage

Sinkroniziran i povezan

elektroenergetski sustav

“balansiranje djelatne

snage”

stabilnost frekvencije

(50Hz)

djelatna snaga

potražnja za

djelatnom

snagom

“balansiranje jalove

snage”

stabilnost napona

(nivo napona +/- 10%)

jalova snaga

potražnja za

jalovom snagom:

opterećenja i

prijenosni vodovi

Glavni ciljevi regulacije EES-a

Problemi integracije intermitentnih izvora


STABILNOST

sekunde

BALANSIRANJE

minute - dani

DOSTATNOST

mjeseci - godine

Regulacija Praćenje opterećenja Planiranje pogona

0

50

100

150

200

250

300

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

kW

Load

Solar to Load

Grid

PV revolution – grid parity

MW

PV revolution

Problemi kod planiranja s intermitentnim OIE


opterećenje __ neto opterećenje proizvodnja VE proizvodnja PV i CSP

Harnessing Variable Renewables, IEA, 2011

Tehnička fleksibilnost elektrana (nordijska regija)


Harnessing Variable Renewables, IEA, 2011

(Source: H. Lund 2003, 2005)


(Source: H. Lund 2003, 2005)


(Source: H. Lund 2003, 2005)





Reverzibilne hidroelektrane


FAST METODA

Analiza EES otoka


Izvor: Vujčić, R., Barbir, F., Pilot postrojenje: Prvi korak u uvođenju vodikovog

energetskog sustava, XIV Znanstveni skup o energiji i zaštiti okoliša, Energija i

zaštita okoliša I, (1994) 511-518 (projekt "Vodikov energetski sustav za

priobalno područje“ MZT RH1992.-1994.)

• it is necessary to install 17520 kWt

or 21900 m2 in 2015

• 59200 kWt or 74000 m2 in 2025

Island of Losinj graduation thesis - Boris Hemetek

Oko 60% potrošnje je pokriveno OIE, 53% u 2010 do 58% u 2025

WindSolar

100%+PTV

Island of Losinj graduation thesis - Boris Hemetek

Otok Unije • Smješten u Kvarnerskom

zaljevu

• Površina otoka:16,77 km²

• Razvedena obala duljine 36 km

• Broj stanovnika: 88

• Ukupno kućanstava:47

• Ukupno stanbenih jedinica:292

• Loša demografska slika

44

Anliza stanja na otoku – REA Kvarner

• SWOT analiza

• Renewislands metodologija

• Obrada podataka iz ankete

• Dobivanje krivulje satnog opterećenja električne energije

• Energetska bilanca otoka

• Mogućnosti korištenja biomase te električnih vozila

• Desalinizacija

• Mogući projekti na otoku


UNIJE ZADRUGA?


Dijagram 1. Proizvodnja električne energije u zadruzi

78%

22%

Da

Ne

UNIJE


Scenariji energetskog razvoja PTV, PV, EE Scenariji

Postizanje “100% obnovljivog” otoka u 2030. godini:

- Instalirani kapacitet solarnih toplinskih kolektora: 192 kW

- Instalirani kapacitet toplinskih spremnka: 45 m³ - Instalirani kapacitet solarnih fotonaponskih panela: 3 MW

- Instalirani kapacitet baterija: 5 MWh

Godina Instalirani kapaciteti OIE

OIE u dobavi

PV paneli, kW Toplinski

kolektori,

kW

Električna

energija,

%

Toplinska

energija

za PTV, %

2011. 15,45 7,2 3 8

2020. 42,75 33 8 25

2030. 108,75 40 16 25


Unije - Scenariji energetskog razvoja

3.2. PV otok



- Instalirani kapacitet toplinskih spremnka: 82 m³

- Instalirani kapacitet solarnih fotonaponskih panela: 3 MW



Unije - scenariji energetskog razvoja

PV+vjetar



- Instalirani kapacitet toplinskih spremnka: 45 m³

- Instalirani kapacitet solarnih fotonaponskih panela: 3 MW


- Instalirani kapacitet vjetroagregata. 500 kW


Udio OIE u dobavi

PV paneli,

kW

Toplinski

kolektori,

kW

Vjetroagregati,

kW

Električna

energija, %

Toplinska

energija

za PTV, %

2011. 27 26,4 0 6 25

2020. 42 33,6 50 12 25

2030. 67,5 33,6 150 19 21


Scenariji energetskog razvoja Master scenariji

- Obuhvaćeni svi projekti:

- PV postrojenje

- Zeleni hotel

- Kozarstvo, ovčarstvo, govedarstvo te maslinarstvo

- Desalinizacijsko postrojenje


PV

paneli,

kW

Vjetroagregati,

kW

Baterije,

kWh

2011. 15,45 0 0

2020. 2042 0 5000

2030. 2640 3300 5000


Unije zaključak

- Otok je pogodan za iskorištenje OIE

- Volja otočana za razvojem

- Europski fondovi

- Razvoj turizma

- Novi stanovnici na otoku



Otok Mljet

2,96

1,69

2,36

3,53

0,831,18

2,12

0

1

2

3

4

5

6

7

8

2006 2010 2015

Su

pp

layin

g d

em

an

d [

GW

h]

hydrofuel cellsolarwindDieselgrid

4 x 33 kW

2 x 300.5 kW PV =14 100 m2

(1198.5 kW)

Scenario 6

+ in 2010 it will be possible to satisfy 2.32 GWh of yearly electricity

needs or 50% of island's demand and in the same time it will be

possible to export 1.02 GWh of electricity to mainland grid.

100% OBNOVLJIVA ENERGIJA NA OTOCIMA

4 x 33 kW

3 x 300.5 kW PV =92 000 m2

Scenario 12

+

hydrogen technology in 2010 =100% “renewable island” + 3.73 GWh

exported electricity

+

Scenarij 12, 2015

Cost of electricity (based on 10% discount rate and 20 years lifetime)

8,2

60,0

31,7

58,2

128,9

102,1

59,5

129,6

104,8

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

S2 S4 S6 S8 S10 S12 S14 S16 S18

c€ / kWh Feed-In Solar ( only 1 MW)

Feed-In Wind > 1 MW

Feed-In Wind < 1 MW



100% OIE u EES otoka

Otok Scenarij/godina Proizvodnja i

ugradnja opreme (čovjek godine)

Vođenje, održavanje i servis

(poslovi) Mljet 100% RES 2015 216 11

Lošinj 100% RES (80% RES PTV)

2025 3987 520 Unije 100% RES 2030 95 6

Ukupno 4299 537

Ston

vo

ltag

e in

[p.u

.] on

10 k

V le

vel

Vmax=1.10

1.05

1.00

0.95

Vmin=0.90



StonSton

vo

ltag

e in

[p.u

.] on

10 k

V le

vel

Vmax=1.10

1.05

1.00

0.95

Vmin=0.90



vo

ltag

e in

[p.u

.] on

10 k

V le

vel

Vmax=1.10

1.05

1.00

0.95

Vmin=0.90





100% OIE na otocima

• Renewisands/ADEG metodologija je

primijenjena na

– Mljet, Lošinj, Unije, itd…

• vjetar, sunce, vodik ili baterije kao rješenja

za manje otoke

• uz različita ograničenja i pretpostavke na

penetraciju intermitentnih izvora uzete u

scenarijima, 100% dobava energije iz OIE

je moguća 100% OBNOVLJIVA ENERGIJA NA OTOCIMA 59


100%

100%

100% 100%

100% 100%

100% 100%

100% 100%

100% 100%

Finalna potrošnja energije Hrvatska



Dugoročno planiranje RH 2050. (električna energija TWh )

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

2020 2030 2040 2050

MW

TE + CHP plin TE Ugljen

Male hidroelektrane Protočne hidroelektrane

Akumulacijske hidroelektrane Reverzibilne hidroelektrane

Geotermalne elektrane CHP otpad, biomasa i bioplin

Vjetroelektrane Solarne fotonaponske elektrane

Instalirani kapacitet postrojenja za proizvodnju


Proizvodnja električne energije 2050. (TWh)


100% OIE: proizvodnja primarne energije 2010.-2050.



Udio OIE u primarnoj energiji i proizvodnji električne energije


0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

2020 2030 2040 2050

M€

Godišnji investicijski trošak

Fiksni trošak

Varijabilni trošak

Godišnji trošak


31031

58493

125134

191810

0

50000

100000

150000

200000

250000

0

50000

100000

150000

200000

250000

300000

350000

400000

450000

500000

2020 2030 2040 2050

rad

na

mje

sta

po

tre

bn

a z

a v

ođ

en

je i

od

rža

van

je

po

stro

jen

ja/o

pre

me

i p

roiz

vod

nju

go

riva

Dire

ktna

rdna

mje

sta

u id

ustr

ijiza

pro

izvo

dnju

opr

eme

i

izgr

adnj

u po

stro

jenj

a (is

kaza

ni u

čov

jek/

godi

na)

Izgradnja postrojenja i proizvodnja opreme

Vođenje, održavanje i proizvodnja goriva

Poslovi vezani uz energetiku

Zaključak

• energetski sustav suvremenog “nisko-ugljičnog”

društva će počivati na “4 temelja”:

1) OIE,

2) zgrade kao “pozitivna energetska

postrojenja”,

3) skladištenje energije

4) napredne elektroenergetske i toplinske

mreže te električna vozila.


Zaključak

• put kojim idemo je neodrživ zato energetske sustave treba transformirati iz

temelja te je adekvatno energetsko planiranje ključ uspjeha

• trenutni napredak prema održivim sustavima je prespor

• političari moraju imati jasnu viziju energetskih sustava budućnosti,

utemeljenu na pouzdanim proračunima te dohvatljivim i razumnim ciljevima

• cijene energije i energenata moraju reflektirati stvarne i potpune troškove te

se moraju otvoriti transparentna tržišta svim oblicima energije i energenata

• potrebno je ubrzati inovacije i razvoj novih tehnologija te primjenu onih

najboljih postojećih

• voditi računa o fleksibilnosti elektroenergetskog sustava i graditi fleksibilna

postrojenja

• propisati metodologiju za energetsko planiranje urbanih područja koja će

voditi računa o optimalnoj integraciji energetskih tokova i ostalih resursa

(prema Renewisland, Total site management i sl.)


HVALA NA PAŽNJI! [email protected]

73

Knjige:

•Energy Technology Perspectives 2012, IEA, 2012

•Harnessing Variable Renewables, IEA, 2011

•Lund, H. Renewable Energy Systems, The Choice and Modeling of 100% Renewable Solutions, Elsevier, 2010

•Kleinpeter, M. Energy Planning and Policy, John Wiley & Sons, 1995

Radovi: •Krajačić, G., Duić, N., Zmijarević, Z., Mathiesen, B. V., Anić Vučinić, A., Carvalho, M.G. Planning for a 100% Independent Energy System based on Smart Energy Storage for Integration of Renewables and CO2 Emissions Reduction. Applied Thermal Engineering. 31, (2011) 2073-2083

•Krajačić, G., Duić, N., Carvalho, M.G. H2RES, Energy planning tool for island energy systems – The case of the Island of Mljet. International journal of hydrogen energy. 34 (2009) ; 7015-7026

•Duić, N., Krajačić, G., Carvalho, M. G. RenewIslands methodology for sustainable energy and resource planning for islands. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 12 (2008), 4; 1032-1062

Za one koji žele saznati više!


mailto:[email protected]



Documents

Tehnicki aspekti razvoja otoka sa 100% obnovljivim izvorima energije