SVEUČILIŠTE U ZAGREBU

FAKULTET ELEKTROTEHNIKE I RAČUNARSTVA

ZAVRŠNI RAD br. 1431

ANALIZA OSJETLJIVOSTI PROCIJENJENE PROIZVODNJE ELEKTRIČNE ENERGIJE NA

NEODREĐENOSTI BRZINE VJETRA I KRIVULJE SNAGE

Tomislav Francetić

Zagreb, travanj 2010.

Sadržaj

1. UVOD .............................................................................................................. 1

2. VJETROENERGIJA ......................................................................................... 2

3. VJETROAGREGAT ......................................................................................... 5

4. METEOROLOŠKI UVJETI ............................................................................. 11

5. ANALIZA PODATAKA ................................................................................... 21

6. ZAKLJUČAK .................................................................................................. 35

7. LITERATURA ................................................................................................ 36

8. NASLOV, SAŢETAK I KLJUČNE RIJEČI ...................................................... 37

9. TITLE, ABSTRACT AND KEYWORDS.......................................................... 38

1

1. UVOD

Godišnja proizvodnja električne energije vjetroagregata u funkciji je brzine vjetra i

krivulje snage. Planiranje proizvodnje električne energije oslanja se na statističku

procjenu prosječnih frekvencija odreĎenih brzina vjetra na nekoj lokaciji.

Varijabilnost vjetra je značajna i moguća su odstupanja prosječnih frekvencija

odreĎenih brzina vjetra značajnije iz godine u godinu, ali i ukupno za ţivotnog

vijeka vjetroagregata. Pored toga krivulja snage vjetroagregata takoĎer je

promjenjiva u stvarnom radu jer su uvjeti strujanja mase zraka različiti od uvjetu u

kojima je krivulja mjerena. Oba izvora neodreĎenosti predstavljaju potencijalni rizik

za loše predviĎanje proizvodnje električne energije iz vjetroagregata. Zadatak je u

ovom radu korištenjem dostupnih podataka o neodreĎenostima krivulje snage i

brzina vjetra odrediti utjecaj na procijenjenu proizvodnju električne energije.

Analiziramo mjerene podatke statističkom raspodjelom brzine vjetra unutar

razdoblja nekoliko godina. Podatke uzimamo iz projekta Procjene potencijalne

energije vjetra i Sunčeve energije u Hrvatskoj pilot regiji (AWSERCRO), sa

lokacije Voštane (istočni predio Dinare, 1070m, 43°39'59.0"N, 16°53'14.8"E)

unutar razdoblja 1.6.2007 8:10 – 20.3.2009 01:50. Korak uzorkovanja iznosi 10

minuta. Odabrani vjetroagregat za daljnje proračune jest ENERCON E82 snage

2,000 kW.

Slika 1.1 ENERCON E82 [2]

2

2. VJETROENERGIJA

Vjetroenergija nazivamo onu vrstu energije, koju moţemo pretvoriti iz energije

vjetra u neku drugu, nama korisnu, energiju. Vjetrenjače pretvaraju u mehaničku

energiju, vjetropumpe se koriste za crpljenje vode, te vjetroagregati za proizvodnju

električne energije. 1887-88. Charles F. Brush primjenjuje prvu vjetroturbinu koja

je proizvodila električnu energiju ( 12kW ). U današnje vrijeme, vjetroagregati

skupno dostiţu oko 159.2 GW, dok im je proizvodnja 340 TWh, te konstantno

raste. Unutar razdoblja od tri godine brojke su se udvostručile, najviše zbog

izdašnih drţavnih poticaja i olakšica. Predvode Danska, Španjolska, Portugal, te

Njemačka. Iako je do sada industrija energije vjetra najdinamičnija bila u Europi i

Sjevernoj Americi, nova se trţišta otvaraju u Aziji (Indija i Kina) i Juţnoj Americi

(Brazil).

Slika 2.1 Evolucija veličine vjetroagregata kroz vrijeme [5]

Vjetroenergija kao takva je potencijalna alternativa fosilnim gorivima, jer je

neiscrpna, obnovljiva, sveprisutna i čista. Vrlo je korisna u opskrbi udaljenih

lokacija, ili unutar naseljenih regija kada se energija jednostavno vraća u mreţu, a

elektroprivreda otkupljuje taj višak. Cijena ugradnje vjetroagregata iznosi u

prosijeku 1,300 €/KW, te neočekivano raste zbog prevelike potraţnje, iako se

očekuje pad zbog masovnije proizvodnje snaţnijih agregata.

3

Slika 2.2 Primjer veličine vjetroagregata Enercon E-82 [8]

TakoĎer često nalazimo da je vjetroenergija vrlo nepopularna kada se gleda

vizualni identitet krajolika ili buku koje proizvode vjetroturbine u radu. U studijama

za korištenje energije vjetra, kriterij zaštite okoliša od buke jedan je od vaţnijih koji

se koriste prilikom vrednovanja potencijalnih lokacija za postavljanje

vjetroenergetskih postrojenja. Kako je sve veći interes za postavljanje

vjetroturbina, manjih ili većih nazivnih snaga, pojedinačno ili skupno, potencijalni

investitori prilikom prikupljanja početnih podataka za realizaciju svog projekta

trebaju uzeti u obzir moguć utjecaj buke u radu vjetroenergetskog postrojenja na

okoliš, kako bi na vrijeme izbjegli moguće teškoće. Jedan od glavnih prigovora

zaštitara okoliša na postavljenje vjetroelektrana je šum koji stvaraju vjetroturbine u

radu.

4

Slika 2.3 Odnos jačine onečišćenja vjetroagregata

Pretpostavlja se da trenutačni maksimalni kapacitet Zemljine vjetroenergije koja je

ekonomski isplativa iznosi 72 TW, dok se svjetska potrošnja kreće oko 15 TW.

5

3. VJETROAGREGAT

Vjetroagregate dijelimo na dvije vrste: s horizontalnom osi rotora (HAWT) i s

vertikalnom osi rotora (VAWT) (vrlo rijetko zastupljen agregat).

Slika 3.1 Vrste agregata

HAWT agregati imaju prednost što su njihove lopatice pokretne, te tako turbina

skuplja maksimalnu količinu vjetroenergije za dani trenutak i sezonu. Visoki stup

omogućava veću brzinu vjetra na mjestima s „wind shear“-om. Brzina se tako

moţe povećati za 20% a količina proizvedene energije za 34% za svakih 10

metara elevacije.

Današnji vjetroagregati uglavnom koriste rotore s tri lopatice (dobra efikasnost), no

postoje i dvokraki i jednokraki. Na samoj lopatici agregata se vrši pretvorba dvaju

kinetičkih energija, te tako predstavlja vaţnu kariku unutar sustava. Visoki HAWT

agregati su vrlo teški za transport i postavljanje, te još više ometaju sliku krajolika.

6

Slika 3.2 Tipičan HAWT agregat [5]

Slika 3.3 Transport lopatice vjetroagregata

7

VAWT agregati imaju pogodnost da turbina ne mora biti usmjerena u vjetar kako bi

bila efikasna. Generator i mjenjačka kutija ne moraju biti smješteni na stupu, već

bliţe zemlji, pa je i odrţavanje jednostavnije.

Slika 3.4 VAWT lopatice

Vjetroagregate moţemo podijeliti na još nekoliko skupina ovisno o:

Omjeru brzine najudaljenije točke rotora i brzine vjetra: brzohodne i

sporohodne

Broju lopatica: višelopatične, s nekoliko lopatica, s jednom lopaticom

Veličini zakretnog momenta: visokomomentne i niskomomentne

Načinu pokretanja: samokretne i nesamokretne

Efikasnosti pretvorbe energije vjetra u zakretni moment: nisko i visoko

učinkovite

Načinu okretanja rotora prema brzini vjetra: promjenjive i nepromjenjive

Snazi agregata: vjetrogeneratori za kućanstva i mala gospodarstva i mreţni

agregati (farme)

8

Slika 3.5 Usporedba različitih vjetroturbina [5]

Princip rada je vrlo jednostavan. Vjetar okreće lopatice vjetroagregata koje su

pričvršćene na rotor sa mjenjačkom kutijom. Ona povećava brzinu vrtnje osovine

generatora. Ukoliko je brzina vjetra prevelika, turbina svojom kočnicom ne

dozvoljava preveliku brzinu vrtnje lopatica kako ne bi došlo do oštećenja.

Vjetroagregat radi u dva područja rada. Jedno je do nazivne brzine i drugo do

maksimalne brzine vjetra nakon koje se isključuje. Glavna karakteristika početnog

područja je brzina uključenja (brzina koja je dovoljno velika da se turbina pokrene).

Slika 3.6 Područje rada agregata [3]

9

Unutar prvog područja potrebno je optimirati brzinu vrtnje agregata da bi

generator davao maksimalnu snagu, dok je u drugom području potrebno limitirati

brzinu vrtnje na nazivnu snagu generatora.

Postoje tri osnovna načina upravljanja:

Pasivno upravljanje

Aktivno upravljanje

Kombinacija oba

Pasivno upravljanje je posebno osmišljena tehnika pri dizajniranju lopatice

vjetroturbine i temelji se na pojavi turbulentnih strujanja iza lopatice kada brzina

vjetra dosegne prije odreĎenu vrijednost. Prvo se turbulentno strujanje javlja na

vrhu lopatice, a kasnije na svim ostalim dijelovima. Rezultat toga je zaustavljanje

agregata pri maksimalnoj brzini.

Slika 3.7 Promjena kuta lopatica

Aktivno upravljanje koristi tehniku zakretanja lopatica vjetroturbine duţ njihove osi.

Ukoliko brzina premašuje odreĎenu vrijednost, ona se smanjuje tako da se kut

nastrujavanja vjetra na lopaticu. Takav zahvat se moţe obavljati sve dok se

agregat ne zaustavi.

Ako si predstavimo rotor vjetroturbine kao valjak površine baze A, klasičnom

matematikom dobivamo:

10

Slika 3.8 Fizikalni račun energije i snage [3]

Turbina „uzima“ kinetičku energiju vjetra prije turbine, te ostavlja ostatak koji

prolazi iza turbine. Ako logički razmišljamo korisnost turbine bi iznosila 100%

samo ako bi kinetička energija poslije turbine iznosila nula, tj. zrak bi stajao.

Proračunom se lako dobije, da idealna turbina moţe maksimalno iskoristiti oko

59.3% ukupne energije vjetra. To se naziva Betzov zakon ili Betzov koeficijent

(cp=0.593). Naravno, zbog raznih gubitaka, u praksi taj postotak pada na oko 40%.

Slika 3.9 Primjer idealnog slučaja

11

4. METEOROLOŠKI UVJETI

Kako bi se proizvela veća količina energije, vjetroagregati se grade u grupama na

istoj lokaciji, koje nazivamo vjetroelektranama ili farmama. MeĎusobno, turbine su

uobičajeno povezane 34.5 kV sistemom (ovisno o snazi), kao i komunikacijskim

sistemom. Naknadno ta voltaţa se podiţe kako bi se prispojila na prijenosnu

mreţu. Kao generalno pravilo, vjetrogeneratori su upotrebljivi ukoliko su brzine

vjetra 16 km/h (4.5 m/s) ili više. Idealna lokacija bi trebala imati konstantni protok

ne-turbulentnog vjetra kroz godinu, sa minimalnom vjerojatnošću za iznenadno

povećanje brzine vjetra. Meteorološki podaci o vjetru nisu dostatni za precizno

odreĎivanje lokacije nekog većeg projekta. Cjelokupni skup podataka brzine i

smjera vjetra za odreĎenu lokaciju je krucijalan za odreĎivanje stvarnog

potencijala neke lokacije. Takvi lokalni vjetrovi prate se preko godinu dana prije

same instalacije generatora. Nakon takvog dugog perioda mjerenja i samog

proračuna finalizira se mjesto vjetroelektrane najpogodnije za proizvodnju. Brzina i

frekvencija vjetra su vrlo bitni faktori u odabiru.

Meteorološki tornjevi su opremljeni s anemometrima, vjetruljama, termometrima,

barometrima, higrometrima. Često je slučaj da su podaci na lokaciji samo dostupni

za vrlo kratki period, te se podaci skupljaju iz obliţnjih stanica ili zračnih luka.

Takav skup podataka povećava točnost procjene, te daje prosječnu vrijednost

brzine vjetra za veći vremenski period. Velika paţnja mora se posvetiti samom

poloţaju turbine, jer već razlika od 30 m moţe udvostručiti proizvodnju energije.

Veliki problem na prostoru Hrvatske je što vjetar ne postiţe idealne brzine, već je

preslab ili prejak, te vrlo neredovit.

12

Slika 4.1 AWSERCRO meteorološka stanica [1]

13

Slika 4.2 Anemometar i vjetrulja

Sljedeće kalkulacije su potrebne ako se ţeli dobiti točna procjena lokacije:

Korelacija izmeĎu meteoroloških tornjeva na lokaciji: nekoliko

meteoroloških tornjeva uobičajeno je instalirano na lokaciji farme. Postoji

mogućnost nestanka dijela podataka na jednom tornju, no uz pomoć

podataka drugog tornja se statističkim metodama nadopunjavaju podaci.

Takve korelacije su točnije ukoliko su tornjevi bliţi (nekoliko km) i posjeduju

jednake senzore

Korelacija izmeĎu meteoroloških tornjeva na lokaciji i većih meteoroloških

stanica: kako je vjetar izrazito varijabilan unutar perioda manjeg od 5

godina, potrebno je prilagoditi podatke podacima s duţim vremenskim

slijedom

Vertikalno ekstrapolirati brzinu vjetra na visinu buduće turbine: prosječna

visina modernih vjetroagregata iznosi 80m, no meteorološki tornjevi su

visoki oko 60m. Za ekstrapoliranje podataka koriste se logaritamski profili

Tok vjetra kroz lokaciju: brzine vjetra se mogu znatno razlikovati an

području jedne lokacije ako je teren brdovit ili sa većim razlikama u podlozi

Produkcija energije koristeći proizvoĎačevu krivulju snage

Aplikacija energetskih gubitaka: korektiranje produkcije energije zbog

različitih gubitnih faktora (kvarovi u el. mreţi, dostupnost turbine, prljavština

na lopaticama, gašenja zbog jakog vjetra i temperature)

14

Slika 4.3 Općeniti primjer varijabilnosti brzine vjetra

Nepredvidljivost i varijabilnost vjetroenergije takoĎer predstavlja veliki problem u

proizvodnji električne energije. Sam proizvod se mora prihvatiti kakav jest, tj. u bilo

kojem trenutku. Takav način rada je potpuna suprotnost od konstantnih izvora

energije kao hidroelektrana koje koristimo po našim potrebama. Iznos dobivene

električne energije vjetroagregata varira značajno u vrlo kratkom vremenskom

razdoblju. Deset ili više široko rasprostranjenih farmi pouzdano proizvode (baza)

od 33 do 47% njihovog prosječnog proizvoda(15-20% nominalnog kapaciteta).

Proizvodnja vjetra uvelike ovisi o temperaturi zraka, jer je hladniji zrak gušći i zato

efikasniji pri proizvodnji. Mogu se prepoznati cikličke promjene za svaku sezonu

(zima daje bolje rezultate), dok same godišnje razlike nisu u potpunosti izraţene.

Brzina i smjer vjetra u nekoj prostornoj točki odreĎeni su:

Djelovanjem općih baričkih sustava (generator globalne cirkulacije)

Lokalnim utjecajima (trenje, orografija i transfer topline tlo/zrak)

PredviĎanje dostupnosti snage vjetra odnosi se kao procjena produkcije jedne ili

više turbina u bliskoj budućnosti kao odnos moguće i nominalne snage. Moguće je

15

predviĎati i energiju integrirajući snagu preko svakog vremenskog intervala.

PredviĎanje stanja vjetra moţe sadrţavati različite vremenske intervale:

Nekoliko milisekundi-nekoliko minuta, za aktivnu kontrolu turbine (vrlo

kratko razdoblje)

48-72 sata, za upravljanje energetskom mreţom (krivulja potrošnje) i

moguće uključivanje drugih konvencionalnih proizvoĎača u mreţu

5-7 dana, za planiranje odrţavanja farmi ili vodova

Unutar energetske mreţe u svakom trenutku mora postojati ravnoteţa izmeĎu

potrošnje i proizvodnje. Budući da proizvodnja energije vjetroagregata direktno

ovisi o brzini vjetra, ona nije lako predvidiva i zahtjeva veliku količinu paţnje.

Nakon prikupljanja meteoroloških podataka, te njihove potpune obrade, ulazimo u

postupak pretvorbe tih informacija u proizvedenu energiju pomoću krivulje snage.

Takve napredne metode, su podijeljene u dvije skupine.

Prva se skupina,kao fizikalni pristup, fokusira na izračun toka vjetra unutar i

izvan farme i upotrebu proizvoĎačeve krivulje snage za procjenu

proizvodnje.

Druga se skupina, kao statistički pristup, koncentrira na izračun odnosa

izmeĎu meteoroloških procjena i proizvodne snage kroz statističke modele

čiji se parametri moraju procjenjivati iz podataka, bez naslanjanja na

fizikalne elemente.

U takvim procjenama uvelike pomaţu računalni programi, najčešće upotrebljavani

od meteoroloških postaja. Specifični su za svako podneblje ili drţavu, te ovisno o

izvedbi vrlo komplicirani. Ni tako razvijeni programi nisu jamac sigurnom

predviĎanju podataka, te često dolazi do odstupanja.

Pri pretvorbi brzine vjetra u snagu, uobičajeno se koristi teoretska krivulja snage.

Kroz zadnjih par godina, pokazalo se da bolje rezultate daje korištenje empirijski

dobivenih krivulja snage umjesto teoretskih. Weibullova razdioba vrlo blisko prati

stvarnu distribuciju brzine vjetra na nekoj lokaciji.

16

Slika 4.4 Weibullova razdioba [4]

Ukoliko je k parametar jednak 1, dobivamo eksponencijalnu distribuciju, a ukoliko

je 2 Rayleighovu distribuciju. Često ćemo u praksi koristiti Rayleighovu razdioba,

kao manje precizan, jednostavniji model računanja.

Slika 4.5 Grafički prikaz Weibullove razdiobe s različitim parametrima [4]

Weibullova razdioba se koristi i u industrijskom inţenjerstvu te moţe dati

distribuciju kvarova (učestalost kvarova je u omjeru s vremenom).

K<1, broj kvarova pada s vremenom (svi kvarovi se dogaĎaju na početku

procesa, kasnije ih je sve manje)

K=1, broj kvarova je konstantan u vremenu

K>1, broj kvarova se povećava s vremenom (kvarovi se dogaĎaju

starenjem i trošenjem)

17

„Wind shear“ ili gradijent vjetra, je razlika u brzini i smjeru vjetra izmeĎu malih

udaljenosti u atmosferi. Predstavlja meteorološki fenomen i manifestira se za

nevremena, na hladnim frontama, pokraj planina, zgrada, vjetroagregata.

Slika 4.6 „Wind shear“ [3]

Moţemo ga podijeliti na horizontalni i vertikalni. Primjer nalazimo na planini, poslije

vrha, na drugoj strani, gdje njegova vertikalna komponenta iznimno utječe na

zrakoplove. Radi probleme pri uzlijetanju i slijetanju zrakoplova, budući da utječe

na upravljanje, jedan je od glavnih razloga velikih zrakoplovnih nesreća. Takvo

turbulentno gibanje zraka je uzrokovano meĎusobnim djelovanjem zračnih slojeva

različitih brzina; brţi sloj utječe na sporiji i obrnuto (turbulentno trenje). Pri

projektiranju vjetroturbine, treba posebnu paţnju posvetiti „wind shear“-u.

Vertikalni profil brzine vjetra pokazuje razliku brzina vjetra na lopaticama bliţe

zemlji u usporedbi s lopaticama na vrhu putanje, te to utječe na ispravni rad

generatora. Takva već i mala razlika stvara veliki torzioni moment na turbinu s npr.

2 lopatice kada su lopatice vertikalne.

18

Slika 4.7 Različita brzina vjetra prikazana dimnim testom

Krivulje snage vjetroagregata su osjetljive na razinu turbulencije odreĎene lokacije.

Povećanje intenziteta turbulencije povećava snagu stroja u nekim područjima

krivulje, a u nekim smanjiti. Takvi procesi su temeljem brojnih istraţivanja i

znanstvenih radova. ProizvoĎači vjetroagregata u svojim specifikacijama navode

intenzitete turbulencije. Neki proizvoĎači se ne koriste mjernim podacima, već

računaju krivulju snage. To rade na temelju nekoliko različitih mjerenih krivulja, te

podatka prosječne turbulencije 12%, gustoće zraka 1.225 kg/m3. Koriste

korekcijske faktore kojim korigiraju krivulju i dobivaju točniji rezultat. Na korekcijski

faktor utječe intenzitet turbulencije i srednja brzina vjetra.

19

Slika 4.8 Upadni kutevi vjetra [3]

Zbog prilagoĎavanja obliku terena dolazi do različitih upadnih kuteva prema

lopaticama. Ti kutevi utječu na ispravni rad agregata. Mjernim metodama se

ustanovilo da se upadni kut uzima kao četvrtina nagiba lokacije agregata. Ako se

kut upada promijeni za desetak stupnjeva, dolazi do pomaka u proizvodnji energije

od 5 %. Kao primjer moţe se navesti farma koja se nalazi u području nagiba od 20

stupnjeva. U slučaju realne raspodjele vjetra promjena krivulje snage iznosi 0.6%,

dok u realnom slučaju radi nejednolike raspodjele vjetra taj faktor iznosi izmeĎu 2

do 3 %.

Vertikalni profil vjetra računamo po tzv. „power law“. To je odnos brzine vjetra

meĎu različitim visinama. Profil vjetra bliţeg atmosferskog sloja ( do 2000m ) je

generalno logaritamske prirode.

a

rr z

z

u

u

Slika 4.9 Odnos vertikalnog profila vjetra

Oznaka u je brzina vjetra ( u m/s ), a z visina ( u m ), dok indeks r označuje

referentnu brzinu i visinu. Eksponent a je empirijski dobiven koeficijent koji varira

ovisno o stabilnosti atmosfere. Za neutralne uvjete on iznosi 1/7 ili 0.143.

20

Slika 4.10 Odnos visine agregata i moguće snage vjetra [5]

21

5. ANALIZA PODATAKA

Podatke uzimamo iz projekta Procjene potencijalne energije vjetra i Sunčeve

energije u Hrvatskoj pilot regiji (AWSERCRO), sa lokacije Voštane (istočni predio

Dinare, 1070m, 43°39'59.0"N, 16°53'14.8"E) unutar razdoblja 1.6.2007 8:10 –

20.3.2009 01:50. Korak uzorkovanja iznosi 10 minuta.

Slika 5.1 Opći podaci o odabranoj lokaciji i izračunati podaci kvalitete zadane lokacije

Program korišten za izračun podataka je Windographer Version 2.0, te se koristi

za bolju vizualizaciju setova podataka sa neke lokacije.

„Roughness length“ ili visina iznad zemlje gdje je brzina vjetra teoretski nula. Naša

iznosi 0.00108m što spada u klasu 0.337. To je izniman rezultat i iznosi vrijednost

sličnu karakteristikama valovite pučine mora.

Gustoća snage vjetra na 50m je standardni način usporedbe, te na našoj lokaciji

iznosi 910W/m2, što spada u najveću klasu snage (sedmu).

22

Slika 5.2 Širi pregled područja lokacije

Slika 5.3 Detaljniji pregled lokacije

23

Slika 5.4 Izračunati dnevni profil brzine vjetra po različitim senzorima

Slika 5.5 Izračunati sezonski profil brzine vjetra po različitim senzorima

24

Slika 5.6 Raspodjela temperature po pojedinom mjesecu

Slika 5.7 Srednja brzina i frekvencija vjetra

Slika 5.8 Weibull distribucija izabrane lokacije

25

Slika 5.9 Vjerojatnosna distribucija po mjesecima

Slika 5.10 Sezonska raspodjela „wind shear“-a

26

Slika 5.11 Vertikalna raspodjela „wind shear“-a

Slika 5.12 Dnevna raspodjela „wind shear“-a

Osim brzine vjetra koja varira, primjećujemo i „directional shear“, tj. razlika smjera vjetra na različitim visinama. To nam pokazuje vjerojatnosna distribucija vjetrulja na različitim visinama.

Slika 5.13 „Directional shear“

27

Slika 5.14 Vjerojatnosna distribucija smjera vjetra na 10m

Slika 5.15 Vjerojatnosna distribucija smjera vjetra na 44m

28

Slika 5.16 Statistička analiza danih podataka izabrane lokacije

Odabrani vjetroagregat za daljnje proračune jest ENERCON E82 snage 2,000 kW.

Slika 5.17 Krivulja snage proizvođača odabranog agregata

29

ProizvoĎačeve tehničke karakteristike, navedene u letku:

Snaga agregata: 2000 kW

Promjer rotora: 82 m

Visina stupa: 70-138 m

Wind class (IEC): IEC/NVN II

Koncept turbine: Varijabilna brzina i kontrola nagiba lopatica

Tip rotora: Upwind rotor sa kontrolom nagiba lopatica

Smjer rotacije: Smjer kazaljke na satu

Broj lopatica: 3

Površina zahvata: 5,281 m2

Materijal lopatica: Fiberglas, sa integriranom zaštitom od udara groma

Rotacijska brzina: 6 – 19,5 okretaja u minuti

Kontrola lopatica: ENERCON pitch sustav sa alociranom podrškom za hitne

slučajeve

Generator: Enercon sinkroni

Stup: IzgraĎen od čelika ili armiranog betona

Podrška za mreţu: ENERCON konverter

Kočnice: Tri odvojena sustava kočenja sa napajanjem u slučaju ispada

Max. radna brzina vjetra: 28 - 34 m/s

Daljinski monitoring: ENERCON scada

30

Slika 5.18 Podaci razvrstani prema anemometrima

Pri mjerenju podataka na lokaciji vjerojatno je došlo do kvara na 30m

anemometrima. Vrijednosti koje su spremljene su vrlo vjerojatno pogrešne, jer se

vrijednost zadrţala oko 0.1. Moguća pogreška je trajala od 25.6.08 do 1.10.08.

Sama raspodjela snage agregata kretala se na taj način, da je većinu vremena

agregat proizvodio nazivnu snagu te bio u stanju mirovanja. Dolje vidimo

vjerojatnosnu raspodjelu po mjesecima.

Slika 5.19 Snaga agregata po mjesecima (distribucija)

31

Izračun je, kao primjer, vršen s 17,7% gubitaka (faktor gubitaka). Postotak gubitka

zbog namjernog gašenja agregata radi odrţavanja čini 6%. Tipično se gubici kreću

od 5 do 20 %, što zbog iznenadnih kvarova, dodatnih adaptiranja sistema, manjih

zaustavljanja, smanjenja brzine, procesnih defekata i daljnjih defekata u radu. Njih

nazivamo šest velikih faktora gubitaka.

Slika 5.20 Izračun proizvodnje na 78m (visina turbine)

Slika 5.21 Izračun proizvodnje na 138m (visina turbine)

Ovdje vidimo samo prikaz mjesečnih prosjeka iz izračuna, no konačna brojka izlazi

iz cjelovitih podataka za našu lokaciju.

32

Ukoliko se radi proračun gdje smanjujemo vjerojatnost pojavljivanja vjetra za 10% i

ujedno gdje je krivulja snage 5% lošija dobivamo niţe prikazane podatke.

Izračun je vršen programom Homer, koji se inače koristi za energetsku, kao i

ekonomsku simulaciju vrlo velikog i različitog broja energetskih postrojenja.

Slika 5.22 Izračun smanjene proizvodnje na 78m (visina turbine)

1. 2.

Visina turbine 78m 78m

Vjerojatnost pojavljivanja vjetra 100% 90%

Krivulja snage 100% 95%

Ukupna proizvodnja 5,161,423 kWh/god 4,236,984 kWh/god

Tablica 5.1 Tablica usporedbe proizvodnje ovisno o ulazima

Moţemo uočiti da u drugom slučaju očekivano dobivamo slabiji rezultat. Pad

proizvodnje u odnosu na prošli slučaj iznosi 18%; tj. 82% prijašnje godišnje

proizvodnje.

33

Slika 5.23 Smanjena snaga agregata po mjesecima

Slika 5.24 Smanjena snaga agregata po mjesecima

34

Slika 5.25 Distribucija snage agregata

35

6. ZAKLJUČAK

Promatranjem i analiziranjem meteoroloških podataka na lokaciji Voštane u

razdoblju od 22 mjeseca procjenjujemo vjerojatnu proizvodnju električne energije.

Vjetar kao prekidni izvor energije stvara probleme u predviĎanu proizvodnje. Pri

tome se misli na turbulentnost tj. iznenadno povećanje brzine vjetra ili smjera.

Velike varijacije već nastupaju i pri malim pomacima u visini agregata, ali i u

poziciji, ovisno o karakteristikama terena. U praksi ne postoji idealna lokacija.

Cjelokupni skup podataka brzine i smjera vjetra, kao i ostalih podataka, krucijalan

je za odreĎivanje stvarnog potencijala neke lokacije. Zbog toga se kod planiranja

izgradnje moraju uzeti u obzir podaci za dulje vremensko razdoblje kako bi dobili

točniju mikrosliku meteorološkog sustava, pa tako i moguće proizvodnje.

Minimalno razdoblje jest godinu dana, zbog cikličkog ponavljanja stanja. Moguće

je i naknadno mjerenje točnih električkih parametara sustava, kako bi se provjerile

prethodne tvrdnje, te povećala vjerojatnost točnosti predviĎanja. Koristimo

takozvani fizikalni pristup koji koristi proizvoĎačevu krivulju snage za procjenu

proizvodnje. Naša izabrana lokacija Voštane pokazuje iznimne karakteristike, te

gotovo spada u najbolje klase kvalitete vjetra. Pri izračunu lošijih ulaza u sistem,

dobivaju se korisne smjernice buduće planirane proizvodnje. Najjednostavnija

takva smjernica jest veza izmeĎu postotka lošijih ulaza i postotka najvaţnijeg

elementa konačne proizvodnje. No poradi moguće pogreške treba pribaviti novije

podatke i upotpuniti dosadašnje, jer što je veći period praćenja to će nam krajnji

rezultat biti točniji.

36

7. LITERATURA

1. AWSERCRO mjerenja, s interneta, http://eihp.hr/awsercro/awsecp2.htm

2. ProizvoĎačev letak, ENERCON E82, s interneta,

http://www.ledsjovind.se/entorp/ENERCON_Product_Overview_Eng_E82.pdf

3. Romac, Luka: Vjetar i vjetroagregat, Zagreb, travanj 2009.

4. The Weibull distribution, s interneta,

http://www.weibull.com/LifeDataWeb/the_weibull_distribution.htm

5. Danish wind industry association, Guided Tour on wind energy, s interneta,

http://www.talentfactory.dk/en/tour.htm

6. Douglas Vaught, P.E., V3 Energy, LLC, Eagle River, AK, New Stuyahok,

Alaska Wind Resource Report, s interneta,

http://apps1.eere.energy.gov/tribalenergy/pdfs/bbnc03final2newstuyahok.pdf

7. Cambridge Numerical Control, Data Sheet for the SIX Big Losses, s

interneta,

http://www.dnc-max.co.uk/Brochures/Data_Sheet_for_Six_Big_Losses.pdf

8. Wittislinger Bürgerinitiative, s interneta, http://www.trimmpfadwald.de/

37

8. NASLOV, SAŽETAK I KLJUČNE RIJEČI

Naslov:

ANALIZA OSJETLJIVOSTI PROCIJENJENE PROIZVODNJE ELEKTRIČNE

ENERGIJE NA NEODREĐENOSTI BRZINE VJETRA I KRIVULJE SNAGE

Sažetak:

U ovom radu je vršen prikaz i analiza različitih faktora koji utječu na rad

vjetroagregata, te naravno i na njegov konačni proizvod, električnu energiju. Vjetar

kao prekidan izvor energije predstavlja veliki problem u proizvodnji električne

energije. Zato je mjerenje cjelokupnog skupa podataka brzine i smjera vjetra za

odreĎenu lokaciju krucijalan za odreĎivanje stvarnog potencijala neke lokacije.

Posebna pozornost je obraćena na rad nekih funkcionalnih dijelova agregata i na

meteorološke uvjete koji utječu na agregat. Vršen je uvid u neke matematičke

modele koji se koriste u obradi podataka, kao i sam izračun i analiza proizvodnje

na odreĎenoj lokaciji.

Ključne riječi:

Vjetroagregat, vjetar, brzina vjetra, krivulja snage, predviĎanje proizvodnje

38

9. TITLE, ABSTRACT AND KEYWORDS

Title:

SENSITIVITY ANALYSIS OF THE ESTIMATED PRODUCTION OF

ELECTRICITY ON THE UNCERTAINTY OF WIND SPEED AND POWER CURVE

Abstract:

In this paper the goal was to review and analyze the various factors affecting the

operation of wind turbines, of course, and its final product, electricity. Wind as a

intermittent source of energy is a major problem in the production of electricity.

Therefore, the measurement of the entire set of data, of speed and wind direction

for a particular location, is crucial for determining the real potential of some sites.

Special attention was paid to the work of some functional parts of the aggregates

and the meteorological conditions that affect the aggregate. Mathematical models

were used in data processing, calculation and analysis of production at a particular

location.

Keywords:

Wind turbine, wind, wind speed, power curve, predicting output