ИСКОРИСТУВАЊЕ НА ЕНЕРГИЈАТА НА ВЕТРОТ ВО … energija MK za pecat.pdf · ефект на стаклена градина, или какви било

1

ИСКОРИСТУВАЊЕНА ЕНЕРГИЈАТА НА ВЕТРОТВО ЗЕМЈОДЕЛСТВОТО

Проф. д-р Влатко Стоилков

1. Вовед 4 1.1. Потреба од пристап кон електрична енергија 5 1.2. Главни проблеми во руралните средини 5 1.3. Видови обновливи извори на енергија 6

2. Предности при користење на енергијата на ветрот 9 2.1. Можности за примена на ветрогенераторски системи во Република Македонија 11 2.1.1.Примена на ветрогенератори за производство на електрична енергија 12 2.1.2.Директно искористување – ветропумпни системи 14 2.1.3.Примена во хибридни системи (ветар – сонце, ветар – вода) 16 2.1.4. Директно искористување за загревање 18

3.Мерење на брзината на ветрот 19

3.1.Ветар, што е тоа? 20 3.2.Локални ветрови 20 3.3.Мерење на брзината на ветрот 21 3.4.Енергија на ветрот 22 3.5.Густина на ветрот 23 3.6.Површина опфатена со роторот 23 3.7.Брзина на ветрот 24

4. Големина на турбината 24

5. Пресметување на излезната енергија 26

5.1. Опфатена површина 27 5.2. Крива на моќност 29 5.3. Проценки на производителите 30 5.4. Зголемување на ефикасноста 316. Економска исплатливост на ветрените турбини 32

6.1.Цена на енергијата и период на поврат на средствата 32 6.2.Економски фактори 337. Заклучок 35

Користена литература 36

Содржина

4

Искористување на енергијата на ветрот во земјоделството

Немањето можност за стаби лен и евтин пристап до електро-енергетскиот систем (ЕЕС) во

руралните средини значително ги намалува можностите за развој на многу продуктивни гранки во земјо-делството. Стабилните и евтините изво-ри на електрична енергија се клучни за многу земјоделски култури, како за одгледување така и за преработка на одредени продукти. Доведувањето електрична енергија или воопшто обезбедувањето енергенси за овие средини е важен исчекор кон осовре-менувањето, квалитативното и кванти-тативното подобрување на про из-водството во земјоделството како инду стриска гранка.

Како и да е, во многу рурални средини, конвенционалниот начин на добивање електрична енергија, преку поврзување со локалниот ЕЕС, е недостапен. Причините за недостапноста кон енергетската мрежа можат да бидат економски или технички. За среќа,

ИСКОРИСТУВАЊЕНА ЕНЕРГИЈАТА НА ВЕТРОТВО ЗЕМЈОДЕЛСТВОТО

1. ВОВЕД

постојат веќе докажани алтернативи на конвенционалните извори на енергија што се економски и технички достапни за корисниците, дури и во изолираните рурални средини. Обновливите извори на електрична енергија се најдобра алтернатива на конвенционалните извори на енергија и значително ги подобруваат условите за работа и за живот во руралните средини.

Во овој прирачник се истражени можностите за внесување практични енергетски технологии кон продук-тивноста, пред сè кај земјите во развој. Застапени се најважните гранки на земјоделството – полјоделството и сточарството. Овие гранки се заслужни за 20-60% од домашниот бруто-производ (БДП) во многу од земјите во развој. Затоа во овој прирачник се прикажани најразлични начини на имплементирање на обновливите извори на енергија, пред сè на ветерната енергија во руралните средини.

5


1.1. ПОТРЕБА ОД ПРИСТАП КОН ЕЛЕКТРИЧНА ЕНЕРГИЈАНа глобално ниво, мнозинството од населението што живее и работи во руралните средини нема пристап кон електрична енергија. Грубо речено, една третина од луѓето во светот живеат без пристап кон електрична енергија, или, пак, квалитетот на снабдувањето е незадоволителен (низок напон, прекини во снабдувањето, варијации на фреквенцијата и сл.). Електричната енергија е главен предуслов за стабилен економски развој. Затоа се потребни инвестиции во оваа сфера, пред сè за модернизирање на производните процеси.

Кога станува збор за Република Македонија, може да се каже дека степенот на електрифицираност на населените места е на високо ниво од аспект на мрежното покривање, но постојат извонредно големи потреби и можности за подобрување на квалитетот на снабдувањето со електрична енергија во електрифицираните населени места. Но, кога станува збор за локалитети и објекти како што се, на пример, фарми за одгледување добиток и живина, бачила во планински предели, големи полјоделски површини и слично, можностите за имплементација на обновливите извори на енергија се практично неограничени: најчесто на овие локации е присутен еден или повеќе обновливи извори на енергија (ОИЕ), како, на пример, ветар, сонце, биомаса, геотермална енергија или биогас, додека електричната мре-жа е недостапна или прилично оддалечена, а со тоа, и релативно скапа како инвестиција. Со примена на современите технологии за конверзија на енергијата од различните видови

ОИЕ може многу да се подобри ква-ли тетот на животот во овие сре-дини, а, исто така, да се зголемат и продуктивноста и квалитетот на земјоделското производство.

1.2. ГЛАВНИ ПРОБЛЕМИ ВО РУРАЛНИТЕ СРЕДИНИКако што е наведено погоре во текстот, постојат алтернативи на конвенционалните електроенергетски мрежи: инсталирање локална микро-мрежа со еден или повеќе генератори, или, пак, употреба на индивидуални системи кои снабдуваат со енергија специфичен објект. Доколку корисни-ците на електрична енергија имаат пристап кон енергетската мрежа, најчесто тоа е нивен прв избор. Но, секако, треба да се напомне фактот дека во оддалечените рурални сре-дини неквалитетното снабдување со електрична енергија може да преди-звика огромни штети. Прекините во снабдувањето предизвикуваат преки-ни во производството и потреба од купување скапи уреди со кои ќе се обезбеди перманентно снабдување со електрична енергија. Затоа проце-нката на квалитетот на изворите на електрична енергија е многу важна за сите корисници.

Обновливите извори на енергија, во кои се вклучени соларната, ветрената, геотермалната, биомасата и др., се употребувани на глобално ниво за производство на електрична енергија и се приспособени за употреба во ма-ли независни системи. Има огромен напредок и кај хибридните системи, кои ги обединуваат обновливите извори на енергија (најчесто соларната и ветрената) и фосилните горива (дизел, гас и сл.). Тие се сè позастапени ширум светот, поради можноста за обезбедување непрекинато напојување со електрична енергија.

6


1.3. ВИДОВИ ОБНОВЛИВИ ИЗВОРИ НА ЕНЕРГИЈА

Соларната енергија ги вклучува проце-сите за производство на топлина, електрична енергија и биомаса што може да се претвори во топлинска или механичка енергија. Соларната енергија во земјоделските стопанства може да се користи за: сушење, производство на мраз, ладење, загревање вода и др.

Слика 1.1., 1.2. Користење соларна енергија во рурални средини

Енергијата на ветрот се користи веќе неколку милениуми за добивање механичка енергија за најразлични намени. Ветрените турбини што се користат за испумпување вода се развиени да можат да ја претворат енергијата на ветрот во механичка, со чија помош се добива вода за пиење или за наводнување. Модерните ветрени турбини произведуваат еле-к трична енергија од неколку сто-тици вати до неколку мегавати по инсталирана единица, во опсег на

примена од автономни (островски) системи, до системи приклучени кон електроенергетската мрежа.

Слика 1.3., 1.4. Користење на енергијата на ветрот за испумпување

вода

Биомасата вклучува користење оста то-ци од производството на ше ќер, кафе, ориз, памук, како и од земјоделството, сточарството, шумарството, прерабо-тката на дрво и слично. Со нивно

7


согорување се добива топлинска енергија што може да се користи директно, или индиректно, по пат на конверзија во електрична енергија за различни потреби. Номиналната моќност на овие системи е во граници од неколку стотици киловати до неколку десетици мегавати. Про-цесот на конверзија на енергија вклучува согорување, гасификација, ферментација и сл.

Слика 1.5. Добивање биогориво со согорување на биомаса

Геотермалната енергија подразбира користење геотермална топла вода за различни потреби, вклучувајќи обла сти на примена од директно загре вање до добивање електрична енергија во опсег од стотина киловати до десетина мегавати. Притоа, водата и пареата со повисока температура (преку 1000С) може да се користат за придвижување на турбини, кои притоа би произведувале електрична енергија. Извори со пониска топлина се користат за директна употреба на топлата вода, односно за загревање на оранжерии и објекти, за сушење, за дехидратација на овошје и сл. Овие системи, исто така, може да се користат и за климатизација, користејќи специјализирани уреди за климатизација што користат топла вода.

Слика 1.6. Геотермален извор

Микро и мали хидроцентрали: со користење на моќта на водата од најмалата река што е достапна во околината, со поставување мала брана, овој обновлив извор на електри-чна енергија може да обезбеди производство на моќност од неколку вати до неколку мегавати. Главна предност кај микрохидроцентралите е ниската цена на инсталирање, постојаноста во работењето, можноста за автоматизирано работење и сл., додека како ограничувачки фактор се јавува нивната мала излезна моќност.

Слика 1.7. Мала хидроелектрична централа

8


Табела 1. Примена на обновливите извори на електрична енергија во земјоделството

Област на примена во земјоделството

Вид обновлив извор на енергија

Максимална потребна моќност (kW)

наводнувањеФВ1), ветрени турбини и микрохидроелектрични централи

1-3

инкубација на јајца од живина

ФВ, загревање со помош на геотермални извори

прскалки сите извори на енергија

вода за добиток

ФВ и ветрени турбини за напојување на пумпи и грејни тела за спречување на мрзнење

0,5-1

електрични огради

добивање висок напон со мали вредности на струјата од ФВ и ветрени турбини

0,02-0,1(на пример, за напојување на ограда со должина од 15 km се потребни околу 50 W)

безбедносно осветлување на фарми

ФВ/батерии (типично низок еднонасочен напон)

0,05-0,5

вентилација на оранжерии

ФВ – придвижени вентилатори 0,1-1

сушење и процесирање на кафе

остатоците од обработката на кафе може да се користат како биогориво

осветлување

флуоресцентни и енергетски ефикасни светилки, ЛЕД-светилки

0,2-3

пумпање вода ветрени турбини, ФВ 0,5-3аквакултури (рибници) ветрени турбини, ФВ 0,2-1

осветлување за вечерен риболов

батерии за фенери наполнети со помош на ФВ

0,01-0,02(по светилка)

пестицидно дејствоелектрични стапици (фенери) напојувани од ФВ и ВТ2)

0,01-0,02(по светилка)

фрижидери за ветеринарна употреба ФВ 0,05-0,1

фрижидери за општа намена (овошје, зеленчук, месо...)

ВТ или ФВ-хибридни системи 0,5-10+

9


Област на примена во земјоделството

Вид обновлив извор на енергија

Максимална потребна моќност (kW)

фрижидери за складирање млеко и млечни производи

ВТ со фосилен уред за поддршка (нафта, гас и сл.)

производство на мраз (најчесто за складирање риби)

ВТ 2-10

телекомуникации (за информации на корисникот)

телефони со опција за полнење со помош на сончева енергија

радио-телевизиски информации

ФВ, ВТ и нивни хибридни изведби

обработка на пченка, ориз и сл.

ФВ, ВТ и нивни хибридни изведби 0,5-2

Постојат и други обновливи извори на енергија (енергија на бранови, тидална – прилив и одлив и сл.), но горенаведените се најдостапни, најлесни за употреба, најпостојани и најприфатливи за држави без излез на море, каква што е Р. Македонија. Нивната примена е особено поволна во руралните средини, каде што мо-же да се одбере еден извор што е најдостапен, или да се постави хибриден систем со два или со повеќе

извори заради поголема сигурност во снабдувањето. Обновливите извори може да се користат за најразлични намени: производство на електрична енергија, директно напојување на електрични огради (кај големи фарми за одгледување добиток), полне-ње на системи за наводнување и одводнување (пумпање вода), снабду-вање на добитокот со вода, сушење на земјоделски производи, ладење, греење, вентилација и др.

2. ПРЕДНОСТИ ПРИ КОРИСТЕЊЕ НА ЕНЕРГИЈАТА НА ВЕТРОТ

Енергијата1 на ветрот претставува бесплатна, а со примена на совре-мените технологии и енергија што е

мошне едноставна за искористување за разли чни цели. Откако ќе се произведе и инсталира една ветрена турбина, таа не произведува гасови што преди звикуваат ефект на стаклена градина, или какви било други загадувања на животната средина. Иако ветрените турби ни се доста високи, површината на зафатеното земјиште е релативно мала, што значи дека сè уште останува значителен дел од 1 ФВ – фотоволтаици; 2 ВТ – ветрени турбини.

земјиштето што може да се искористува и покрај работењето на турбината. Ова е осо бено важно во средини каде што земјиштето се користи за одгледување земјоделски култури. Можноста за искористување на земјиштето и по инсталирањето на ветрогенераторските и ветропумпните единици е една од компаративните предности во однос на соларните термални и фотоволтаични системи. Исто така, голем дел од луѓето ги гледаат ветрените турбини како интересен дел од пејзажот. Како особена предност при искористувањето на

10


ПРИРАЧНИК ЗА ЗАИНТЕРЕСИРАНИ КОРИСНИЦИЗА ТЕХНОЛОГИЈА ЗА БИОГАС

НА СТОЧАРСКА ФАРМА

енергијата на ветрот се гледа можноста да се произведе енергија на места што не се поврзани на електроенергетскиот систем. Ветре ните турбини имаат важна улога во развиените земји, а и во земјите во развој, каква што е Македонија. Ова доаѓа од фактот што самите турбини се достапни во најразлични големини, со што опфаќаат огромен број луѓе и бизниси кои би биле заинтересирани за искористување на обновливите извори на енергија. Оттука следува дека ветрените турбини би можеле да се искористат како за мали куќи, фарми и слично така и за мали гратчиња и села што не се дел од ЕЕС, или имаат проблеми со снабдувањето и квалитетот на испорачаната електрична енергија поради оддалеченоста од главните извори на енергија во системот.

Покрај ова, искористувањето на ене-ргијата на ветрот отвора и други придобивки и можности: отворање нови работни места, преку вработување луѓе што би биле задолжени за изградба, приспособување или одржување на ветрената турбина и сл. Можност за вработу вање имаат метеоролози, гра де жни работници, машински и електроинженери... Статистички гле-дано, за секој инсталиран мегават моќност од ветрена енергија се отвораат приближно дваесет нови ра-бо тни места.

Ветрената индустрија, гледано на глобално ниво, е способна да произ-веде најмалку 12% од вкупната енергија до 2020 година, дури и двојно да се зголеми побарувачката на електрична енергија. Енергијата на ветрот е најбрзорастечкиот тип енергија во последнава декада, при што најбрз пораст се забележува во Европа, каде што е најголем процентот на енергија добиена како резултат од користењето ветрени турбини.

Главен удел во брзиот развој на енергијата на ветрот има намалувањето

на цените на изградба на ветрени турбини, како и субвенциите од државите. Доколку ветрената турбина се користи за производство на електрична енергија, се заштедуваат огромни средства само поради фактот што целосно или делумно корисникот се ослободува од месечните сметки за електрична енергија. Исто така, во случај на при суство на електрична мрежа, кори сникот е во можност да го пренесе вишокот електрична енергија кон неа, со што профитот од искористувањето на овој тип енергија би бил уште поголем.

Значи, преку еднократна по че тна инвестиција, корисникот ги исплаќа скоро сите финансиски сред ства по-требни за снабдување на одреден објект со електрична енергија, за целиот експлоата циски век на турбината.

Исто така, важно е да се напомне дека корисникот не е засегнат од проблемите што настануваат во електроенергетската мрежа.

Времето на поврат на почетната инвестиција за мали Ветерни турбини наменети за добивање еле ктрична енергија е приближно седум до десет години, а по изминувањето на овој период, корисникот е во целосна добивка, би дејќи електричната енергија е бес платна, а трошоците за тековно од ржу вање се незначителни.

Производството на електрична енер-гија од конвенционалните извори на енергија е директно поврзано со емисијата на 76% од емисиите на SO2 само во југоисточниот дел на САД и скоро половина од емисијата на CO2. Инвестирањето во енергијата на ветрот може драстично да го намали нивото на штетни гасови што се испуштаат во атмосферата, како последица од намалувањето на потребата од користење фосилни горива за доби вање енергија. Тоа значи дека користењето на енергијата од ветрот

11


доведува до почист воздух, поздрава и побезбедна животна средина.

Енергијата на ветрот е технологија што може да се одржува и развива долг период. Како обновлив извор на енергија, нема да ги загадува водата и воздухот и нема да создава отпад што би се зголемувал од година на година.

Енергијата на ветрот може да се користи ефикасно со години, без загрозување на животната средина во која ќе растат следните генерации.

Ветрените турбини не произведуваат никакви продукти штетни за животната околина и притоа користењето на една единствена турбина може да доведе до намалување на емисијата на штетни гасови од илјадници тони на годишно ниво. Со тоа, енергијата на ветрот претставува главна алатка за намалување на нивото на штетни гасови што се испуштаат секојдневно во атмосферата.

2.1. МОЖНОСТИ ЗА ПРИМЕНА НА ВЕТРОГЕНЕРАТОРСКИ СИСТЕМИ ВО РЕПУБЛИКА МАКЕДОНИЈА

Користењето на мали ветрени турбини на подрачјето на Р. Македонија, особено во руралните средини и земјоделските стопанства, може да има големо значење за натамошниот раст на економијата и на екологијата. Преку користење обновливи, „чисти“ извори на енергија се намалува зависноста од конвенционалните извори, кои во околината испуштаат огромни количества штетни гасови. Преку соодветни мерења може да се забележи дека силата на ветрот што се јавува во

руралните средини е сосема доволна за поставување мали ветрогенераторски единици. Конкретно, енергијата на ветрот на подрачјето на РМ може да се користи на повеќе начини, меѓу кои како најважни се издвојуваат:

– производство на електрична енер гија (ЕЕ);

– директно искористување во ветро-пумпни системи;

– примена во хибридни системи (ветар сонце, ветар – вода);

– директно искористување за зато-плување, за вентилација и сл.

Во овој прирачник основното внимание ќе биде задржано на самостојните (независни) системи карактеристични за локации оддалечени од прено-сната електроенергетска мрежа и за кои е економски неоправдано инвес-тирањето во инфраструктура за мре жно поврзување.

Системите што не се поврзани со главниот ЕЕС се земени во преден план поради фактот што, по последните истражувања, покажано е дека дури 50% од руралните средини во светот немаат пристап до ЕЕС. Прикажано во бројки: дури две милијарди луѓе ширум светот живеат во неелектри-фицирана околина. Со тоа, поставу-вањето на ветрогенераторските сис-теми (ВГС) во руралните средини, како кај нас така и ширум светот, претставува огромен пазар. Главниот проблем се јавува во земјите во развој, па така, производителите на мали ВГ, како и владите на државите засегнати од овој проблем, изготвуваат планови за нивно имплементирање. Знаењата добиени од овие земји подоцна би се имплементирале и во веќе развиените, економски стабилни држави. Ова произлегува од фактот што разликата во руралните средини во развиените и во земјите во развој

12


е многу мала. Република Македонија во овој поглед не претставува исклу-чок. Иако во последниве години е направен напредок во снабдувањето со ЕЕ на малите села низ државата, сепак, постојат многу локации, пред сè земјоделски или сточарски, што немаат пристап до ЕЕ. Голем дел од нив се наоѓаат во планински подрачја, оддалечени од електроенергетската мрежа, но каде што вообичаено интензитетот на ветрот е значителен.

2.1.1. Примена на ветрогенератори за производство на електрична енергија

Производството на ЕЕ со конверзија на енергијата на ветрот е, во принцип, можно на два начина: со поврзување кон ЕЕС, во независен систем или во комбиниран систем, во кој еден дел од произведената електрична енергија се користи за сопствени потреби, а вишокот (недостатокот) се испорачува (надополнува) на (од) мрежа.

Најчесто самиот ветрогенератор се поставува на одредена висина (20-30 m), поради тоа што на таа висина ветрот е значително посилен и со релативно помали турбуленции. Оттаму тој се поврзува кон систем од енергетски преобразувачи, со кои најпрвин се добива еднонасочен напон, односно струја, а потоа, по потреба, со помош на инвертор се генерира наизменичен напон со потребна фреквенција. По добивањето на наизменичниот напон, системот се поврзува со домаќинството, а преку мерен уред и кон главната мрежа. Упростената блок-шема за комбинираниот начин на поврзување е прикажана на сликата 1. Предностите во случај ВГС да е поврзан со главниот

ЕЕС се: можност за пренесување на вишоците на ЕЕ, напојување на самиот објект при услови на недостиг или отсуство на ветар, финансиски добивки поради субвенционирани цени на откуп на ЕЕ произведена со обновливи извори на енергија итн.

Но, не е секогаш возможно поврзување на ветрогенераторскиот систем кон електрич ната мрежа, што, секако, не е причина да се одбегнува да се изгради. Со цел да се обезбеди поголем степен на доверливост на системот, се вклучуваат и дополнителни агрегати, како и соодветни батерии во кои се складира вишокот енергија во услови на ветар, и тој би можел да се искористи во период кога недостига електрична енергија.

Слика 2.1. Блок-шема за поврзување на ВГ во комбиниран систем

13


Слика 2.2. Напојување на електрична ограда

Слика 2.4. Користење на ветрената енергија во телекомуникациски

системПримери каде се користат ветрени турбини за

добивање електрична енергија

Слика 2.3. Полнење на батерии на брод

Слика 2.4. Користење на ветрената енергија во телекомуникациски систем

14


2.1.2. ДИРЕКТНО ИСКОРИСТУВАЊЕ – ВЕТРОПУМПНИ СИСТЕМИСо векови енергијата на ветрот се користи за испумпување вода. Во моментов постојат повеќе од еден милион ветропумпни системи (ВПС) во употреба во светот. Но, во денешно време се нудат многу повеќе видови ветропумпни системи, за разлика од пред само неколку години: едноставни механички ветрени пумпи и ветроелектрични пумпи. Двата типа имаат свои предности и недостатоци.

Механичките ветрени пумпи (МВП) вршат директно преобразување на енергијата на ветрот во механичка, преку преносен механизам кој го поврзува роторскиот со пумпниот систем. Тие сè уште наоѓаат широка примена поради фактот што за нивно придвижување е потребен низок интензитет на ветрот, поради големиот број перки. Но, дали користењето на овој тип ВПС е оправдано, зависи од брзината на ветрот, од длабочината/висината од/на која треба да се испумпува водата и од количеството на водата што се испумпува.

Ветроелектричните пумпи обединуваат ветрогенераторски сис ем, кој служи за конверзија на енергијата на ветрот во електрична, и моторно-пумпен систем, кој врши конверзија на електричната енергија во механичка. Механичките ветрени пумпи се поевтини за околу 10% од ветроелектричните, но при иста моќност определена со дијаметарот на роторот, меха-ничките пумпи ќе испумпуваат двој-но помало количество вода од ветроелектричните. Ова се должи на подобрувањето на аеродинамичните својства на модерните ВТ и на подобрената усогласеност на роторот

со нерамномерната брзина на ветрот. Друга важна карактеристика што ги одделува овие две изведби е и положбата на која тие се поставуваат. Имено, механичките ветропумпи мора да се постават директно над местото од каде што се испумпува водата, додека ветроелектричните се поставуваат онаму каде што му е најпотребно на корисникот и притоа поврзувањето се врши мошне едноставно, со користење кабел меѓу ВТ и моторот со кој се врши испумпувањето.

Слика 2.5. Изведба на механичка пумпа, со која се извлекува водата при услови на ветар и се складира

во резервоар

За разлика од поранешните изведби, кога ветроелектричните пумпи ко-ри с теле батерии и инвертори, мо-дерните ветроелектрични пумпи се во можност директно да го придви-жуваат соодветниот мотор. Клучен за овој напредок е развитокот на електрониката, со чија помош се ово-зможува приспособување на моторот

15


во однос на моќноста достапна за различни брзини на ветрот. Напредокот во електрониката продолжува и во денешно време и се очекува цена-та на овие контролери двојно да се намали, со што користењето на ветроелектричните пумпи би земало уште поголем замав.

Во табелата 2.1 се прикажани резул татите од работењето на ветрени турбини со различен дијаметар на роторот. Како што може да се заклучи, вкупниот капацитет на ветрените турби ни значитетелно расте со дијаметарот на роторот. Па така, доколку за пример земеме испумпување на вода што се наоѓа на длабочина од 15 m, ветрена турбина со дијаметар на роторот од 2,4 m испумпува 2765 литри за време од еден час, додека турбина со дијаметар на роторот од 6 m може да испумпа 33 315 литри. Јасно се гледа

дека разликата е поголема од десет пати. Вкупниот капацитет на ветрените турбини што се прикажани во табелата зависи и од брзината на ветрот, па така:

– за ветрови со мала брзина (1,6-4,5 m/s), капацитетот би бил намален на 25% од максималниот прикажан во табелата;

– за ветрови со средна брзина (4,9-7,6 m/s), капацитетот се на-малува на 50% од максималниот;

– за ветрови со номинална брзина (8-8,9 m/s), ветрените турбини рабо тат со максимална моќност и со капацитет прикажан во табелата.

Доколку брзината на ветрот се зголеми на повеќе од 11,8 m/s, автоматската регулација ќе го намали или целосно ќе го запре работењето на ветрената турбина од безбедносни причини.

Слика 2.6. Поврзување на ветрена турбина и пумпа преку преносен механизам

Слика 2.7. Поврзување на ветрена турбина и пумпа преку електрична врска

16


Табела 2.1. Капацитет на испумпување вода со помош на ветропумпен систем, во зависност од дијаметарот на роторот при брзина на ветрот во опсег 8-8,9 m/s

Капацитет на испумпување

дијаметар на роторот

(m)

длабочина на

пумпање (m)

максимален капацитет

(l/час)

2,4

60 57035 99020 1 78015 2 76510 3 9756 6 4353 12 500

3,6

130 57080 99050 1 78030 2 76520 3 97512 6 4357 12 500

4,8

310 570185 990110 1 78070 2 76550 3 97530 6 43515 12 500

6,0

370 1 140185 2 44580 5 22540 11 36015 33 3155 92 3651 533 750

Слика 2.8. Ветрена пумпа со радиус на роторот од 4,8 m

2.1.3. Примена во хибридни системи (ветар – сонце, ветар – вода)слободно може да се каже дека поврзувањето на енергијата од ветрот и соларната енергија претставува совр-шена комбинација. Двата извора можат совршено да функционираат заедно. Тие се заемно комплементарни: кога нема сонце, најчесто има ветар, ветрот го има во ноќните часови итн. На тој начин, не само што го подобруваат функциoнирањето на системот туку и водат кон подобар економско-ефикасен сооднос, од кој било од овие два система кога би функционирале одделно.

Повеќето од домовите што не се дире-ктно поврзани со ЕЕС започнуваат со инсталација на неколку фотоволтаични панели, кои се лесни за инсталирање

17


и нивната цена е достапна за повеќето домаќинства. Мал систем може да користи двa или повеќе панели (повр-зани сериски или паралелно), неколку батерии и неколку 12 или 24-волтни DC-уреди.

До скоро време приклучувањето на ветрена турбина кон овој систем беше проблематично, поради тоа што дури и најмалата турбина чинеше повеќе од можностите на повеќето домаќинства. Но, во денешно време, со напредокот на микротурбините, кои чинат значително помалку од претходните, хибридните системи ветар – сонце се сè подостапни за масовно користење. Ветрената турбина најчесто не е поскапа од 50% од севкупната вредност на еден хибриден систем. Поради фактот што густината на енергија е поголема кај ветрот, инсталирањето и на помала ветрена турбина значително ја зголе-мува расположливата енергија.

Компонентите како батерии и инвертори се многу важни за хибридните системи. Паралелно со развојот на хибридните системи, расте и сложеноста на овие компоненти. Батериите секогаш биле скап и проблематичен дел од еден самостоен систем. Земајќи предвид дека една типична 12-волтна батерија има капацитет од 100 ампер-часови и чини околу 100 евра, може да се пресмета цената по акумулиран kWh електрична енергија. Имено, вкупната акумулирана енергија во батеријата е во количество од околу 1,2 kWh. Енергијата што може да се добие од целосниот капацитет на батериите не е поголема од 50%, поради намалување на нивната ефикасност. Работниот век на батериите е, исто така, ограничувачки фактор. Имено, една батерија има работен век од

приближно 2000 циклуси на полнење и празнење. По исполнувањето на овој број, батериите, во принцип, се сè уште употребливи, но со намалена ефикасност. Доколку батеријата дава 50% од целосниот капацитет за време на циклусите, ќе даде вкупна енергија од 1000 kWh за време на работниот век. Одовде следува дека батериите од еден хибриден систем чинат повеќе од 0,1 евро по произведен kWh корисна енергија. Поради висината на овие цени, проектантите прават напори да се намали енергијата што мора да се складира во батерии, со директно искористување на енергијата на ветрот и сонцето, или, пак, со користење на некој од овие обновливи извори во комбинација со фосилен уред за поддршка.

Користењето на инверторите во поголемите хибридни системи е неопходно. Со нивното користење, функционирањето на хибридните системи е значително олеснето. Најновите модели се во можност да бидат програмирани да вклучуваат големи потрошувачи при вишок на електрична енергија, да ги исклучуваат кога има недостиг на енергија, или, пак, да стартуваат или запираат дополнителен генератор кога е потребно.

Споредба меѓу енергијата на ветрот и сонцетоm2 kWh/

год.макс. kWh/мес.

мин. kWh/мес.

сонце 1 100 12 2,2

ветар3 1 200 22 12

3 При просечна годишна брзина на ветрот од 4 m/s.

18


Слика 2.9., 2.10. Изведба на хибридни системи ветар – сонце

2.1.4. Директно искористување за загревањекај повеќето објекти што се поставени на места со променлива клима најго-лемиот дел од енергијата се троши за загревање. На многу мес та постои добра корелација меѓу достапноста на енергијата на ветрот и потребата од енергија за загревање. Според тоа, користењето на ветрената енер-гија за загревање не е ни малку изненадувачко. Промоторите на овој тип енергија се согласуваат дека истите ветрови што ја извлекуваат топлината од објектите може да се користат и за нивно затоплување. Мно гу е важно да се напомне дека

често пати користењето на енергијата добиена директно од ветрот или преку преобразувачи (ветар – електрична енергија – топлина) е поисплатливо од приклучување кон ЕЕС. Исто така, во многу рурални средини е поедноставно да се постави еден ваков систем, за разлика од поврзувањето кон мрежата.

Може да се каже дека не секогаш поставувањето на ветрена турбина само за загревање е комплетно исплатливо. На пример, од доцните 70-ти до 90-тите години од минатиот век, овој тип технологија е масовно промовиран во Данска и во САД, но никогаш не е целосно прифатен од корисниците. Главниот проблем е во тоа што многу често е поисплатливо поставување на ветрен систем за повеќе намени, за разлика од поставување на систем што би служел само за загревање.

Поради горенаведените предности и недостатоци, постојат многу фирми кои произведуваат и изведуваат ветрени системи што ги имаат двете намени. По барање на корисникот, ветрениот систем може да се нагоди само за делумно или за целосно покривање на потребите за загревање, или, пак, системот да биде поврзан со повеќе потрошувачи од објектот.

Многу често, заради зголемување на енергетската ефикасност, за загревање се користат и хибридните системи ветар – сонце, кои се објаснети погоре во текстот.

Слика 2.11. Принципиелна шема на работа на ветрен систем што се

користи за загревање

19


3. МЕРЕЊЕ НА БРЗИНАТА НА ВЕТРОТ

За изведување точна проценка и доверлива техно-економска анали за на одреден проект

поврзан со искористувањето на енер-гијата на ветрот, од основно значење е позна вањето на ветрените услови поврзани со одредена локација. Под ветрени услови се подразбираат брзината и насоката на ветрот во текот на одреден временски период, карактерот на природните и на веш-тачките препреки во одделните насоки, розата на ветрови и сл. Имајќи ја предвид зависноста на енергијата на ветрот од неговата брзина, за што ќе стане збор нешто подоцна во текстов, веќе и мали отстапувања на брзината на ветрот би довеле до значителни грешки во пресметката на енергетската штедрост.

Неретко корисниците на енергијата на ветрот учат многу „скапа“ лекција во врска со искористувањето на оваа

енергија. Имено, многу често се прави грешка – да се постави ветротурбината без најпрвин да се измери и согледа просечната годишна брзина на ветрот. Поставувањето ветерница на место каде што нема или има малку ветар е исто како да се постави брана на место каде што нема вода. Тие едноставно не работат, или, пак, нивното работење не ги задоволува техно-економските побарувања на корисникот. Ветрот го има насекаде, но не е секогаш доволен. За точно да се определи исплатливоста од еден ваков проект, потребно е да се извршат мерења, а не само корисникот да се води по фактот „овде е секогаш ветровито“. Во ова поглавје ќе биде објаснето што е тоа ветар, како локалната клима и локалниот терен влијаат на него и како тој се менува со текот на времето. Подетално ќе биде објаснет терминот енергија на ветрот и како брзината и енергијата растат со висината на поставување.

Слика 2.12. Куќа која ја користи енергијата на ветрот за загревање

20


3.1. ВЕТАР, ШТО Е ТОА?Атмосферата е огромен мотор што работи на сончева енергија, во кој топлината се пренесува од еден на друг дел од планетата. Притоа, најголемо загревање се јавува во екваторијалниот појас. Загреаниот воздух, како полесен, се крева и го „повлекува“ воздухот од пониските слоеви северно и јужно од екваторот. Затоплениот воздух кога ќе дојде во повисоките слоеви, се лади и се создаваат услови за циркулација на воздухот. Перманентното создавање на зони со намален притисок предизвикува струења на воздухот на глобално и на локално ниво. Овие струења што се појавуваат на земјината површина се она што ние го нарекуваме ветар, работната сила на атмосферата.

Откако сончевите зраци ќе пристигнат на земјината површина, најпрво го загреваат горниот слој на копното. Потоа копното ја пренесува оваа топлина во околниот воздух. Топлиот воздух има помала густина од ладниот, па исто како балон исполнет со хелиум се крева нагоре во атмосферата. Ладниот воздух при овој процес се спушта надолу за да го заземе местото на топлиот и притоа и самиот се загрева. Топлата маса што се издигнува по некое време повторно се лади и со враќањето кон ниските слоеви на атмосферата го завршува овој процес. Овој процес се повторува постојано и ќе трае сè додека сончевите зраци пристигнуваат на земјата. Брзината на овој циклус се менува постојано, па така, може да се забележи дека во раните утрински часови брзината на ветрот е најмала, додека во попладневните е најголема. Тоа може да се забележи и од ветрените турбини што се веќе поставени и најчесто се во работен режим во попладневните часови.

3.2. ЛОКАЛНИ ВЕТРОВИ Може да се забележи дека на морските брегови и на бреговите на поголеми езера, брзината на ветрот е значително поголема, поради различното загревање на почвата и на водата. Преку ден сончевите зраци го загреваат копното многу побрзо отколку површината на водата. Водата има поголема специфична топлина и за разлика од копното, може да складира повеќе енергија без промена на температурата. Воздухот над копното повторно се загрева и се движи во погорните слоеви на атмосферата. Ладниот воздух се движи од водата кон копното, со што се добива голема циркулација на воздухот. Овој процес во текот на ноќните часови се менува поради побрзото ладење на копното. Во попладневните часови се јавуваат ветрови со брзина од 5 до 7 m/s, и покрај тоа што тој ден немало ветар. Карактеристично за овие ветрови е фактот што нивниот интензитет значително опаѓа со оддалечувањето од водната површина, па така, влијанието на морските ветрови на само 2-3 km од водната површина е занемарливо.

Слика 3.1. Ветрено поле поставено во вода

Извор: Offshore park Lillgrund Oresund, siemens .com

21


Друг тип локални ветрови се рамничарско-планинските, кои, исто така, настануваат поради топлинските разлики. Овие ветрови се најзастапени за време на летните месеци, кога сончевата радијација е најголема. Преку ден сонцето ги загрева подно жјето и страничниот дел на планината. Топлиот воздух се издига по падините и истовремено ладниот воздух го зазема неговото место, предизвикувајќи струење на воздухот. Во вечерните часови, поради побрзото ладење на врвовите на планината, процесот се реверзира и се јавуваат ветрови со поголем интензитет од оние во дневните часови (брзина до 11 m/s). Влијанието на рамничарско-планинските ветрови е поизразено кога се движат во ист правец со доминантните ветрови.

Слика 3.2. Брзината на ветрот се зголемува кај врвовите на ниските

ридови и значително се намалува кај нивните подножја

3.3. МЕРЕЊЕ НА БРЗИНАТА НА ВЕТРОТВетрот е променлив извор на енергија и како таков може да го има во изобилство одреден ден, а наредниот воопшто да го нема. Брзината на ветрот е променлива во скоро секој момент на мерење. Поради оваа променливост, потребно е да се дојде до просечна брзина за определено време на разгледување, најчесто на годишно ниво. Дури и просечното годишно мерење не е доволно, затоа што од година на година може да варира до

дури 20%, што значи дека за просечна брзина од 5 m/s, промената може да биде до плус или минус 1 m/s. Брзината на ветрот е, исто така, и променлива во зависност од сезоната. Имено, може да се заклучи дека брзината на ветрот е најмала за време на летото, додека таа расте за време на зимскиот период сè до нејзината најголема вредност, најчесто во раните пролетни денови од годината. Дневните промени на брзината на ветрот зависат најмногу од горенаведените циклуси што наста-нуваат како последица од темпе ратурните разлики. Нивните вли јанија се најзастапени во летниот период (кога загревањето е најизразено), но може да се забележат и во текот на целата година.

Пред поставувањето на една ветрена турбина на каков било терен, потребно е да се извршат мерења на брзината на ветрот. Најчесто времетраењето на овие мерења е 1-2 години, со што се добива доволно јасна слика за ситуацијата на теренот. Овие мерења вообичаено се вршат со чашковидни анемометри.

Слика 3.3. Чашковиден анемометар

22


Најдобар начин за мерење на брзината на ветрот на потенцијално место за поставување на ветрогенераторот е со поставување анемометар на врвот на јарбол со иста висина како и висината на столбот на ветрогенераторот што се планира да се користи. На овој начин се избегнува несигурноста на екстраполацијата на измерените ре-зул тати.

Со поставување на анемометарот на врвот на јарболот се минимизира влијанието на јарболот врз движењето на воздухот. Доколку анемометрите се поставуваат странично од јарболот, важно е тие да бидат поставени во доминантната насока на ветрот, со цел да се минимизира влијанието на ветрената сенка (ветрината) што ја создава јарболот.

За поставување на уредите за мерење на параметрите на ветрот, со цел да се елиминира засенувањето на ветрот од столбот, најчесто се практикуваат тенки цилиндрични (цевчести) јарболи, а поретко решеткасти столбови. Столбовите се направени во сегменти, кои можат многу лесно да бидат составени (монтирани). Предност на овој концепт на изведба е тоа што јарболот може да се подигне на соодветна висина без да се користи кран. Податоците за параметрите на ветрoт се снимаат на мемориски картички во уреди за собирање податоци (data loggerѕ) и со користење на современата GSM-технологија се испраќаат во вид на СМС-пораки до корисниците. Овие уреди се монтираат во подножјето на мерниот јарбол и се оспособени да работат подолг период со сопствено напојување или со користење фотоволтаични уреди за полнење на батериите.

Цената на анемометарот, столбот и собирачот на податоци (data logger) вообичаено изнесува околу 5000 американски долари.

Ако во областа има опасност од замрзнување, потребно е да се постави анемометар со систем за греење со можност за поврзување на електричната мрежа. Брзината на ветрот вообичаено се мери на секои 2-5 секунди (т.н. семплирање), а за секои 10 минути се пресметува просечна брзина (се наоѓа средната вредност) за добиените податоци да бидат компатибилни со повеќето стандардни програми (и литература од таа област). Ако се користат различни периоди за наоѓање на средната вредност, би се добиле различни резултати за брзината на ветрот.

3.4. ЕНЕРГИЈА НА ВЕТРОТНајважната алатка при работењето со енергијата на ветрот, независно дали се работи за проектирање на ветрена турбина или нејзино работење, е разбирањето на факторите што влијаат на енергијата на ветрот. Едноставно речено, ветрот претставува воздух во движење. Од разбирањето на физиката на нештата, секоја материја во движење содржи кинетичка енер-гија. Воздухот содржи одредена маса. Оваа маса е мала, но доволна за да му овозможи на ветрот да врши корисна работа.

Кога ветрот „удира“ на одреден објект, пренесува енергија со цел да го помести од неговата патека. Поместувањето на објектот ја претставува кинетичката енергија што може потенцијално да се искористи. Траги од кинетичката енергија може да се забележат секаде, од поместување на тревата на почвата до поместување на гранките на дрвјата.

Енергијата на ветрот е функција од неговата маса и брзина. Слично како автомобил што се движи по автопат, колку е поголема брзината на ветрот

23


толку е поголема кинетичката енергија што ја поседува. Исто така, кинетичката енергија на ветрот расте со густината на воздухот. Математичкиот израз за кинетичката енергија гласи:

Ek = mv2 (1)

каде што со m е претставена масата, додека со v е претставена брзината на објектот во движење. Масата на воздухот може да се пресмета како производ од неговата густина (ρ) и неговиот волумен. Поради постојаното движење на воздухот, неговиот волумен се пресметува како производ од брзината (v) и површината (А) што ја поминува за одредено време (t):

mv = ρAvt (2)

Кога ќе ја вметнеме оваа равенка во општата равенка за кинетичката енергија, ќе ја добиеме конечната равенка за енергијата на ветрот:

Ekv = ρAtv3 (3)

Изведувањето на равенката за енергијата е прикажано поради фактот што равенките претставуваат математичка интерпретација на фи зи-чките појави.

3.5. ГУСТИНА НА ВЕТРОТОд равенката изведена погоре во текстот забележавме дека енергијата на ветрот зависи, меѓу другото, од густината на воздухот. Воздухот има релативно мала густина (околу 800 пати помала од водата) и затоа е важно да се напомнат факторите што влијаат врз неа. Имено, густината на

воздухот е променлива вредност. Густината на воздухот се намалува со зголемувањето на температурата, па така, густината на воздухот во зима е поголема од онаа во лето, варирајќи од 10 до 15%. Но, оваа промена не влијае значително при проектирањето на ветрените турбини. Она што влијае најмногу е зависноста на густината од надморската височина. Како што знаеме, со наголемување на висината, густината на воздухот се намалува. Затоа треба да се земе предвид овој фактор при поставување турбини на високи планински предели.

Одовде следува дека при иста брзина на ветрот, ветрена турбина поставена во рамнински предел ќе произведува повеќе енергија од онаа што е поставена на врв на планина (се разбира, при исти карактеристики на турбините).

3.6. ПОВРШИНА ОПФАТЕНА СО РОТОРОТВеќе напомнавме дека корисната моќ-ност добиена од ветрот е линеарно зависна од површината опфатена со роторот. Ова сознание е многу важно при димензионирањето на ветрените турбини и, пред сè, на нивниот ротор. Вртејќи се, роторот на ветерница со хоризонтална оска опишува кружница со полвршина:

A = πr2 (4)

каде што r претставува радиус на роторот (односно должина на перката). Ова значи дека вкупната опфатена површина е во квадратна зависност од должината на перките на роторот, па така, со двојно зголемување на должината на перките се добива чети-ри пати поголема површина.

24


Слика 3.4. Теоретска зависност на моќноста од дијаметарот на роторот

Од сликата може да се забележи по-растот на моќноста во зависност од дијаметарот на роторот и јасно се гледа важноста на оваа проблематика.

3.7. БРЗИНА НА ВЕТРОТКако што може да се заклучи од изразот (3), доминантно влијание врз енергетскиот потенцијал на ветрот има неговата брзина. Поради тоа што енергијата на ветрот зависи од третиот степен на неговата брзина, и најмалата промена на брзината предизвикува огромни промени во енергетскиот биланс. На пример, ако се спореди работата на една ветрена турбина при брзина на ветрот 10 (мерната единица не е важна) и брзина на ветрот 12, ќе се добие:

P2/P1 = (V2/V1)3

P2 = (12/10)3P1

P2 = 1,728P1

Значи, зголемување на брзината на ветрот од само 20% доведува до зголемување на енергијата од дури 72,8%. Затоа е неопходно да се води грижа за точната поставеност на една

ветрена турбина, како и за точноста на измерените вредности. Најмало засенување, предизвикано од високи дрвја или од околни објекти, може значително да ја намали потенцијалната моќност на една ветрена турбина.

Ако наместо за зголемување на брзината на ветрот за 20% претпо-ставиме нејзино двојно зголемување, со користење на горните равенки, добиваме осум пати поголема моќност од првичната.

Значи, од досега споменатото следува:

– Излезната моќност зависи од густи-ната на воздухот.

– Излезната моќност е пропорцио-нална со површината што ја опфа-ќа роторот на турбината. Со двојно зголемување на радиусот (дија-метарот) на роторот, излезната мо-ќ ност се зголемува за четири пати.

– Излезната моќност е кубна функција на брзината на ветрот. Со двојно зго-ле мување на брзината на ветрот, излезната моќност се зголемува за осум пати.

25


Кај ветрените турбини, големината и особено дијаметарот на роторот се мно -гу важни. Роторите кај ветрените турби-ни во денешно време варираат од дијаметар од 0,5 m, кај турбините за домашна употреба, до 100 и повеќе метри кај ветрогенераторите поврзани кон електроенергетскиот систем. Мо-ќно ста варира од неколку стотици вати кај најмалите до над 5 MW кај големите ветрогенератори.

Големината на ветрените турбини е во тесна корелација со условите на теренот каде што се поставуваат. Развојот на ветрогенераторските еди-ници во последните 30 години, како и релативните големини на турбините во зависност од номиналната моќност може да се согледаат од следнава слика:

На сликата може да се забележат: развојот на ветрените турбини во по с ле-дните децении, максималната мо ќ ност, дијаметарот на роторот и висината на столбовите. Може да се забележи дека ветрена турбина со моќност од 5 MW има огромно визуелно влијание врз околината, пред сè поради габа-ритноста на турбината. Како што мо-же да се забележи, дијаметарот на роторот кај турбина од 5 MW е 124 m, додека висината на столбот е 114 m.

Малите ветрени турбини се делат на микро, мини и големи за домашна употреба. Микроветрените турбини имаат вообичаен дијаметар на роторот помал од 1,25 m. Оваа изведба е прикажана на сликата 4.2. Мини ве -т ре ните турбини се средина меѓу ми к ро и поголемите турбини за домашна употреба. Мини ветрените

Слика 4.1. Дијаметар на роторот и висина на столбот за различни изведби на ветрена турбина

4. ГОЛЕМИНА НА ТУРБИНАТА

26


турбини имаат дијаметар помал од 3m. Турби ните за домашна употреба се најголеми од фамилијата на мали ве т ре ни турбини. Како што се очекува од уредите за домашна употреба, опсегот на овие турбини е огромен. Најмалите имаат дијаметар на роторот од околу 4 m и тежина од околу 470 kg, додека во некои случаи роторот има дијаметар до 8,8 m и тежина над 1000 kg (слика 4.3).

5. ПРЕСМЕТУВАЊЕ НА ИЗЛЕЗНАТА ЕНЕРГИЈА

Откако е решено прашањето за тоа каде ќе се постави ветрената тур-бина и колкава е достапноста на ветрот на локацијата, може да се продолжи кон следниот чекор: пре с метување на енергијата што може да ја произведе турбината. Со пресме-тување на енергијата што може да биде испорачана од турбината, може да се продолжи кон проу чување на економските фактори, одно сно одредување на големината на турби-ната, фирмата од која таа ќе биде набавена и сл.

Постојат три начини на определување на излезната енергија. Првиот начин е наједноставен – со користење на т.н. „опфатена површина“. Со овој начин може да се направат едноставни пресметки за потенцијалната енерге-тска обилност на турбината. Најпрвин се наоѓа просечната брзина на ветрот, потоа се пресметува површината што ја зафаќа роторот. Методологијата е мошне едноставна, така што веќе по неколку користења, корисникот може мошне лесно да ја практикува. Вториот начин е покомплексен и

Слика 4.2. Микроветрена турбина поставена на покрив од објект

Слика 4.3. Ветрена турбина за домашна употреба

27


за негово решавање е потребна достапност до мерните податоци за ветрот за локацијата на која се поставува турбината и кривата на моќност за секоја применета турбина. Овој начин користи методологија на т.н. „крива на моќност“, при што се користат пресметковните резултати на производителите на опремата за типичен режим на работа.

Подолу во текстот се претставени формули со кои полесно ќе се објаснат пресметките, како и графици кои дава ат појасна слика за она што се пресметува.

5.1. ОПФАТЕНА ПОВРШИНАПрвиот чекор од овој начин е пресме-тување на енергијата на ветрот, одно сно густината на моќност во W/m2. По оваа пресметка, единствена информација што ни е потребна е површината што ја зафаќа роторот на ветрената турбина. Доколку за пример земеме микроветрена турбина, со ро тор што опфаќа 1 m2, на место каде што годишната просечна брзина на ветрот е 6 m/s и густината на моќност изнесува 250 W/m2, добиваме:

P = ( )*A

P = (250 W/m2)*1m2

P = 250 W

За потсетување, равенката со која се пресметува опфатената површина изнесува:

А = πR2 – каде што R е радиусот на роторот

Но, она што ни е потребно е, секако, енергијата, а не моќноста што ја имаме од горните пресметки. Примарно нешто што корисникот го плаќа преку сметките е искористената електри чна енергија. Енергијата што се искористува е, всушност, производ од моќноста и времето, односно колку време се користи таа моќност.

Кога се работи за ветрена турбина, се мисли на просечната моќност и времето за кое ни е достапен ветрот.

Во овој пример се користи просечната годишна енергија на ветрот. Во годината има 8760 часа. Потсетувајќи се дека 1000 W претставуваат 1 kW, следува:

Е = P(t)

E = (0,250 kW)*(8760 часа)

Е = 2190 kWh/год.

Од овие пресметки може да се заклучи дека во овој случај ветрената турбина ќе произведе скоро 2200 kWh на годишно ниво.

Но, во овие пресметки не се земени предвид загубите, односно фактот што енергијата на ветрот не може да се искористи во целост.

Според проценките на германскиот експерт за аеродинамика Алберт Бец, теоретската максимална енергија на ветрот што може да се искористи е 59,26% од вкупната потенцијална енергија на ветрот.

Но, во практика, роторите искористуваат релативно по ма ла енергија, која во оптимални услови се движи во

ПРИМЕР

28


рамките од 40 до 50%, во зависност од применетата технологија, намената, бројот на перки и сл. Дополнително намалување на достапната енергија настанува поради загубите при процесот на конверзија на кинетичката енергија на ветрот во електрична енергија. Исто така, постојат загуби и поради ненадејните промени на брзината и насоката на ветрот. Одовде следува дека ветрените турбини не се во можност максимално да ги искористат можностите на нивните генератори. Поголемиот дел од времето генераторите на ветрените турбини се подоптоварени, и како ре зу лтат на тоа се намалува нивната ефикасност.

Модерните ветрени турбини на некој начин пропуштаат дел од ветрот што е достапен. За разлика од анемометрите, кои ги регистрираат брзите налети на ветрот, ветрените турбини, поради својата инерција, не можат да ги следат. Одовде следува дека во некои случаи ветрената турбина едноставно нема да го „осети“ налетот на ветрот. Слични последици настануваат и поради времето потребно за промена на положбата на турбината. Заради максимално искористување на енер гијата на ветрот, преку одредени

сензори или механизми, ветрените турбини постојано ја следат насоката на дување на ветрот. Загубите при промената на насоката настануваат поради времето што е потребно за да се изврши промената. Но, влијанијата што настануваат поради промената на насоката се занемарливи кога кон нив ќе се додаде дополнителната енергија добиена со извршената промена.

Кога ќе се сумира сето ова, може да се заклучи дека:

добро проектирана ветрена турбина би давала околу 30% од вкупната расположлива енергија, односно тоа е она што корисникот би го добил со поставувањето на турбината.

Вреди да се напомне дека со правилна употреба овој процент би можел да се зголеми на 40%, или, пак, спротивно – да се намали на помала вредност. Ветрените турбини се проектираат за специфичен режим на работа, со специфична брзина на ветрот. Доколку тие се постават на место каде што не се предвидени, вкупната енергетска ефикасност ќе биде намалена.

Слика 5.1. Зависност на енергетската ефикасност од брзината на ветрот

29


5.2. КРИВА НА МОЌНОСТДоколку постојат информации за достапноста на ветрот на одредена локација, или, пак, до најблиската станица што врши ваков тип мерења, може да се користи кривата на моќност за определување на достапната ене р гија на годишно ниво. Овој начин е користен од метеоролозите при пресметки потребни за оценување на работата на ветрените турбини што работат самостојно, или кај ветрените фарми. Со помош на овој начин се споредува застапеноста на брзината на ветрот во одреден временски период со кривата на моќност, со цел да се одреди бројот на часови во годината кога ветрената турбина би работела и колкава би била излезната енергија.

На графикот 5.1 е претставена кривата на моќност. Се работи за ветрена тур-бина со номинална моќност од 850 W. Како објаснување, црвената линија ја следи расположливата моќност за одредена брзина. Како што може да се забележи, моќноста за овој тип турбини за брзина помала од 3 m/s е еднаква на нула. За брзина на ветрот поголема од 3 m/s, моќноста расте и притоа номиналната моќност се добива при ветар со брзина од 12 m/s. Ветрената турбина продолжува со работа и по достигнатиот максимум, но при услови на ветар со брзина поголема од 15 m/s, автоматската заштита на турбината реагира, при што турбината се насочува надвор од насоката на ветрот и моќноста се намалува.

График 5.1. Крива на моќност

30


За целосна оцена на работењето на ветрените турбини, потребно е да се дојде до информации за застапеноста (дистрибуцијата) на ветрот, односно во колкав процент е достапен ветрот со одредена брзина. Распределбата на брзината на ветрот во проценти е прикажана на графикот 5.2, од каде што може да се забележи следново:

– 35% од времето во текот на една година, брзината на ветрот ќе биде помала од онаа што е потребна за впуштање на турбината во работен режим (3,6 m/s);

– околу 10% од времето, ветрената турбина ќе работи под номиналното оптоварување (брзина на ветрот од 11 до 12 m/s);

– брзината на ветрот, за која ветерницата од безбедносни причини не би била пуштена во работа, е застапена со незначителни 1-2%.

Проценката на работењето на ветрените турбини, со помош на кривата на моќност, се врши во комбинација со гра фикот на кој е прикажана појавата

на ветровите со одредена брзина. По споредбата, јасно може да се види колкава би била излезната енергија во kWh на годишно ниво.

Вреди да се напомне дека кривите на моќност издадени од некои производители на мали ветре ни турбини можат да бидат окаракте-ризирани како сомнителни. Најдобро е да се гледа на нив со доза на скептицизам, поради тоа што многу често не постојат точни информации, кои би требало да бидат дадени од лиценцирани метеоролошки станици. Ова не е случај кај турбините со средна моќност, но во овој прирачник не станува збор за нив.

5.3. ПРОЦЕНКИ НА ПРОИЗВОДИТЕЛИТЕПовеќето производители нудат про-ценки за енергијата што би ја произвел нивниот производ, се разбира при нормални услови на работа (рела-тивно ниска надморска височина и температура од 150C). Компаниите

График 5.2. Распределба на брзината на ветрот во проценти

31


најчесто даваат информации за различни работи на нивните производи при различна брзина на ветрот во текот на годината.

Кој начин и да се користи, крајната проценка што ја нудат производителите се разликува од онаа во реалноста од различни причини. Од економски причини, производителите во нив-ните пресметки не ги вметнуваат загубите што настануваат во еле-ментите од ветрените турбини (ка-бли за поврзување, енергетски прео-бразувачи, трансформатори...). Од дру-га страна, ветрената турбина не работи постојано поради одржување како и при запирање поради преголема брзина на ветрот (ретка појава, при која турбината се исклучува од употреба од безбедносни причини).

5.4. ЗГОЛЕМУВАЊЕ НА ЕФИКАСНОСТАОткако проценките за добиената елек-три чна енергија се завршени, вреди да се напомнат начините за зголемување на енергетската ефикасност на ветре-ните турбини. Најпрости чекори што може да се употребат се:

– зголемување на брзината на ветрот преку поставување на турбината на повисок столб;

– зголемување на опфатената повр-шина на роторот со поставување перки со поголема должина;

– подобрување на ефикасноста на турбината со одбирање поквалитетни елементи за конверзија.

Постојат големи забуни кога станува збор за ефикасноста на ветрените турбини. Од една страна се корисниците

што секогаш ја бараат најефикасната турбина на пазарот, а од друга страна се производителите што секогаш ја нудат најефикасната турбина на паза-рот. Она што честопати се заборава е фактот што во многу случаи главен удел во намалената излезна енергија има брзината на ветрот или, пак, опфатената површина на роторот.

Најважни одлики на ветрените тур-бини се тие да бидат доверливи и економски исплатливи. Ефикасноста е важна, но не е и решавачки фактор за оценување на работата на ветрената турбина. За да се процени работењето на една турбина, потребно е да се игнорираат моќноста на генераторот и неговата проценета ефикасност и да се обрне внимание на она што е најважно: месечната, односно годишната излезна енергија. Доколку излезната енергија не е доволна, единствено нешто што може да влијае е самиот ветар. Ниту еден друг параметар не е поважен при одредувањето на можностите на една ветрена турбина од опфатената површина на роторот. Многу често корисниците, како и производителите на ветрените турбини доаѓаат до огромни финансиски загуби само пора-ди занемарувањето на овој фактор.

И покрај долгогодишните истражувања и практични искуства, секогаш постои некој што се приближил до лимитот одреден од Бец (германскиот научник што е споменат погоре во текстот). Секогаш се вели дека овие производи нудат поголема ефикасност и пого-лема излезна енергија од онаа што е теоретски возможна. До сега, покрај сите најави, теоријата на Бец не е побиена.

32


6. ЕКОНОМСКА ИСПЛАТЛИВОСТ НА ВЕТРЕНИТЕ ТУРБИНИ

За исплатливо поставување на ветрена турбина, не секогаш е потребно целосно да се покријат потребите од електрична енергија. Ослободување на само дел од вкупната потреба од електрична енергија е секогаш поволно.

Па затоа, доколку корисникот не е во можност да инвестира доволно средства одеднаш, може да започне со мала почетна инвестиција, па со текот на времето да се надградува.

Можноста за континуирано про-ширување и надградување на ветро-генераторските системи прет ставува и предност пред кон вен ционалните извори на енергија.

6.1. ЦЕНА НА ЕНЕРГИЈАТА И ПЕРИОД НА ПОВРАТ НА СРЕДСТВАТАЕден од најчестите пристапи кон пре-сме тување на исплатливоста на една ветротурбина е пресметувањето на цената на енергијата. Во оваа цена се вклучуваат: почетната инвестиција, каматите, одржувањето и работењето во текот на работниот век на турбината. Преку овој метод, со пресметување на цената на енергијата во центи по произведен kWh енергија, се доаѓа до пресметка за цената на енергијата за целиот работен век на турбината. Овие пресметки може да се споредат со конвенционалните извори на енергија и да се забележат бенефициите од поставувањето на ветрената турбина.

Но, определувањето на цената на енергијата има лимитирана вредност,

Дали ветрената турбина ќе се исплати сама по себе? Дали ќе биде исплатлива инвестиција? Или, поедноставно, да-ли вреди ризикот? Одговорот на овие прашања е комплексен. Сè зави-си од огромен број променливи што не може да се пресметаат преку едноставни равенки. Голем удел имаат инфлацијата, годишните камати, посакуваниот поврат на средства итн. Едноставно, нема точен начин за пресметување на економските пара-метри.

Исплатливоста на една ветрена турбина зависи и од самиот терен. Имено, секоја електроенергетска компанија би довела електрична енергија до бараната дестинација, доколку за тоа, секако, се плати. Статистички гледано, доколку местото на градење е оддалечено најмалку еден километар од мрежата, и во зависност од потребите за инсталирана моќност, поисплатливо е да се изгради ветрена турбина. Исто така, вреди да се напомне дека за изградба на мала ветрена турбина се потребни релативно повеќе средства од поставување на конвенционален извор на енергија (дизел-агрегат, гасен агрегат и сл.). Предноста на ветрената енергија е, секако, обновливоста. По поставувањето, цената на горивото што се користи е едноставно нула. Овој фактор често не се зема предвид кога се гледа почетната инвестиција, што, се разбира, е голема грешка. Следствено, за разлика од другите извори на електрична енергија, енергијата на ветрот заштедува средства и со текот на времето дури може да се дојде до одреден профит. Секако, корисникот не може да смета дека целосно ќе се ослободи од трошоците за електрична енергија, главно поради каматите и слични трошоци, но, сепак, предноста од имање чист извор на енергија е огромна.

33


поради тоа што единствено определува дали ветрената енергија чини помалку или повеќе од другите извори на енергија. Таа не дава јасна слика за целосните трошоци или предности од поставувањето на турбината, и со тоа корисникот нема јасна претстава за тоа дали е исплатливо или не е исплатливо да инвестира во овој облик на енергија. Затоа е потребно корисникот да го знае времето на поврат на средствата, односно времето на враќање на почетната инвестиција. Едноставно, треба да се подели почетната инвестиција со пресметаниот приход од животниот век на турбината. Со ова се добива периодот на поврат на средствата. Доколку ова време е пократко од животниот век на турбината, ветрената турбина е исплатлива. Колку е времето на поврат помало толку е поголем приходот на корисникот. Затоа е потребно корисникот да го намали овој период преку правилно димензионирање и одржување на ветрената турбина.

Недостаток при методот на пре-сметување на периодот на поврат на средствата е фактот што не дава информации за периодот по завршувањето на овој период. Имено, животниот век на малите ветротурбини е најчесто подолг од 20 години и во општ случај главните придобивки следуваат во подоцнежните години од експлоатирањето. Проблемот е во тоа што повеќето луѓе се загрижени за враќањето на почетната инвестиција. Доколку периодот на поврат е подолг од пет години, тие губат интерес. Секако, се заборава дека поради долговечноста на ветросистемите, почетните инвестиции може да се вратат повеќекратно, иако периодот на враќање на почетната инвестиција може да биде подолг од пет години. Ветротурбините се долгорочни инвестиции и треба постојано да се има предвид овој факт.

Не постои подобар начин за добивање јасна слика за финансиската испла-тливост на еден ветросистем од имањето табела во која се опфаќаат сите приходи и расходи од година на година како економски фактори. Изработувањето на табела од овој тип е единствен начин за реално, долгорочно прикажување на резул-татите од работењето. На овој начин функционираат сите бизниси што изискуваат нова опрема.

6.2. ЕКОНОМСКИ ФАКТОРИЦената на почетната инвестиција при поставувањето на ветрена турбина ги вклучува трошоците за самата турбина, столбот, ожичувањето и инсталацијата. Дополнителните трошоци не се вклу-чени во оваа цена. Овие придружни трошоци го намалуваат приходот од ветрените турбини.

Трошоците за одржување вклучуваат сервисирање и репарирање на ветро-системите. Се прикажуваат во центи по kWh, или, пак, како проценти од прво битната инвестиција. Искуството покажува дека цената за одржување е околу еден цент по произведен kWh, иако неретко има случаи кога оваа цена е многу помала.

Друг важен фактор е каматата што се плаќа поради кредит земен од банка. Многу ретко корисниците се способни да извршат голема инвестиција без подигање кредит.

Осигурувањето е трошок што често се заборава. Не само што е потребно да се осигури самиот ветросистем туку и сите елементи што може да се

34


оштетат со работењето на турбината. Поради долговечноста на турбините и долгиот период на враќање на првобитната инвестиција, незамисливо е корисникот да не ја осигури вет-рената турбина. Каква било грешка во системот би можела да ги фрли во вода сите инвестиции и планови на корисникот доколку турбината не е осигурена. Исто така, ветрените турбини се потенцијална закана. Лични повреди или оштетувања на околните објекти може да настанат од повеќе причини: паѓање на столбот, одвојување/кршење на перка од роторот и сл. Осигурителните компании најчесто немаат искуство со мали ветрени турбини, па затоа е неопходно детално да се разгледа договорот за осигурување пред да се постави турбината.

Покрај непланираните трошоци што се јавуваат при работењето на една ветрена турбина, вреди да се напо-мнат и финансиските придобивки од нејзиното работење. Годишниот приход од електричната турбина претставува производ од годишното производство на електрична енергија (kWh) и вредноста на енергијата. Како трошоците така и приходите зависат од многу економски фактори, меѓу кои најважна е цената на електричната енергија, односно локалната тарифа.

Цената на електричната енергија од ветрената турбина се споредува со цената што би се платила на електроенергетската компанија доко-лку таа не би била поставена.

За домаќинствата одредувањето на цената на електричната енергија е многу едноставно. За да се пресмета

просечната цена на годишно ниво, се сумираат сметките за електричната енергија за сите 12 месеци и потоа се делат со вкупно потрошената електрична енергија (kWh). Корисниците не плаќаат само за електричната енергија што ја искористуваат туку и за вкупната инсталирана моќност на објектот. Вкупната инсталирана моќност на објектот претставува максимална можна побарувачка од него. Компаниите ја наплаќаат оваа цена поради фактот што на некој начин тие се обврзани да имаат вишок енергија достапен до корисниците во секое време. Со инсталирањето на ветрените турбини, оваа цена се намалува, поради разликата што ја покрива самата турбина.

Главната предност при економските пре сметки е, секако, горивото. За разлика од другите извори на ене-ргија чија вредност постојано расте, ветрот е и ќе остане бесплатен. Со зголемувањето на цената на конвенционалните извори на енергија, расте и цената на електричната енергија. Главен проблем на глобално ниво се јавил во доцните 70-ти и 80-ти години од минатиот век, со наглото покачување на цената на фосилните горива и изградбата на огромен број големи централи, чија инвестиција повлекувала покачување на цената на електричната енергија. По овој период, растот на цената на електричната енергија се стабилизирал, но, сепак, продолжил да расте. Овие фактори го зголемуваат интересот за инвестирање во обновливи извори на електрична енергија и нивното користење станува сè поактуелно.

35


7. ЗАКЛУЧОК

Целта на прирачникот за искористување на енергијата на ветрот во земјодел-ството е да се мотивира и интензивира искористувањето на обновливите извори генерално, а особено енер-гијата на ветрот како обновлив извор во насока на подобрување на квалитетот на живеењето во изолираните полјоделско-сточарски региони, како и подобрување и уна-пре дување на технолошките процеси во одгледувањето животни и во преработката на продукти поврзани со земјоделството во целина.

Прирачникот ги дава основите за искористување на енергијата на ветрот од аспект на енергетскиот потенцијал, како и областите на примена во самостојни, хибридни и системи при-клучени кон мрежа.

Авторот искрено се надева дека прирачникот ќе биде искористен за унапредување на земјоделските сто-панства и постигнување на крајната цел – добивање квалитетно производство на здрава храна, без штетни влијанија врз животната средина, како основен предуслов за одржлив развој за идните генерации.

36


КОРИСТЕНА ЛИТЕРАТУРА

6. Mukund R. Patel: „Wind and solar power systems“, CRC Press 1999.

7. Jerome Weingart and Daniele Giovannucci: „Rural Energy: A Practical Primer for Productive Applications“ – 1999.

8. Small-Scale Wind Turbines for Water Pumping and Electricity Generation, Egypt, Egyptian Solar Energy Society, 2000.

9. www.hummerwind.com

10. http://www.ironmanwindmill.com/

1. Paul Gipe: „Wind energy basics – A Guide to Small and Micro Wind Systems“, Chelsea Green Publishing Company – 1999.

2. Godfrey Boyle: „Renewable Energy – Power for a Sustainable Future“, Oxford University Press – 2004.

3. Paul Gipe: „Wind power – Renewable Energy for Home, Farm and Business“, Chelsea Green Publishing Company – 2004.

4. Проф. д-р Влатко Стоилков: „Ветрогенератори“, 2009 год.

5. „Best Practice Guidelines for the Irish Wind Energy Industry“, IWEA research, 2008.

Documents

ИСКОРИСТУВАЊЕ НА ЕНЕРГИЈАТА НА ВЕТРОТ ВО … energija MK za pecat.pdf · ефект на стаклена градина, или какви било