Timski Projektni Zadatak Obnovljivi Izvori Energije.docx

POLITEHNIKA PULA VISOKA TEHNIČKO – POSLOVNA ŠKOLA S P.J. PULA SPECIJALISTIČKI DIPLOMSKI STRUČNI STUDIJ ,,KREATIVNI MENADŽMENT U PROCESIMA’’

MAURO KALČIĆ ELVIS PRENC RANDI HRELJA NINO BASARA SANJA OPLANIĆ

OBNOVLJIVI IZVORI ENERGIJE – DA ILI NE? TIMSKI PROJEKTNI ZADATAK

PULA, 2017.

POLITEHNIKA PULA VISOKA TEHNIČKO – POSLOVNA ŠKOLA S P.J. PULA SPECIJALISTIČKI DIPLOMSKI STRUČNI STUDIJ ,,KREATIVNI MENADŽMENT U PROCESIMA’’

OBNOVLJIVI IZVORI ENERGIJE – DA ILI NE? TIMSKI PROJEKTNI ZADATAK Predmet:

Studijski projekt

Profesori (mentori): dr. sc. Rosana Lucijetić i dr. sc. Irena Kiss Studenti:

Mauro Kalčić – voditelj tima Elvis Prenc – član tima Randi Hrelja – član tima Nino Basara – član tima Sanja Oplanić – član tima

PULA, prosinac 2017.

SADRŽAJ

1.

UVOD................................................................................................................................. 1 1.1. Opis i definicija predmeta i problema istraživanja .............................................. 1 1.2. Cilj i svrha rada ....................................................................................................... 1 1.3. Hipoteza .................................................................................................................... 1 1.4. Metode rada ............................................................................................................. 2 1.5. Struktura rada ......................................................................................................... 2

2.

HIDROENERGIJA – HIDROELEKTRANE ............................................................... 3 2.1. Povijest hidroelektrana ........................................................................................... 5 2.2. Vrste i podjela hidroelektrana ............................................................................... 6 2.3. Dijelovi hidroelektrana ........................................................................................... 7 2.3.1. Vrste vodnih turbina ...................................................................................... 8 2.3.2. Generatori .................................................................................................... 12 2.4. Ekonomska isplativost hidroelektrana ................................................................ 13 2.5. Prednosti i nedostaci hidroelektrana ................................................................... 14

3.

ENERGIJA MORA I OCEANA ................................................................................... 15 3.1. Energija plime i oseke ........................................................................................... 15 3.1.1. Povijest elektrana na plimu i oseku ............................................................. 16 3.1.2. Vrste elektrana na plimu i oseku ................................................................. 16 3.2. Energija valova ...................................................................................................... 17 3.3. Povijest i razvoj OTEC tehnologije ..................................................................... 17 3.4. Ekonomska isplativost energije mora i oceana ................................................... 19 3.5. Prednosti i nedostaci energije mora i oceana ...................................................... 20

4.

ENERGIJA SUNCA ....................................................................................................... 21 4.1. Povijest korištenja energije Sunca ....................................................................... 21

4.2. Pasivno korištenje energije Sunca ....................................................................... 22 4.3. Aktivno korištenje energije Sunca ....................................................................... 23 4.4. Fotonaponski sustavi za dobivanje električne energije...................................... 24 4.5. Ekonomska isplativost energije Sunca ................................................................ 26 4.6. Prednosti i nedostaci energije Sunca ................................................................... 28 5.

BIOENERGIJA .............................................................................................................. 29 5.1. Biomasa .................................................................................................................. 29 5.1.1. Biomasa drva .............................................................................................. 30 5.1.2. Uzgojena biomasa........................................................................................ 34 5.2. Bioplin..................................................................................................................... 34 5.3. Alkoholna goriva (etanol) ..................................................................................... 37 5.4. Biodizel ................................................................................................................... 38 5.5. Ekonomska isplativost bioenergije ...................................................................... 39 5.6. Prednosti i nedostaci bioenergije ......................................................................... 39

6.

GEOTERMALNA ENERGIJA .................................................................................... 40 6.1. Općenito o geotermalnoj energiji ......................................................................... 40 6.2. Povijest i razvoj geotermalnih elektrana............................................................. 43 6.3. Vrste geotermalnih elektrana ............................................................................... 44 6.4. Geotermalna energija u Hrvatskoj ...................................................................... 45 6.5. Utjecaj geotermalnih elektrana na okoliš ........................................................... 46 6.6. Ekonomska isplativost geotermalnih elektrana.................................................. 46 6.7. Prednosti i nedostaci geotermalnih elektrana..................................................... 47

7.

ENERGIJA VJETRA ..................................................................................................... 47 7.1. Povijest vjetroelektrana ........................................................................................ 49 7.2. Vrste vjetroelektrana ............................................................................................ 51 7.3. Dijelovi vjetroagregata.......................................................................................... 54 7.4. Utjecaj vjetroelektrana na okoliš ......................................................................... 56

7.5. Ekonomska isplativost vjetroelektrana ............................................................... 57 7.6. Prednosti i nedostaci vjetroelektrana .................................................................. 58 8.

ZAKLJUČAK ................................................................................................................. 59

POPIS LITERATURE .......................................................................................................... 60 POPIS TABLICA................................................................................................................... 64 POPIS GRAFIKONA ............................................................................................................ 64 POPIS SLIKA ........................................................................................................................ 64 POPIS PRILOGA .................................................................................................................. 66

1. UVOD

Jedan od najvećih problema današnjeg svijeta je globalno zatopljenje tj. emisija štetnih plinova u atmosferu. Grana industrije koja u znatnoj količini pridonosi tome je proizvodnja električne energije uz pomoć fosilnih goriva u termoelektranama. Obnovljivi izvori energije pojavili su se u prošlom stoljeću kao jedno od rješenja za taj problem. U ovom timskom projektnom zadatku razrađena je upravo ta tema - jesu li obnovljivi izvori energije pravo rješenje za proizvodnju električne energije ili nisu? Ulagati u obnovljive izvore ili ne? Koristiti obnovljive izvore sve više ili ne? Najjednostavnije rečeno, obnovljivi izvori – da ili ne?

1.1. Opis i definicija predmeta i problema istraživanja Predmet ovog istraživanja su obnovljivi izvori energije i njihova primjena u proizvodnji električne energije. Problem ovog istraživanja je koristiti ili ne obnovljive izvore energije za proizvodnju električne energije.

1.2. Cilj i svrha rada Cilj rada je pokazati da su obnovljivi izvori energije isplativi, ekološki prihvatljivi i najbolje rješenje za smanjenje korištenja fosilnih goriva u proizvodnji električne energije. Svrha rada je različitim metodama i tehnikama analizirati i prikazati sve elemente obnovljivih izvora energije da bi se sve više primjenjivali u proizvodnji električne energije.

1.3. Hipoteza Obnovljivi izvori energije su prirodni resursi koje treba koristiti za proizvodnju električne energije, resursi koji su ekološki prihvatljivi i koji su adekvatna zamjena za neekološka fosilna goriva. 1

1.4. Metode rada Metode korištene u ovom radu su: 

Kauzalna metoda – pronalazi uzročno-posljedične veze,



Povijesna metoda – povijesno-teorijski i retrospektivni dio rada,



Deskriptivna metoda – opisivanje ili očitavanje činjenica, procesa i predmeta,



Induktivna metoda – na temelju analize pojedinačnih činjenica dolazi se do zaključka o općem sudu,



Metoda analize – raščlanjivanje općih pojmova, sudova i zaključaka na njihove jednostavnije elemente i pojmove,



Statistička metoda – na temelju obilježja određenog broja elemenata donosi se opći prosječni zaključak i



Metoda konkretizacije – shvaćanje jedinstva apstraktno-općeg u individualnom i apstraktno-posebnog s općim u svakom predmetu ili pojavi.

1.5. Struktura rada Projektni zadatak se sastoji od osam povezanih cjelina. Prva cjelina je uvod u kojem je definiran problem, svrha i cilj rada, hipoteza rada te su navedene metode korištene u radu. Ukratko je opisana struktura rada. Druga cjelina opisuje dobivanje električne struje iz hidroenergije. U trećoj cjelini opisano je dobivanje električne struje iz energije mora i oceana. U četvrtoj cjelini definirano je Sunce kao izvor energije za dobivanje električne struje. Peta cjelina definira bioenergiju kao obnovljivi izvor energije. Geotermalna energija je opisana u šestoj cjelini. Sedma cjelina govori o energiji vjetra i vjetroelektranama. U završnoj (osmoj) cjelini navedene su zaključne misli, a iza zaključka nalazi se popis literature korištene u zadatku.

2

2. HIDROENERGIJA – HIDROELEKTRANE

Hidroelektrane su dio obnovljivih izvora energije. Najkraće i najjednostavnije opisani princip rada - kinetička energija vode okreće turbinu koja je vratilom spojena na generator koji tim okretanjem proizvodi električnu energiju. Prema prof. Dekaniću: „Energija vode ili hidroenergija je pretvorba potencijalne ili kinetičke energije vode u električnu energiju i najvažniji je obnovljivi izvor energije, a ujedno i jedini koji je ekonomski konkurentan fosilnim gorivima i nuklearnoj energiji te se rabi u svim dijelovima svijeta.“1 Povlašteni proizvođači, izuzev velikih hidroelektrana, imaju pravo na povlaštenu cijenu proizvedene energije definiranom u Tarifnom sistemu za proizvodnju električne energije iz obnovljivih izvora i kogeneracije.2 Međutim, još uvijek najviše se koriste fosilna goriva te je dugogodišnji cilj povećati korištenje obnovljivih izvora energija (ekološke svrhe) jer se procjenjuje da će se, ako svijet nastavi crpiti naftu jednakom brzinom kao i do sada, iscrpiti zalihe nafte za 30 godina. To ne znači da će čovječanstvo ostati bez nafte, nego jednostavno neće biti moguće crpiti tolike količine nafte koliko je potrebno svijetu u ovom trenutku te bi svakome od nas trebao biti cilj što više poticati korištenje ili izgradnju obnovljivih izvora energije. Valja spomenuti da npr. Norveška, s kojom Danska ima i interkonekciju gotovo svu električnu energiju dobiva iz hidroelektrana (98%), uz mali udio fosilnih goriva i vjetroelektrana. Oni su uz to i izvoznici električne energije.3

DEKANIĆ, I., KARASALIHOVIĆ-SEDLAR, D.: Ekonomika energije, Golden marketing – Tehnička knjiga, Zagreb, 2016., str. 219. 2 JELAVIĆ, B. et al.: „Trend i razvoj projekata korištenja obnovljivih izvora energije za proizvodnju električne energije u Hrvatskoj s naglaskom na energiju vjetra i Sunca“, Energetski institut Hrvoje Požar, Zagreb, 2007., str.12.,, (14.11.2017.) 3 JERKIĆ, E., KRAJAČIĆ, G.: „Prelazak Hrvatske na 100% obnovljivih izvora energije“, Greenpeace in Zentral und Osteuropa, Zagreb, 2015., str. 12., , (15.11.2017.) 1

3

Slika 1. : Proizvodnja električne energije u svijetu

Izvor: Obnovljivi izvori u svijetu – godišnji izvještaj REN21, https://ekoloskaekonomija.wordpress.com/2015/06/18/obnovljivi-u-svijetu-godisnji-izvjestaj-ren21/ (14.11.2017.)

U svijetu instalirani kapacitet proizvodnje električne energije iz hidroelektrana iznosi otprilike 1000 GW te je ukupno u 2016. godini proizvedeno približno 3700 TWh. Za usporedbu, tehnički potencijal svijeta je skoro 4 puta veći od toga - 14576 TWh godišnje. Lideri proizvodnje električne energije korištenjem hidroenergije su Kina, Brazil, SAD i Kanada. Graf 1. : Proizvodnja električne energije hidroenergijom u svijetu 2012.god. prikazana u milijardama kWh

Izvor: World economic forum, https://www.weforum.org/agenda/2015/10/which-countries-produce-the-mosthydroelectric-power/ (14.11.2017.)

4

2.1. Povijest hidroelektrana „Snaga vode eksploatirala se već u predindustrijsko doba za pogon pilana, mlinova i kovačnica.“4 Čovječanstvo koristi hidroenergiju već dugi niz godina, a sve je počelo korištenjem vodenih tokova za navodnjavanje (vodenice), nakon toga se pojavljuju prvi mlinovi za brašno (100 do 200 godina p.n.e.), kasnije i pogoni raznih strojeva pomoću vode (16.st.) pa sve do prvih elektrana na svijetu – hidroelektrana. Prva hidroelektrana na svijetu je Schoelkopf br. 1 kraj Slapova Niagare pokrenuta 1881. godine. Zanimljivo je da je prvi kompletni elektroenergetski sustav bio onaj u Šibeniku koji je pušten u pogon 1895. godine. Naime, prva hrvatska i europska hidroelektrana je HE Krka – Jaruga 1 na Skradinskom buku snage 550 kW te je to druga takva izgrađena na svijetu nakon one na Slapovima Niagare. Električna energija proizvedena u toj elektrani prenosila se dalekovodom dugim 11,5 km do Šibenika.

Slika 2. : HE Krka Jaruga 1

Izvor: NP Krka, https://sites.google.com/site/npkrka1234/home/hidroelektrana-jaruga (14.11.2017.)

Nakon prvog elektroenergetskog sustava u svijetu kreće i izgradnja ostalih elektrana uzlaznom putanjom radi velike potrebe za električnom energijom i olakšanja ljudskog života općenito.

POTOČNIK, V., LAY, V.: Obnovljivi izvori energije i zaštita okoliša u Hrvatskoj, Ministarstvo zaštite okoliša i prostornog uređenja, Zagreb, 2002., str. 40. 4

5

2.2. Vrste i podjela hidroelektrana Hidroelektrane prema instaliranoj snazi:     

Velike (iznad 10 MW), Male (500 kW – 10 MW), Mini (100 kW – 500 kW), Mikro (5 kW – 100 kW) i Piko (manje od 5 kW).

Najveća hidroelektrana na svijetu je hidroelektrana Tri Klisure (rijeka Yangtze) u Kini za čiju je izgradnju potopljeno 160 gradova i 1500 sela, te je iseljeno preko milijun ljudi.

Slika 3. : HE "Tri Klisure" (22 GW, brana 175 metara)

Izvor: Geografija.hr, http://www.geografija.hr/svijet/projekt-tri-klanca-novo-svjetsko-cudo-ili-novi-ljudskipromasaj/ (14.11.2017.)

Prema načinu korištenja vode:   

Protočne – manje snage, snaga varira s protokom, Akumulacijske – veće snage, poplavljeno veće područje i Crpno – akumulacijske – koristi energiju iz mreže kada je energija manje opterećena za pumpanje vode (ne tako često i s malim snagama).

6

Prema visini pada vode:   

Niskotlačne (do 30 m pada), Srednjotlačne (30 do 100 m pada) i Visokotlačne (iznad 100 m pada).

Prema položaju strojarnice:  

Pribranske – strojarnica je neposredno uz branu i Derivacijske – strojarnica je dalje od brane.5

2.3. Dijelovi hidroelektrana Osnovni dijelovi hidroelektrane - voda se kroz dovodni kanal preko tlačnog cjevovoda dovodi do turbine koja je smještena u strojarnici zajedno s generatorom i ostalim potrebnim dijelovima te se od tamo preko transformatora i dalekovoda proizvedena električna energija dovodi do potrošača. Dovodni tunel hidroelektrana obično je kružnog presjeka, jer je to hidraulički i statički najpovoljniji oblik.6 U slučaju da je dovodni kanal predugačak, ugrađuje se vodna komora da se u kratkom roku može dobiti potrebna brzina kako bi se na turbinama stvorila dovoljna snaga potrebna za proizvesti električnu energiju. Voda se nakon prolaska kroz turbinu odvodi kroz odvodni kanal.

Slika 4. : Osnovni dijelovi HE

Izvor: Hidroelektrana, https://hr.wikipedia.org/wiki/Hidroelektrana (14.11.2017.) BILIĆ, V.: „Protočna hidroelektrana“, Diplomski rad, Građevinski fakultet Sveučilišta Josipa Jurja Strossmayera u Osijeku, Osijek, 2015., str. 7., , (11.11.2017.) 6 IVANOVIĆ, D.: Hidroenergija, Inženjerska komora Crne Gore, Podgorica, 2014., str. 39. 5

7

2.3.1. Vrste vodnih turbina Ovisno o načinu i mjestu gdje se događa pretvorba potencijalne energije vode u kinetičku, vodne turbine se dijele na akcijske i reakcijske turbine.7 Razlika je u tome da se kod akcijskih turbina potencijalna energija vode pretvara u kinetičku samo unutar provodnih lopatica i tlak ostaje nepromijenjen kroz rotorske lopatice, dok se kod reakcijskih turbina tlak smanjuje unutar samih rotorskih lopatica zbog pretvorbe u kinetičku pa zatim u mehaničku energiju. Tri najzastupljenija tipa turbina su Kaplan, Pelton i Francis turbine. Još postoje Turgo i Crossflow turbine koje se većinom koriste za mala postrojenja. Pelton, Turgo i Crossflow turbine spadaju pod akcijske turbine, a Kaplan i Francis spadaju pod reakcijske turbine. U mlaznicama Pelton turbine dolazi do pretvorbe tlaka u kinetičku energiju, a pri prolasku preko lopatica akcijska sila pokreće rotor. Na te lopatice nastrujava jedan ili više mlazova iz mlaznica. Snaga se regulira varijacijom protoka kroz mlaznice pomoću tzv. igle. Najprikladnija je za visoke padove i male protoke. Specifična brzina vrtnje ove turbine je 2-70 rpm.

Slika 5. : Pelton turbina

Izvor: Zeco, https://www.zeco.it/zeco-turbines/pelton-turbine/ (14.11.2017.)

Francis turbina8 – glavni predstavnik reakcijskih turbina. Francis turbina je najraširenija turbina zbog širokog područja primjene. Osovina može biti horizontalna i vertikalna. Voda se iz tlačnog cjevovoda privodi spiralnim cjevovodom na zakretne lopatice te se usmjerava na rotor.

7 8

MAJDANDŽIĆ, LJ.: Obnovljivi izvori energije, Graphis d.o.o., Zagreb, 2008., str. 258. PILIĆ-RABADAN, LJ.: Vodne turbine, pumpe i vjetroturbine, Sveučilište u Splitu, 1999., str. 67.

8

Nedostatak Francis turbine je značajno smanjenje efikasnosti s manjim protokom. Specifična brzina vrtnje ove turbine je 40-500 rpm.

Slika 6. : Francis turbina

Izvor: Hidrolink, http://www.hydrolink.cz/en/francis-turbines/hhf-turbines-spiral-francis-turbines-12.html (14.11.2017.)

Kaplan turbina9 je pretlačna aksijalna turbina za male padove ili za protočne hidroelektrane. Prednost je pozicioniranje elektromehaničkog dijela izvan vode zbog lakšeg održavanja te da regulacija omogućava relativno konstantnu korisnost. Većinom se izvode s vertikalnom osovinom te su njezine lopatice podesive obzirom na raspoloživi protok i visinu. Područje specifične brzine vrtnje je 400-900 rpm.

9

MAJDANDŽIĆ, LJ.: op. cit., str. 262.

9

Slika 7. : Kaplan turbina

Izvor: Techcent Environment, http://www.tbhic.cn/en/productview.asp?id=65 (14.11.2017.)

Turgo turbina je posebna varijanta Peltonove turbine s nešto nižom korisnošću. Glavna prednost je veća brzina vrtnje za isti protok i isti broj mlaznica kao Pelton. Češće se koristi u malim hidroelektranama zbog troškova gradnje.

Slika 8. : Turgo turbina

Izvor: Beijing Daelim Green Ep Tech Co., LTD., http://www.daelim-electric.com/product/impulse-turbine.html (14.11.2017.)

Crossflow turbina ili Michel – Banki turbina (nazvana po tvorcima) ima posebnost u odnosu na ostale turbine, a to je podjela njezinog rotora na trećine. Koristi se za male padove i velike protoke te voda dvaput prolazi preko lopatica (samočišćenje lopatica). Konstrukcija je vrlo jednostavna i mali su troškovi ugradnje. 10

Slika 9. : Crossflow turbina

Izvor: Renewable first, http://www.renewablesfirst.co.uk/hydropower/hydropower-learning-centre/crossflowturbines/ (14.11.2017.)

Još postoje i turbine za vrlo male padove – VLH turbine. One se koriste kod protoka od 10 do 30 m3, imaju promjenjivu brzinu vrtnje - direktni pogon (generator s permanentnim magnetima i frekvencijski pretvarač).

Slika 10. : VLH turbina

Izvor: Labarthe Industrie, http://www.labarthe-industrie.com/portfolio-items/turbine-vlh/ (14.11.2017.)

11

2.3.2. Generatori Generator je stroj koji mehaničku energiju pretvara u električnu energiju (obrnuto od motora). Generator se sastoji od statora (vanjski nepomični dio) i rotora (unutarnji rotacijski dio). Rotor okreće vanjski pokretni stroja (u ovom slučaju vratilo koje je spojeno na vodnu turbinu). Generator je sastavljen od izvora magnetskog polja (elektromagneta ili magneta) i vodiča koji se kreće kroz to magnetsko polje tako da siječe njegove silnice. Pritom se stvara elektromotorna sila proporcionalna magnetskoj indukciji i ovisna o kutu presijecanja silnica. Jednostavno rečeno, okretanjem rotora stvara se okretno magnetsko polje i poteče struja. Postoje istosmjerni i izmjenični generatori, a rjeđe se pojavljuju elektrostatski generatori. Izmjenični generatori se dijele na asinkrone i sinkrone, te jednofazne i višefazne. Jednofazni generator ima samo jednu zavojnicu na statoru tj. najčešće su to dvije zavojnice nasuprotno namještene koje su spojene serijski ili paralelno te to promatramo kao jednu zavojnicu. Logično je zaključiti da se radi o višefaznom generatoru ako je na statoru spojeno više zavojnica (proizvodi niz izmjeničnih napona pomaknutih u vremenu). Kod sinkronog generatora rotor je stalni magnet ili elektromagnet. Svaki okret rotora znači isti broj perioda induciranog napona. Jedan magnet na rotoru jednak je jednom paru polova. Što je više pari polova, to se sporije okreće generator za istu frekvenciju i izlazni napon. Postoje turbogeneratori i hidrogeneratori. Turbogeneratori se koriste pri velikim brzinama kod plinskih i parnih turbina, a hidrogeneratori za spore pogone poput nekih hidroelektrana s velikim brojem pari polova. Još vrijedi spomenuti da postoji sinkroni generator s permanentnim magnetima kojem nije potrebna vanjska uzbuda da bi proizvodio električnu energiju. Za razliku od sinkronog generatora, kod asinkronog generatora se rotor mora brže okretati od ekvivalentnog sinkronog generatora po broju polova. U ovom slučaju se unutar samog rotora inducira napon, poteče struja kroz rotor koji proizvodi magnetsko polje. Asinkroni generator ne može samostalno napajati mrežu.

12

Slika 11. : Generator u HE

Izvor: Poslovni savjetnik, http://www.poslovni-savjetnik.com/financije/koncar-oprema-tursku-hidroelektranu (14.11.2017.)

2.4. Ekonomska isplativost hidroelektrana Izgradnja hidroelektrane ima visoku cijenu, međutim uzimajući u obzir da je korisnost ove vrste obnovljivih izvora vrlo velika (cca 90%), različitim metodama i izračunima isplativosti, može se zaključiti da se sigurno isplati ulagati u hidroelektrane. Ovo i je obnovljivi izvor iz kojeg se crpi najviše energije u svijetu, što znači da ipak ta velika cijena ulaganja nije toliko velika jer se vrlo brzo sve to isplati i nakon toga se dodatno zarađuje od prodaje električne energije distributerima. Energija vode (hidroenergija) je najznačajniji obnovljivi izvor energije, a ujedno i jedini koji je ekonomski konkurentan fosilnim gorivima i nuklearnoj energiji. U posljednjih 30-ak godina proizvodnja energije u hidroelektranama je utrostručena, ali je time udio hidroenergije povećan za samo 50% (sa 2.2% na 3.3%). U nuklearnim elektranama u

13

istom je razdoblju proizvodnja povećana gotovo sto puta, a udio 80 puta.10 Sljedeće probleme uspješnoj realizaciji projekata predstavljaju neriješeni i/ili komplicirani imovinsko pravni odnosi na velikom broju promatranih potencijalnih lokacija.11

2.5. Prednosti i nedostaci hidroelektrana Prednosti: 

HE su ekološki vrlo prihvatljive,



proizvodnjom električne energije u njima nema emisije ugljičnog-dioksida u okoliš što je izrazito važno,



smanjuje se potrošnja fosilnih goriva,



pomažu u zaštiti od poplava,



ne zahtijevaju korištenje velikih površina i



jedan GWh električne energije proizvedene u MHE znači: izbjegavanje emisije od 480 tona ugljičnog-dioksida (CO2), opskrbu električnom energijom kroz jednu godinu za 250 kućanstava u razvijenim zemljama, uštedu 220 tona goriva ili uštedu 335 tona ugljena.

Nedostaci: 

potreban rezervni tok,



smanjenje staništa ribama,



skupljanje i skladištenje smeća,



buke i vibracije i



utjecaj na okoliš.

HABJANEC, D.: „Obnovljivi i neobnovljivi izvori energije“, Zavod za primijenjeno računarstvo Fakulteta elektrotehnike i računarstva u Zagrebu, Fakultet elektrotehnike i računarstva, Zagreb, God. 1, br. 1, 2004., str. 1., 10

14

3. ENERGIJA MORA I OCEANA Energija mora je još uvijek velikim dijelom neiskorišteni resurs. U posljednje vrijeme došlo je do velikog broja novih/testnih postrojenja za iskorištavanje energije mora i valova općenito.12

3.1. Energija plime i oseke „Energija plime i oseke je oblik hidroenergije koja kretanje mora prouzrokovano mjesečevim mijenama odnosno padom i porastom nivoa mora, koristi za transformaciju u električnu energiju ili druge oblike energije.“13 Djelovanjem Sunca i Mjeseca na površinu vode nastaju plima i oseka. Točno se može predvidjeti kada će biti plima i oseka pa je ovaj oblik energije jako različit od većine ostalih obnovljivih izvora.14

Slika 12. : Elektrana na plimu i oseku

Izvor: Izvori energije, http://www.izvorienergije.com/energija_oceana.html (14.11.2017.)

PERČIĆ, M.: „Obnovljivi izvori energije u kontekstu morske tehnologije – sadašnjost i budući trendovi“, Pomorski zbornik Posebno izdanje, Tehnički fakultet Sveučilišta u Rijeci, 2010., str. 213-221 13 IVANOVIĆ, D.: op. cit., str. 66. 14 LABUDOVIĆ, B.: Obnovljivi izvori energije, Energetika Marketing, Zagreb, 2002., str. 25. 12

15

3.1.1. Povijest elektrana na plimu i oseku U antičko doba se prvi put koristi energija plime i oseke. Dvaput dnevno kroz par sati koristila se za mljevenje pšenice. Godine 1965. je u blizini mjesta Saint Malo u francuskoj pokrajini Bretanji, gdje je već postojao veći broj mlinova na plimu i oseku, izgrađena prva elektrana na plimu i oseku. Ta elektrana koristi 24 komada po 10 MW generatora i zove se La Rance, a razlika plime i oseke na toj lokaciji doseže i više od 14 metara.

Slika 13. : HE La Rance

Izvor: Wikipedia, https://hr.wikipedia.org/wiki/Plimna_hidroelektrana_La_Rance (14.11.2017.)

3.1.2. Vrste elektrana na plimu i oseku Slično kao kod akumulacijskih hidroelektrana, gradi se plimna brana ili pregrada preko zaljeva s dovoljno velikom plimom. Potrebno je minimalno pet metara razlike u plimi i oseki da bi ovo bilo isplativo. Skuplja se voda pa se otvaranjem zapora i postepenim propuštanjem vode kroz zapor na turbine proizvodi električna energija. kod ovakvih postrojenja najčešće se koriste cijevne turbine i turbine s vertikalnom osi. Ovakve elektrane mogu se koristiti u radu sustava kao i reverzibilne hidroelektrane. Zbog gibanja plime i oseke, velike količine vode teku oceanima i morima. U plitkim dijelovima mora gdje postoje prirodna suženja i na kojima se brzina vode značajno povećava, koriste se plimni tokovi. Turbine za ovakvu izvedbu elektrana imaju puno manji promjer lopatica nego kod plimnih brana. 16

3.2. Energija valova Zemlja se ne grije na svim mjestima isto. Zbog tih razlika nastaju razlike u tlaku zraka koje nadalje formiraju vjetrove koji uzrokuju valove. Val ima potencijalnu i kinetičku energiju. Snaga vala definirana je po jedinici površine okomitog na smjer kretanja vala ili se može odrediti po metru dužine na morskoj površini. Dužina obala uz oceane svih pet kontinenata (bez polova) iznosi oko 100 milijuna metara. Ako se računa s prosječnom srednjom snagom valova od 10 kW/m2, dobiva se prosječna godišnja snaga od 1 TW, odnosno godišnja energija od oko 9000 TWh, što je oko 60% današnje proizvodnje električne energije u svijetu.15

Slika 14. : Princip rada elektrane koja koristi energiju valova

Izvor: Prirodoslovna lepeza, http://e-learning.gornjogradska.eu/energijaekologijaengleski-ucenici/7-energijavalovaplime-i-oseke/ (14.11.2017.)

3.3. Povijest i razvoj OTEC tehnologije Pretvorba toplinske energije oceana (OTEC) metoda je generiranja električne energije kojom se iskorištava temperaturna razlika između plitkih i dubokih voda oceana. 1881. je francuski inženjer Jacques D'Arsonval iznio ideju o pretvorbi kalorične energije mora u korisni oblik energije iskorištavanjem razlike u temperaturama mora na površini i dubini. Da bi se stvorila dovoljna razlika temperature vode na površini i one u dubinama, hladna voda se crpi 15

HABJANEC, D.: ibidem, str. 2.

17

iz dubina od 1000 m. OTEC postrojenja najbolje funkcioniraju kada je razlika temperatura u spremnicima 20 ºC, što je tipična razlika temperature u tropskim područjima. Ova tehnologija je slabo zastupljena u svijetu.

Slika 15. : OTEC elektrana

Izvor: Makai Ocean Engineering, https://www.makai.com/ocean-thermal-energy-conversion/ (14.11.2017.)

18

3.4. Ekonomska isplativost energije mora i oceana „Globalizacija, post industrijalizacija i hiperprodukcija, koje su prvenstveno bazirane na nezajažljivoj želji za profitom, su dovele do zagađenja čovjekove okoline.“16 Energija mora i oceana je možda najbolji način za rješenje tog problema (71% Zemljine površine čine mora i oceani). Sustavi za proizvodnju struje koji koriste energiju plime i oseke daleko su od isplativosti u usporedbi s konvencionalnim dobivanjem energije. Hrvatska ne koristi ovaj oblik energije jer su plimne amplitude u Jadranskom moru vrlo male (od 25 do 80 cm), dok se u Kanadi ispituje mogućnost izgradnje velikog postrojenja u zaljevu Fundy. Za iskorištavanje energije plime i oseke u svijetu se nalazi malo lokacija koje zadovoljavaju potrebne uvjete. Nedovoljno razvijena tehnologija te visoke cijene gradnje i održavanja, ovaj izvor energije čine još uvijek rijetkom primijenjenom tehnologijom. Razmatraju se projekti u Velikoj Britaniji, Rusiji, Sjevernoj Americi i drugim zemljama. Hrvatska za oba ova izvora energije, s današnjim stanjem tehnologije nema gotovo nikakvih potencijala. Razlike plime i oseke se kreću u granicama od otprilike jednog metra, a Jadransko more nije poznato ni po velikim valovima, te se ne predviđa implementacija takvih projekata u Jadranskoj regiji. Izgradnja prve elektrane pokretane energijom valova Okeanós pokrenuta je u Portugalu, u blizini mjesta Póvoa de Varzim. U prvoj probnoj fazi, čija je izgradnja započela u 2007. godine, elektranu čine tri proizvodne jedinice ukupne instalirane snage 2,25 MW, a cijena ukupne investicije iznosila je 8,5 milijuna €. U 2009. počelo je proširenje na 28 proizvodnih jedinica ukupne snage 24MW, a investicija vrijedi oko 70 milijuna €. U Škotskoj se također 2008. počela graditi elektrana s četiri proizvodne jedinice od ukupno 3MW instalirane snage s investicijom od 4 milijuna funti (od ukupno 13 milijuna funti). Postoji još nekoliko prototipnih elektrana sličnih snaga diljem svijeta, bez velikog trenutnog utjecaja na energetsku sliku.17 Što se tiče OTEC tehnologije - skupa konstrukcija cijevi za dovod hladne vode iz morskih dubina rezultira visokom početnom cijenom elektrana, što poskupljuje i energiju. Gradnja velikih postrojenja mogla bi kompenzirati negativne učinke i smanjiti cijenu energije. I dok se klasične elektrane grade za oko 2-3000 $/KW instalirane snage, za male snage (do 1 MW) cijena je i deset puta veća, za one srednje (do 20 MW) 3 do 5 puta veća, a za pogone iznad 100 MW cijena je dvostruka. To je načelno skupa tehnologija i ukoliko se uzme u obzir skupo

MARTINOVIĆ, D., ĆEMALOVIĆ, M., KARIŠIK, J.: „Izazovi primjene obnovljivih izvora energije“, Prethodno znanstveno priopćenje, Sarajevo, 2013., str. 10., < https://hrcak.srce.hr/file/139203>, (18.11.2017.) 17 IVANOVIĆ, D.: op. cit., str. 14. 16

19

održavanje postrojenja te činjenica da su geografska područja u kojima su uređaji najučinkovitiji izložena uraganima, isplativost je vrlo niska u usporedbi s klasičnim izvorima.

3.5. Prednosti i nedostaci energije mora i oceana Nedostaci energije plime i oseke su veliki kapitalni troškovi, ograničeni dnevni rad od 10 sati koliko traju izmjene plime i oseke te relativno mala iskoristivost tog potencijala je specifičnost tehnologije za iskorištavanje energije plime i oseke koja zahtjeva posebne lokacijske uvjete (dovoljno velika razlika plime i oseke, blizina estuarija rijeke ili zaljeva). Jedna od najvećih prednosti energije plime i oseke je da se može bez problema predvidjeti točna proizvodnja iz takvih elektrana, zbog predvidljive prirode nastajanja. Nedostaci energije valova su varijacija u vremenu jer se veći valovi javljaju zimi, relativno malen broj lokacija povoljnih za izgradnju postrojenja zbog geografskih čimbenika, problem prijenosa energija, održavanje i skupa investicija za elektrane na pučini gdje je veća energija valova. Prednosti elektrana koje pokreće snaga valova su veliki energetski potencijal koji je višestruko veći u odnosu na energiju plime i oseke te mogućnost eksploatacije na više lokacija premještanjem postrojenja. Prednosti OTEC postrojenja su iznimne - nema emisije CO2 tijekom eksploatacije i dobiva se stabilan izvor energije, a i mogućnost korištenja plutajućih platformi za više namjena kao npr. proizvodnja vodika, gnojiva (nutrijenti iz dubokih voda), desalinizacija, u poljoprivredi i akvakulturi.18 Osim ekološke proizvodnje, proizvodi se i čista voda za piće (destilat) i to u velikim količinama (npr. postrojenje od 2 MW dnevno bi proizvelo i više od 4.000 m³ destilirane vode). Također, hladnom bi se vodom iz dubina mogao razviti uzgoj bilja kojima ne odgovaraju tropski uvjeti, a u konačnici ta bi se voda posredstvom rashladnih komora mogla koristiti i za kondicioniranje zraka. Veliki je problem kod iskorištavanja ovog oblika energije skupa oprema i mala ukupna efikasnost procesa koja je zbog temperaturne razlike od 1 do 3%.

ooo: „Proizvodnja električne energije – prednosti i nedostaci postojećih tehnologija“, Mreža mlade generacije Hrvatskoga nuklearnoga društva (MMG HND), Tehnički muzej u Zagrebu, Zagreb, 2013., str. 8., , (14.11.2017.) 18

20

4. ENERGIJA SUNCA 4.1. Povijest korištenja energije Sunca Sunce se sastoji od plinovite vruće plazme, koja je isprepletena magnetskim poljima i čiji promjer iznosi oko 1 392 000 km, što je za 109 puta više od promjera planeta Zemlje. Procjena je da je Sunce nastalo prije 4,57 milijarde godina, a kao dokaz su pronađene najstarije stijene iz Sunčevog sustava za koje je nakon datiranja radioaktivnim materijalom utvrđeno da su stare 4,567 milijardi godina. Po kemijskom sastavu strukturu Sunca čine vodik i helij, odnosno u jezgri Sunca svake sekunde izgori 4 300 000 000 kg vodika koji se pretvara u helij, dok manje od 2% strukture Sunca čine kisik, ugljik, neon i željezo. Sunčeva energija dobiva se od nuklearnih reakcija u njegovom središtu, gdje temperatura doseže 15 milijuna °C. Energija kojom isijava Sunce i koja se prenosi svjetlošću na planet Zemlju zaslužna je za nastanak života na Zemlji i predstavlja izvor gotovo sve raspoložive energije. Sunce promatramo kao izvor života, kao nešto bez čega život na Zemlji ne bi postojao. Čovječanstvo je kroz povijest oduvijek iskorištavalo energiju Sunca. Jedan od zapaženijih oblika korištenja sunčeve energije u povijesti čovječanstva odnosi se na korištenje sunčevih zraka za dobivanje vatre pomoću zakrivljenih ogledala. Sunčeve zrake koncentrirale su se u jednu točku na objektu koji se želio zapaliti i visokim intenzitetom izazivale su zagrijavanje i otvoreni plamen. Slika 16. : Površina Sunca

Izvor: Wikimedia, https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/bc/Sunspot_TRACE.jpeg (06.11.2017.)

21

4.2. Pasivno korištenje energije Sunca Napretkom tehnologije i razvojem energetike zrake sunca se danas koriste kao enormni potencijal za osiguranje energetskih potreba uz minimalan utjecaj na globalno zagrijavanje. Sunčeva energija kontinuirano obasjava Zemlju koja se okreće oko svoje osi, ali i oko osi Sunca. Iz navedenog razloga intenzitet energije koju dobivamo od Sunca možemo podijeliti na dnevnu (dan i noć), te na sezonsku (ljeto i zima). Snaga Sunčeva zračenja pri ulazu u atmosferu Zemlje iznosi 13701 W/m2, dok do površine Zemlje stiže otprilike pola.19 Snaga te energije omogućava odvijanje raznih procesa, a ono što je značajno u energetici, omogućuje proizvodnju električne energije. Sunčeva energija kao obnovljiv izvor energije se može koristiti pasivno i aktivno. U optimalnim uvjetima, na površini Zemlje može se dobiti 1 kW/m2, a stvarna vrijednost ovisi o lokaciji, godišnjem dobu, kao i o dobu dana, i vremenskim uvjetima. Mjeriti se može lokalno ili satelitski. Analitički pristup daje zadovoljavajuće rezultate ukoliko je poznat tzv. indeks prozračnosti (Kt – određuje koliko zračenja dođe do površine). Piranometrom (termičkim ili poluvodičkim) se mjeri globalna (ukupna), direktna i difuzna (raspršena) ozračenost na horizontalnu površinu (gustoća energije - H [Wh/m2 ] ). Prema Šimiću i Šljivcu: „Daljnja analiza procjena je nužna zbog toga što su rezultati mjerenja najčešće dostupni samo za ukupnu ozračenost i jer se konverzija Sunčeva zračenja odvija pod određenim kutom u odnosu na horizontalnu površinu, a difuzno i direktno zračenje također ovise o tom kutu i o indeksu prozračnosti. Dodatno treba voditi računa i o reflektiranoj komponenti koja ovisi o direktnoj komponenti, kutu i specifičnoj konfiguraciji terena.“20 Pod pojmom pasivno solarno grijanje smatra se korištenje tehnologije za iskorištavanje sunčevih zraka u cilju zagrijavanja stambenih objekata koji apsorbiraju toplinu, a zatim je noću otpuštaju. Za razliku od aktivnog, pasivno solarno grijanje ne zahtijeva dodatne uređaje, ne iziskuje velike troškove i isplativost investicije opravdava se u periodu od nekoliko godina. Stambeni objekt građen prema arhitekturi koja omogućuje pasivno iskorištavanje Sunčeve energije predstavlja objekt u kojem je temperatura tijekom cijele godine ugodna za boravak i čija energetska učinkovitost omogućuje i do 80% uštede energije u odnosu na stambene objekte koji su klasične gradnje i imaju niskoenergetske karakteristike. Ovakva energetska ušteda koju daje stambeni objekt na kojem je ugrađen pasivan sustav solarnog grijanja ostvaruje se na način da se onemogući gubitak toplinske energije apsorbiranjem iste u zidove i podove objekta. 19

ŠLJIVAC, D., ŠIMIĆ, Z.: Obnovljivi izvori energije, Školska knjiga, Zagreb, 2009., str. 73.

20

Ibidem

22

Količina sunčeve energije koju primi krov objekta veća je od količine energije potrebne za zagrijavanje objekta. Pasivno solarno grijanje akumulira toplinsku energiju Sunca, a zatim je oslobađa kada temperatura prostora padne te na taj način zagrijava taj prostor. Za prijem toplinske energije koriste se prozori, krovovi, podovi i zidovi objekta. Pasivno solarno grijanje nije i ne mora biti dovoljno za grijanje cijelog objekta, međutim može smanjiti upotrebu ostalih neobnovljivih izvora energije. Slika 17. : Pasivno iskorištavanje energije Sunca

Izvor: Wikipedija, https://hr.wikipedia.org/wiki/Pasivna_sun%C4%8Deva_arhitektura#/media/File:Passive_house_shema_hr.svg (6.11.2017.)

4.3. Aktivno korištenje energije Sunca Aktivno korištenje energije Sunca podrazumijeva pretvaranje energije sunčevih zraka u toplinsku ili električnu energiju. To pretvaranje vrši se pomoću solarnih kolektora za stvaranje toplinske energije i fotonaponskih panela za stvaranje električne energije. Aktivni solarni uređaji najčešće se koriste na objektima koji su udaljeni od energetske mreže za pogon uređaja u poljoprivredi, za napajanje električnom energijom reklamnih uređaja na javnim površinama kao i za napajanje uređaja koji se koriste za javne potrebe. Aktivni solarni sustav sastoji se od sunčanih kolektora, akumulacijskog spremnika s izmjenjivačem topline, cjevovoda, 23

cirkulacijske pumpe, ekspanzijskog sustava te upravljačkih elemenata. Korištenje sunčeve energije za grijanje prostorija obično je manje učinkovito, zato što je u zimskog periodu, kada je potreba za grijanjem najveća intenzitet sunčevog zračenja najslabiji, a toplinski gubici solarnog sustava najveći. Slika 18. : Aktivno solarno grijanje

Izvor: Wikipedia, https://hr.wikipedia.org/wiki/Sunčev_toplovodni_kolektor (9.11.2017.)

4.4. Fotonaponski sustavi za dobivanje električne energije Sunčevo zračenje koje upada na plohu kolektora fotonaponskog sustava mijenja se tijekom dana, mjeseca i godine, a ovisi i o zemljopisnom položaju promatranog mjesta te lokalnim klimatskim uvjetima.21 Fotonaponski sustavi koriste se kao alternativno rješenje u slučajevima kada se želi osigurati dugoročni izvor električne energije na mjestima gdje ne postoji električna infrastruktura. Fotonaponski sustavi predstavljaju integriran skup fotonaponskih modula i 21

KULIŠIĆ, P. et al: Sunčane ćelije, Školska knjiga, Zagreb, 1994., str. 15.

24

komponenata koje Sunčevu energiju izravno pretvaraju u električnu energiju. Glavne komponente koje čine fotonaponski sustav su: 1. fotonaponski moduli (ćelije) 2. regulatori napona (DC kontroleri) 3. DC/AC pretvarači (inverteri-izmjenjivači) 4. akumulatori Fotonaponske sustave može se podijeliti u dvije skupine i to na sustave koji su autonomni, odnosno nisu priključeni na izvore električne energije i na sustave koji su priključeni na elektroenergetsku mrežu.

Slika 19. : Autonomni Fotonaponski sustav

Izvor: Solarserdar, https://solarserdar.wordpress.com/2011/06/11/fotonaponski-sustavi-hcoie/ (9.11.2017.)

Fotonaponski sustavi koju su priključeni na mrežne izvore električne energije omogućuju prodaju proizvedene električne energije infrastrukturnom distributeru i to isporukom preko brojila električne energije u mrežu. Postoje dvije mogućnosti prodaje viška proizvedene električne energije i to putem fotonaponskih sustava na način da se proizvedena električna

25

energija prodaje u cijelosti ili kao višak koji se ostvaruje nakon što se zadovolje sve energetske potrebe kućanstva. Fotonaponski sustavi su najproduktivniji u proizvodnji električne energije sredinom zimskog sunčanog dana što zasigurno omogućuje zadovoljavanje svih energetskih potreba kućanstva, a samim time i rasterećenje elektroenergetskog sustava distributera električne energije .22

4.5. Ekonomska isplativost energije Sunca Vlada Republike Hrvatske donijela je Tarifni sustav za proizvodnju električne energije iz obnovljivih izvora i kogeneracije23 temeljem kojega je definirana poticajna cijena za električnu energiju proizvedenu putem obnovljivih izvora, odnosno isporučenu u elektroenergetsku mrežu. Visina poticajne cijene izražene u kn/kWh za električnu energiju ovisi o snazi fotonaponskog sustava. Za sustave čija snaga ne prelazi 10 kW prodajna cijena iznosi 1,91 kn/kWh, za sustave snage od 10-30 kW poticajna cijena iznosi 1,70 kn/kWh, dok za sustave više od 30 kW snage poticajna cijena iznosi 1,54 kn. Proizvodnja električne energije osim o ozračenoj energiji s obzirom na lokaciju, ovisi još o nekoliko bitnih elemenata kao što je kut zasjenjenja, kut nagiba i orijentacije fotonaponskih modula, tehničkim karakteristikama fotonaponskih modula, kao i o temperaturi okoline. Uobičajeno je da se fotonaponski moduli ugrađuju na krov stambenog objekta, međutim u novije vrijeme fotonaponski moduli ugrađuju se kao elementi fasade stambenog objekta. Za primorske krajeve gdje je ozračenost sunčevom energijom viša u odnosu na kontinent prosječna godišnja energija koju može proizvesti fotonaponski sustav instaliran na obiteljsku kuću snage do 10kW iznosi približno 12 000 kW.24 Uzevši u obzir ekonomsku cijenu instaliranja fotonaponskog sustava snage do 10 kW koja iznosi približno 250.000,00 kuna, dobivenim izračunom možemo zaključiti da će se u roku od jedanaest godina izvršiti povrat uložene investicije.

22

ČOTAR, A., FILČIĆ, A.: „Fotonaponski sustavi“, Istarska Regionalna Energetska Agencija, Rijeka, 2012. str.

14., < http://www.irena-istra.hr/uploads/media/Fotonaponski_sustavi_01.pdf>, (10.11.2017.) 23

VLADA RH: „Tarifni sustav za proizvodnju električne energije iz obnovljivih izvora i kogeneracije“,

Narodne novine, Zagreb, NN 133/2013, 2013., , (14.11.2017.) 24

FIŠTREK, Ž. et al.: „Potencijali obnovljivih izvora u Istri“, Zagreb, 2013., str. 16., < http://www.irena-

istra.hr/uploads/media/RES_potentials_in_Istria.pdf>, (12.11.2017.)

26

Slika 20. : Sunčevo zračenje i osunčavanje

Izvor: Klima, http://klima.hr/klima.php?id=k1¶m=k1_6&elpar=GnormY6180 (09.11.2017.)

Graf 2. : Proizvođači fotonaponskih panela u svijetu

Izvor: Cleantechnica, https://cleantechnica.com/2013/11/07/renewable-energy-charts-renewable-energy-facts/ (14.11.2017.)

27

Bitan je pokazatelj fotonaponskog sustava, pored stupnja djelovanja modula i stupnja djelovanja izmjenjivača, omjer učinkovitosti fotonaponskog sustava. Omjer učinkovitosti PR definira se kao omjer između stvarno dobivene električne energije fotonaponskog sustava i električne energije na ulazu u sustav. Taj se omjer kreće između 70 % i 85 % i veći je za bolje fotonaponske sustave, a računa se po sljedećoj formuli25:

𝑃𝑅 =

𝐸𝑆𝑇 𝐸𝐹𝑁

gdje je EST – stvarno dobivena energija iz fotonaponskih sustava, EFN – dobivena energija iz fotonaponskih modula

4.6. Prednosti i nedostaci energije Sunca Prednosti korištenja fotonaponskih sustava u odnosu na ostale modele koji se koriste za dobivanje električne energije iz obnovljivih izvora je jednostavnost instalacije te modularan pristup koji omogućava brz i jednostavan način nadogradnje sustava ukoliko se ukaže potreba za pojačanjem snage. Fotonaponski sustavi nemaju mehaničkih dijelova podložnih trošenju prilikom pretvorbe sunčeve energije u električnu. Fotonaponski sustavi ne zagađuju okoliš, te za razliku od ostalih sustava za korištenje obnovljivih izvora energije ne proizvode buku prilikom rada. Fotonaponski sustavi dugoročno predstavljaju isplativu investiciju s obzirom da je za njihov rad potreban izvor sunčane energije koja se u prirodi dobiva besplatno i čije su rezerve neiscrpne. Jedan od velikih prednosti korištenja fotonaponskih sustava je sposobnost proizvodnje električne energije na udaljenijim mjestima na način da nije potrebna mreža za prijenos električne energije, odnosno gdje ne postoji mogućnost priključenja na električnu mrežu. Kao najbolji primjer prednosti fotonaponskih sustava može se spomenuti mogućnost proizvodnje električne energije u svemiru, gdje se zemljini sateliti putem fotonaponskog sustava opskrbljuju električnom energijom.

MAJDANDŽIĆ, LJ.: „Fotonaponski sustavi“, Tehnička škola Ruđera Boškovića u Zagrebu, Zagreb, 2015., str. 40., < https://repozitorij.pfos.hr/islandora/object/pfos%3A127/datastream/PDF/view>, (16.11.2017.) 25

28

Slika 21. : Dijelovi satelita

Izvor: Kesatnet, http://kesatnet.me/mne/wp-content/uploads/2014/07/sat_tv33.jpg (8.11.2017.)

Postoji nekoliko nedostataka korištenja fotonaponskih sustava. Fotonaponski sustavi nemaju mogućnost kontinuiranog rada. S obzirom da je za rad neophodna Sunčeva energija, fotonaponski sustavi noću ne proizvode električnu energiju, pa je istu potrebno skladištiti u spremnike (baterije) ili se priključiti na alternativne izvore. Nadalje, na rad fotonaponskih sustava utječu i godišnja doba, kao i vremenski uvjeti. Jedan od nedostataka korištenja fotonaponskih sustava je i iznos investicije za ugradnju i potreban vremenski period za povrat uloženih sredstava.

5. BIOENERGIJA 5.1. Biomasa Biomasa je razgradivi dio nekog proizvoda, životinjskog ili biljnog porijekla. To je organski materijal koji možemo pretvoriti u gorivo, toplinu ili neki drugi korisni oblik energije. Biomasa je obnovljivi izvor energije, a dijeli se na drveni, ne drveni i životinjski otpad. Postoji: 29

•

biomasa od drva (otpadno drvo),

•

uzgojena biomasa (brzorastuće drvo),

•

ostaci iz poljoprivrede,

•

životinjski otpad te

•

gradski i industrijski otpad.

Prikupljanje, transport i skladištenje biomase veoma je skupo što je jedan od nedostataka prakticiranja ove tehnologije. Korištenje biomase omogućava i zapošljavanje (otvaranje novih i zadržavanje postojećih radnih mjesta), povećanje lokalne i regionalne gospodarske aktivnosti, ostvarivanje dodatnog prihoda u poljoprivredi, šumarstvu i drvnoj industriji.26 Europska unija je 2005. godine proizvela 75.968 GWh električne energije iz biomase, što čini 2,4% ukupne proizvodnje električne energije cijele EU. Pritom se kao najveći proizvođači u apsolutnom iznosu ističu Njemačka (15.244 GWh), Velika Britanija (9.293 GWh), Finska (9.136 GWh), Švedska (8.052 GWh) i Nizozemska (6.460 GWh).27

5.1.1. Biomasa drva Postoji puno načina da se iz biomase dobije korisna energija. Upotrebljava se šumska biomasa (ostaci i otpad nastali redovitim gospodarenjem šumama) i biomasa iz drvne industrije (ostaci i otpad pri piljenju). Za gorivo u kotlovnicama domova koriste se briketi i peleti. Oni nastaju sabijanjem, odnosno prešanjem usitnjene drvene biomase. Gotov proizvod dobiva se u maloj granulaciji radi transporta i korištenja u samoj peći.

ŠLJIVAC, D., ŠIMIĆ, Z.: op. cit., str. 27. OGNJAN, D., KNEŽEVIĆ, S.: „Poticajne mjere za proizvodnju električne energije iz biomase – usporedba mjera u Hrvatskoj i Europi“, HO CIRED, 1. savjetovanje, Šibenik, 2008., str. 1., < http://www.hocired.hr/referati/SO4-14.pdf>, (15.11.2017.) 26 27

30

Slika 22. : Drveni pelet

Izvor: Webgradnja.hr, https://www.webgradnja.hr/katalog/drveni-peleti-briketi/625/%20 (09.11.2017.)

Primjer karakteristika drvenih peleta: 

PC vrijednost – 5.4kW/kg,



Dimenzije – valjkastog oblika promjera od 6-8 mm i duljine od 10 do 30 mm,



Udio vlage – ispod 8% i



Pepeo nakon gorenja – ispod 0,6%.

Usporedba peleta u odnosu na fosilna goriva i isplativost: 

2 kg peleta je isto kao 1 litra lož ulja,



1,85 kg peleta je isto kao 1m3 zemnog plina,



650 kg peleta zauzima 1m3 skladišnog prostora,



3m3 peleta je jednako 1000 l lož ulja i



potrošnja 1kg/h peleta = 5kW.

Peleti su obnovljivi izvori energije, što znači da su ekološki prihvatljivi kao gorivo. U usporedbi s gorivima baziranih na petroleju, peleti nemaju sastav koji je toksičan za ljude ili okolinu. Ne sadrže teške metale i druge spojeve koji su štetni za zdravlje. Grijanje na pelete u domu daje prirodni ugođaj. Cijena peleta nije ovisna o cijeni plina i nafte. Peleti se proizvode od lokalnih resursa. Ukoliko se neko postrojenje bavi proizvodnjom peleta, te se planira da će pogon raditi 300 dana - 50 dana će se utrošiti na održavanje postrojenja, a 15 dana na blagdane. Proizvodnja je kontinuirana 24 sata, a po satu se proizvodi 1 tona što na godišnjem nivou iznosi

31

7.200 tona.28 Biomasa se može izravno pretvarati u energiju sagorijevanjem, te se tako proizvodi grijana vodena para za grijanje u industriji ili kućama. U Europskoj Uniji 58% primarne energije dobivene od obnovljivih izvora energije dolazi iz drva.29 Slavonska regija ima najveći potencijal biomase u Republici Hrvatskoj , a to su ostaci ratarske proizvodnje, šumska biomasa i otpad iz drvne industrije.30 Proces sagorijevanja u pećima sastoji se od 4 koraka: 1. zagrijavanje i sušenje sirovine 2. isparavanje isparivih tvari 3. sagorijevanje isparivih tvari 4. sagorijevanje čvrste tvari Slika 23. : Prikaz peći na pelete

Izvor: Edilkamin, http://www.edilkamin.com/en/stufe_a_pellet/stufa_a_pellet_forma.aspx (09.11.2017.)

Osnovne funkcije pri primjeni drvene biomase kao energenta jednaka su kao kod svakog goriva: •

sastav,

•

ogrjevna (energetska) vrijednost,

•

temperatura samozapaljenja,

SEKTOR ZA INDUSTRIJU HGK: „Obnovljivi izvori energije u Republici Hrvatskoj“, Zbornik radova, Stručni skup s međunarodnim sudjelovanjem, Osijek, 2007., str. 92., , (16.11.2017.) 29 HABJANEC, D.: op. cit. 30 SEKTOR ZA INDUSTRIJU HGK: op. cit., str. 81. 28

32

•

temperatura sagorijevanja i

•

fizikalna svojstva.

Osnovna veličina za proračun energije iz određene vrste drva je njegova ogrjevna vrijednost. Najveći utjecaj na nju ima vlažnost ( vlaga za svježe drvo 50-55 %), zatim sastav, pa gustoća i zdravlje drva. Ogrjevna vrijednost se određuje mjerenjem kalorimetrom, pri čemu zrak i gorivo u ložište moraju doći pod istom temperaturom i nastali produkti sagorijevanja moraju biti ohlađeni na istu temperaturu. Postoje gornja i donja ogrjevna vrijednost. Gornja ogrjevna vrijednost je ona količina topline koja nastaje potpunim sagorijevanjem jedinične količine goriva, pri čemu se dimni plinovi ohlade na temperaturu 25 °C, a vlaga se iz njih izlučuje kao kondenzat. Donja ogrjevna

vrijednost je ona količina topline koja nastaje

potpunim sagorijevanjem jedinične količine goriva, pri čemu se dimni plinovi ohlade na temperaturu od 25 °C, a vlaga u njima ostaje u stanju pare te toplina kondenzata ostaje neiskorištena. Kad se gleda efikasnost sustava uzima se u obzir donju vrijednost i gubitke koji se javljaju. Slika 24. : Sušenje biomase

Izvor: Eniteh, http://www.eniteh.hr/modsklad.html (10.11.2017.)

Kompletna oprema se ugrađuje unutar standardnog ISO kontejnera, a dijelom na kontejneru. Volumen skladišta gdje se pohranjuje biomasa iznosi 50 m3. Sustav upravljanja biomasom vođen je automatski. Za rad postrojenja, predviđena je usitnjena drvena biomasa do veličine od 50 mm ili usitnjena poljoprivredna biomasa. Sušenje se provodi s toplim zrakom temperature od 100 °C iz toplinskog izmjenjivača. Topla voda koja zagrijava zrak za sušenje dovodi se iz vodom hlađenog ložišta. Navedeni sustav sušenja sirovine omogućava odvlaživanje biomase za 20 %. U slučaju da se radi s izrazito vlažnom biomasom, moguće je

33

ugraditi kanale za dovođenje dimnih plinova za sušenje (do 220 °C) čime se može povećati sušenje uz povećanje energetske vrijednosti biomase za 20%.

5.1.2. Uzgojena biomasa Kod ne drvene biomase ili uzgojene biomase veliku važnost imaju ostaci iz poljoprivrede tj. poljoprivredna biomasa (kukuruz, slama, grane vinove loze i maslina). Na ogrjevnu vrijednost ne drvene biomase jednako utječu dio vlage i pepela. Dio pepela u ne drvenim biljnim ostacima može iznositi i do 20% pa značajno utječe na ogrjevnost. Supstance koje čine pepeo nemaju nikakvu energetsku vrijednost. Također, postoji veliki broj biljnih vrsta koje je moguće uzgajati u tzv. energetskim nasadima s velikim prinosima, kao što su brzorastuće drveće, kineske trske s godišnjim prinosom od 17 tona po hektaru te eukaliptus.

Slika 25. : Prikaz nasada eukaliptusa

Izvor: Agroklub, https://www.agroklub.com/sumarstvo/dugin-eukaliptus-najsarenije-stablo-na-svijetu/25021/ (10.11.2017.)

5.2. Bioplin Bioplin je mješavina plinova koja nastaje fermentacijom biorazgradivog materijala u okruženju bez kisika. Jedno od obećavajućih alternativnih energetskih rješenja je proizvodnja bioplina anaerobnom razgradnjom organskog otpada, naročito iskorištenjem organskog gnoja

34

kod uzgoja životinja, te drugih ostataka iz poljoprivredne proizvodnje.31 To je mješavina metana CH4 (40-75 %), ugljikovog dioksida CO2 (25 -60 %) i 2 % ostalih plinova (vodika H2 i ugljikovog monoksida CO). Bioplin je otprilike 20 % lakši od zraka, bez mirisa i bez boje. Temperatura zapaljenja mu je između 650 i 750 °C, a gori plavim plamenom. Bioplin se dobiva iz organskih materijala. Za stvaranje visokokaloričnog plina moraju pritom biti ispunjena dva važna preduvjeta: anaerobno okruženje i točno određena temperatura u bioreaktoru koja mora biti prilagođena tipu bakterija. Najveći dio postrojenja radi na temperaturama između 30 i 37 °C.32 Podrijetlo sirovine može varirati od stočnog otpada do ostataka ulja od povrća i organskih otpadaka iz restorana i privatnih kuća. Postoje dva osnovna tipa organske razgradnje: aerobna (uz prisustvo kisika) i anaerobna (bez kisika). Svi organski materijali, i životinjski i biljni, mogu biti razgrađeni u ova dva procesa, a konačni rezultat će biti različit. Aerobna razgradnja (fermentacija) proizvodi ugljikov dioksid, amonijak, ostale plinove u vrlo malim količinama, veliku količinu topline te konačni proizvod koji se može uporabiti kao gnojivo. Anaerobna razgradnja proizvodi metan, ugljikov dioksid , vodik i ostale plinove u malim količinama. Takvo gnojivo sadrži amonijak koje biljke mogu brže preuzeti nego organski dušik što ga čini pogodnim kao dodatak za obradive površine. Anaerobna digestija se odvija samo u specifičnim uvjetima - temperatura je u rasponu od 25-35 °C te je potrebno određeno vrijeme zadržavanja mješavine u digestoru.

Slika 26. : Dobivanje bioplina u digestoru

Izvor: Zelena energija, http://www.zelenaenergija.org/clanak/mala-skola-bioplina-kucni-bioplinskidigestori/408 (11.11.2017.)

Uređaj za proizvodnju bioplina naziva se digestor. U njemu se događaju različite kemijske i mikrobiološke reakcije, nazivi koji se još upotrebljavaju su bioreaktor ili anaerobni reaktor. BRDARIĆ, D. et al: „Konverzija organskog gnoja u bioplin“, Izvorni znanstveni članak ISSN 1330-7142, Zagreb, 2009., str. 1., , (12.11.2017.) 32 POTOČNIK, V., LAY, V.: op. cit., str. 69. 31

35

Primarna mu je funkcija da pruži anaerobne uvjete. Mora biti hermetički zatvoren te ne smije propuštati zrak i vodu. Može se izraditi od puno materijala, različitih oblika i veličina, a to ovisi uglavnom o sirovini koja će se upotrebljavati. Sustavi namijenjeni za digestiju tekuće ili čvrste sirovine pune se i prazne pomoću za to namijenjenih pumpi. Kompletni digestorski sustav sastoji se od spremnika za sakupljanje gnojiva, spremnika za miješanje, cijevi za odvođenje, digestora, spremnika i sustava za iskorištavanje plina. Dobiveni se bioplin najčešće koristi za dobivanje topline ili električne energije sagorijevanjem u kotlovima, plinskim motorima ili turbinama. Danas ima oko 3000 elektrana u Europi, a treba im dodati i 450 odlagališta smeća koja valoriziraju bioplin.33

Digestori se dijele na: •

Mali digestori od 2 do 30 m3 - ugrađena plivajuća plinosprema i skromna dodatna oprema,

•

Srednji digestori od 30 do 80 m3 - miješanje sadržaja, odvojena plinosprema, grijači, i ostala tehnika i

•

Veliki digestori preko 80 m3 - obvezna uporaba pomoćnih uređaja, posebno osposobljeno osoblje, velika financijska investicija.

Graf 3. : Prinos bioplina iz raznih sirovina

Izvor: Agroklub, https://www.agroklub.com/kolumna/proizvodnja-bioplina-i-skromni-rezultati-u-rh/7792/ (11.11.2017.)

33

HABJANEC, D.: op. cit.

36

5.3. Alkoholna goriva (etanol) Osnovne faze u procesu proizvodnje etanola su: •

priprema sirovine,

•

fermentacija i

•

destilacija etanola.

Priprema sirovine je zapravo hidroliza molekula škroba enzimima u šećeru koji fermentira. Najčešće korištena tehnologija za proizvodnju etanola je fermentacija u pećima s običnim kvascem za proizvodnju do 10%-tnog alkohola nakon 24 do 72 sati fermentacije. Potom slijedi destilacija alkohola koju čini nekoliko faza čime se dobije 95%-tni etanol. Za proizvodnju posve čistog etanola, kakav se koristi za miješanje s benzinom, dodaje se benzen i nastavlja destilacija te se dobije 99,8%-tni etanol. Etanol se proizvodi od tri osnovne vrste biomase: šećera (najčešće od šećerne trske), škroba (najčešće od kukuruza) i celuloze od drva. Sirovine bogate šećerom pogodne su za proizvodnju etanola. Sadržavaju jednostavne šećere, glukozu i fruktozu koji mogu fermentirati u etanol. Sadržavaju i molekule ugljikovodika koje treba razložiti na jednostavne šećere, a to se provodi procesom saharifikacije. To zahtijeva dodatnu fazu u procesu proizvodnje što povećava same troškove. Najčešće biljne vrste koje se uzgajaju za proizvodnju etanola su šećerna trska i kukuruz.

Tablica 1.: Svjetska proizvodnja etanola

Izvor: FKIT Zagreb, http://silverstripe.fkit.hr/kui/assets/Uploads/4-25-38.pdf (12.11.2017.)

37

Tablica 2. : Prinos etanola od raznih sirovina

Izvor: Wikipedija, https://hr.wikipedia.org/wiki/Bioetanol (12.11.2017.)

5.4. Biodizel Biodizel je komercijalni naziv za metil-ester bez dodatka mineralnog dizelskog goriva i nalazi se na tržištu tekućih goriva te se prodaje korisnicima. Biodizelsko gorivo predstavlja neotrovno, biorazgradivo gorivo koje bi trebalo nadomjestiti mineralno gorivo, a proizvodi se iz biljnih ulja, životinjske masti, kao i recikliranog ulja skupljenog u domaćinstvu i pečenjarnicama.34 Izbor primarne sirovine za proizvodnju biodizela zavisi od odgovarajućih uvjeta, pa se u Europi za proizvodnju biodizela najviše koristi ulje uljane repice (82,8%) , ulje suncokreta (12,5%), u Americi se najviše koristi ulje soje, a u azijskim zemljama palmino ulje. U Vukovaru se nalazi najveća tvornica biodizela u Hrvatskoj koja se zove Biodizel Vukovar d.o.o te godišnje proizvede 35 tona biodizela. Biodizel se najčešće miješa s običnim dizelskim gorivima. Mješavina od 20% biodizela i 80% normalnog dizelskog goriva naziva se mješavina B20. Najčešće mješavine biodizela su: 

B100 - čisti biodizel,



B20 - mješavina od 20% biodizela i 80% normalnog dizela,



B5 - mješavina od 5% biodizela i 95% normalnog dizela i



B2 - mješavina od 2% biodizela i 98% normalnog dizela.

KIŠ, D. et al.: „Alternativno gorivo – biodizel“, Pregledni znanstveni članak ISSN 1330-7142, Zagreb, 2011., str.1, < https://hrcak.srce.hr/file/9172>, (15.11.2017.) 34

38

5.5. Ekonomska isplativost bioenergije Upoznavanje troškova čitavog proizvodnog niza u slučaju proizvodnje električne energije bioenergijom prilično je složena zadaća, poglavito kad je riječ o troškovima koji su povezani s dobavom sirovina. Cijena biomase kreće se od 4,5 do 5 c€/kg, pri čemu treba imati u vidu troškove transporta od oko 0,75 c€/kg, a naknada poljoprivredniku ne može biti manja od 4 c€/kg. To se najbolje vidi na sljedećem primjeru: Pretpostavlja se da je konverzijski učinak postrojenja promjenjiv i varira u rasponu 27-30 posto. Troškovi investicije su 1750-2500 €/kW uz amortizacijski rok od 20 godina. Operativni troškovi variraju 3-5 posto godišnje od ukupne cijene investicije. Izračunat je raspon troškova proizvodnje 7,5-13,25 c€/kWh, a referentna vrijednost je 9,5 c€ za 5500 sati rada godišnje.35

5.6. Prednosti i nedostaci bioenergije Glavne prednosti u korištenju biomase kao izvora obnovljive energije su veliki potencijali, ne samo u pogledu zasađene biljne kulture već i otpadnih materijala u poljoprivrednoj i prehrambenoj industriji.36 Prednost biomase u odnosu na fosilna goriva je javljanje manjih emisija štetnih plinova. Prednost biodizela je ta da ima istu energetsku vrijednost kao i normalno fosilno gorivo, ali ima i puno bolju mazivost pa samim time postoji mogućnost za duži vijek motora. Biodizel je biorazgradiv, nije otrovan te proizvodi manje ugljikovog dioksida svojim izgaranjem. Moguća je proizvodnja kod vlastite kuće. Ukoliko dođe do nesreće prilikom transporta, biodizel je razgradiv u prirodi u roku od 28 dana. Za razliku od običnog dizela, biodizel ima veću točku zapaljenja (preko 160 °C), te je sigurniji prilikom skladištenja i rada s njim. Postoje i nedostaci biodizela, a to su da postoji mogućnost začepljenja injektora u motoru, što može dovesti do skupog popravka ili zamjene injektora. Miris iz auspuha podsjeća na prženo ulje. Energetska vrijednost biodizela je 37,2 MJ/l dok je nafte 42 MJ/l. To

DE PAOLI, L., VIŠKOVIĆ, A.: Ekonomija i politika proizvodnje električne energije, Kigen d.o.o., Zagreb, 2007., str. 29. 36 NARODOSLAWSKY, M.: „Bio Commodity Processes“, Institute for Process Engineering, Graz University of Tehnology, Graz, 2010., p. 273., < https://hrcak.srce.hr/file/87206>, (16.11.2017.) 35

39

znači da je i veća potrošnja ako se koristi biodizel jer je energetska vrijednost biodizela oko 90% energetske vrijednosti običnog dizela.

6. GEOTERMALNA ENERGIJA

Toplinska energija Zemlje se još naziva i geotermalna energija.

Slika 27. : Jezgra Zemlje

Izvor: Croatia.hr, http://www.google.hr/search?q=jezgra+kod+geotermalne&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKEwjD7 3u0r3XAhXEK1AKHco_B90Q_AUICigB&biw=1536&bih=756#imgrc=31iL2glFI1Z (11.11.2017.)

6.1. Općenito o geotermalnoj energiji Toplina u unutrašnjosti Zemlje rezultat je formiranja planeta iz prašine i plinova prije više od četiri milijarde godina, a radioaktivno raspadanje elemenata u stijenama kontinuirano regenerira tu toplinu. Osnovni medij za prijenos topline iz unutrašnjosti na površinu je voda ili para, a ta komponenta obnavlja se tako da se voda od kiša probija duboko po raspuklinama i tamo se onda zagrijava i cirkulira natrag prema površini gdje se pojavljuje u obliku gejzira i 40

vrućih izvora. U središtu Zemlje (oko 6.400 km ispod njene površine) nalazi se tekuća jezgra. Temperatura jezgre kreće se oko 4.200 °C. Toplina iz magme se penje kroz omotač jezgre, sloj koji okružuje jezgru. Ljudi su spoznali i naučili načine kako da iskoriste geotermalnu energiju u vidu grijanja svojih domova, odnosno proizvodnje električne energije. Geotermalna energija postoji otkad postoji planet Zemlja. Duboko ispod površine voda ponekad dolazi do vruće stijene i pretvori se u kipuću vodu ili paru. Kipuća voda može dosegnuti temperaturu i preko 150⁰C, a da se ne pretvori u paru jer je pod visokim pritiskom. Kad ta vruća voda dospije do površine kroz pukotinu u zemljinoj kori zove se vrući izvor. Ako izlazi pod pritiskom u obliku eksplozije zove se gejzir. Vrući izvori se širom svijeta koriste kao izvor topline u zdravstvene i rekreacijske svrhe. Vrućom vodom iz dubine Zemlje mogu se grijati staklenici i zgrade. Na Islandu, koji je poznat po gejzirima i aktivnim vulkanima, mnoge se zgrade i bazeni griju geotermalnom vrućom vodom. Geotermalna energija još uvijek zauzima mali udio u ukupnoj energiji dobivenoj iz obnovljivih izvora energije.37 Slika 28. : Izvori geotermalne energije na površini Zemlje

Izvor: EkoZagreb.hr, www.google.hr/search?q=Izvori+geotermalne+energije+na+površini+Zemlje&source=lnms&tbm=isch&sa=X& ved=0ahUKEwjtrovolcHXAhXDXRoKHVwEB8sQ_AUICigB&biw=1536&bih=759&dpr=1.25 (14.11.2017.)

Ovaj izvor energije ima brojne prednosti - jeftin, stabilan i trajan. Budući da nema dodatnih potreba za gorivom nema štetnih emisija, osim vodene pare. Glavni je nedostatak u malom broju lokacija gdje se vruća voda u podzemlju nalazi blizu površine. To su tzv. geotermalne zone. One se vezuju za vulkanske zone na Zemlji tj. u pravilu za granice litosfernih ploča. Nedostatak je i to što su te zone ujedno i glavne potresne zone. 37

DEKANIĆ, I., KARASALIHOVIĆ-SEDLAR, D.: op. cit., str. 234.

41

Slika 29. : Vulkani i litosferne ploče

Izvor: Geoclass, www.google.hr/search?q=potresi+tektonske+ploče&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKEwjf83Q0L3 XAhWImLQKHT3TCq0Q_AUICigB&biw=1536&bih=756#imgdii=6DxLS_n9g0DYyM:&imgrc=TKqP3omU WkkRqM: (14.11.2017.)

Japan je prvi započeo korištenje geotermalne energije u poljoprivredi u prošlom stoljeću. Pogodnost primjene u poljoprivredi je u tome što se za te potrebe može koristiti termalna voda čak i minimalnih temperatura, odnosno već energetski „iskorištena“ termalna voda. Do sada postignuti rezultati su doprinijeli da se geotermalna energija sve više upotrebljava jer omogućava ekonomično povećanje prinosa poljoprivrednih kultura. Slika 30. : Najperspektivnija područja geotermalne energije u svijetu

Izvor: Hgi-cgs.hr www.google.hr/search?biw=1536&bih=759&tbm=isch&sa=1&ei=ZIQMWp7lG8uxao2Ig4gN&q=tektonska+p odručja+&oq=tektonska+područja+&gs_l=psyb.3...7045.18473.0.19597.30.20.0.0.0.0.169.1839.11j7.18.0....0...1.1.64.psyab..18.3.354...0j0i24k1j0i13k1.0.svfBwei-u0U (15.11.2017.)

42

Najbogatija područja geotermalne energije na planeti nalaze se u tzv. zoni vatrenog prstena koja se prostire po zapadnom dijelu Južne i Sjeverne Amerike, istočnom dijelu Azije, preko Oceanije i istočno od Novog Zelanda. Tri države koje prednjače po upotrebi geotermalne energije su Sjedinjene Američke Države, Kina i Island. Ove zemlje pokrivaju 58% svjetskog kapaciteta geotermalne energije. Suvremena tehnologija kod primjene geotermalne energije znatno smanjuje troškove njene eksploatacije pa se samim time i cijene krajnjih proizvoda snižavaju. Danas više od 20 zemalja ima geotermalne elektrane. Oko 40 zemalja koristi izvore tople vode, ali te zemlje nažalost još nisu razgradile svoje potencijale geotermalnih rezervoara. Na osnovu zapisa, poznato je da termalni izvori u Italiji postoje već tisućama godina i da pri intenzivnoj eksploataciji koja traje već skoro cijeli vijek nema većih promjena u kapacitetu i pritisku na ulazima bušotina. Slična je situacija i u oblasti Gejzira u SAD-u gdje se danas nalaze najveće geotermalne elektrane i gdje se i pored intenzivnog korištenja ne primjećuju promjene na prirodnim gejzirima. Kad se tome dodaju i procjene ukupnog geotermalnog potencijala Zemlje, vidljivo je da je taj potencijal toliko velik da se u doglednoj budućnosti to pitanje ne može postaviti. Problemi mogu nastati na pojedinim lokalitetima ili pri veoma intenzivnoj lokalnoj eksploataciji, tako da je uvijek neophodno, kao i kod nafte i plina, pratiti proizvodnju.

6.2. Povijest i razvoj geotermalnih elektrana Početak korištenja topline Zemlje za generiranje električne energije vežu se uz malo talijansko mjesto Landerello još davne 1904. godine. Te je godine započelo eksperimentiranje s tim oblikom proizvodnje električne energije. Para je upotrijebljena za pokretanje male turbine koja je napajala pet žarulja, a taj se eksperiment smatra prvom upotrebom geotermalne energije za proizvodnju električne energije. Godine 1911. počela je gradnja prve geotermalne elektrane koja je završena 1913. i snaga joj je bila 250 kW. To je bila jedina geotermalna elektrana u svijetu kroz gotovo pola stoljeća. Princip rada je bio jednostavan: hladna voda se upumpava na vruće granitne stijene koje se nalaze blizu površine, a van izlazi vruća para na iznad 200 °C i pod visokim pritiskom ta para onda pokreće generatore. Iako su sva postrojenja u Landerellou uništena u drugom svjetskom ratu, postrojenja su ponovo izgrađena i proširena te se koriste još i danas.

43

Slika 31. : Larderello u Italiji

Izvor: Monte-amiata, http://www.monte-amiata.eu/english/amiata_culture_nearby_larderello.asp (15.11.2017.)

6.3. Vrste geotermalnih elektrana

Trenutno se koriste tri osnovna tipa geotermalnih elektrana: 

Princip suhe pare (Dry steam) – koristi se iznimno vruća para, tipično iznad 235 °C. Ta para se koristi za direktno pokretanje turbina generatora. Ovo je najjednostavniji i najstariji princip koji se još uvijek koristi jer je to daleko najjeftiniji princip proizvodnje električne energije iz geotermalnih izvora.



Princip odvajanja pare (Flash steam) – koristi se vruća voda iz geotermalnih rezervoara koja je pod velikim pritiskom i na temperaturama iznad 182 °C. Pumpanjem vode iz tih rezervoara prema elektrani na površini smanjuje se pritisak pa se vruća voda pretvara u paru i pokreće turbine. Voda koja se nije pretvorila u paru vraća se nazad u rezervoar zbog ponovne upotrebe. Većina modernih geotermalnih elektrana koristi ovaj princip rada.



Binarni princip (Binary cycle) – voda koja se koristi kod binarnog principa je hladnija od vode koja se koristi kod ostale proizvodnje električne energije iz geotermalnih izvora. Vruća voda se koristi za grijanje tekućine koja ima znatno nižu temperaturu od vrelišta vode, a ta tekućina isparava na temperaturi vruće vode i pokreće turbine generatora. Prednosti ovog principa su veća efikasnost postupka, dostupnost potrebnih geotermalnih rezervoara, potpuna zatvorenost sistema budući da se upotrijebljena voda vraća nazad u rezervoar pa je gubitak topline smanjen, a gotovo da i nema gubitka vode. Većina planiranih novih geotermalnih elektrana koristi ovaj princip.

44

6.4. Geotermalna energija u Hrvatskoj Geotermalni potencijal Hrvatske je u situaciji da je južni dio nikakav, dok je u sjevernom dijelu iznad EU prosjeka. Brojne geotermalne bušotine na kojima su se izvela preliminarna istraživanja u Međimurju, pokazuju da je taj potencijal okoliša neopravdano neiskorišten.38 Na temelju podatka iz stvarnih bušotina (INA je napravila oko 50 na dubinama od par kilometara), poznato je da potencijalni izvori imaju temperature vode od 40 do 170 °C . Ponajbolja nalazišta u Hrvatskoj dovoljno su dobra samo za korištenje najmanje djelotvornih i najskupljih postrojenja za konverziju geotermalne energije u električnu energiju s binarnim ciklusom. Što se tiče direktnog korištenja u Republici Hrvatskoj od ukupno 28 postojećih geotermalnih polja samo 18 ih je u upotrebi. Duga tradicija korištenja geotermalne energije u Hrvatskoj uglavnom je u balneološke svrhe odnosno toplice (Varaždinske toplice, Daruvarske toplice, Stubičke toplice, Lipik, Topusko). Toplinski kapacitet hrvatskih toplica iznosi 77 MWt. Za potrebe individualnog grijanja prostora instalirano je oko 40 MWt, dok je proizvodnja električne energije iz geotermalnih elektrana tek u planu. Slika 32. : Stubičke toplice

Izvor: Croatia.hr, https://www.google.hr/search?biw=1536&bih=759&tbm=isch&q=stubi%C4%8Dke+toplice&sa=X&ved=0ahU KEwiUtI7i7MPXAhVFXhoKHTehCycQhyYIJw#imgrc=M0Yn2Ax-S1hSuM: (15.11.2017)

JAMBROVIĆ, F.: „Geotermalna energija u Međimurju“, Zbornik radova Međimurskog veleučilišta u Čakovcu, God.1., br. 2, 2012., str. 2., , (12.11.2017.) 38

45

6.5. Utjecaj geotermalnih elektrana na okoliš Geotermalna energija, kao i ostali obnovljivi izvori energije, ima relativno mali utjecaj na zagađenje životne sredine, s obzirom na provođenje svih mjera zaštite. Njena će važnost u budućnosti sve više rasti jer neće biti potrebno da se predviđaju dodatne mjere zaštite koje povećavaju financijske i eksploatacijske troškove. Zbog toga će vrlo brzo njena specifična cijena energije biti konkurentna tradicionalnim gorivima u znatno širem obimu primjene. Na geotermalnoj instalaciji kao izvor energije koristi se tekućina dobivena iz podzemnog „kotla“ prirodnom cirkulacijom. Ona može biti u obliku slabo pregrijane ili suhe pare, odnosno pregrijane ili kipuće termalne vode. Zbog toga se i utjecaj geotermalne energije na okolinu vezuje samo za usko područje geotermalnog područja. Ipak, neželjeni utjecaji mogu se proširiti i u radijusu od nekoliko kilometara oko geotermalnog izvora i na taj način ugroziti neposrednu okolinu, te se i kod geotermalne energije svi ti utjecaji moraju proučiti i spriječiti. Geotermalna energija je trenutno jedan od najčistijih oblika energije koji se koristi u komercijalne svrhe. Upotrebom geotermalne energije izbjegavaju se problemi kiselih kiša, i u velikoj mjeri se smanjuju emisije plinova koji uzrokuju efekt staklenika, kao i drugi oblici zagađenja zraka. Iskorištavanje geotermalne energije je jedan od ekološki najprihvatljivijih načina iskorištavanja energije.39

6.6. Ekonomska isplativost geotermalnih elektrana Gospodin Lay je u svojoj knjizi na primjeru objasnio isplativost geotermalne energije: „ Električno pokretane toplinske pumpe za potrebe obiteljske kuće nude se po cijenama između 500 i 1.000 € po kW. Ako nije riječ o pumpama koje crpe toplinu iz zraka, tim cijenama valja dodano pribrojiti i troškove za zemljane kolektore i njihovo ukopavanje, koji iznosi od 250 do 500 € po kWt. Ukupni investicijski troškovi za toplinsku pumpu u obiteljskoj kući dosežu time iznos od 7.500 do 15.000 €. Iz toga se može izračunati cijena toplinske energije od 0,05 do 0,1 €/kWh.“40

PRAVICA, Z. et al.: „Ekološki aspekti iskorištavanja geotermalne energije“, Zbornik Rudarsko-geološkonaftnog fakulteta u Zagrebu RGN fakultet – Zavod za naftno inženjerstvo, Zagreb, 2006., str. 3. 40 POTOČNIK, V., LAY, V.: op. cit., str. 81. 39

46

6.7. Prednosti i nedostaci geotermalnih elektrana Budućnost geotermalne energije ovisi o tri glavna faktora: 

ukupnoj potražnji za energijom,



dostupnosti geotermalnih izvora i



konkurentnosti geotermalne energije prema ostalim obnovljivim izvorima.

S obzirom na sve veći rast privrede i populacije potražnja za energijom će svakako rasti. Predviđa se potreba za smanjenjem emisije CO2 , a samim time povećat će se potražnja za obnovljivim izvorima energije, pa tako i za geotermalnom energijom. Dostupnost geotermalne energije je velika, a razvojem tehnologije se i dodatno povećava. Tehnologija izrade bušotina postaje sve naprednija, pa danas već postoje neka istraživanja na 10 do 12 kilometara dubine. Problem kod takvih dubokih bušotina predstavljaju visoke temperature kod kojih može doći do oštećenja opreme za bušenje i loma alata. Predviđa se da bi se u periodu od 10 godina mogli razviti materijali koji će biti otporni na temperature do 300 °C, a da bi se za 25 godina mogli razviti materijali otporni i do 500 °C. Takva tehnologija uvelike bi povećala dostupnost geotermalnih izvora. Stavovi o načinima i uslovima korištenja geotermalnog potencijala koji su iskazani na svjetskoj konferenciji o geotermalnoj energiji u Anatoliji u Turskoj (GWC 2005) ukazuju na pojačani trend favoriziranja svih obnovljivih izvora energije, a posebice geotermalnih voda.

7. ENERGIJA VJETRA

Energija vjetra jedan je od izdašnijih izvora obnovljive i održive energije. Nastanak vjetra manifestira se uslijed nejednakog zagrijavanja Zemljine površine, što pod utjecajem okretanja Zemlje oko svoje osi uzrokuje Coriolisovu silu uz strujanje zračnih masa, koje nastaju uslijed razlike temperatura, odnosno tlakova. Iskorištenje energije vjetra nije cjelokupno. Primjenom Betzovog zakona, čija granica iznosi 0,593., dolazi se do zaključka da je maksimalno 59,3% energije vjetra moguće pretvoriti u iskoristivu energiju. Kulišić je rekao: „Ako promatramo strujanje zraka kroz turbinu, opazit ćemo da se brzina i tlak zraka mijenjaju od ulaza prema

47

izlazu iz turbine.“41 Dvije sastavne oznake vjetra su smjer i jačina. Pri određivanju smjera koristi se vjetrulja, odnosno pokazatelj strane svijeta s koje dolazi vjetar. Slika 33. : Ruža vjetrova

Izvor: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/1a/Brosen_windrose.svg (15.11.2017.)

Pri određivanju jačine vjetra koristi se anemometar ili Beaufortova ljestvica.42

Tablica 3. : Beaufortova ljestvica 0

Tišina

˂1 km/h

1

Lahor

1-5 km/h

2

Povjetarac

6-11 km/h

3

Slab vjetar

12-19 km/h

4

Umjeren vjetar

20-28 km/h

5

Umjereno jak vjetar

29-38 km/h

6

Jak vjetar

39-49 km/h

7

Žestok vjetar

50-61 km/h

8

Olujni vjetar

62-74 km/h

9

Jak olujni vjetar

75-88 km/h

10

Orkanski vjetar

89-102 km/h

11

Jak orkanski vjetar

103-117 km/h

12

Orkan

≥118 km/h

Izvor: Sportski ribolov, http://sportskiribolov.hr/more/vjetrovi-jadrana/ (15.11.2017.) 41 42

KULIŠIĆ, P.: op. cit., str. 29. KULIŠIĆ, P.: Novi izvori energije, II. Dio, Školska knjiga, Zagreb, 1991., str. 21.

48

7.1. Povijest vjetroelektrana

Potrošnja energije u budućnosti ovisit će uglavnom o tome kako će se voditi gospodarske i energetske politike tj. ovisit će o strukturi gospodarstva i ekonomičnosti proizvodnje energenata.43 Gledano kroz povijest uz postojanje energije vjetra bila je omogućena plovidba brodovima, čime je došlo do razvoja trgovine. Zatim se razvila industrija gdje je uz pomoć energije vjetra bilo omogućeno obavljanje mehaničkog rada u mlinovima - pokretanje vodenih pumpi (Nizozemska, srednji zapad SAD-a, zabačeni dijelovi Australije). Slijedilo je iskorištavanje vjetra kao energije za proizvodnju s dolaskom i izumom električne energije, te je zato jedan od glavnih izvora energije za blisku budućnost. U sjeverozapadnoj Europi dolazi do izgradnje prvih vjetrenjača u namjenu mljevenja i pumpanja vode. U današnje vrijeme najzastupljenije su vjetrenjače s horizontalnom osi vrtnje. Prvi vjetroagregat je izrađen u Škotskoj u srpnju 1887. godine. Bio je visine 10 m s platnenim jedrima, te je bio postavljen u vrtu jedne vikendice. Koristio je za punjenje akumulatora kako bi se proizvela energija za osvjetljenje kolibe. Time je to postala prva kuća na svijetu koja se napajala električnom energijom proizvedenom iz energije vjetra.

Slika 34. : Vjetroagregat Charlesa Brusha

Izvor: Vjetroelektrane, http://www.vjetroelektrane.com/povijest?showall=1 (15.11.2017.)

43

MATIĆ, M.: Energetska ekonomija u praksi, Školska knjiga, Zagreb, 2003., str. 1.

49

Zatim je u Clevelandu krajem 19. stoljeća Charles F. Brush dizajnirao i konstruirao veći i bolji vjetroagregat, za čiju je izradu zaslužna njegova inženjerska tvrtka. Vjetroagregat je imao rotor promjera 17 m i bio je postavljen na 18 m visoki stup. Priključeni generator je također punio akumulatorske baterije, a time pokretao do 100 žarulja i strojeve u Brushovom laboratoriju.

Slika 35. : Smith-Putnam 1,25MW vjetroagregat - 1941.

Izvor: Vjetroelektrane, http://www.vjetroelektrane.com/povijest?showall=1 (15.11.2017.)

Polovicom 20. stoljeća slijedilo je umrežavanje prvog svjetskog agregata snage preko 1 MW na planini Grandpa's Knob u mjestu Castleton u SAD-u. Bio je to Smith-Putnam vjetroagregat snage 1,25 MW koji je radio 1100 sati. Zbog nesavršenosti materijala došlo je do puknuća lopatice uslijed preopterećenja. 1957. godine Johannes Juul je postavio vjetroagregat s promjerom rotora 24 m u Gedseru koji je bio u pogonu 10 godina. Takav vjetroagregat najsličniji je današnjim vjetroelektranama. Sastoji se od tri lopatice, horizontalnom osi vrtnje, okrenut u smjeru vjetra i s pasivnom regulacijom snage. Razvoj vjetroagregata i industrije vjetra do kraja 70-ih godina 20. stoljeća bio je ograničen i usporen uslijed dostupnosti i niske cijene drugih izvora energije, posebice nafte i ugljena. Razvoj vjetroagregata paralelno se posljednjih 25 godina 20. stoljeća odvijao na američkom tlu i europskom tlu. Time je pokrenuta industrija vjetra i iskoristivost vjetra na što je moguće bolji način. Na europskom području industrija vjetroagregata bilježi značajne rezultate u Danskoj klasičnim danskim tipom vjetroagregata, koji je i danas najrašireniji diljem svijeta. Provjeren i certificiran od strane Risoe instituta, najpriznatijeg svjetskog instituta za energiju 50

vjetra. Područje sjeverne Europe se svakako smatra kolijevkom iskorištavanja vjetra kao energije. U 21. stoljeću, prvenstveno posljednjih 10 godina razvoj energije vjetra zauzima značajnu važnost u industriji. Tijek primjene industrije vjetra u Hrvatskoj započinje 1988. godine postavljanjem prvog vjetroagregata u Uljaniku. Od vjetroelektrana u RH tu su Ravne 1 na Pagu (5,75 MW), Trtar-Krtolin kod Šibenika (11,2 MW), Orlice kod Šibenika (9,6 MW), Pometeno brdo kod Splita (1 MW) i Vrataruša kod Senja (42 MW).

7.2. Vrste vjetroelektrana Postoje četiri različite vrste vjetroelektrana: kopnene vjetroelektrane, priobalne vjetroelektrane, plutajuće i visinske vjetroelektrane. Kopnene vjetroelektane su najrašireniji oblik korištenja. Izgrađene su na čvrstom tlu. Najveće kopnene vjetroelektane u svijetu su sljedeće:

51

Tablica 4. : Instalirana snaga vjetroelektrana u svijetu

Vjetroelektrana

Nazivna snaga (MW)

Država

Jaisalmer

1 064

Indija

Roscoe

781,5

SAD

Horse Hollow

735,5

SAD

Alta

720

SAD

Capricorn Ridge

662,5

SAD

Fowler Ridge

599,8

SAD

Sweetwater

585,3

SAD

Buffalo Gap

523,3

SAD

Izvor: Vjetroelektrane, http://www.vjetroelektrane.com/aktualno/2211-gwec-objavio-prvi-pregled-ukupneinstalirane-snage-vjetroelektrana-2014 (15.11.2017.)

Priobalna vjetroelektrana je vrsta vjetroelektrane koja je smještena na čvrstim temeljima u priobalnom području gdje je dubina vode obično manja od 60 metara. U sjevernom području, kao npr. u Danskoj omogućeno je lakše izgraditi takav tip vjetroelektrane jer su pličine jako duge prema pučini. Usporedno s kopnenim vjetroelektranama priobalne vjetroelektrane su u izvedbi skuplje i zahtjevnije za održavanje. Takve vjetroelektrane imaju najveće turbine u pogonu i predviđa se da će njihova veličina i instalirana snaga i dalje rasti (preko 6 MW).

52

Slika 36. : Moderne vjetroelektrane

Izvor: Wikimedia, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Middelgrunden_wind_farm_2009-0701_edit_filtered.jpg (15.11.2017.)

Za razliku od priobalnih vjetroelektrana postoje i plutajuće vjetroelektrane ili vjetroelektrane koje se postavljaju na plutajuću strukturu u dubljem moru na pučini. Isplativost ovog tipa vjetroelektrana leži u činjenici da su one izložene snažnijim vjetrovima što rezultira većom količinom proizvedene električne energije i automatski većom isplativošću. Takva vjetroelektrana sastavljena je od više plutajućih vjetroagregata zajedno.

Slika 37. : Plutajući vjetroagregat

Izvor: Dalicom, https://dalicom.eu/vjetroelektrane-na-oceanu-mogle-bi-strujom-opskrbiti-svijet/ (15.11.2017.)

53

Četvrta vrsta vjetroelektrana izrađena je na principu korištenja

u višim slojevima

atmosfere. Dijele se na one za iskorištavanje vjetra na nižim visinama i na višim visinama. Montiranje istih je moguće u svakoj lokaciji diljem svijeta, a budući da ne ispuštaju stakleničke plinove smatra se vrlo ekološki prihvatljivom. Mogućnost proizvodnje električne energije na visinskim vjetroelektranama je 90% vremena.

7.3. Dijelovi vjetroagregata S obzirom na model regulacije snage, postoje dvije izvedbe rotora, a ovisno o tome kako se regulira snaga. Prvi je tako da se regulaciju napadnog kuta (napadni kut krila) tijekom rada vrši zakretanjem lopatica. Profil se namješta u optimalni položaj. Primjenjuje se kod lopatica dužeg oblika, od 25 do 30 metara. Mogućnost podešavanja odmah u početku korištenja je na optimalnu vrijednost. Drugi način je tako da se regulacija snage vjetroturbine mjeri aerodinamičnim efektom poremećenog trokuta brzina (eng.stall). Pod utjecajem promjene brzine vjetra, mijenja se kut struje zraka, čime dolazi do poremećaja trokuta brzina te ujedno do porasta ili gubitaka uzgona. Lopatice rotora su u današnje vrijeme oblikovane poput krila aviona. Broj lopatica koje se koriste je najčešće tri, a ujedno se radi o najisplativijoj i najpraktičnijoj konfiguraciji. Pokreće ih uzgon, te imaju prilično visok stupanj pretvaranja energije vjetra u mehanički rad. Kod dvije (a pogotovo jedne) lopatice brzina vrtnje je znatno veća, što ima mnogo negativnih posljedica u smislu učinka izvođenja i opće prihvaćenosti vjetroagregata. Također, obzirom na izvedbu postoje lopatice sa zakretnim vrhovima (kao aerodinamičnim kočnicama) i one s krilcima. Obje su sekundarni kočni sustavi u svrhu ograničavanja brzine vrtnje rasterećenog vjetroagregata. U slučajevima kada električni generator ispadne iz mreže (pobjeg), odnosno brzina naleta vjetra prijeđe maksimalnu vrijednost, potreban je kočni sustav. Taj sustav omogućava održati projektiranu brzinu vrtnje konstantnom i uravnotežiti čitav sistem. Najčešća izvedba kočnog sustava je disk kočnica (na suvremenim strojevima upravlja se mikroprocesorski), a smještena je na sporookretnom vratilu prije prijenosnika ili na brzookretnom vratilu generatora. Dva tipa djelovanja na sustav su elektromagnetsko ili hidrauličko.

54

Sastavni dio vjetroagregata je upravljački i nadzorni sustav koji regulira, upravlja i nadzire ispravan rad vjetroagregata. Uza sve to potrebna je telekomunikacijska oprema najčešće upravljana mikroprocesorom. Zahtjevi koje generator mora ispunjavati su sljedeći: 

visok stupanj iskoristivosti u širokom krugu opterećenja i brzine okretanja,



izdržljivost rotora na povećanim brojevima okretaja u slučaju otkazivanja svih zaštitnih sustava,



izdržljivost i



dugotrajnost. Zakretnik služi za zakretanje turbinskog ili generatorskog sustava. Njegov položaj je ispod

kućišta vjetroturbine, na vrhu stupa. Preko pužnog prijenosa (omjera reda veličine 1:1000) s velikim zupčastim prstenom koji je pričvršćen za stup, nalazi se os vratila rotora s pravcem vjetra postavljena na dva načina - niz vjetar ili uz vjetar. Zakretanje se vrši pomoću motora. Kako ne bi bilo moguće zakretanje kućišta zbog naleta vjetra osigurava se ugrađenom kočnicom. Ujedno se time regulira sustav koji je izvan funkcije kad su poremećaji smjera vjetra manji (u prosjeku jednom u deset minuta dogodi se zakretanje kućišta) Kućište stroja, gondola ili kabina se nalaze na vrhu stupa. Njezini najbitniji dijelovi su: 

elementi za uležištenje sporohodnog vratila,



zupčanički prijenosnik,



brzohodno vratilo s disk kočnicom,



generator,



kontrolna jedinica,



rashladni sustav,



motorni pogon za zakretanje kabine s kočnicom i



hidraulički pogon.

Stup može biti: cjevasto konični, teleskopski, rešetkasti, učvršćeni i povezani. Uglavnom se koristi cjevasta konstrukcija, čija je prednost visoka čvrstoća i veća otpornost na vibracije. Prednost rešetkaste konstrukcije je jednostavnost, a ujedno zbog mogućnosti rastavljanja prikladnija je za prijevoz i ugradnju. U unutrašnjosti stupa ugrađuju se stepenice ili lift. U

55

podnožju stupa se nalazi transformator, koji povezuje vjetroagregat sa srednje naponskom mrežom. Prijenosnik snage u vjetroagregatu je multiplikator koji može biti različitih izvedbi. Hlađenje prijenosnika vrši se zrakom, a podmazivanje sintetičkim uljem. Obraća se pažnja na materijale izrade elemenata sklopa, vrstu prijenosa i prijenosnog omjera. Vjetroturbina i generator su spojeni pomoću mehaničke spojke. Slika 38. : Shema postrojenja za iskorištavanje energije vjetra s vodoravnom osi vrtnje

Izvor: Hrvatski centar obnovljivih izvora energije, https://solarserdar.wordpress.com/2011/02/28/hcoie-osnoveenergije-vjetra/ (15.11.2017.)

7.4. Utjecaj vjetroelektrana na okoliš Energijom vjetra vjetroelektrane znatno utječu na smanjenje negativnih utjecaja na okoliš budući da se takvom proizvodnjom električne energije nikako ne ugrožava Zemljina atmosfera. Brojka od 17 GW instalirane snage vjetroelektrana u Europi dovela je do smanjenja zagađenja otprilike za 30 milijuna tona ugljik-dušik oksida i sumpornog dioksida godišnje. Oba plina 56

glavni su uzročnici kiselih kiša. Stradavanje i smrtnost ptica od vjetroagregata iznosi manje od jednog promila u odnosu na smrtnost ptica od strane ostalih opasnosti u kojima se nalaze ptice. Posebno se obraća pažnja na izbjegavanje gradnje vjetroelektrana na mjestima migracijskih putova ptica, a ujedno pri njihovim projektiranju uvijek sudjeluju i znanstvenici ornitolozi.

7.5. Ekonomska isplativost vjetroelektrana Analizom ekonomske isplativosti energije vjetra ustanovljeno je da je krajem 2010. na svijetu bilo instalirano oko 197 GW električne snage od vjetroagregata, a godišnji prirast je bio oko 35 - 40 GW (37.642 MW u 2010. godini). Vodeće mjesto u godišnjoj količini instalacija je preuzela Kina s udjelom većim od 50%, a ujedno i vodeće mjesto u ukupno instaliranoj snazi. Prva dva mjesta u Europi drže Njemačka i Španjolska. Sektor vjetra u svijetu je tokom 2010. napravio prometa 40 milijardi eura, a u industriji vjetra je bilo zaposleno oko 670.000 ljudi. Najveći udio energije vjetra u ukupnoj proizvodnji je u Danskoj (21%), Portugalu (18%) i Španjolskoj (16%). Najveći svjetski proizvođač vjetroagregata trenutačno je danski Vestas, drugi je kineski Sinovel, a prate ih američki GE i kineski Goldwind. Ukupna potrošnja električne energije u RH je oko 14-15 TWh od čega 20-30% pokriva uvoz. Provedenim višegodišnjim mjerenjima u narednoj proizvodnji el. energije predviđa se mogućnost instaliranja 500-600 MW vjetroelektrana uz proizvodnju od 1600-1900 GWh, što bi također dovelo i do otvaranja 12 000 radnih mjesta. Neiskorišteni potencijal energije vjetra postoji svuda uzduž hrvatskih otoka, obale i zaobalja. Često se radi o udaljenim i nepristupačnim područjima ili planinskim vrhuncima na kojima ne postoji nikakva elektroenergetska i prometna infrastruktura. Prosječni troškovi subvencija za proizvodnju električne energije iz obnovljivih izvora u RH mogli bi se kretati od 4-10 mil. € godišnje do popunjenja predložene kvote od 300 MW ovisno o metodologiji prema kojoj će se računati i uz pretpostavku trenutnih cijena električne energije. Sigurno će biti i dodatnih troškova (izračunljivih, ali i onih ostalih, npr. garancija snage) koji se uz dosta dobre volje mogu zanemariti u slučaju predložene snage do 300 MW tj. nevidljivo “utopiti” u sistemske usluge

57

koje plaćaju svi korisnici prijenosne mreže i sistemskih usluga elektro-energetskog sustava.44 S druge strane, realne iznose subvencija koji slijede iz fiksnih otkupnih tarifa bi trebalo transparentno prikazati. Realni iznosi subvencija će vjerojatno padati zbog evidentnog porasta cijena primarnih energenata i cijena električne energije na tržištu. Ukupni iznosi subvencija podijeljeni na ukupnu potrošnju el.en. u RH, povećali bi prodajnu cijenu za 0,4-1%.45

7.6. Prednosti i nedostaci vjetroelektrana Prednosti 

smanjenje negativnog utjecaja na okoliš (vjetroelektrane ne troše gorivo),



neovisnost opskrbe energijom (smanjuje se ovisnost o uvozu energije),



zapošljavanje (proizvodnja energije i opreme),



poboljšanje trgovinske bilance i



povećanje domaćeg prihoda.

Nedostaci 

nekonstantnost vjetra stvara probleme i smanjuje iskoristivost,



estetska zagađenost (vjetroparkovi mogu narušiti estetiku nekog krajobraza),



buka koja se stvara (napredak tehnologije i materijala je u posljednjih nekoliko godina to značajno smanjio),



skupa izrada i sam transport dijelova na lokaciju i



moguće stradavanje ptica i šišmiša (izgradnja se planira uz savjete ornitologa te se uzimaju u obzir migratorni koridori ptica).

DRAGIČEVIĆ-SAMOKOVLIJA, J.: „Zaštita okoliša“, Građevinar, Zagreb, God. 3., br. 1, 2015., str. 450., < http://www.casopis-gradjevinar.hr/assets/Uploads/JCE-56-2004-06-09.pdf>, (13.11.2017.) 45 GOIĆ, R., LOVRIĆ, R.: „Uklapanje vjetroelektrana u EES Hrvatske i ekonomska valorizacija električne energije proizvedene u vjetroelektranama“, Fakultet elektrotehnike, strojarstva i brodogradnje u Splitu, Split, 2008., str. 1., < https://bib.irb.hr/datoteka/245711.akademija_clanak.pdf>, (14.11.2017.) 44

58

8. ZAKLJUČAK

Analizirajući tematiku uporabe obnovljivih izvora energije kao neiscrpni potencijal prirode iz kojega je moguće proizvesti električnu energiju, a da se pritom ne ugrožava ekologija i prirodna ravnoteža, na postavljeno pitanje u naslovu ovoga seminarskog rada daje se pozitivan odgovor. U obnovljive izvore energije zasigurno treba ulagati zato što su bioenergija, geotermalna energija te energija vjetra, vode i Sunca ekonomski isplativije u odnosu na konkurentna fosilna goriva, a što je još važnije i ekološki prihvatljivije. Energijom vode dobiva se najviše električne energije u današnjem svijetu, makar nije to obnovljivi izvor koji je najpovoljniji za okoliš. Energija mora i oceana je relativno novi pojam u proizvodnji električne energije te se može očekivati porast korištenja tih izvora. Sunce je ono što je čovjeku najzanimljivije. Iako je korisnost fotonaponskih sustava relativno mala (oko 20%), Sunce u tolikoj količini energijom obasjava Zemlju da je i taj mali postotak, u usporedbi npr. s hidroelektranama gdje je to i 90%, dovoljno velik da će fotonaponski sustavi postati najzastupljeniji od obnovljivih izvora u svijetu. Bioenergija je sigurno ono što je zanimljivo državama koje imaju za to podlogu. Hrvatska nije među njima jer je relativno mala za ovu skupu tehnologiju, međutim možda jednog dana to ne bude. Geotermalna energija je najbolja od svih navedenih za grijanje kuća, ali je dosta skupa tehnologija i postavljanje geotermalne elektrane te su potrebna baš određena područja povoljna za to. Vjetar je to što Hrvatska definitivno ima i u što treba ulagati. Nema nekog utjecaja na okoliš i relativno je skupo postavljanje, međutim u državi u kojoj ima toliko vjetra kao u Hrvatskoj to bi se vrlo brzo isplatilo. Jedan od istaknutijih problema današnjice predstavlja pojava globalnog zatopljenja i emisija štetnih plinova koji se ispuštaju u atmosferu. Negativan efekt koji pridonosi ugrožavanju ekologije je grana industrije koja električnu energiju proizvodi uz pomoć fosilnih goriva. Slijedom navedenog, može se zaključiti da su obnovljivi izvori energije kvalitetna i adekvatna zamjena za postojeće fosilne energente i njihovim odabirom doprinosi se očuvanju prirodnog okoliša, a samim time i očuvanju ljudskoga zdravlja. Zasigurno sve ovo ima svojih prednosti i nedostataka, ali obnovljiva energija je baš ono što je potrebno svijetu kojem svaki dan treba sve više i više energije. Sam proces prihvaćanja bilo kakvih novih tehnologija uvijek je veoma spor, ali u ovom slučaju čovječanstvu ne preostaje ništa nego ulagati sve više u obnovljive izvore energije i u konačnici ubrzati primjenu obnovljivih izvora energije za proizvodnju električne energije. 59

POPIS LITERATURE 1. KNJIGE 1. DEKANIĆ, I., KARASALIHOVIĆ-SEDLAR, D.: Ekonomika energije, Golden marketing – Tehnička knjiga, Zagreb, 2016. 2. HERCEG, N.: Okoliš i održiv razvoj, Synopsis d.o.o., Zagreb, 2013. 3. IVANOVIĆ, D.: Hidroenergija, Inženjerska komora Crne Gore, Podgorica, 2014. 4. KULIŠIĆ, P.: Novi izvori energije, II. Dio, Školska knjiga, Zagreb, 1991. 5. KULIŠIĆ, P. et al: Sunčane ćelije, Školska knjiga, Zagreb, 1994. 6. KRPAN-LISICA, D. : Osnove energetike, HINUS, Zagreb, 2003. 7. LABUDOVIĆ, B.: Obnovljivi izvori energije, Energetika Marketing, Zagreb, 2002. 8. MAJDANDŽIĆ, LJ.: Obnovljivi izvori energije, Graphis d.o.o., Zagreb, 2008. 9. MATIĆ, M.: Energetska ekonomija u praksi, Školska knjiga, Zagreb, 2003. 10. PILIĆ-RABADAN, LJ.: Vodne turbine, pumpe i vjetroturbine, Sveučilište u Splitu, 1999. 11. POTOČNIK, V., LAY, V.: Obnovljivi izvori energije i zaštita okoliša u Hrvatskoj, Ministarstvo zaštite okoliša i prostornog uređenja, Zagreb, 2002. 12. ŠLJIVAC, D., ŠIMIĆ Z.: Obnovljivi izvori energije, Školska knjiga, Zagreb, 2009. 13. VIŠKOVIĆ, A., DE PAOLI, L.: Ekonomija i politika proizvodnje električne energije, Kigen d.o.o. Zagreb, Zagreb, 2007. 14. ZELENIKA, R.: Metodologija i tehnologija izrade znanstvenog i stručnog djela, Ekonomski fakultet u Rijeci, Rijeka, 2000.

2. OSTALI IZVORI 1. PERČIĆ, M.: „Obnovljivi izvori energije u kontekstu morske tehnologije – sadašnjost i budući trendovi“, Pomorski zbornik Posebno izdanje, Tehnički fakultet Sveučilišta u Rijeci, 2010. 2. PRAVICA, Z. et al.: „Ekološki aspekti iskorištavanja geotermalne energije“, Zbornik Rudarsko-geološko-naftnog fakulteta u Zagrebu, RGN fakultet – Zavod za naftno inženjerstvo, Zagreb, 2006.

60

3. IZVORI PREUZETI S INTERNETA 1. BILIĆ, V.: „Protočna hidroelektrana“, Diplomski rad, Građevinski fakultet Sveučilišta Josipa Jurja Strossmayera u Osijeku, Osijek, 2015. < https://repozitorij.gfos.hr/islandora/object/gfos%3A191/datastream/PDF/view> (11.11.2017.) 2. BRDARIĆ, D. et al: „Konverzija organskog gnoja u bioplin“, Izvorni znanstveni članak ISSN 1330-7142, Zagreb, 2009. (12.11.2017.) 3. ČOTAR, A., FILČIĆ, A.: „Fotonaponski sustavi“, Istarska Regionalna Energetska Agencija, Rijeka, 2012. < http://www.irena-istra.hr/uploads/media/Fotonaponski_sustavi_01.pdf> (10.11.2017.) 4. DRAGIČEVIĆ-SAMOKOVLIJA, J.: „Zaštita okoliša“, Građevinar, Zagreb, God. 3., br. 1, 2015. < http://www.casopis-gradjevinar.hr/assets/Uploads/JCE-56-2004-06-09.pdf> (13.11.2017.) 5. FIŠTREK, Ž. et al.: „Potencijali obnovljivih izvora u Istri“, Zagreb, 2013. < http://www.irena-istra.hr/uploads/media/RES_potentials_in_Istria.pdf> (12.11.2017.) 6. GOIĆ, R., LOVRIĆ, R.: „Uklapanje vjetroelektrana u EES Hrvatske i ekonomska valorizacija električne energije proizvedene u vjetroelektranama“, Fakultet elektrotehnike, strojarstva i brodogradnje u Splitu, Split, 2008. < https://bib.irb.hr/datoteka/245711.akademija_clanak.pdf> (14.11.2017.) 7. HABJANEC, D.: „Obnovljivi i neobnovljivi izvori energije“, Zavod za primijenjeno računarstvo Fakulteta elektrotehnike i računarstva u Zagrebu, Fakultet elektrotehnike i računarstva, Zagreb, God. 1, br. 1, 2004. (10.11.2017.) 8. JAMBROVIĆ, F.: „Geotermalna energija u Međimurju“, Zbornik radova Međimurskog veleučilišta u Čakovcu, God.1., br. 2, 2012. (12.11.2017.) 61

9. JELAVIĆ, B. et al.: „Trend i razvoj projekata korištenja obnovljivih izvora energije za proizvodnju električne energije u Hrvatskoj s naglaskom na energiju vjetra i Sunca“, Energetski institut Hrvoje Požar, Zagreb, 2007. (14.11.2017.) 10. JERKIĆ, E., KRAJAČIĆ, G.: „Prelazak Hrvatske na 100% obnovljivih izvora energije“, Greenpeace in Zentral und Osteuropa, Zagreb, 2015. (15.11.2017.) 11. KIŠ, D. et al.: „Alternativno gorivo – biodizel“, Pregledni znanstveni članak ISSN 1330-7142, Zagreb, 2011. < https://hrcak.srce.hr/file/9172> (15.11.2017.) 12. MAJDANDŽIĆ, LJ.: „Fotonaponski sustavi“, Tehnička škola Ruđera Boškovića u Zagrebu, Zagreb, 2015. < https://repozitorij.pfos.hr/islandora/object/pfos%3A127/datastream/PDF/view> (16.11.2017.) 13. MARTINOVIĆ, D., ĆEMALOVIĆ, M., KARIŠIK, J.: „Izazovi primjene obnovljivih izvora energije“, Prethodno znanstveno priopćenje, Sarajevo, 2013. < https://hrcak.srce.hr/file/139203> (18.11.2017.) 14. NARODOSLAWSKY, M.: „Bio Commodity Processes“, Institute for Process Engineering, Graz University of Tehnology, Graz, 2010. < https://hrcak.srce.hr/file/87206> (16.11.2017.) 15. OGNJAN, D., KNEŽEVIĆ, S.: „Poticajne mjere za proizvodnju električne energije iz biomase – usporedba mjera u Hrvatskoj i Europi“, HO CIRED, 1. savjetovanje, Šibenik, 2008. < http://www.ho-cired.hr/referati/SO4-14.pdf> (15.11.2017.)

62

16. ooo: „Proizvodnja električne energije – prednosti i nedostaci postojećih tehnologija“, Mreža mlade generacije Hrvatskoga nuklearnoga društva (MMG HND), Tehnički muzej u Zagrebu, Zagreb, 2013. (14.11.2017.) 17. SEKTOR ZA INDUSTRIJU HGK: „Obnovljivi izvori energije u Republici Hrvatskoj“, Zbornik radova, Stručni skup s međunarodnim sudjelovanjem, Osijek, 2007. < http://www.sumari.hr/biblioteka/Zbornik_Osijek_2007.pdf> (16.11.2017.) 18. VLADA RH: „Tarifni sustav za proizvodnju električne energije iz obnovljivih izvora i kogeneracije“, Narodne novine, Zagreb, NN 133/2013, 2013. (14.11.2017.)

63

POPIS TABLICA Tablica 1.: Svjetska proizvodnja etanola ................................................................................. 37 Tablica 2. : Prinos etanola od raznih sirovina .......................................................................... 38 Tablica 3. : Beaufortova ljestvica ............................................................................................ 48 Tablica 4. : Instalirana snaga vjetroelektrana u svijetu ............................................................ 52

POPIS GRAFIKONA Graf 1. : Proizvodnja električne energije hidroenergijom u svijetu 2012.god. prikazana u milijardama kWh ....................................................................................................... 4 Graf 2. : Proizvođači fotonaponskih panela u svijetu .............................................................. 27 Graf 3. : Prinos bioplina iz raznih sirovina .............................................................................. 36

POPIS SLIKA Slika 1. : Proizvodnja električne energije u svijetu.................................................................... 4 Slika 2. : HE Krka Jaruga 1 ....................................................................................................... 5 Slika 3. : HE "Tri Klisure" (22 GW, brana 175 metara) ............................................................ 6 Slika 4. : Osnovni dijelovi HE ................................................................................................... 7 Slika 5. : Pelton turbina.............................................................................................................. 8 Slika 6. : Francis turbina ............................................................................................................ 9 Slika 7. : Kaplan turbina .......................................................................................................... 10 Slika 8. : Turgo turbina ............................................................................................................ 10 Slika 9. : Crossflow turbina ..................................................................................................... 11 Slika 10. : VLH turbina ............................................................................................................ 11 Slika 11. : Generator u HE ....................................................................................................... 13 Slika 12. : Elektrana na plimu i oseku ..................................................................................... 15 Slika 13. : HE La Rance ........................................................................................................... 16 Slika 14. : Princip rada elektrane koja koristi energiju valova ................................................ 17 Slika 15. : OTEC elektrana ...................................................................................................... 18 Slika 16. : Površina Sunca ....................................................................................................... 21 Slika 17. : Pasivno iskorištavanje energije Sunca .................................................................... 23 64

Slika 18. : Aktivno solarno grijanje ......................................................................................... 24 Slika 19. : Autonomni Fotonaponski sustav ............................................................................ 25 Slika 20. : Sunčevo zračenje i osunčavanje ............................................................................. 27 Slika 21. : Dijelovi satelita ....................................................................................................... 29 Slika 22. : Drveni pelet ............................................................................................................ 31 Slika 23. : Prikaz peći na pelete ............................................................................................... 32 Slika 24. : Sušenje biomase ..................................................................................................... 33 Slika 25. : Prikaz nasada eukaliptusa ....................................................................................... 34 Slika 26. : Dobivanje bioplina u digestoru............................................................................... 35 Slika 27. : Jezgra Zemlje .......................................................................................................... 40 Slika 28. : Izvori geotermalne energije na površini Zemlje ..................................................... 41 Slika 29. : Vulkani i litosferne ploče ....................................................................................... 42 Slika 30. : Najperspektivnija područja geotermalne energije u svijetu ................................... 42 Slika 31. : Larderello u Italiji ................................................................................................... 44 Slika 32. : Stubičke toplice ...................................................................................................... 45 Slika 33. : Ruža vjetrova .......................................................................................................... 48 Slika 34. : Vjetroagregat Charlesa Brusha ............................................................................... 49 Slika 35. : Smith-Putnam 1,25MW vjetroagregat - 1941. ....................................................... 50 Slika 36. : Moderne vjetroelektrane ......................................................................................... 53 Slika 37. : Plutajući vjetroagregat ............................................................................................ 53 Slika 38. : Shema postrojenja za iskorištavanje energije vjetra s vodoravnom osi vrtnje ....... 56

65

POPIS PRILOGA

ZAPISNIK SA SASTANKA TIMA

Sazivanje sastanka Sastanak tima održan je u prostorijama Politehnike Pula. Sastanku su prisustvovale sljedeće osobe: Mauro Kalčić, Elvis Prenc, Randi Hrelja i Nino Basara.

Tema sastanka Dogovor i odabir teme timskog projektnog zadatka. Podjela zadataka svakome od članova tima. Izvješće Izabrana je tema „Obnovljivi izvori energije – da ili ne?“. Zadaci su podijeljeni prema sljedećoj tablici: Mauro Kalčić Elvis Prenc Randi Hrelja Nino Basara

Hidroenergija i energija mora i oceana Energija sunca Energija vjetra Bioenergija i geotermalna energija

Prijedlog Do sljedećeg sastanka tima nabaviti literaturu. Zaključak sastanka Sastanak je uspješno odrađen i prijedlog je prihvaćen od strane svih članova tima.

Mauro Kalčić

Pula, 3. studenoga 2017. g.

Voditelj tima

Mjesto i datum 66

ZAPISNIK SA SASTANKA TIMA

Sazivanje sastanka Sastanak tima održan je u prostorijama Politehnike Pula. Sastanku su prisustvovale sljedeće osobe: Mauro Kalčić, Elvis Prenc, Randi Hrelja, Nino Basara i Sanja Oplanić.

Tema sastanka Pregled literature za pisanje timskog projektnog zadatka i dogovor termina za predaju timskog projektnog zadatka na provjeru. Sanja Oplanić naknadno se pridružila timu i uzet će jedan dio teme od Nina Basare – geotermalna energija. Izvješće Nabavljeno je i više literature od minimalne potrebne. Dogovoreno je da se najkasnije 20. studenoga 2017.g. projektni zadatak pošalje na provjeru da bi se imalo dovoljno vremena za potrebne ispravke prije službene predaje. Sanja Oplanić primljena je u tim.

Prijedlog Voditelj tima predlaže da svi članovi tima naprave svoj dio zadatka do 17. studenoga 2017.g. kako bi se nakon toga svi radovi spojili u jedan. Predlažem sastanak tima istog tog dana da se napiše uvod i zaključak te da zadatak bude na vrijeme spreman za provjeru. Zaključak sastanka Sastanak je uspješno odrađen i prijedlog je prihvaćen od strane svih članova tima.

Mauro Kalčić

Pula, 11. studenoga 2017. g.

Voditelj tima

Mjesto i datum 67

ZAPISNIK SA SASTANKA TIMA

Sazivanje sastanka Sastanak tima održan je u prostorijama Politehnike Pula. Sastanku su prisustvovale sljedeće osobe: Mauro Kalčić, Elvis Prenc, Randi Hrelja, Nino Basara i Sanja Oplanić.

Tema sastanka Pisanje uvoda i zaključka i završna kontrola zadatka. Izvješće Svaki član tima je izvrsno odradio svoj posao po dogovoru s prijašnjih sastanaka tima. Napisan je uvod i zaključak te je napravljena provjera zadatka prije slanja na provjeru.

Prijedlog Nema. Zaključak sastanka Sastanak je uspješno odrađen.

Mauro Kalčić

Pula, 17. studenoga 2017. g.

Voditelj tima

Mjesto i datum 68