Energija

energija

eko

no

mija

e

kolo

gija

List Save

za e

nerg

eti~a

raBro

j 2 / G

odina X

III / Mart 2

011.

UDC 6

20.9

ISSN b

r. 0

354-8651

Zlatibor, 23.03. – 25.03.2011.

Međunarodno savetovanje

u organizaciji Saveza energetičara

pod pokroviteljstvom

Ministarstva infrastrukture i energetike,Ministarstva prosvete i nauke,

Ministarstva životne sredine, rudarstva i prostornog planiranja, Ministarstva ekonomije i regionalnog razvoja, PKS, JP EPS, NIS a.d. Novi Sad, JP EMS,

JP Srbijagas

ZLATNI SPONZOR HITACHI Power Europe GmbH

SREBRNI SPONZOR

BRONZANI SPONZORINSTITUT “Mihajlo Pupin - Automatika”

DONATORELEKTROISTOK d.o.o.

FAAS d.o.o.Montinvest a.d.

SPONZOR SVEČANOG OTVARANJA I TRADICIONALNE VEČERE

Gruppo Zilio S.p.A

SPONZOR SVEČANOG OTVARANJA I KOKTELA DOBRODOŠLICE

Konzorcijum za konsalting i inženjering u energetici

SAVETOVANJE SU POMOGLIMinistarstvo infrastrukture i energetike

Ministarstvo prosvete i nauke Ministarstvo životne sredine, rudarstva i prostornog planiranja

TE „Nikola Tesla“ d.o.o.; HE „Đerdap“ d.o.o.Elektrovojvodina d.o.o.; EDB d.o.o.

RB “Kolubara” d.o.o.; TE KO Kostolac d.o.o.Renewable Energy Ventures d.o.o.

Termo plus d.o.o.

energijaekonomijaekologijaEN

ERG

ETIK

A 20

11

ENERGOPROJEKTPRO TENT d.o.o.

Rudnap Group - Minel KotlogradnjaE-Smart Systems d.o.o

Energija/Ekonomija/Ekologija

Broj 2, mart 2011.

Osniva~ i izdava~Savez energeti~ara

Predsednik SEProf. dr Nikola Rajakovi}

Sekretar SENada Negovanovi}

Glavni i odgovorni urednik Prof. dr Nenad \aji}

Adresa RedakcijeSavez energeti~ara11000 Beograd Knez Mihailova 33tel. 011/2183-315 faks 011/2639-368

E-mail:[email protected]

Kompjuterski prelom EKOMARKDragoslav Je{i}

[tampa„Akademska izdanja“, Beograd

Godi{nja pretplata - 8.000,00 dinara- za inostranstvo 16.000,00

dinara

Teku}i ra~un SE broj 355-1006850-61

Radovi su {tampani u izvornom obliku uz neophodnu tehni~ku obradu.Nijedan deo ove publikacije ne moè biti reprodukovan, presnimavan ili preno{en bez prethodne saglasnosti Izdava~a.

IZDAVA^KI SAVET

Milutin Mrkonji}, ministar za infrastrukturu i energetiku

Oliver Duli}, ministar ìvotne sredine, rudarstva i prostornog planiranja

@arko Obradovi}, ministar prosvete i nauke

Neboj{a ]iri}, ministar ekonomije i regionalnog razvoja

Prof.dr Milo{ Nedeljkovi}, dràvni sekretar

Prof.dr Ivica Radovi}, dràvni sekretar

Du{an Mraki}, dràvni sekretarDr Kiril Krav~enko,

gen.dir. NIS a.d.Dragomir Markovi},

gen.dir. JP EPSMilo{ Bugarin, predsednik PKSJakovljev Vadim Vladislavovi~,

predsednik UO NIS a.d.Aca Markovi}, predsednik

UO JP EPSLjubo Ma}i}, direktor Agencije

za energetiku SrbijeDr Milo{ Milankovi}, gen.dir.

JP Elektromreà SrbijeDu{an Bajatovi}, gen.dir.

JP SrbijagasSr|an Mihajlovi}, gen.dir.

JP TransnaftaGoran Boji}, gen.dir. JP PEUDr Tomislav Simovi}, gen.dir.

Montinvest ADVlada Milovanovi}, gen.dir.

EnergoprojektaZoran Predi}, gen.dir. JKP

Beogradske elektrane;Dr Bratislav êperkovi},

predsednik UO JP Transnafta;Stevan Mili}evi}, direktor

EDB d.o.o.Petar Kneèvi}, direktor

TENT, d.o.o.Dragan Stankovi}, direktor HE „\erdap“, d.o.o.Mijodrag îtakovi}, direktor

Drinsko-Limske HE d.o.o.Dragan Jovanovi}, direktor

TE-KO KostolacPredrag Radanovi}, iz. direktor

NIS NaftagasIsidor Popadi}, iz. direktor

NIS PetrolSlobodan Mihajlovi}, direktor

Elektrosrbija, d.o.o.Neboj{a ]eran, direktor

RB Kolubara d.o.o.Tihomir Simi}, direktor

Elektrovojvodina, d.o.o.Milo{ Saramandi}, direktor

Panonske TE-TO d.o.o.Vladimir Jeli}, direktor

JKP Novosadska toplanaDragoljub Zdravkovi}, direktor

Jugoistok, d.o.o.Boban Milanovi}, direktor

ED Centar, d.o.o.Dr Svetislav Bulatovi}, direktor

EFT GroupDr Nenad Popovi},

ABS HoldingMilorad Markovi}, predsednik

HK MinelDr Dragan Kova~evi}, gen.dir.

EI Nikola TeslaDr Vladan Batanovi}, gen.dir.

Institut „Mihajlo Pupin“

Dr Zlatko Rako~evi}, gen.dir. Instituta „Vin~a“

Pof.dr Miodrag Popovi}, dekan ETF Beograd;

Slobodan Babi}, Rudnap Group

Prof.dr Milo{ Gvozdenac, Tehni~ki Fakultet Novi Sad

Prof.dr Milun Babi}, Ma{inski fakultet u Kragujevcu

Dr Vladimir @ivanovi}, SE

REDAKCIONI ODBOR

Slobodan Petrovi}, sekretar Odbora za energetiku PKS

Prof. dr Ozren Oci}Prof.dr Petar \uki}, TMFDragan Nedeljkovi}, novinarDr Vojislav Vuleti}, gen.sek.

Udruènje za gasRadi{a Kosti}, direktor

Elektroistok izgradnjaSavo Mitrovi}, direktor

Sever SuboticaDr Branislava Lepoti}, dir.

JP TransnaftaMom~ilo Cebalovi}, dir.za

odnose s javno{}u EPSDr Du{an Unkovi}, NIS a.d.Jelica Putnikovi}, novinarMiroslav Sofroni},

TENT d.o.o.Mile Danilovi}, dir.

Termoelektro EnelProf.dr Vojin ôkorilo, RGFKrstaji} Sekula, novinarRoman Muli}, SERade Borojevi},

Privredna komora BeogradaNikola Petrovi}, dir.

ENERGETIKA d.o.o.ener

gija

eko

no

mija

ek

olo

gija

ener

gija

eko

no

mija

ek

olo

gija

ENERGETIKA 2011ORGANIZACIONO – PROGRAMSKI ODBOR

Predsednik: Prof.dr Milun Babić, Mašinski fakultet u Kragujevcu Sekretar: Nada Negovanović, sekretar Saveza energetičara

Članovi:

Prof.dr Miloš Nedeljković, državni sekretarDr Milan Janković, predsednik PKBProf.dr Adriana Sida Manea, Politehnica-Universitety of Temisoara,

RomaniaProf.dr Dečan Ivanović, Mašinski fakultet PodgoricaProf.dr Rade Biočanin, Univeritet Banja LukaProf.dr Esad Jakupović, Univerzitet APERION Banja LukaProf.dr Zdravko N.Milovanović, Mašinski fakultet Banja LukaMr Martin Ćalasan, Elektrotehnički fakultet PodgoricaProf.dr Valentino Stojkovski, Mašinski fakultet SkopjeDenis Maksyutov JSC COTES RUSIJAProf.dr Jeroslav Živanić, dekan Tehničkog fakulteta u ČačkuProf.dr Miroslav Babić, dekan Mašinskog fakulteta u KragujevcuDr Bratislav Čeperković, iz.direktor JP EPSProf.dr Slobodan Vukosavić, Elektrotehnički fakultet BeogradProf.dr Miodrag Brkić, FTN Novi SadProf.dr Željko Despotović, Institut Mihajlo Pupin BeogradDr Miodrag Arsić, Institut za ispitivanje materijala IMS BeogradLjubo Maćić, Predsednik Agencije za energetiku SrbijeProf.dr Ozren Ocić, EU Fakultet za inženjerski internacionalni

menadžmentSlavko Pećanac, zam.gen.direktora NIS a.d.Dr Milenko Jevtić, Institut Jaroslav Černi BeogradDr Tomislav Simović, gen.direktor Montinvest ADRadiša Kostić, gen.direktor Elektroistok d.o.o. BeogradĐorđi Biljanovski, zam.gen.direktora TENT d.o.o. ObrenovacMr Slobodan Tomović, pom.gen.dir. JP Srbijagas Dr Vladana Rajaković, Građevinski fakultet BeogradDr Miodrag Mesarović, Savez energetičaraProf.dr Vladimir Živanović, Savez energetičara

Sadràj[007] D. Vukotić, B. Todorović, N. Savić

Energetski pokazatelji konzumnog područja PD EDB u periodu 2001 – 2010.

[016] P. Tasić, S. MeđoOpis stanja mreže 110 kV usled uklapanja novog voda 110 kV Beograd 1 – Beograd 28 i popravke kvara na drugom kraju petlje koja napaja centar Beograda

[020] M. Vujičić, Z. RadonjićTehnički i komercijalni gubici električne energije

[024] S. M. StojkovićAnaliza prelaznih procesa u distributivnoj mreži sa priključenom malom elektranom

[032] S. Vukosavić, Ž. Despotović, N. PopovUniverzalni elektronski merni modul za merenje struje i napona elektrostatičkih izdvajača

[036] M. Nikolić, M. BoškovićIntegracija informacionih podsistema sistema daljinskog upravljanja EDB Beograd – integracione tehnologije

[042] Z. Nikolić, D. Nikolić, V. M. ŠiljkutOstrvsko napajanje manastira Hilandara korišćenjem dizel agregata i fotonaponskih panela

[048] S. Damnjanović, N. StevanovićPrelazne pojave kod eksperimentalnih kvarova

[053] B. P. Brnjada, M. M. OstojićDinamički rad statorskim fluksom vođene asinhrone mašine sa namotanim rotorom

[059] J. Mandić-Lukić, N. SimićPLC komunikaciona mreža kao osnova inteligentnog elektrodistributivnog sistema

[065] N. Popov, D. Mihić, S. N. VukosavićProcena temperature rotora velikih asinhronih motora na osnovu merenja statorskih struja i napona

[069] D. Mihić, N. Popov, M. Terzić, S. N. VukosavićOptimizacija rada sinhronih generatora u nekonvencionalnim izvorima

ener

gija

eko

no

mija

ek

olo

gija

ener

gija

eko

no

mija

ek

olo

gija

[073] M. Arsić, Z. Odanović, M. Mladenović, Z. Savić, N. Milovanović, Ž. ŠarkoćevićKompleksnost izrade projekta revitalizacije turbinske i hidromehaničke opreme hidroelektrana

[079] T. Manojlović, M. BulatovićReinženjering hidromašinske opreme u HE“Perućica“

[085] D. Babunski, E. Zaev, A. TuneskiDesign of Robust control law for Hydroturbine and SCADA simulation

[090] V. Stojkovski, Z. Kostić, A. NošpalCFD analiza strujnog prostora u odnosu na kavitaciski režim rada kod Howell Bunger ventila sa ugrađenim deflektorom

[094] I. Stojković, N. Cvjetićanin, S. MentusVodene litijum-jonske baterije sa anodnim materijalima na bazi oksida vanadijuma i katodom od LiMn2O

[097] M. Ćalasan, M. OstojićSimulacija izbacivanja blok prekidača generatora u HE “Perućica”

[103] B. ĆurčićGasna kriza kao upozorenje i mere za povećanje digurnosti snabdevanja

[106] V. Ivanović, D. Ivanović, V. PajkovićTrigeneracija sa deponijskim gasom

[109] O. Ocic, I. NikolićWaste Plastics in Oil Derivatives Conversion

[116] D. Ivanović, V. Ivanović, B. ĆipranićAnaliza pada pritiska i temperature pri neizotermnom strujanju nafte u neizolovanim hidraulički glatkim naftovodima pri različitim temperaturama okoline

[126] M. Brkić, Ð. Dragojević, D. Živković, M. ŽivanovJedno rešenje za realizaciju sonde za merenje temperature i provodnosti fluida u karotažnim bušotinama

[129] N. Jovičić, G. Bošković, M. Milašinović, G. VujićPodizanje energetske efikasnosti procesa sakupljanja komunalnog otpada

[135] S. Ćurčić, S. Milunović, S. DragićevićSkladištenje i korišćenje biomasa od komunalnih sistema u energetske svrhe

[140] R. Gligorijevic, J. Jevtic, Ð BorakDependence of the Diesel Exhaust Emissions on Biodiesel Fuel Properties

[143] S. Dokić, T. Štula VukušićEkološki aspekti primene prirodnog gasa kao energenta

[147] M. M. Kuraica, B. M. Obradović, G. B. SretenovićKoja je bolja tehnologija za odsumporavanje dimnog gasa – ona koja proizvodi gips ili veštačko đubrivo?

[151] R. Biočanin, M. Badić, A. IsovićEkspertsko ocenjivanje projekata i programa razvoja u sistemu eko-bezbednosti

[160] B. Leković, V. Karović Maričić, D. DanilovićKorišćenje alternativnih goriva u cilju smanjenja emisije CO2

ener

gija

eko

no

mija

ek

olo

gija

[165] M. M. NinkovićRenesansa nuklearne energije i zaštita od zračenja

[174] V. Šušteršič, N. Janković, M. Babić, D. GordićProjektovanje grejanja plastenika korišćenjem toplotne pumpe

[178] R. Vujadinović, U. Karadžić, Lj. BoškovićObnovljivi izvori energije kao alternativa dizel agregatima u telekomunikacionim kompanijama

[184] A. Sida Manea, E. Dobanda, D. Catalin StroitaWind turbine for individual sites

[188] S. Subotić, D. Popović-Milovanović, B. Ðukić, D. BalkoskiIntegracija vetrogeneratora u prenosni sistem

[194] Ð. Romanić, I. JovičićUticaj dugoročnih promena brzine vetra na proizvodnju električne energije iz vetroelektrana

[200] M. Ćalasan, V. VujičićOptimizacija omskog opterećenja elektrostatičkog V-C generatora

[206] R. Ðurin Mančić, M. Kostić, N. KostićEnergetska konstanta solarne energije u urbanim blokovima (U kontekstu šestog ekoman zakona)

[208] M. Regodić, V. TadićPrimena satelitskih snimanja pri praćenju atmosferskih pojava

[212] D. KovačEfikasnost parnog kotla loženog teškim tečnim gorivom

[222] T. Simović, M. Gvozdenović, B. Jugović, T. TrišovićSistem za održavanje optimalne koncentracije inhibitora i PH u rashladnim sistemima

[226] M. Banjac, U. Dekić Analiza rada vodenog skladišta sunčeve energije kao sezonskog toplotnog rezervoara toplotne pumpe

[232] Z. Bajić, D. Stublinčević, D. Popović, M. BajićPepeo termoelektrana postaje sekundarna sirovina

[237] J. Kon, M. CrnčevićOrganizacione i projektno-tehničke novine sistema osmatranja i obaveštavanja

[242] Z. Stojanović, I. Gajić, M. Jovanović, M. MilićMogućnosti ušteda energije i vremena startovanja blokova TENT B (2x620MWe)

[245] S. Cicović, P. ŠekeljićImovinsko pravni poslovi gradnje TENT 3

energija

mr Dušan Vukotić, dipl. el. ing, Branka Todorović, dipl. el. ing, Nataša Savić, dipl. el. ing,PD ˝Elektrodistribucija – Beograd˝ d.o.o., Beograd, Srbija

UDC: 621.316.17 : 621.317.38 (497.11) “2001/2010”

Energetski pokazatelji konzumnog područja PD EDB u periodu 2001 – 2010.

1 UvodU radu je dat kumulativan prikaz karakterističnih energetskih pokazatelja za konzumno područje PD EDB za period od 2001. do 2010.godine. Odabrani period predstavlja prvu dekadu XXI veka, koja je karakteristična po tome što je nastupila neposredno nakon bombardovanja i ratnih dejstava u našoj zemlji. Takođe, samo početak ovog period je obeležen i primenom dugotrajnih (havarijskih i selektivnih) planova u ograničenju isporuke električne energije zbog problema u proizvodnji električne energije i nemogućnosti da se podmiri rastuća potrošnja, koja je beležila skokovit porast zbog izuzetno niske cene električne energije u tom periodu. Posmatrani period obuhvata i promenu tarifne politike, koja je nastupila 2002.godine, a koja je značajno uticala na smanjenje energetskih pokazatelja DEES EDB, pri čemu su tek krajem posmatranog perioda dostignuta ostvarenja sa njegovog početka.

2 Karakteristike konzuma PD EDB

PD EDB obezbeđuje kontinuirano i kvalitetno snabdevanje kupaca električnom energijom na konzumnom području od 2838 km2 koje obuhvata 16 gradskih opština, gde u 123 naselja živi preko 1.700.000 stanovnika. Na kraju 2010.godine, PD EDB snabdeva električnom energijom 808.029 kupaca električne energije, od kojih su oko 750.000 kupaca iz kategorije “domaćinstva” [1, 2].Na slikama 1 i 2, kao i u tabeli 1, dati su energetski parametri na godišnjem

nivou (preuzeta aktivna energija i vršna aktivna snaga) konzumnog područja EDB za posmatrani period od 2001. do 2010.godine. Uočava se smanjenje preuzete aktivne energije i vršne snage tokom 2002.godine, ali i trend smanjenja vršnog opterećenja tokom naredne dve godine. Nakon promene tarifne politike, trend

rasta preuzete energije beležio je nešto manji porast i praktično je konstantan. Za razliku od prosečene stope raste koja je u nekim dekadama XX veka i bila veća od 8%, u posmatranom periodu prosečna stopa je 1,9%. Važno je napomenuti da je zabeležena nešto veća stopa rasta u poslednjih pet godina a koja iznosi

SažetakU radu je dat prikaz energetskih pokazatelja konzumnog područja PD „Elektrodistribucija Beograd“ u periodu od 2001. – 2010.godine, tokom kojeg je došlo do promene tarifne politike (2002.godine) koja je prouzrokovala nagli pad opterećenja na konzumnom području. Tokom poslednjih godina posmatranog perioda došlo je do porasta opterećenja, što je rezultiralo ostvarenjima dnevnih protoka koji su nadmašili ostvarenja tokom prvih godina posmatranog perioda, ali i do rekordnih ostvarenja dnevnih protoka i vršne snage na posmatranom konzumnom području. Takođe, u radu je dato kretanje opterećenja u posmatranom periodu po konzumnim područjima izvornih transformatorskih stanica 110/35 kV i 110/10 kV distributivne elektroenergetske mreže PD EDB, sa posebnim osvrtom na efekte intenzivne elektrifi kacije i gasifi kacije koja je sprovedena tokom posmatranog perioda na gradskom i prigradskom delu konzumnog područja.Ključne reči: vršno opterećenje, dnevni protok, elektroenergetski bilans, konzumno područje.

AbstractThis paper presents the energy indicators of consumption area of EDB – Electric Utility of Belgrade for the period 2000 - 2010, during which there had been changes in tariff policy (2002) which caused a sharp drop in load on the consumption area. During the last years of the period there was an increase in load, resulting in a daily fl ow of energy that have surpassed achievements during the fi rst years of the period, but also to achieve a record of daily fl ow of energy and peak load of the observed consumption area. Also, the movement of the consumption is given in the period by the areas of the main transformer stations 110/35 kV and 110/10 kV of electric distribution network of EDB, with special emphasis on the effects of intense gasifi cation and connection within city heating system, which was conducted during the period of urban and suburban area of consumption area.Key words: peak load, daily fl ow, power balance, a consumption area.

[007]

energija

2,3%, pri čemu je sasvim sigurno da će se stopa rasta preneti u narednu dekadu. Budući da je vršna snaga na kraju posmatranog perioda dostigla

nivo na njegovom početku, prosečna stopa rasta vršnog opterećenja je vrlo mala i iznosi 0,3%.Izrazito nepovoljan odnos preuzete

energije i načina njenog korišćenja kod kategorije “domaćinstva” u odnosu na industrijske kupce električne energije će u perspektivi povećati debalans raspoložive energije. U posmatranom periodu niska cena električne energije nije omogućila da se obezbede dovoljna investiciona sredstva koja bi se usmerila na izgradnju i revitalizaciju postojeće elektrodistributivne mreže, osim na nižim naponskim nivoima (SN i NN), gde je bilo potrebno podmiriti zahteve za priključenje novih kupaca na tim naponskim nivoima. Kao što se može uočiti u tabeli 3, praktično na naponskim nivoima 110 i 35 kV nije bilo izgradnje novih

vodova, pre svega zbog nedostatka fi nansijskih sredstava, ali i zbog postojanja pravnih barijera koje su bile postavljene pred izgradnju

Slika 1 Godišnja preuzeta aktivna energija konzuma Slika 2 Godišnja vršna aktivna snaga konzuma

Tabela 1 Prikaz godišnje preuzete energije i aktivne vršne snage na konzumnom području EDB

Tabela 2 Prikaz strukture kupaca električne energije na konzumnom području EDB

Tabela 3 Prikaz strukture elektrodistributivne mreže na konzumnom području EDB

Tabela 4 Prikaz broja i instalisane snage transformatorskih stanica x/10 kV na kraju 2010.

[008]

energija

velikih elektroenergetskih objekata (EEO). Takođe, tokom 2006.godine došlo je do predaje nadležnosti nad 110 kV nadzemnim vodovima koji su tada postali osnovno sredstvo JP EMS. U 2010.godini je došlo do puštanja u pogon vodova od TS „Beograd 1“ koji treba da raseku „beogradsku petlju“, ali oni nisu predati u osnovno sredstvo EDB. Na slikama 3 i 4 prikazane su mesečne aktivne energije preuzete tokom posmatranog perioda, po godinama i mesecima, respektivno. Jasno se uočava efekat stalnog povećanja preuzete mesečne aktivne energije tokom letnjih meseci. Takođe, treba uočiti trend smanjenja razlike između letnjih i zimskih ostvarenja preuzete energije. Na Slici 4 uočava se manji porast preuzete

energije u toku zimskih meseci u odnosu na letnje, gde je trend porasta vrlo izražen iz razloga prekomerne upotrebe uređaja za klimatizaciju. U prelaznom periodu (proleće/jesen), preuzeta aktivna energija je izuzetno osetljiva na meteorološke prilike, pri čemu ostvarenja preuzete energije imaju izražen trend rasta.Na slikama 5 i 6 prikazane su mesečne aktivne energije u doba više i niže tarife (VT/NT), po mesecima. Uočava se nakon promene tarifnog sistema 2002.godine, kada se odnos korišćenja u doba (VT/NT =12 h / 12h) promenio na (VT/NT =16 h / 8h), da je došlo do srazmerne preraspodele energije u okviru novih tarifnih stavova na koju je uticala i nešto veća cena električne energije.U zimskim i letnjim periodima,

Tabela 5 Prikaz broja i instalisane snage transformatorskih stanica 10/0,4 kV

Slika 3 Preuzeta mesečna aktivna energija Slika 4 Preuzeta aktivna energija (po mesecima)

Slika 5 Preuzeta mesečna aktivna energija u doba VT Slika 6 Preuzeta mesečna aktivna energija u doba NT

u godinama nakon primene nove tarifne politike, uočava se brži porast preuzete mesečne energije u doba VT, što je posledica većeg korišćenja energije u popodnevnim i večernjim časovima. Na Slikama 7 i 8 prikazana su ostvarenja vršnim mesečnih aktivne snage tokom prethodnih deset godina, po godinama i mesecima, respektivno. Posmatranjem letnjih meseci (juni, juli, avgust) može se uočiti da tokom godina skokovito raste tropski uticaj leta na povećanje preuzete aktivne snage. Interesantno je da i mesec maj, kao prelazni mesec, u mnogome zavisi od meteoroloških uslova, te je veoma teško povući granicu između karakterističnih doba u godini. Takođe, treba uočiti trend smanjenja razlike između letnjih i zimskih

[009]

energija

maksimuma u pogledu vršne snage, pri čemu je taj odnos smanjen sa oko 2,7 puta na 1,7, dok je u pogledu preuzete energije taj odnos smanjen sa 2,4 puta na 1,9.Na slikama 9 i 10 prikazani su maksimalni dnevni protoci i vršne snage tokom prethodnih petnaest zimskih perioda, i na kojima se može jasno uočiti pad energetskih pokazatelja usled promene tarifne politike, ali i značajan uticaj meteoroloških prilika na konzumnom području koji su u velikoj meri uticali na ostvarenja maksimalnih protoka i vršnih snaga. Posle perioda krajem devedesetih godina, gde je u okviru iste tarifne politike dolazilo do trendovskog rasta opterećenja,

usledio je period stagnacije. Došlo je do smanjenja u pogledu vršne snage od skoro 11%, dok je u pogledu dnevnog protoka smanjenje nešto manje i iznosilo je 7%. Nakon tog period stagnacije usledio je period ponovnog trendovskog rasta, izuzetno zavisnog od meteoroloških uslova, pri čemu se može reči da je srednji godišnji trend rasta iznosio oko 3% u snazi, i oko skoro 2% u energiji.

3 Meteorološke karakteristike konzuma EDB

U posmatranom periodu došlo do povećanja srednjih mesečnih temperatura u odnosu na 125-o

godišnji prosek (od kada se meri i registruje temperatura) na konzumnom području Beograda, pri čemu je taj porast nešto veći tokom letnjeg perioda, nego tokom zimskog perioda. Prikazani podaci u okviru tabele 6, kao i na slici 11, jasno ilustruju efekat „globalnog zagrevanja“ koji je identifi kovan u poslednjoj deceniji. Ovakvo izrazito povećanje srednjih mesečnih temperatura tokom letnjim meseci dovelo je do povećanja energetskih pokazatelja, koji beleže skokovit rast, a koji je posledica intenzivnog korišćenja uređaja za klimatizaciju u domaćinstvu, ali i u velikim poslovnim objektima.

Slika 7 Ostvarena mesečna aktivna vršna snaga Slika 8 Ostvarena aktivna vršna snaga (po mesecima)

Slika 9 Dnevna vršna snaga na konzumu EDB Slika 10 Preuzeta dnevna energija na konzumu EDB

Tabela 6 Prikaz srednjih mesečnih temperatura na konzumnom području PD EDB

[010]

energija

Porast srednjih mesečnih temperatura u letnjem periodu tokom poslednjih godina, doveo je do toga da su na nekim delovima gradskog konzumnog područja vršna opterećenja tokom letnjeg prioda nadmašila ostvarenja tokom zimskog perioda.

4 Analiza opterećenosti elemenata mreže

Na konzumnom području EDB problem neizgrađenosti prenosnog sistema, u pogledu izvorišnih tačaka je dodatno izražen. Predviđena izgradnja novog čvornog napojnog izvorišta TS 220/110 kV “Beograd 20” se pomera iz godine u godinu, pa iako je planirano da se ta investicija završi u posmatranom periodu - do toga nije došlo. Izgradnjom pomenute nove izvorišne tačke omogućiće se perspektivan razvoj i oblikovanje 110 kV mreže na konzumnom području EDB u narednom periodu.

4.1 Transfor-matorske stanice 110/35 kVU toku posmatranog perioda, ostvarena su vršna opterećenja transfor-matorskih stanica 110/35 kV, koja su u vlasništvu JP EMS, ispod odobrenih snaga za predmetna merna mesta, osim kod transformatorske stanice „Beograd

10“, koja napaja konzumno područje GO Obrenovac. Predmetna transformatorska stanica ima očekivanu vrednost iznad nominalne vrednosti, i kao takva već duži niz godina je najopterećenija transformatorska stanica na našem konzumnom području. Iz razloga ostvarenja nešto hladnijih zima u poslednjih par godina, došlo je do porasta broja transformatorskih stanica u intervalima od (80-90%) (prikazano na Slici 12).Na slici 13 prikazan je dijagram maksimalnog opterećenja transfo-rmatorskih stanica, pri čemu je hronološki prikaz uređen po objektima. Sa dijagrama se uočava da je većina transformatorskih stanica imala izražen rast opterećenja iz razloga apsolutnog porasta opterećenja konzuma, dok sa druge strane, opterećenja transformatorskih stanica “Beograd 11” i “Mladenovac” beleže blagu stagnaciju iz razloga intenzivne gasifi kacije i toplifi kacije njenih

konzumnih područja. U pogledu ostvarenja stalnog trenda rasta maksimalnog opterećenja, može se konstatovati da su transformatorske stanice: “Beograd 5”, “Beograd 7” i “Beograd 9”, imale izražen trend rasta opterećenja, pa se sa velikom izvesnošću može prognozirati da će se taj trend rasta nastaviti, budući da napajaju područja sa intenzivnom gradnjom. Porast opterećenja na konzumnom području transformatorske stanice „Beograd 2“ je posledica rekonfi guracije mreže u cilju smanjenja opterećenja u transformatorskoj stanici „Beograd 35“.

4.2 Transformatorske stanice 110/(35)/10 kV

U toku posmatranog perioda, ostvarena su vršna opterećenja kod nekih transformatorskih stanica, koje su premašivala svoje odobrene snaga za predmetna merna mesta. Pri vođenju pogonskog stanja DEES, kada nije moguće kod većine transformatorskih stanica obezbediti optimalno uklopno stanje usled kvarova i/ili planirani radova, često su zabeležena vršna opterećenja koja se znatno razlikuju od prognoziranih (očekivanih) vršnih opterećenja za pojedine transformatorske stanice. Takođe, iz razloga ostvarenja nešto hladnijih zima u poslednjih par godina, došlo je do porasta broja transformatorskih stanica preko 100% instalisane snage (prikazano na slici 14).Na slici 15 prikazan je dijagram maksimalnog opterećenja, pri čemu je hronološki prikaz uređen po objektima. Sa dijagrama se uočava da je većina transformatorskih stanica imala izražen rast opterećenja iz razloga apsolutnog

Slika 11 Dijagram srednjih mesečnih temperatura u periodu 2001 – 2010.

Slika 12 Histrogram maks. opterećenja TS 110/35 kV Slika 13 Prikaz maks. opterećenja TS 110/35 kV

[011]

energija

porasta opterećenja konzuma. Najopterećenija transformatorska stanica već duži niz godina je „Beograd 13“, za koju su već pripremljeni opsežni planovi rekonstrukcije i povećanja kapaciteta, a kojima treba da se eliminiše prisutno preopterećenje. Sa druge strane, pad opterećenja transformatorskih stanica „Beograd 1“ i „Beograd 40“ je posledica rekonstrukcije predmetnih EEO uz izvršeno povećanje instalisane snage ili uz ugradnju drugog transformatora. Izuzetan trend rasta opterećenja beleže transformatorske stanice: „Beograd 16“, „Beograd 19“, „Beograd 27“ i „Beograd 33“, koje su već premašile odobrene snage, budući da napajaju konzumna područja sa intenzivnom gradnjom i sa sigurnošću se može reći da će se taj trend rasta nastaviti i narednih godina. Takođe, izvestan trend rasta opterećenja sopstvenog konzuma beleži i transformatorska stanica „Beograd 12“, na čijem se konzumnom području nalaze i grade novi veliki poslovni objekti. Pre par godina izgradnjom transformatorske stanice „Beograd 36“ rešen je dugogodišnji problem u napajanju GO Vračar, pri čemu je izvršeno značajno rasterećenje „Beograda 15“, a kroz naredne faze uklapanja biće rešen problem i preopterećenja susednih transformatorskih stanica 35/10 kV („Konjarnik“, „Smederevski put“, „Dušanovac“, „VI muška“). Najmanje je bila opterećena transformatorska stanica ˝Beograd 22˝ sa maksimalnim opterećenjem ispod 5%. Važno je napomenuti da je njena rekonstrukcija pri kraju i u najskorije vreme očekuje se njeno uklapanje u 10 kV

Slika 14 Histrogram maks. opterećenja TS 110/(35)/10 kV Slika 15 Prikaz maks. opterećenja TS 110/(35)/10 kV

elektrodistributivnu mrežu, čime će se steći uslovi da se ugasi TS 35/10 kV „Barič“, a u cilju dugo očekivanog rasterećenja „Beograda 10“. Preuzimanjem direktnih kupaca JKP „Beogradski vodovod i kanalizacija“ i „VTI“, u okviru konzumnog područja EDB, iskazuju su se i nove transformatorske stanice tih kupaca („Beograd 32“ i „Beograd 21“), ali sa izuzetno malim opterećenjem koje se kreće oko 20% svoje instalisane snage.

4.3 Transformatorske stanice 35/10 kV

Na Slici 16 se može uočiti da je došlo do neočekivanog porasta broja transformatorskih stanica u intervalu opterećenja (80-90%), kao i iznad 100%, prethodne godine, što je direktna posledica dispariteta cena energenata, kada su se kupci ponovo masovno vratili na grejanje putem električne energije i to na područjima koja su gasifi cirana (Batajnica, Resnik). Sa druge strane, optimalne stalne granice na 10 kV elektrodistributivnoj mreži kod većine transformatorskih stanica 35/10 kV po pravilu nisu bile na planiranim, iz razloga kvarova i realizacije planiranih radova na DEES, što je u velikoj meri prouzrokovalo odstupanja od očekivanih maksimalnih opterećenja. Najopterećenija transformatorske stanice već duži niz godina su: „Grčića

Milenka“, „Šiljakovac“, „Borča 2„ i „Zemun – Novi Grad“, za koje se već pripremljeni planovi rekonstrukcije, ali i povećanja kapaciteta instalisane snage u nekima od njih, čime će se eliminisati njihovo dugogodišnje preopterećenje. Blizu nominalnog opterećenja su transformatorske stanice: „Resnik“, „Krnjača“, „Obrenovac“, „Smederevski put“, „Konjarnik“ i „Dušanovac“. Na konzumnom području EDB postoje i transformatorske stanice koja nisu prelazila 30% nominalne instalisane snage: „Toplana Cerak“ (ispod 20%) i „Frikom“ (oko 8%). Takođe, postoje i transformatorske stanice koje nisu opterećene: „Šećerana“, „VP Žarkovo“ i „IKL“.

5 Karakteristike opterećenja

I u pogledu ponašanja kupaca na konzumnom području EDB došlo je promena tokom ovih prethodnih godina, budući da su promene doba i odnosa trajanja VT i NT uticale na promenu njihovih navika u pogledu

Slika 16 Histrogram maksimalnog opterećenja TS 35/10 kV

[012]

energija

korišćenja električne energije. Promena se odnosila pre svega na intenzivnije korišćenje NT tokom noćnih, a naročito jutarnjih časova, ali i sa druge strane, tokom večernjih sati, što je direktna posledica povećanja standarda naših građana nakon dugotrajnog kriznog perioda. Na slici 17a prikazan je uporedni dijagram opterećenja konzuma za pet karakterističnih (hladnih) dana tokom prethodnih zimskih perioda pri sličnim meteorološkim parametrima (tabela 7). Na osnovu prikazanih podatka jasno se može uočiti da je došlo do povećanja opterećenja tokom noćnog perioda NT, ali i smanjenja tokom dnevnog perioda VT, pri čemu je karakteristično to da su globalni i lokalni maksimumi praktično na istom nivou kao prethodnog zimskog

perioda. Potrebno je napomenuti da su opterećenja na dijagramima zabeležena pri različitim tarifnim satnicama, koja su bila na snazi tokom prethodnih godina. Na slici 17b prikazan je uporedni dijagram opterećenja konzuma za pet karakterističnih (toplih) dana tokom prethodnih zimskih perioda pri sličnim meteorološkim parametrima (tabela 8). Sa dijagrama se uočava da je došlo do neznatnog smanjenja kako vršne dnevne snage, tako i ukupne dnevne energije, pri sličnim meteorološkim parametrima, što je u ovom slučaju direktna posledica termičke inercije. Važno je napomenuti da je dinamika dijagrama nešto promenjena, pri čemu je više nije dominantan lokalni jutarnji maksimum, već večernji maksimum.

Na slici 18a prikazani su uporedni dijagrami opterećenja 10 kV izvoda preko koga se napajaju kupci koji se greju putem električne energije za karakteristične hladne dane. Sa dijagrama se jasno uočava praktično isti oblik dijagrama, pri čemu su zabeležena relativno manja povećanja protoka tokom noćnih i jutarnjih termina, ali i smanjenja tokom večernjih termina. Na Slici 18b prikazan je uporedni dijagram opterećenja 10 kV izvoda tokom prethodnih zimskih perioda za karakteristične tople dane, preko koga se napajaju kupci koji se greju putem električne energije, na kome se uočava da je došlo do relativnog smanjenja lokalnog maksimuma. Smanjenje je prisutno, kako u jutarnjem, tako i tokom noćnog perioda, iz razloga racionalnijeg korišćenja tog termina od strane

Tabela 7 Prikaz energetskih pokazatelja konzuma za karakteristične hladne dane

Tabela 8 Prikaz energetskih pokazatelja konzuma za karakteristične tople dane

Slika 17 Uporedni dijagram opterećenja konzuma za karakteristične:

a) hladne dane b) tople dane

[013]

energija

kupaca. Što se tiče poslepodnevnog perioda korišćenja od strane kupaca, opterećenje je praktično na istom nivou.Na slici 19a prikazan je uporedni dijagram opterećenja 10 kV izvoda preko koga se napajaju kupci koji se greju putem daljinskog sistema grejanja, sa koga se jasno uočava da je opterećenja praktično na istom nivou kao prethodnog zimskog perioda, kako tokom jutarnjeg, tako i tokom večernjeg termina. Što se tiče noćnog minimuma, on je već duži period na istom nivou i praktično je nepromenljiv. Na slici 19b prikazan je uporedni dijagram opterećenja 10 kV izvoda tokom prethodnih zimskih perioda za karakteristične tople dane, preko koga se napajaju kupci koji se greju putem daljinskog sistema

grejanja, i na kome se uočava da je dinamika opterećenja zadržana, i da je opterećenje tokom poslednjih zimskih perioda praktično na istom nivou.

6 ZaključakU posmatranom periodu na konzumnom području došlo je do značajnog smanjenja energetskih pokazatelja usled primene nove tarifne politike, koja je pored promene trajanja doba VT i NT, donela i značajnije poskupljenje električne energije koje je kupce destimulisala da koriste električnu energiju za grejanje. Takođe, period koji je nastupio posle toga doneo je sa sobom opsežne radove na toplifi kaciji pretežno urbanih delova grada i centralnih gradskih zona, ali

i radove na gasifi kaciji prigradskih delova konzumnog područja. Sve je to dovelo do toga da se energetski pokazatelji smanje u odnosu na poslednju dekadu XX veka. Ali već od druge polovine posmatranog perioda ponovo je došlo do povećanja energetskih parametra, pre svega zbog delimičnog oživljavanja male i srednje industrijske proizvodnje, kao i izgradnje velikih poslovnih objekata naročito na području Novog Beograda, ali i intenzivne individualne gradnje u prigradskim delovima konzumnog područja. Prisutan trend rasta u drugoj polovini posmatranog perioda nije adekvatno bio ispraćen investicionim radovima na izgradnji elektrodistributivne mreže, kao ni napojnih transformatorskih

Tabela 9 Prikaz pokazatelja opterećenja 10 kV izvoda (“termaši”) za karakteristične hladne dane

Tabela 10 Prikaz pokazatelja opterećenja 10 kV izvoda (“termaši”) za karakteristične tople dane

Slika 18 Uporedni dijagram opterećenja opterećenja 10 kV izvoda (“termaši”) za karakteristične:


[014]

energija

stanica, naročito na naponskim nivoima 110 i 35 kV. To je dovelo do značajnog naprezanja SN i NN elektrodistributivne mreže, što je rezultiralo povećanjem tehničkih gubitaka. Imajući u vidu trenutni disparitet cena električne energije u odnosu na druge energente, sasvim je sigurno da će i u narednoj dekadi doći do značajnijeg porasta energetskih pokazatelja na konzumnom području EDB, jer su već događaji koji su bili vezani za probleme u snabdevanju gasom („gasna kriza“) tokom 2009.godine, pokazali koliko je konzum EDB dominantno osetljiv u odnosu na grejanje.

7 Literatura[1] Godišnji izveštaji o opterećenju

elementa mreže PD EDB tokom zimskih perioda 2000 -2011.godine

[2] Interna tehnička dokumentacija PD EDB

Tabela 11 Prikaz pokazatelja opterećenja 10 kV izvoda (“daljinsko”) za karakteristične hladne dane

Tabela 12 Prikaz energetskih pokazatelja opterećenja 10 kV izvoda (“daljinsko”) za karakteristične tople dane

Slika 19 Uporedni dijagram opterećenja opterećenja 10 kV izvoda (“daljinsko”) za karakteristične:


[015]

energija

Predrag Tasić, Svetlana Međo, „Elektrodistribucija Beograd“, Srbija

UDC: 621.316.1 : 621.316.9.004.6 (497.11)

Opis stanja mreže 110 kV usled uklapanja novog voda 110 kV Beograd 1 – Beograd 28 i popravke kvara na drugom kraju petlje koja napaja centar Beograda

UvodU distribuciji električne energije kablovi zauzimaju dominantno mesto. Projektovanje velikih elektroenergetskih sistema i međusobna konekcija učinili su to da kablovi u prenosu dobijaju sve više na značaju. Kablovske arterije u gradu povezuju napojne transformatorske stanice u vidu prstena što omogućava pouzdano snabdevanje električnom energijom gradskog područja i važnih objekata. Pored potreba u prenosu, takođe i u distributivnim mrežama, u velikim gradskim centrima, gde je u srce grada instalisana snaga od nekoliko stotina MVA, traži se nova generacija visokonaponskih kablova. Kako su prenosne moći kablova reda i više desetina MVA, i kako je neophodno vreme za popravku kablovskih vodova, za gradske mreže se predviđaju principijelna rešenja koja obezbeđuju rezervno napajanje za slučaj jednostrukog kvara na kablovima.Stanje petlje 110 kV posle pol-aganja vodova iz TS Beograd 1 ka TS Beograd 14 i TS Beograd 28S obzirom da se planira izgradnja nove TS 400/110 kV/kV Beograd 20 u sklopu studije neophodno je uklapanje novih kablovskih vodova 110 kV na konzumu grada Beograda.U TS 110/35 kV/kV Beograd 1 montiran je portal gde će se uklopiti budući dupli 110 kV nadzemni vod. Završnice voda 110 kV 1203/1 Beograd 14 (Kalemegdan) – Beograd 28 (Pionir) su demontirane iz TS 110/10 kV/kV Beograd 28 i jedan od novopoloženih vodova 1234 sa

portala iz TS Beograd 1 je ukopljen u TS Beograd 28, 110 kV postrojenje izolovano SF6 gasom, polje E2. Standardizovane konstrukcije kablovskih uvodnika u SF6 postrojenje postoje praktično za sve kablove poprečnog preseka od 2000mm2. U pojedinim slučajevima konstrukcija se može podesiti prema potrebi. Kablovski uvodnik je u metalnom oklopu cilindričnog oblika u kome jedan sloj unutrašnje izolacije od sintetičke smole razdvaja izolaciju kabla od izolacionog gasa. Spoj između provodnika kabla i cilindričnog provodnika SF6 postrojenja obezbeđuje elektroda bez tinjanja. Cilindrična cev između ove elektrode i prvog potpornog izolatora se za vreme ispitivanja kablova jednosmernim naponom može da demontira sasvim lako. Na kablovski uvodnik se može postaviti naponski transformator. Za ispitivanje kablova se na slobodne prirubnice mogu priključiti ispitni provodni izolatori ili ispitni kablovi. Proizvođač kablova isporučuje kablovsku glavu sa prevlakom od sintetičke smole, donju armaturu i armaturu glave za pričvršćivanje spojne elektrode. U isporuke koje treba da obavi proizvođač postrojenja spadaju oklopno kućište i strujna veza za povezivanje postrojenja sa elektrodom. U blizini TS Beograd 28 je montirana kablovska spojnica kojom je povezan drugi novopoloženi vod 1203/1 iz TS Beograd 1 sa demontiranim vodom Beograd 14 – Beograd 28.Dva novopoložena voda 1203/1 i 1234 su prespojena na portalu u

TS Beograd 1, a tek puštanjem pod napon TS Beograd 20 ova petlja će dobiti svoju pravu ulogu, gde će se formirati novi kablovski vodovi 110 kV Beograd 1 – Beograd 14 (1203/1) i Beograd 1 – Beograd 28 (1234).Da bi se obavili ovi planirani radovi neophodno je bilo na duži vremenski period obezbediti beznaponsko stanje kablovskog voda Beograd 14 – Beograd 28. U međuvremenu došlo je do ispada 110 kV voda 1151 Beograd 17 - Beograd 15 (Slavija), gde je Dispečerski centar EDB-a od Regionalnog dispečerskog centra Beograd obavešten da je došlo do reagovanja podužne diferencijalne i distantne zaštite u prvom stepenu

Slika 1

1 – kućište, 2 – elektroda, 3 – aramtura priključka, 4 - izolator

[016]

energija

po fazi 8. Dispečerski centar 10 kV je izvršio rasterećenje TS Beograd 15 i TS Beograd 14 po havarijskom planu. Izlaskom na teren je utvrđeno da je do kvara došlo zbog mehaničkog oštećenja 110 kV voda 1151 Beograd 17 – Beograd 15, usled izvođenja neprijavljenih radova priključenja stambenog objekta na vodovodnu mrežu.Pošto su radovi na polaganju 110 kV vodova 1203/1 i 1234 okončani, moglo se pristupiti puštanjem u rad ovih vodova, i na taj način obezbediti napajanje TS Beograd 14 i TS Beograd 15. Prilikom puštanja u rad došlo je do ispada voda 1234. U TS Beograd 28 proveren je pritisak SF6 gasa u završnicama 110 kV polja E2, i u sve tri završnice je iznosio 3,74 bar. Pri pokušaju uključenja prekidač je isključio zbog asimetrije polova, nakon čega je pregledan i pripremljen za funkciju. Nakon intervencije 110 kV vod je pušten pri čemu je obezbeđeno napajanje električnom enregijom strogog centra Beograda.

Postupak pronalaženja kvara na kablu 110 kVU ovom odeljku opisuje se procedura pronalaženja oštećenja na kablu 110 kV. Karakteristično za uljne kablove 110 kV je to da se kroz sedište ovih kablova pruža kanal kroz koji cirkuliše ulje čija je

uloga da hladi kabl i da impregniše papirnu izolaciju unutar kabla. Na mestima gde su zaprečne spojnice na trasi kabla nalaze se manometri pomoću kojih se kontroliše pritisak ulja u kablu. Usled neprijavljenih i nestručnih iskopnih radova od strane trećih lica često dolazi do mehaničkih oštećenja kabla 110 kV. To se manifestuje podom pritiska koji se očitava na manometrima koji se nalaze na završnicama kabla i na zaprečnim spojnicama. Kao što je već pomenuto može doći samo do oštećenja plašta jedne žile kabla 110 kV usled čega kabl može ostati pod naponom i ne mora doći do zemljospoja ili prekida, ali može se desiti prekid jedne, dve ili sve tri faze što već prestavlja ozbiljan problem. Pre nego što se pristupi iskopnim radovima za popravku kvara mora se proceniti na kom delu trase kabla se nalazi oštećenje. Ovaj deo trase se određuje metodom zamrzavanja oštećene žile kabla.

Procedura zamrzavanja oštećene fazeSvi iskopni radovi se strogo moraju obavljati ručno, pomoću ašova i lopate. Tečnim azotom se vrši zamrzavanje oštećene žile kabla 110 kV. Zatim sledi izdvajanje oštećene žile i montiranje oklopa za 10 kV spojnicu koji se pokazao veoma korisno u ulozi postolja za crevo kroz koji protiče tečni azot. Montaža se vrši tako što se prvo oko žile obmota traka a zatim se preko trake namontira oklop spojnice 10 kV kroz čiji će se otvor na vrhu spustiti crevo kroz koje će se pustiti tečni azot pod pritiskom. Zatim puštamo tečni azot pod pritiskom iz cisterne preko creva koje će se spustiti u otvor na vrhu oklopa spojnice 10 kV. Ovako se počinje sa zamrzavanjem kabla, a inače tečni azot zamrzava do temperature od -196 оC. Nakon pola sata zamrzavanja pretpostavlja se da je došlo do zastoja protoka ulja kroz kabl i onda se dopunjuju tankovi na pritisak od 1,06 do 1,1 bar. Treba voditi računa o tačnom odabiru žile koju treba lediti jer posle svake zaprečne spojnice dolazi do ukrštanja žila zbog poništavanja struja koje se formiraju u plaštu kabla.Tečni azot veoma dobro ledi imože se primetiti da se i oklop spojnice 10 kV i kabl u njemu veoma dobro smrznu tako da je protok ulja kroz kabl zaustavljen. Ukolikodođe do pada pritiska na manometru, sigurni smo da je na datoj trasi oštećenje. I naš dalji cilj je suzbijanje trase. Na prvoj deonici je pritisak znatno pao:

Slika 2 Šema petlje 110 kV

Slika 3 Zamrzavanje oštećene žile kabla

Tablela 1 Promena pritiska u kablu na deonici gde se nalazi oštećenje

Dok je na drugoj deonici pritisak konstantan P=const.

[017]

energija

Nakon lociranja deonice na kojoj se nalazi oštećenje detaljnije se pregleda trasa i na osnovu nekih prethodnih dešavanja na karakterističnim mestima uglavnom se bez većih poteškoća odredi mesto kvara.

Priprema za popravku kvara na kablu 110 kVNakon lociranja kvara na 110 kV kablu Beograd 17 – Beograd 15 1151 pristupilo se prvim preventivnim merama radi zaustavljanja većeg isticanja ulja iz kabla, tako što su na mestima gde se nalaze zaprečne spojnice zatvoreni ventili koji vode ka spojnicama i tankovima. Nakon izvršenja prvih preventivnih mera isečeno je oštećeno parče kabla i postavljene su kape na obe strane oštećene žile kabla. Kape su napravljene tako da se na svakoj od njih nalazi zavrtanj koji može da se odvije i da se na njega namontira slavina pomoću koje se uzimaju uzorci ulja koji su veoma bitni za dalja ispitivanja. Nakon svih ovih mera pristupilo se formiranju rova za popravku kabla. Nakon formiranja rova potrebno je bilo postaviti kontejner na rov. Prvo su postavljene grede preko širine rova tako da kontejner drže tri grede koje su poprečno pričvršćene fosnama. Kontejner smo pomoću dizalice spustili na rov i obezbedili uslove za montiranje kablovskih spojnica. Između dve kablovske spojnice je ubačeno 10 metara kabla. Komad dužine od 10 metara isečen je sa kotura koji se nalazi u magacinu. Interesantno je i to da kabl koji je namotan na kotur mora biti pod pritiskom tako da se uz kotur montira i rezervoar sa uljem čija je uloga da održava pritisak ulja unutar kabla. Kontejner je dužine 5 metara i širine 3,5 metra. Unutar se nalazi klima uređaj koji obezbeđuje optimalne uslove za popravku kvara i imaju otvore sa donje strane.

Određivanje procenta vazduha u ulju na oštećenoj fazi 110kV kabla (kapa faktor)U cilju određivanja kapa faktora prvo se pristupilo iskopnim radovima radi izdvajanja oštećene žile kabla

i spuštanju iste na oslonce koji dižu kabl na otprilike jedan metar visine. U rovu je montiran manometar koji je povezan na jedan kraj dvostruke slavine koja je pričvršćena na jedan kraj presečene žile sa koga će se očitavati pritisak ulja u kablu koji vodi do poprečne spojnice koja se nalazi kod Hrama Svetog Save. Sa tanka iz kamiona propušteno je kroz kabl fi ltrirano ulje količinski oko 15 litara, koje je poteralo staro ulje u kablu i istisnulo sav vazduh sa deonice od Hrama do mesta kvara. Ostavljeno je da se ulje stabilizuje preko noći da bi se sutra pristupilo merenju kapa faktora. Nakon svih ovih radova moralo se napuniti uljem i parče kabla u dužini od 10 mеtara i da pomoću posebnog tanka to ulje održava pod pritiskom. Pritisak je očitavan na posebnom manometru specijalno postavljenom za tu namenu. Inače ovo parče kabla služi da bi se umetnulo između dve prolazne spojnice koje će se naknadno napraviti. Nakon celodnevnog čekanja da se koncentracija ulja unutar kabla stabilizuje pristupilo se daljim radovima:Zatvoren je tank zaprečne spojnice kod Hrama, uzet je uzorak ulja u količini od 30 ml i očitana prva vrednost pritiska ulja u kablu na mestu kvara koji je iznosio p=1.78 bar i koji je ostao konstantan u periodu od narednih 10 minuta. Napravljena je pauza u periodu od 5 min. Uzet je uzorak ulja u količini od 25 ml usled čega je pritisak pao na vrednost p=1,58 bar i ova vrednost pritiska je ostala konstantna u narednih 10 minuta. Kao što se može primetiti ni u ovom slučaju nije došlo do promene pritiska što je dobro. Napravljena je pauza u periodu od 5 minuta.Uzet je uzorak ulja u količini

od 25 ml usled čega je pritisak pao na vrednost p=1,44 bar i ova vrednost pritiska je ostala konstantna u narednih 10 minuta. Kao što se može primetiti ni u ovom slučaju nije došlo do promene pritiska.Nakon izvršenih merenja možemo izračunati vrednosti kapa faktora. Za proračun kapa faktora potrebni su nam sledeći podaci: - količina uzorka ulja u menzuri

uzetog iz kabla. - proizvod dužine trase kabla

od zaprečne spojnice do mesta kvara, količine ulja po jednom metru kabla i plus količine ulja u spojnicama koje se nalaze na trasi.

- razlika pritisaka na manometru.Kapa faktor se računa iz izraza :

Ovo je rezultat dobijen na osnovu prva dva merenja sada se ponavlja postupak i uzima u obzir drugo i treće merenje.

Količina ulja unutar zaprečne spojnice je 40 litara.Sada se izračuna srednja vrednost kapa faktora na ovoj deonici:

Na osnovu dobijenih rezultata, pošto kapa faktor ima manju vrednost od 5, to znači da je procenat vazduha

Tablela 2 Promena pritiska u kablu na deonici na kojoj kabl nije oštećen

Tablela 3 Promena pritiska na jednom kraju kabla u vremenskom periodu od 10 minuta

[018]

energija

u ulju zanemarljiv i da se može pristupiti izradi kablovske spojnice.Sada je potrebno ponoviti postupak i odrediti kapa faktor i sa strane zaprečne spojnice koja se nalazi u Ulici Ustanička br. 154. Nakon dolaska na ovu lokaciju prvo je propušteno novo fi ltrirano ulje u tank i kroz kabl da bi se istisnuo vazduh iz kabla na ovoj deonici. Ulje je potiskivano preko tanka iz kamiona na mašinu za dodatno fi ltriranje koja se napajala preko agregata. Od mašine za fi ltriranje ulje dalje cirkuliše u tank kabla i kroz sam kabl i ističe u bure koje se nalazi na mestu kvara. Na osnovu ove procedure istišće se vazduh iz kabla i može se pristupiti merenju kapa faktora. Razdaljina od zaprečne spojnice do mesta kvara je 1963 m.Kao što se može primetiti iz tabele 4 tokom merenja dolazi do blagih oscilacija pritiska koje se s obzirom na dužinu trase mogu tolerisati. Iskustveno je određena količina uzorka ulja koji se uzima u odnosu na dužinu trase kabla.Između merenja kao i tokom prethodnog ogleda pravljene su pauze u trajanju od 5 minuta. S obzirom da je u ovom slučaju veća razdaljina od zaprečne spojnice do mesta kvara uzimaju se količinski veći uzorci ulja.Između prvog i drugog merenja uzeto je 120 ml ulja, dok je između drugog i trećeg merenja uzeto 130 ml ulja.Računanje kapa faktora:

Vrednost kapa faktora između drugog i trećeg merenja je :

Tablela 4 Promena pritiska na jednom kraju kabla u vremenskom periodu od 10 minuta

60 litara podrazumeva količinu ulja u zaprečnoj spojnici, a 36 litara podrazumeva količinu ulja u četiri prelazne spojnice na pomenutoj trasi. Dobijena vrednost je manja od 5, pa je prema tome procenat vazduha u ulju na ovoj lokaciji takođe zanemarljiva i može se pristupiti izradi kablovske spojnice.

ZaključakObzirom da je u poslednje vreme učestala gradnja na području grada Beograda, i usled dotrajalosti mreže podzemnih instalacija sve su češće intervencije kopanja u blizini kablova 110 kV. Kao posledica obavljanja ovakvih vrsta intervencija sve češće dolazi do havarija na kablovima 110 kV usled kojih je, zbog nedostatka određenih kvalifi kacija zaposlenih u Elektrodistribuciji Beograd, za obavljanje ovakvih vrsta poslova potrebno angažovati stručnjake iz inostranstva da bi otklonili kvar. U poslednjih nekoliko godina u nekoliko navrata kidani su kablovi 110 kV, i to sledećim redosledom:1) kvar na kablu Beograd 15 -

Beograd 17 tokom zime 2006. godine,

2) kvar na kablu Toplana Novi Beograd - Beograd 6 tokom 2008. godine,

3) kvar na kablu Toplana Novi Beograd - Beograd 40 tokom 2009. godine i

4) kvar na kablu Beograd 17 - Beograd 15 tokom zime 2010. godine.

Ovi kvarovi su ugrozili stabilnost i pouzdanost DEES-a, i direktno

uticali na prekid napajanja električnom energijom centralnih delova grada.Najefi kasnije prevazilaženje ovog problema je u obuci stručne radne snage zaposlene na radnim mestima za obavljanje poslova na otklanjanju kvarova na kablovima ovoga tipa, čime bi se uštedela znatna fi nansijska sredstva i omogućilo efi kasno delovanje u slučaju kvara.

LiteraturaNikolajević Stojan., „Kablovska Tehnika“, JP Službeni list SRJ, 2007Tasić Dragan., „Osnovi elektroenergetske kablovske tehnike“, Elektronski fakultet u Nišu, 2001

[019]

energija

Momčilo Vujičić, Tehnički fakultetZoran Radonjić, ED “Elektromorava”

UDC: 621.316 : 621.317.38.004

Tehnički i komercijalni gubici električne energije

UvodProblematika proračuna gubitaka snage i energije, te troškovi gubitaka snage i energije u distributivnim mrežama je veoma kompleksna, ali važna za rad distributivnog sistema. Struktura i veličine gubitaka se veoma razlikuju po naponskim nivoima elektroenergetskih mreža. Distributivni konzumi su problematični u kontekstu proračuna gubitaka zbog topologije i velikog broja kupaca, što predstavlja problem u proračunu tehničkih gubitaka (Džulovi gubici, gubici usled magnetizacije i gubici odvoda), a pogotovo komercijalnih gubitaka (gubici zbog nenaplaćene potrošene električne energije).

Tehnički i komercijalni gubici električne energijeU elektrodistributivnim preduzećima razvijeni su razni metodi i računarski programi za proračun tehničkih gubitaka električne energije. Međutim, problem nastaje kada je potrebno izvršiti proračun gubitaka za veći skup vodova i transformatora, kao što je potrošački konzum jedne napojne transformatorske stanice (TS) visoki na srednji napon (VN/SN), napojne TS srednji viši na srednji niži napon (SN1/SN2) ili širi konzum sa više napojnih stanica.Potrebno je poznavati tehničke parametre svih vodova i transformatora od visokog do niskog napona, vremensku i kvantitativnu raspodelu opterećenja u toku posmatranog perioda po svim elementima. Zbog uobičajene neraspoloživosti mnogih podataka, naročito vremenskih dijagrama

opterećenja na srednjem i niskom naponu, neizbežan je pristup određenim aproksimacijama da bi se iz raspoloživog skupa podataka realizovao što bolji proračun.Ovde predstavljen metod za ‘’procenu’’ komercijalnih i proračun tehničkih gubitaka na širem potrošačkom konzumu [8], polazi od predpostavke da se u svakoj distribuciji raspolaže sa određenim minimalnim skupom podataka o distributivnoj mreži i prometu električnom energijom.

Taj minimalan skup podataka sačinjavaju: • Komercijalni podaci o nabavljenoj

i isporučenoj električnoj energiji u određenom vremenskom periodu (godina, zimska i letnja sezona) i na određenoj teritoriji (područje cele distribucije, manje područje, konzum jedne napojne TS VN/SN ili SN1/SN2).

• Tehnički podaci o ukupnim dužinama energetskih vodova po naponskim nivoima i tipovima

SažetakU radu se analiziraju tehnički i komercijalni gubici električne energije u distributivnim mrežama. Tehnički i komercijalni gubici donose velike fi nansijske gubitke i utiču na smanjenje poslovnih performansi elektrodistributivnih preduzeća. Proračun tehničkih i komercijalnih gubitaka električne energije zasniva se na dobro istraženim i naučno potvrđenim metodologijama. Rad sadrži analizu troškova tehničkih i komercijalnih gubitaka električne energije potrošačkog konzuma distribucije Velika Plana. Komercijalni gubici su rezultat kombinacije namernog činjenja dela kupca električne energije i nenamernog nečinjenja isporučioca električne energije. Predložene su mere za smanjenje tehničkih i komercijalnih gubitaka električne energije.Ključne reči: Tehnički, Komercijalni, Gubici električne energije

TECHNICAL AND COMMERCIAL LOSSES OF ELECTRIC POWER Technical and commercial losses of electric power in the distribution network are analysed in this work. Technical and commercial losses generate great fi nancial losses and they infl uence poorer business performances of the electrodistribution companies. The calculations of the technical and commercial losses of electric power are based on closely studied and scientifi cally proved methodologies. The work includes the costs analysis of the technical and commercial losses of electric power of Velika Plana distribution. Commercial losses are results of the combination of intentional actions of some electric power consumers and unintentional non-actions of the electric power deliverers. Some measures have been suggested in order to reduce the technical and commercial losses of electric power.Key words: Technical, Commercial, Losses of electric power

[020]

energija

(nadzemni ili kablovski), kao i podaci o ukupnoj instalisanoj snazi sopstvenih transformatora SN/NN.

Iz navedenih podataka, koji su obično raspoloživi u svakoj distribuciji i modeliranjem karakterističnih elemenata distributivne mreže uz uvažavanje ostvarenog prometa električne energije, strukture potrošnje i realnih tehničkih podataka mreže, može se izvršiti dobra procena relativnih tehničkih gubitaka za razmatrani konzum i period. Smanjivanje tehničkih gubitaka je posebna disciplina u distributivnoj praksi, koja se sastoji iz operativnih mera (rekonfi guracija mreže, regulacija napona, kompenzacija reaktivne energije) i investicionih mera (rekonstrukcije i izgradnja mreže, povećanje preseka provodnika, podizanje naponskog nivoa i slično). Na smanjenje tehničkih gubitaka ne može se bitno uticati u kratkom vremenskom periodu i bez većih investicionih ulaganja, tako da razmatrani konzum i ostvarenu potrošnju električne energije tehnički gubici su ''minimum'' gubitaka električne energije.Gubici su po pravilu veći od tehničkih gubitaka za iznos ''komercijalnih'' gubitaka. Komercionalni gubici su rezultat nepreciznosti merenja, nepotpunog očitavanja mernih mesta, neistovremenosti očitavanja, nepotpune kontrole mernih mesta, neredovnog baždarenja brojila, neblagovremeno otkrivanje neovlašćene potrošnje, nedovoljna tehnička opremljenost ekipa za rad na kontroli kupaca, nedovoljna obučenost čitača i kontrolora mernih mesta, nedovoljna podrška i pomoć ( sudstva i policije ) nakon otkrivanja neovlašćene potrošnje, neovlašćeno korišćenje električne energije po raznim osnovama neregistrovane potrošnje (krađe električne energije kod postojećih kupaca i ‘’divlja’’ priključenja novih kupaca), greška u radu mernih uređaja (zaostajanje u baždarenju brojila kupaca, neispravnosti brojila i mernih transformatora), greška u očitavanju i obračunu električne energije. Na smanjenje komercionalnih gubitaka može se bitno uticati u kratkom vremenskom periodu i bez većih investicionih ulaganja. Veliki interes distribucije je da se komercinalni gubici smanje na minimalni iznos, prihvatljiv sa gledišta normalnih grešaka u poslovanju i koji iznosi

oko 1% nabavljene električne energije.Zbog različite prirode tehničkih i komercionalnih gubitaka i različitih mera za njihovo smanjivanje, izuzetno je važno da se izvrši što bolja procena njihove veličine, razdvajanje i lokacija. Na mestu prijema (kupovine) električne energije očitavanje se vrši kontiunalno putem savremenih 15-minutnih elektronskih registratora sa memorijom. Na mestu prodaje, kod većine kupaca su instalisana klasična indukciona brojila sa brojčanikom koja se moraju vizuelno (fi zički) očitati, što dovodi do određenog trajanja (kašnjenja) očitavanja. Dakle, pošto je na početku i na kraju svake razmatrane sezone potrošnja slična i očitavanje traje približno vreme, može se smatrati da su podaci nabavke i prodaje električne energije približno usaglašene.Za proračun gubitaka na modelima elemenata mreže, prvo se zadaju odgovarajuća maksimalna opterećenja, tako da se izračunavaju maksimalni tehnički gubici za (teorijski) maksimalno opterećenje razmatranog konzuma. Napojni transformatori (VN/SN ili SN1/SN2) razmatraju se približno nominalno (100%) opterećenje. Maksimalno opterećenje SN izvoda uzima se kao količnik maksimalnog opterećenja transformatora i prosečnog broja SN izvoda, a ne kao termičko maksimalno opterećenje odgovarajućih provodnika SN izvoda. Suma termički maksimalno opterećenih SN izvoda bi znatno preopteretila napojni transformator. Korisnik za svoj konzum procenjuje prosečne instalisane snage transformatora i prosečan broj izvoda i time određuje prosečno maksimalno opterećenje izvoda.Da bi se na osnovu rezultata proračuna maksimalnih gubitaka za modele objekata elekrodistributivne mreže, izračunali konkretni tehnički gubici za razmatrani distributivni konzum i ostvarenu potrošnju, uvažene su sledeće važne aproksimacije: • Relativni tehnički gubici

aktivne električne energije u transformatorima nisu bitno zavisni od opterećenja mreže. Relativni gubici energije u transformatorima određenog naponskog nivoa konkretno razmatrane mreže, dobijaju se kao proizvod maksimalnih gubitaka i udela ukupne energije koja je

protekla kroz transformatore tog naponskog nivoa. U ovom slučaju veličina opterećenja mreže nema uticaja, jer se relativni gubici aktivne električne energije na transformatorima opterećenim iznad 60% nominalne snage, malo menjaju sa promenom opterećenja i približno su jednaki gubicima pri nominalnom opterećenju. Ovaj uslov je obično ispunjen, jer je većina transformatora u nominalnom pogonu opterećena iznad 60% nominalne snage.

• Relativni tehnički gubici aktivne električne energije u vodovima proporcionalni su sa opterećenjem na vodovima. Oni se dobijaju kao proizvod maksimalnih gubitaka na određenom modelu voda, udela ukupne energije koja je protekla kroz te vodove i faktora opterećenja (odstupanja od maksimalnog opterećenja) mreže.Da bi se sproveo opisani proračun potrebno je zadati određene podatke za razmatranu distributivnu mrežu i razmatrani period, a sa kojima se obično u distribuciji raspolaže:

• Ukupna nabavljena (kupljena) električna energija na mestu prijema energije.

• Ukupno prodata električna energija svim kupcima. Razlika kupljene i prodate energije predstavlja ostvarene gubitke za razmatranu mrežu.

• Ukupno protekla energija kroz 35 kV mrežu, ako takva postoji u distributivnom sistemu. Ovi podaci obično postoje u energetskim pokazateljima svake distribucije. Ovaj podatak je potreban da bi se izračunao udeo protekle energije kroz 35 kV mrežu (odnos energije kroz 35 kV mrežu i ukupno nabavljene energije) i obračunali gubici u transformatorima i vodovima 35 kV.

• Ukupno prodata energija na niskom naponu. Ovaj podatak je potreban da bi se izračunao udeo protekle energije kroz niskonaponsku mrežu i transformatore SN/NN (odnos prodate NN energije i ukupno prodate energije) i obračunati gubici u transformatorima SN/NN, NN vodovima i NN priključcima.

• Ukupno instalisana snaga sopstvenih transformatora SN/NN, odnosno transformatora koji pripadaju distribuciji. Ovaj podatak potreban je da bi se izračunao

[021]

energija

približan faktor opterećenja mreže, odnosno faktor odstupanja od maksimalnog opterećenja.

• Prosečno vreme trajanja vršnog opterećenja za TS SN/NN u razmatranoj distributivnoj mreži. Preporučene vrednosti su 3000 h za godišnji period, 1800 h za zimski period i 1500 h za letnji period. Odnos ukupno prodate električne energije na NN i zadatog vremenskog trajanja vršnog opterećenja, daje zbir maksimalnih snaga sopstvenih TS SN/NN u razmatranom periodu (nejednovremeni vrh). Ovaj podatak predstavlja iskorišćenost instalisane snage transformatora SN/NN ili približno faktor opterećenja mreže (faktor odstupanja od maksimalnog opterećenja). Faktor opterećenja mreže približno odgovara i odstupanju opterećenja vodova SN i NN od maksimalnog opterećenja, kako su osmišljeni modeli vodova mreže.

• Ukupne dužine distributivnih vodova po svakom naponskom nivou (35, 20, 10 i 0,4 kV) i po tipu vodova (kablovski ili nadzemni). Ovi podaci obično postoje u fi zičkom obimu mreže i potrebni su da bi se obračunali gubici u različitim vodovima.Sa navedenim podacima može se izvršiti kompletan proračun relativnih tehničkih gubitaka električne energije za razmatranu distributivnu mrežu i izabrani vremenski period:

• Kroz TS VN/SN ili SN1/SN2 protiče sva energija mreže u razmatranom periodu i relativni gubici su jednaki maksimalnim relativnim gubicima transformatora iz modela.

• Kroz TS 35/10 (20) kV (ako nisu napojne) protiče deo ukupne energije (udeo energije kroz 35 kV mrežu) tako da su relativni tehnički gubici jednaki proizvodu maksimalnih gubitaka za model transformatora 35/h kV i udela protekle energije kroz mrežu 35 kV.

• Kroz sopstvene TS 10 (20) /0,4 kV protiče deo ukupno prodate energije na NN (prodata energija na VN odlazi u tuđe TS). Relativni tehnički gubici su jednaki proizvodu maksimalnih gubitaka iz modela transformatora 10 (20) /0,4 kV i udela energije na niskom naponu.

• Kroz vodove 35 kV protiče udeo energije na 35 kV. Ovaj udeo energije u relativnim (procentualnim) odnosima se deli na nadzemne i kablovske vodove srazmerno njihovom međusobnom odnosu dužine vodova. Naprimer, relativni tehnički gubici energije u nadzemnim vodovima 35 kV jednaki su proizvodu relativnih maksimalnih gubitaka energije za model nadzemnih vodova 35 kV, udela energije na 35 kV u nadzemnim vodovima i faktora opterećenja mreže. Analogno se uradi i proračun relativnih gubitaka za kablovske 35 kV vodove.

• Kod vodova 10 kV i 20 kV ukupna energija se u relativnim odnosima razdeli na nadzemne i kablovske 10 kV i 20 kV vodove, srazmerno njihovom međusobnom odnosu dužine vodova. Naprimer, relativni tehnički gubici energije u nadzemnim vodovima 20 kV sada su jednaki proizvodu maksimalnih gubitraka za model nadzemnih vodova 20 kV, udela energije na 20 kV nadzemnim vodovima i faktora opterećenja mreže. Analogno se uradi i proračun relativnih gubitaka za kablovske 20 kV vodove, nadzemne 10 kV i kablovske 10 kV vodove.

• Kod NN vodova , udeo energije na NN se u relativnim odnosima razdeli na nadzemne i kablovske NN vodove, srazmerno njihovom međusobnom odnosu dužine vodova. Naprimer, relativni tehnički gubici energije u nadzemnim NN vodovima jednaki su proizvodu maksimalnih gubitaka za model nadzemnih NN vodova, udela energije na NN nadzemnim vodovima i faktora opterećenja mreže. Analogno se uradi i proračun relativnih gubitaka za NN kablovske vodove.

• Kroz priključke NN potrošača protiče udeo energije na NN mreži. Relativni tehnički gubici energije se dobijaju kao proizvod maksimalnih gubitaka za model NN priključka, udela energije na NN mreži i faktora opterećenja mreže.

• Kod ostalih gubitaka, zadati koefi cijenat se primenjuje na svu energiju mreže.

Zbir relativnih tehničkih gubitaka po pojedinim elementima razmatrane distributivne mreže predstavlja ukupne relativne tehničke gubitke električne energije u izabranom vremenskom periodu. Svi elementi

proračuna, struktura tehničkih gubitaka i ukupni relativni tehnički gubici prikazani su u ekranskim prikazima i izveštaju programa. Relativni ostvareni gubici električne energije i komercijalni gubici, kao razlika ostvarenih i tehničkih relativnih gubitaka, takođe su prikazani u programu. Omogućen je paralelni proračun za više distribucuja ili delova distribucija, tako da se u izveštaju dobijaju uporedni zbirni podaci za više konzuma.Proračuni gubitaka za potrošački konzum distribucije Velika Plana, pokazuju da se godišnji relativni tehnički gubici kreću do 12 % preuzete električne energije, pri sadašnjem nivou i strukturi potrošnje električne energije. S obzirom da se ukupno ostvareni gubici električne energije u distribuciji kreću preko 20% vidi se da je značajan uticaj komercijalnih gubitaka i da posebnu pažnju treba posvetiti merama za smanjenje komercijalnih gubitaka. Slični modeli se primenjuju i slični rezultati dobijaju i u drugim zemljama u razvoju. Naprimer, preporuke francuske Elektroprivrede EDF navode da su prihvatljivi ukupni gubici električne energije u distributivnoj mreži oko 5%, a maksimalno dozvoljeni 9%. Kada gubici prelaza maksimalno dozvoljene vrednosti, postoji izrazita opravdanost da se pokrene program za smanjenje gubitaka, jer će investiranje u tom smeru biti vrlo isplativo i imati vrlo kratko vreme vraćanja uloženih sredstava.Ukupni gubici u distributivnoj mreži razvijenih evropskih zemalja kreću se oko 4%-6% (Nemačka, Holandija, Finska, Luksemburg i Belgija), od 6% do 8% (Italija, Danska, Švajcarska, Francuska, Austrija i Slovenija), od 8% do 10% (Španija, Velika Britanija, Portugalija, Švedska, Norveška, Irska, Grčka, Češka i Slovačka), od 10% do 12% (estonija, Litvanija i Letonija) od 12% do 14% (Hrvatska, Poljska, Mađarska i Rumunija), od 14% do 16% (Bugarska i Crna Gora), preko 16% (Turska, Srbija, Bosna i Hercegovina i Albanija). Ukupni gubici električne energije u distribucijama Srbije iznosili su u periodu 1986 – 1999.god. manje od 9%, dok su u 2001.god. prosečno dostigli nivo od 15%.

Troškovi usled tehničkih gubitakaOvde ćemo posmatrati gubitke koji su ostvareni 2005, 2006, 2007 i

[022]

energija

2008 godine, tabela 1. Na osnovu podataka koje dobijamo iz programa za proračun gubitaka izračunaćemo i troškove tj. izgubljenu dobit.Zaključak je da tehnički gubici iznose od 10,92 do 11,57%. Gornja granica u svetu za tehničke gubitke je 9%. Prema tome u posmatranom slučaju tehnički gubici su veći od dozvoljenih od1,92% do 2,57%.Ako se računa u evrima na godišnjem nivou gubi se 500.310 €.(1 € = 106 din).Da bi se stekao utisak koliko je izgubljeno uporediće se ovaj novac sa objektima koji su mogli biti izgrađeni. Orjentaciono uzmimo prosečne cene za:• MBTS 400 kVA 25.000 €• SBTS 250 kVA 15.000 €• NN mreža 1km 12.000 €Pogon Velika Plana za navedeni vremenski period izubio je na osnovu većih tehničkih gubitaka:1. Dvadeset MBTS 400 kVA, ili2. Tridesettri SBTS 250 kVA, ili3. Četrdesetdva kilometara NN

mreže.Zaključujemo da tehnički gubici odnose mnogo novca i ako bi oni bili izbegnuti a novac bio uložen u distributivnu mrežu, situacija na terenu bi u mnogome bila izmenjena.

Mere za smanjenje tehničkih gubitakaMere koje omogućuju smanjenje tehničkih gubitaka u distributivnim mrežama [9,10] mogu se podeliti u dve grupe. mere koje zahtevaju određena fi nansijska ulaganja:

1. Korišćenje direktne transformacije 110/x kV/kV.

2. Izgradnja (interpolacija) novih transformatorskih stanica u mreži.

3. Povećanje broja izvoda iz transformatorskih stanica u cilju rasterećenja preopterećenih vodova.

4. Zamena stare opreme (transformatora) novom,

sa smanjenim gubicima u eksploataciji.

5. Kompenzacije reaktivne snage.6. Povećanje preseka provodnika kod

preopterećenih izvoda.7. Korišćenje trofaznih vodova. mere za čije sprovođenje nisu

potrebna investiciona ulaganja: 8. Kontrola dijagrama opterećenja

radi ravnomernijeg korišćenja distributivnog sistema.

9. Poboljšanje naponskih prilika.10. Simetriranje opterećenja i

vođenje računa o rasporedu opterećenja po fazama.

11. Vođenje računa o optimalnim snagama transformatora, kao i iznalaženje najboljih lokacija za trafostanice.

12. Pratiti opterećenja i što ravnomernije opterećivati vodove i trafostanice.

13. Vođenje računa o paralelnom radu transformatora i u periodu malih opterećenja predvideti isključenje jednog.

Troškovi usled komercijalnih gubitakaProgram koji smo koristili za izračunavanje tehničkih gubitaka koristimo i za izračunavanje komercijalnih gubitaka, tabela 2. Uzećemo isti period, da bi se pokazalo koliko su komercijalni gubici veći.Zaključak je da komercijalni gubici iznose od 10,87 % do 13,32%. Ako se računa u evrima na godišnjem nivou gubi se 2.674.378 €.(1 € = 106 din).Da bi se stekao utisak koliko je izgubljeno uporediće se ovaj novac sa objektima koji su mogli biti izgrađeni. Pogon Velika Plana za navedeni vremenski period izubio je na osnovu komercijalnih gubitaka:

1. Stosedam MBTS 400 kVA, ili2. Stosedamdesetosam SBTS

250 kVA, ili3. Dvestadvadesettri kilometara NN

mreže.U svakom slučaju ovo nije za podcenjivanje, jer ovaj pogon ima samo 22.000 kupaca. Komercijalni gubici odnose mnogo novca i ako bi oni bili izbegnuti a novac bio uložen u distributivnu mrežu, situacija na terenu bi u mnogome bila izmenjena. Samo za ove četiri godine izgubljeno je 3.174.688 € (tehnički+komercijalni). Ovo je veća vrednost nego odobrene investicije za ove četiri godine.

Mere za smanjenje komercijalnih gubitakaMere za smanjenje komercijalnih (netehničkih) gubitaka su:1. Uređivanje baze podataka o

kupcima2. Formiranje potrebnog broja

monterskih ekipa za kontrolu3. Kontrola mernih mesta4. Zamena postojeće merne

infrastrukture5. Kontrola i opremanje nedostajućih

mernih mesta6. Nabavka i zamena merila kod

kupaca7. Izmeštanje mesta merenja8. Poboljšanje očitavanja utrošene

električne energije9. Legalizacija kupaca koji su

bespravno priključili svoje objekte na distributivnu mrežu

10. Ugradnja merila za sopstvenu potrošnju

11. Provera merenja za javno osvetljenje

12. Dosledna primena Zakona o energetici

13. Iniciranje izmena zakonske i druge regulative

14. Saradnja sa drugim državnim organima

15. Medijska podrška na suzbijanju neovlašćene potrošnje.

Tablela 1

Tablela 2

[023]

energija

ZaključakDetaljna analiza gubitaka zadnjih godina u pogonu Velika Plana pokazuje da su gubici električne energije oko 23%. Tehnički gubici su na prosečnom nivou oko 11%. Komercijalni gubici su na prosečnom nivou oko 12%. Prihvatljivo bi bilo da su komercijalni gubici 1% do 2%. Smanjenje tehničkih gubitaka treba tražiti u rekonstrukciji niskonaponske mreže i izgradnje novih trafostanica 10/0,4 kV/kV. Preopterećenju niskonaponskih mreža doprinosi veoma niska cena električne energije u Srbiji. Odnos potrošnje električne energije domaćinstvo – privreda je 70% - 30% u zimskom periodu, dok se u letnjim mesecima to kreće oko 57% - 43%. Pošto je potrošnja privrede gotovo ista tokom cele godine, porast potrošnje u domaćinstvima dovodi do povećanja tehničkih gubitaka, a komercijalni gubici rastu zbog krađe električne energije. Ukupni gubici u letnjim mesecima se kreću između 16% i 18%, zimi ovi gubici se penju do 27%. Posebna pažnja treba da se posveti komercijalnim gubicima. Visok procenat komercijalnih gubitaka je direktno vezan sa blagom kaznenom politikom sudstva. Smanjenje gubitaka u distributivnim mrežama je veoma važan i treba da bude stalan zadatak distributera.

Literatura[1] N. Rajaković, D. Tasić,

Distributivne i industrijske mreže, Akademska misao, Beograd 2008.

[2] Zakon o energetici, „Sl.glasnik RS“, br. 84/2004.

[3] Uredba o uslovima isporuke električne energije, „Sl.glasnik RS“, br. 107/2005.

[4] Tarifni sistem za obračun električne energije za tarifne kupce, „Sl.glasnik RS“, br. 109/2009.

[5] T. Bojković, M. Tanasković, D. Perić, Distribucija električne energije – rešeni primeri, Akademska misao, Beograd 2009.

[6] D. Tasić, M. Stojanović, Gubici električne energije u distributivnim mrežama, Elektronski fakultet, Niš 2006.

Saša M. StojkovićTehnički fakultet, Čačak

UDC: 621.313 : 621.316.004

Analiza prelaznih procesa u distributivnoj mreži sa priključenom malom elektranom

1. UvodPlaniranje, projektovanje i eksploatacija radijalnih distributivnih mreža predstavljaju uhodane aktivnosti. Uvođenjem distribuirane proizvodnje električne energije, te

aktivnosti se intenzivno menjaju. Distribuirani generatori danas su nezaobilazan činilac u proizvodnji električne energije. Poznato je, međutim, da male elektrane mogu da izazovu tehničke probleme u radu

SažetakNoviji standardi i preporuke za priključenje malih elektrana na distributivnu mrežu ukazuju na veliki značaj analiza prelaznih procesa u slučajevima kada je moguća degradacija osetljive elektronske i električne opreme zbog poremećaja u njenom okruženju. Provera otpornosti opreme na naprezanja može se izvesti simulacijama u vremenskom domenu, čime se dobijaju „numerički oscilogrami“. U radu je prikazan simulacioni model baziran na upotrebi softverskog alata ATP-EMTP (Alternative Transients Program), koji omogućava analizu rada distributivne mreže sa priključenom malom elektranom u stacionarnim i prelaznim režimima. Analizirani su ispad nadzemnog voda, prelaz na izolovani rad i ispad opterećenja, uz obuhvatanje tokova snaga i regulacije pobude i brzine. Prednost modela je da je on „opšte namene“, tj. može se koristiti za analizu različitih problema, a može biti od velike koristi inženjerima koji treba da donesu odluku o priključenju male elektrane. Dobijeni rezultati verno odslikavaju analizirane prelazne procese.Ključne reči: mala elektrana, distribuirana proizvodnja, ATP-EMTP, simulacija, prelazni proces

Analysis of Transient Processes in Distribution Network with Embedded GeneratorNew standards and guides for embedded generators connection to distribution network indicate the great importance of transient processes in the cases when degradation of vulnerable electronic and electric equipment is possible due to disturbances in their vicinity. Verifi cation of equipment immunity can be done by time domain simulations, in which case the „numerical oscillograms”are obtained. In the paper ATP-EMTP (Alternative Transients Program) simulation model is presented, which enables distribution network stationary and transient analysis. Outage of the distribution line, small power plant disconnection and load rejection at the independent power producer are analysed, including load fl ow and automatic control. The main merit of the model is its “general purpose“ feature. It can be used for analysis of different problems, and can be very useful for engineers who must decide about embedded generator connection. The

[024]

energija

distributivnih mreža zbog činjenice da nepovoljno utiču na čitav niz procesa u mreži. Mreža više nije radijalna, a generatori nisu električno udaljeni od potrošača, već su sasvim blizu, pa je uticaj male elektrane na potrošače, naročito na „inteligentnu“ opremu, veoma jak. Problemi u distribuiranoj proizvodnji električne energije detaljno su prikazani u [1] i [2]. Ti problemi doprineli su zakonskom regulisanju pravila za priključenje malih elektrana na mrežu. U našoj zemlji to je Tehnička preporuka [3], dok reference [4-6] mogu biti veoma korisne.Procesi u kojima učestvuje mala elektrana su stacionarni i prelazni. U [2] i [4-6] ukazano je na činjenicu da je za projektovanje mreža sa distribuiranom proizvodnjom u nekim slučajevima potrebno izvesti i detaljnije analize prelaznih procesa. Prvi slučaj kada se to zahteva je kada u blizini distribuiranog generatora postoji osetljiva elektronska i električna oprema, naročito računarska oprema, osetljivi regulatori elektromotornih pogona, asinhroni motori i sl. Moguća je degradacija ovakve opreme zbog poremećaja u njihovom okruženju, zbog čega se zahteva da emisija poremećaja mora da se održava ispod nivoa koji bi izazvao neprihvatljivu degradaciju performansi oprema [5]. Sva oprema koja je u takvom elektromagnetnom okruženju treba da ima dovoljnu otpornost na sve poremećaje u blizini, što se može proveriti jedino izračunavanjem krive napona (naponski propad i privremeni prenapon), frekvencije napona i krive struje kratkog spoja. Drugi karakteristični slučaj je prelaz na nenamerni izolovani rad distribuiranog generatora. U tom slučaju, menja se opterećenje malog generatora, zbog čega regulatori treba pobudu i dotok goriva da prilagode novoj snazi, što u velikom

broju slučajeva ne može biti lako izvedeno. Promenjene su vrednosti osnovnih parametara od kojih zavisi rad opreme i potrošača u mreži – napona i frekvencije, zbog čega je praktično u svim zamljama, osim Kanade, ovakav rad nedozvoljen, pa je važno izračunati pomenute patametre kako bi se analizirala specijalna, tzv. zaštita od gubitka mreže, koja generator treba sigurno da isključi sa mreže. Problem nastaje kada generator može da se prilagodi snazi potrošača, što veoma otežava rad ove zaštite.Treći karakterističan slučaj je rasterećenje malog generatora, kada dolazi do prelaznih povećanja napona i frekvencije. Sva ova tri karakteristična slučaja mogu biti analizirana ukoliko se izvede simulacija u vremenskom domenu. U ovom radu, za analizu prelaznih procesa i tokova snaga korišćen je metod numeričkih simulacija. Simulacioni model je defi nisan pomoću softverskog alata opšte namene Alternative Transients Program (ATP), jedne varijante softvera ElectroMagnetic Transients Program (EMTP), kojim se mogu simulisati stacionarni i prelazni procesi u elektroenergetskim mrežama [7-8]. Simulacija prelaznih procesa u distributivnim mrežama sa distribuiranom proizvodnjom električne energije (nezavisnim proizvođačima) prikazana je u [9-11], dok su podaci o regulatorima pobude i brzine uzeti iz [12] i [13]. Jednim simulacionim modelom mogu se analizirati svi pomenuti prelazni procesi, kao i ustaljeno stanje, zajedno sa tokovima snaga. U ovom radu defi nisan je jedan takav simulacioni model, što je osnovni cilj rada, a opisani su i analizirani prelazni procesi.Rad je sastavljen od nekoliko delova. Posle Uvoda, u poglavlju 2 dat je simulacioni model. Treće poglavlje

prikazuje rezultate analize ispada jednog od dva paralelna voda zbog trofaznog kratkog spoja. U četvrtom poglavlju prikazani su prelazni procesi prilikom prelaza na izolovani rad distribuiranog sinhronog generatora snage 5 MVA. Peto poglavlje prikazuje ispad opterećenja male elektrane, dok su u šestom dati zaključci. Na kraju je navedena korišćena literatura.

2. Simulacioni model

2.1. Model mreže Na sl. 1 prikazan je simulacioni model distributivne mreže na koju je priključen sinhroni generator snage 5 MVA. Mala elektrana opterećena je lokalno, dok je opterećenje distributivne mreže 15 MW. Parametri mreže i potrošača prikazani su na sl. 1. Na slici nisu prikazani regulatori pobude i brzine. Modulom LOAD FLOW softvera ATP izračunati su napon i fazni stav sinhronog generatora tako da on u mrežu daje P=3 MW pri relativnom naponu od u=1.03 rj (relativne jedinice). Rezultat izračunavanja tokova snaga je da mašina u mrežu daje Q=3.054 MVAr. Trofazni kratak spoj simuliše se prekidačem obeleženim sa „KVAR“. Vrednosti napona mreže i generatora su maksimalne fazne.

2.2. Model sinhronog generatoraSinhroni generator male elektrane, snage 5 MVA, simulisan je SM59 modelom. Na sl. 1 on se nalazi krajnje levo. Značenje parametara defi nisano je u [7-8], a podaci su preuzeti iz [10]:Un=6.3 kV, Sn=5 MVA, f=50 Hz, p=4 (pola), If=250 A, ra=0.004 pu, xl=0.1 pu, xd=1.8 pu, xq=1.793 pu, =0.166 pu, =0.98 pu, =0.119 pu, =0.17 pu, =1.7545 s, =0, =0.019s, =0.164 s, x0=0.046 pu, rN=0, xN=0.Moment inercije svih obrtnih masa iznosi I=74.8 kg·m2. Priključen je samo jedan genarator.

2.3. Regulator pobudeRegulator pobude tipa DC1, prema standardizaciji IEEE, opisan je u [12] i [13], odakle su uzeti njegovi parametri. Model pobudnice je iz [7].Parametri su:Tr=0.01 s – vremenska konstanta mernog pretvarača,

Slika 1 Simulacioni model distributivne mreže sa priključenom malom elektranom

[025]

energija

KF=0.058 – pojačanje stabilizacionog elementa,TF=0.62 s – vremenska konstanta stabilizacionog elementa,Vmax=1.7 – ograničenje maksimalnog napona regulatora,Vmin=-1.7 – ograničenje minimalnog napona regulatora,Ka=187 – pojačanje regulatora, iTa=0.89 s – vremenska konstanta regulatora.

2.4. Regulator brzineModel regulatora brzine i turbine sa direktnim tokom pare preuzet je iz [13]. Vrednosti parametara su: Kg=20 – pojačanje regulatora,TS=0.1 s – vremenska konstanta glavnog hidrauličkog servomotora, iTu=0.25 s – vremenska konstanta parnog prostora između regulacionog ventila i mlaznika turbine.

3. Ispad jednog od dva paralelna voda

Ispad jednog od dva paralelna voda usled trajnog trofaznog kratkog spoja predstavlja jedan od događaja koji mogu da izazovu veoma teške posledice po stabilnost sinhronog generatora i performanse elemenata distributivne mreže. U toku ovog

prelaznog procesa nastaje znatna struja kratkog spoja koja na mesto kvara dolazi iz mašine, praćena jakim elektromagnetnim momentom. Za vreme kratkog spoja nastaje naponski propad, dok, posle isključenja voda relejnom zaštitom, nastaje privremeni prenapon. Struja kratkog spoja termički zagreva namotaje mašine, a nastaju i veoma jake elektrodinamičke sile, koje su važne za konstrukciju mašine i temelja. Ukupna struja kvara veća je nego kada nema distribuiranog generatora, koji daje svoj udeo u toj struji. Naponski propad za vreme kvara ugrožava potrošače u blizini male elektrane u zavisnosti od toga koliko traje, od toga koliki je naponski propad, od vrste kratkog spoja, od dielektrične čvrstoće potrošača, od mesta kratkog spoja i od uticaja regulatora [2]. U ovom radu cilj je da se prikaže jedan slučaj ispada voda usled kvara. Isključenjem jednog od dva voda menja se impedansa tih vodova, ali se potrošnja kojom su opisani potrošači ne menja. Pretpostavljen je trofazni kratak spoj na donjem od dva nadzemna voda na sl. 1, u neposrednoj blizini sabirnica BUS1, koje su i spojna tačka male elektrane na mrežu (PCC – Point of common coupling). Metalni kvar

nastaje u trenutku t=0.1 s i isključuje se relejnom zaštitom i prekidačima na oba kraja tog voda u trenutku t=0.2 s. Pre kvara, sinhroni generator daje trofaznu aktivnu snagu P=3 MW i oko Q=3 MVAr reaktivne snage. Potrošačima u svojoj blizini daje trofaznu aktivnu snagu P=1.065 MW, kao i Q=0.34 MVAr (trofazno). Ostatak aktivne i reaktivne snage predaje se distributivnoj mreži. Radni režim pre kvara je takav da je maksimalna vrednost faznog napona generatora Umf=5300 V, ili 1.03 rj. Naznačeni maksimalni fazni napon je Unmf=5144 V. Pretpostavljeno je da je relejna zaštita selektivna, pa zaštita generatora ne isključuje generator sa mreže, kao i da nije primenjeno automatsko ponovno uključenje (APU) voda. Ukoliko se primenjuje APU voda, ovakav scenario nije moguć, zbog mogućnosti uključenja voda u opoziciji faza. U slučaju mogućeg napajanja mesta kvara distribuiranim generatorom, ili primene APU-a, mašinu je potrebno isključiti sa mreže [5], [8].Na sl. 4 prikazana je vremenska promena napona faze A generatora. U celom radu prikazuju se jedino maksimalne trenutne vrednosti, a ne efektivne, jer je očitavanje ovih vrednosti znatno lakše, budući da se dobijaju „numerički oscilogrami“. Softverski alat ATP-EMTP daje vremenske promene fi zičkih veličina, a ne fazore. Na sl. 4 prikazan je slučaj sa regulacijom – postoje gore opisani regulator pobude i regulator brzine. Oni u izvesnoj meri utiču na vrednosti napona. Kriva napona u slučaju kada nema regulatora nije prikazana zbog prostora i preglednosti. Ona je praktično istog oblika kao sl. 4, a razlike u vrednostima su male i biće istaknute za karakteristične trenutke.Slika 4 pokazuje da, posle ustaljenog stanja sa maksimalnim faznim naponom od 5300 V, nastaje naponski propad. Na sl. 5 prikazan je deo krive sa sl. 4, do t=0.4 s. U tabeli I prikazana je najmanja vrednost, dakle maksimum prve periode naponskog propada. Posle isključenja kvara nastaju oscilacije napona, koje su posledica elektromagnetne sprege statora i rotora, uz promenljivu brzinu rotora. Sinhroni generator je stabilan, što pokazuje sl. 4, jer se te oscilaciju smiruju i, na kraju, nestaju. Karakteristične maksimalne trenutne vrednosti napona prikazane su u tabeli 1, da bi se analizirao uticaj regulatora pobude i brzine na

Slika 2 Regulator pobude

Slika 3 Model regulatora brzine i turbine

[026]

energija

vrednost napona generatora.Tabela 1 pokazuje da u trenucima kvara i izvesno vreme posle isključenja kvara regulator pobude podiže napon u odnosu na slučaj bez regulatora. Koefi cijent privremenog prenapona iznosi 1.2607 rj u trenutku prvog maksimuma posle isključenja kvara, dok je on 1.2294 rj kada nema regulatora. To praktično znači da, za potrebe podešavanja prenaponske zaštite generatora (napon reagovanja i vremensko kašnjenje), greška u izračunavanju privremenog prenapona iznosi oko -8 % ukoliko se ne uzme u obzir regulator. Dobijena vrednost je manja, pa regulator ne treba da bude izostavljen. Za vreme naponskog propada regulator pobude podiže

napon u odnosu na slučaj kada ga ne bi bilo. Tabela I pokazuje i da regulator izvršava svoj zadatak – već od t=8 s napon generatora je zadati napon, tj. 5300 V. Ukoliko nema regulatora, uspostavlja se novi radni režim sa naponom koji je za 5% viši od zahtevanog (5300 V), ili za 8.3% višeg od naznačenog faznog napona generatora (5143 V). Takav rad je potrebno analizirati jer je preporukom [3] defi nisano da stacionarni napon treba da bude u opsegu ±5%. Treba napomenuti da regulator pobude reguliše napon na priključku malog generatora, dok je za priključenje generatora na distributivnu mrežu merodavan napon u spojnoj tački (PCC na sl. 1, čvor BUS1).

regulatori pobude i brzine.Slike 6 i 7 pokazuju da je struja velika za vreme kvara, a oscilacije struje posle kvara nastaju iz istog razloga kao i oscilacije napona. Kriva struje kada nema regulatora veoma je slična ovoj na sl. 6 i 7, pa, zbog preglednosti, neće biti prikazana. Karakteristične vrednosti struje prikazane su u tabeli 2.Tabela 2 pokazuje da su maksimalne trenutne struje pre kvara jednake (što je logično), dok se udarna struja razlikuje za manje od 0.5%, što je beznačajna razlika. Drugim rečima, izračunavanje udarne struje može se izvesti i bez regulatora jer u trenutku kada ona nastaje, regulatori ne stignu da deluju. Međutim, novo ustaljeno stanje koje se uspostavlja znatno se razlikuje u slučajevima sa i bez regulatora. To pokazuje poslednja kolona u tabeli 2, a struje se razlikuju za oko 16.6%. Na sl. 8 prikazano je dejstvo regulatora pobude. Napon pobude se, zbog kvara, pojačava 2.88 puta, da bi se, posle dve oscilacije, ustalio na relativnoj vrednosti od 0.817 rj. Promena pobudne struje je drugačija od promene pobudnog napona zbog elektromagnetne sprege

Slika 4 Napon faze A generatora do t=13 s Slika 5 Napon sa sl. 4 do t=0.4 s

Tabela 1 Karakteristične maksimalne fazne vrednosti napona generatora sa slike 4

Slika 6 Struja faze A generatora do t=5 s Slika 7 Struja faze A generatora do t=1 s

Tabela 2 Karakteristične maksimalne fazne vrednosti struje generatora sa sl. 6

Na slikama 6 i 7 prikazana je struja generatora do t=5 s (sl. 6) i do t=1 s (sl. 7) u slučaju kada postoje

[027]

energija

između rotora i statora, kao i zbog induktivnosti namotaja pobude, koja dolazi do izražaja u prelaznim procesima. Na sl. 9 prikazana je pobudna struja. Posle oscilatorno-prigušenog prelaznog procesa, pobudna struja se sa vrednosti 586 A ustaljuje na 479 A. To je posledica promene radnog režima zbog isključenja jednog voda. Na sl. 10 prikazano je odstupanje ugaone brzine rotora od sinhrone, u [rad/s]. Oscilacije se smiruju, što ukazuje na stabilan rad mašine za ovo trajanje kvara (100 ms). Produžavanjem trajanja kvara

može se odrediti granica stabilnosti [9], [11], [13]. Brzina se vraća na vrednost koju diktira mreža jer je mašina u sinhronizmu sa njom. Na sl. 11 prikazan je ugao rotora u [˚], koji je veoma važna veličina u studijama stabilnosti. Zbog promene režima rada, u slučaju sa regulatorima, ugao rotora se promenio sa 72˚ na 76.4˚. Promena ugla relativno je mala jer je i promena radnog režima mala – promenjena je samo impedansa vodova, koja se povećala jer je impedansa jednog voda dva puta veća od impedanse dva ista paralelna voda.

4. Prelaz na izolovani radU ovom delu rada analizira se isključanje male elektrane i (hipotetički) prelaz na izolovani rad. U izolovanom radu regulacija treba da održi željene vrednosti napona i brzine. Naprimer, u ovoj simulaciji želi se da se napon generatora zadrži na vrednosti pre isključenja, a to je Umf=5300 V, ili 1.03 rj. Ta vrednost predstavlja maksimalnu vrednost faznog napona generatora, čija je naznačena vrednost napona Un=6300 V (efektivna vrednost linijskog napona, kojem odgovara maksimalni fazni napon od 5144 V, ili 1 rj).

Slika 8 Dejstvo regulatora pobude u [rj] Slika 9 Pobudna struja u [A]

Slika 10 Odstupanje ugaone brzine rotora u [rad/s] Slika 11 Ugao mašine u [˚]

Slika 12 Napon generatora faze A do t=14 s Slika 13 Napon generatora faze A do t=1 s

[028]

energija

Međutim, pojačanje regulatora brzine od Kg=20 omogućava sporo prigušenje oscilacija, dok vrednost od Kg=10 daje znatno bolje rezultate, zbog čega je simulacija ovog režima izvedena sa pojačanjem Kg=10, što odgovara statizmu od 10%. Izbor optimalnih parametara regulatora pobude i brzine nije tema ovog rada, već samo simulacioni model, u kome se ovi parametri lako mogu menjati. Na sl. 12 prikazan je napon faze A generatora, koji se isključuje sa mreže u t=0.2 s. Slika pokazuje da nastaje privremeni prenapon, ali se posle nekoliko oscilacija on prigušuje na zahtevanu vrednost. To ukazuje da regulator pobude obavlja zahtevani zadatak. Zbog preglednosti, na sl. 13 prikazan je deo te krive do trenutka t=1 s. Osnovni uzrok privremenog prenapona, koji može ugroziti opremu i potrošače priključene na generator, je rasterećenje generatora [13]. Pre isključenja generator daje, kao i u analizi ispada jednog od dva voda, trofaznu aktivnu snagu od P=3 MW i trofaznu reaktivnu snagu od približno Q=3 MVAr, od čega potrošačima koji su priključeni na njega Pp=1.065

MW i Qp=0.34 MVAr (trofazno). Posle isključenja, generator snage 5 MVA se rasterećuje jer više ne daje snagu u mrežu, dok se snaga lokalne potrošnje nije promenila. Posledica je povećanje brzine, a samim tim i napona, pri čemu kod distribuiranih generatora postoji veoma nepovoljna okolnost da je rotor generatora relativno veoma lak. Pre isključenja, maksimalna trenutna vrednost napona generatora je 5306 V, maksimalna 6755 V, a kada je završeno regulisanje pobude, 5312 V. Koefi cijent privremenog prenapona u odnosu na 5144 V iznosi 1.274, što treba uzeti u obzir kod analize ugroženosti opreme i potrošača [4]. Takođe, vidi se da regulator uspeva da reguliše napon na zahtevanu vrednost. U slučaju da se zahteva isključenje mašine zbog izolovanog rada, što je u našoj zemlji slučaj, ovakvo dejstvo regulatora otežavalo bi rad zaštite od gubitka mreže. Na sl. 14 prikazana je struja generatora. Ona se sa vrednosti 513 A smanjuje na vrednost koja odgovara novoj, smanjenoj snazi, a to je 157 A. Za to je zaslužan regulator brzine, koji smanjuje dotok goriva u turbinu.

Relativna ugaona brzina prikazana je na sl. 15. Zbog naglog rasterećenja i promene ravnoteže mehaničke i električne snage, brzina naglo poraste, ali se posle nekoliko oscilacija vraća na vrednost blisku nazivnoj. Konstrukcija i parametri regulatora su takvi da se brzina smanjuje na vrednost ω=1.04 rj, a ne na ω=1, što se želi. Složenijom konstrukcijom regulatora ovaj problem se može rešiti, ali to nije tema ovog rada [14]. Na sl. 16 prikazano je dejstvo regulatora brzine. On snagu turbine menja sa pune vrednosti na relativnu vrednost 0.597 rj. U isto vreme, regulator pobude smanjuje napon pobude sa pune vrednosti na vrednost 0.511 rj, što je prikazano na sl. 17. Može se zaključiti da promena električnih i mehaničkih veličina generatora posle isključenja mašine sa mreže i prelaska na izolovani rad zavise od novonastalog opterećenja. U ovom slučaju mašina se rasterećuje, a regulatori smanjuju mehaničku snagu i pobudu. Brzina, a samim tim i frekvencija, dobijaju vrednosti koje zavise od konstrukcije regulatora brzine, što nije bio

Slika 14 Struja generatora faze A do t=10 s Slika 15 Ugaona brzina rotora u [rj] do t=16 s

Slika 16 Dejstvo regulatora brzine u [rj] Slika 17 Dejstvo regulatora pobude u [rj]

[029]

energija

problem kod ispada voda jer je mašina ostala da radi u sinhronizmu sa mrežom. Dobijeni rezultati predstavljaju osnovu za podešavanje relejne zaštite i analizu kvaliteta električne energije.

5. Ispad opterećenja u blizini male elektrane

U ovoj simulaciji pretpostavljen je ispad opterećenja priključenog u blizini distribuiranog generatora. Isključenje opterećenja od P=1.065 MW (trofazno) i Q=0.34 MVAr (trofazno) nastaje u trenutku t=0.2 s, a sinhrona mašina snage 5 MVA ostaje priključena na mrežu. I u ovom slučaju mašina je rasterećena, pa je prelazni proces sličan onom u prethodnom delu rada. U ovom slučaju ispala snaga mnogo je manja, pa su i promene veličina znatno manje nego u slučaju isključenja mašine i prelaska na izolovani rad. Razlika, i to veoma značajna, je u tome da u slučaju ispada potrošnje u blizini malog generatora mašina ostaje priključena na mrežu, što utiče na promenu brzine rotora. Na sl. 18 prikazan je napon mašine, a promena je slična onoj na sl. 12, koja važi

za prelaz na izolovan rad. Ovde su oscilacije znatno manje jer i promena opterećenja mala. Koefi cijent prenapona je 1.0937 rj u odnosu na 5144 V. Regulator uspešno reguliše napon na 5304 V. Slika 19 prikazuje odstupanje ugaone brzine rotora u odnosu na sinhronu brzinu. Posle prigušenih oscilacija usled lakog rotora, odstupanje brzine u trenutku t=20 s dobija vrednost 7.8133·10-5, što je zanemarljiva vrednost. Drugim rečima, za razliku od izolovanog rada, gde statizam regulatora određuje krajnju brzinu, ovde se brzina vraća na sinhronu vrednost, a frekvencija na 50 Hz. Na sl. 20 prikazano je dejstvo regulatora brzine, uz pojačanje Kg=10. Regulator deluje, ali na kraju nema promene odate mehaničke snage. Regulator pobude smanjuje napon pobude na vrednost 0.883 rj, a ugao mašine promeni se sa 72˚ na 75.3˚. Zbog smanjenja pobudnog napona, smanjena je i struja generatora na 0.866 rj, a za isti iznos i prividna snaga generatora (zbog iste vrednosti napona). Prividna snaga mašine smanjena je sa vrednosti S=4.25 MVA na vrednost

S=3.683 MVA. Ta vrednost određena je tokovima snaga i naponskim prilikama.

6. ZaključakU radu je pokazano da ATP-EMTP simulacioni model može da omogući detaljnu analizu prelaznih procesa koji nastaju u radu distributivne mreže na koju je priključena mala elektrana snage 5 MVA. Ovakve analize neophodne su u slučajevima kada postoji elektronska i električna oprema osetljiva na poremećaje u okruženju. Osnovna karakteristika prikazanog modela je da on omogućava analizu raznovrsnih prelaznih procesa, kao i ustaljenog stanja i tokova snaga. Rezultati simulacije verno odslikavaju procese koji se dešavaju, a modeli elemenata su složeni i, praktično, bez pojednostavljenja. U daljem radu, simulacioni model bi mogao da bude upotrebljen za pojedinačne analize opisanih prelaznih procesa.

Slika 18 Napon generatora faze A do t=14 s Slika 19 Odstupanje ugaone brzine u [rad/s]

Slika 20 Dejstvo regulatora brzine u [rj] Slika 21 Dejstvo regulatora pobude u [rj]

[030]

energija

7. Literatura[1] Jenkins N., Allan R., Crossley

P., Kirscher D., Strbac G., EMBEDDED GENERATION, The Institution of Electrical Engineers, 2000., United Kingdom

[2] Velasco J. A. M. (convenor), VOLTAGE DIP EVALUATION AND PREDICTION TOOLS, CIGRE Brochure No. 372, Task Force C4.102, February 2009.

[3] TEHNIČKA PREPORUKA BR. 16: OSNOVNI TEHNIČKI ZAHTEVI ZA PRIKLJUČANJE MALIH ELEKTRANA NA MREŽU ELEKTRODISTRIBUCIJE SRBIJE, JP „Elektroprivreda Srbije“, Srbija, 2003, www.eps.rs/publikacije/teh_preporuke/TP16CDF.pdf.

[4] Hatziargyriou N. (convenor), CONNECTION CRITERIA AT THE DISTRIBUTION NETWORK FOR DISTRIBUTED GENERATION, CIGRE Brochure No. 313, Task Force C6.04.01, February 2007.

[5] Working Group C6.02: CONNECTION OF GENERATORS AND OTHER CUSTOMERS – RULES AND PRACTICES -, CIGRE Brochure 271, April 2005.

[6] IEEE Standards Coordinating Committee 21: IEEE Application Guide for IEEE Std 1547TM, IEEE Standard for Interconnecting Distributed Resources with Electric Power Systems, 2008.

[7] ELECTRO-MAGNETIC TRANSIENTS PROGRAM (EMTP) THEORY BOOK, Bonneville Power Administration, USA, August, 1986.

[8] ALTERNATIVE TRANSIENTS PROGRAM (ATP) RULE BOOK, Canadian/American EMTP User Group, 1987-92.

[9] Freitas W., Vieira J. C. M., Morelato A., da Silva L. C. P., da Costa V. F., Lems F. A. B., COMPARATIVE ANALYSIS BETWEEN SYNCHRONOUS AND INDUCTION MACHINES FOR DISTRIBUTED GENERATION

APPLICATION, IEEE Tr. On Power Systems, 21 (2006), 1, pp. 301-311.

[10] Fabricio A.M. Moura, Jose R. Camacho, Marcelo L.R. Chaves, Geraldo C. Guimaraes, INDEPENDENT POWER PRODUCER PARALLEL OPERATION MODELING IN TRANSIENT NETWORK SIMULATIONS FOR INTERCONNECTED DISTRIBUTED GENERATION STUDIES, Electric Power System Research 80 (2010), pp. 161-167.

[11] Stojković S., ANALIZA UTICAJA KVAROVA U DISTRIBUTIVNOJ MREŽI NA DISTRIBUIRANE SINHRONE I INDUKCIONE GENERATORE SOFTVERSKIM ALATOM ATP-EMTP, „Energija, ekonomija, ekologija“, Br. 1/Godina XII/Mart 2010., UDC 620.9, ISSN br. 0354-8651, str. 214-220.

[12] Kundur P., POWER SYSTEM STABILITY AND CONTROL, McGraw-Hill, 1994.

[13] Ćalović M., REGULACIJA ELEKTROENERGETSKIH SISTEMA, Elektrotehnički fakultet, Beograd, 1997.

ZahvalnostAutor se najljubaznije zahvaljuje Ministarstvu za nauku i tehnološki razvoj Republike Srbije za fi nansijsku podršku projekta TR-17001 „Pouzdanost deregulisanih distributivnih sistema“.

[031]

energija

Prof. dr Slobodan Vukosavić, Elektrotehnički fakultet, Beograd, SrbijaProf. dr Željko Despotović, Institut „Mihajlo Pupin“, Beograd, SerbijaM.S.EE, Nikola Popov, Elektrotehnički fakultet, Beograd, Srbija

UDC: 621.317.32.001.573

Univerzalni elektronski merni modul za merenje struje i napona elektrostatičkih izdvajača

1.UvodGenerisanje visokih jednosmernih napona (>40kV), je uveliko postalo aktuelno u tehnologijama koje se primenjuju u izdvajanju i kontroli emisije čestica dimnih gasova na industrijskim postrojenjima najvećih aero-zagađivača kao što su termoelektrane, toplane, cementare i druga industrijska postrojenja, koja ispuštaju u atmosferu štetne dimne gasove. Najefi kasnije sredstvo za uklanjanje čestica iz dimnih gasova su elektrostatički izdvajači (ESI), čiji se rad bazira na korišćenju visokog napona (VN) između taložnih emisionih elektroda. Pretvaranje monofaznih i trofaznih mrežnih napona u visoke jednosmerne napone se ostvaruje grupom energetski pretvarač-VN transformator (podizač napona). Konvencionalni pretvarači koji se koriste u ovim aplikacijama su bazirani na 50Hz-nim regulatorima sa tiristorskom kontrolom [1]. U novije vreme se radi na razvoju novih naprednih visokofrekventnih (VF) tehnologija koje se počinju polako uvoditi u sisteme za otklanjanje aero-zagađenja u pomenutim industrijskim postrojenjima. U oba ova slučaja od interesa je meriti napon na elektrodama izdvajača kao i njegovu struju. Merenje ovih veličina je značajno sa aspekta optimalne kontrole i iskorišćenja grupe energetski pretvarač-VN transformator, u cilju što efi kasnijeg izdvajanja čestica dimnog gasa na izlaznom dimnjaku postrojenja, ali i iz razloga monitoringa ovih veličina sa stanovišta nadređenog nadzorno

upravljačkog SCADA sistema. Standardno se problem merenja VN na elektrodama ESI izvodi otpornim razdelnikom [1-2], sastavljenim iz dva otpornika (jedan ka VN strani i drugi ka NN strani) kao

što prikazuje slika 1. Gornji kraj VN otpornika je vezan preko VN izolatora na VN kraj (standardno 100kV za većinu ESI). Standardna vrednost ovog otornika je 100MΩ, a njegova nominalna struja 1mA.

SažetakU radu je prikazano praktično realizovano tehničko rešenje inetgrisanog elektronskog modula za merenje trenutne vrednosti visokog napona (VN) i struje elektrostatičkih izdvajača (ESI). Realizovani merni modul je prilagođen za opseg promene napona na elektrodama ESI (0-100kV), odnosno za opseg struja 0-1A. Elektronski merni modul je integrisan u transformatorski sud ispunjen uljem, u kojem se nalaze VN ispravljač i VN visokofrekventni (VNVF) transformator. Razvijeni elektronski modul je ustvari merni pretvarač kojim se omogućava merenje struje i napona ESI pri čemu se na njegovom izlazu dobijaju naponski signali ovih veličina normalizovani na standardan industrijski opseg 0-10V. Ovi signali se koriste za prikazivanje trenutnih vrednosti struje i napona ESI, ali i kao sastavni deo povratne sprege u regulacionom kolu VF pretvarača kojim se napaja ESI. Rešenje je primenjeno u sklopu VNVF sistema na elektrofi ltarskom postrojenju na TE “Morava”.

THE UNIVERSAL ELECTRONIC MODULE FOR MEASURING THE CURRENT AND VOLTAGE OF THE ELECTROSTATIC PRECIPITATORSThe paper presents a practical technical solution realized integrated electronic module for the measurement of high voltage and current on the electrodes of electrostatic precipitators (ESP). The described measurement module covers the standard range of voltage variation on the electrodes ESI (0-100kVA), while the standard range of currents which are supplied 0-1A. Developed electronic module is integrated into the transformer oil tank, where there are high voltage rectifi er and high voltage high frequency (HVHF) transformer. Electronic module is actually a measurement converter that allows you to measure current and voltage on the electrodes of ESP to receive its output voltage signals are normalized to the standard industrial range 0-10V. These signals are used to display the voltage current values of voltage and ESP, but also as an integral part of a feedback regulation in the round HVHF power converter. The solution is applied to ESP plant at TPP “Morava” and measuring module is embedded in the court of VNVF transformer /rectifi er set. The proposed method is universal in the sense, that it can be applied to any type VNVF rectifi er devices for supplying of ESP.

[032]

energija

Otpornik koji je postavljen ka uzemljenom kraju elektroda ESI je značajno manje vrednosti i sa njega se vrši merenje napona na ESI prema odnosu razdelnika koji je dat na Sl.1. Sa NN otpornika 10kΩ se vodi naponski signal oklopljenim („širmovanim”) kablom do mernog instrumenta. Jedna od najpoznatijih fi rmi koja proizvodi VN razdelnike napona je North Star High Voltage koja se sa svojim proizvodnim programom predstavlja na internet sajtu http:/highvoltageprobes.com/high-voltage-probes.html.U proizvodnom programu se susreću dva tipa VN sondi odnosno VN razdelnika napona: tip PVM i VD koji pokrivaju sve zahteve VN merenja na ESI. Pored ovog proizvođača na tehnološkom tržištu su zastupljeni VN razdelnici fi rme

Jeenel Technology Services, koji se mogu videti na sajtu www.jeenel.com. Tipičan izgled jednog VN razdelnika sa pripadajućim transmiterom je dat na slici 2. Ostali proizvođači nude slična rešenja. Standardno, prenosni odnosi razdelnika su 1:1000 ili 1:2000. U kombinaciji sa razdelnikom se koristi odgovarajući transmiter koji normalizuje VN signal 0-100kV sa ESI, na nivo upravljačke elektronike 0-10V DC. Prethodno opisani sistemi se odlikuju značajnim dimenzijama, težinom te stoga i cenom. Pored ovoga oni zahtevaju specijalne uslove za montažu zbog svog specifi čnog oblika. U nekim slučajevima se jednosmerni napon ESI tj. napon negativne elektrode meri preko VN otpornika od 80MΩ (ili 265MΩ zavisno od proizvođača) koji zajedno sa otpornikom od 6,8kΩ formira razdelnik napona. VN otpornik je napravljen od niza na red povezanih otpornika od 1MΩ, 6kV. Obično se nalazi u ulju u kotlu

energetske jedinice transformator/ispravljač. Moguće je rešenje i sa samostalnim VN otpornikom koji se nalazi izvan posude sa uljem [3]. Primena VN merenja u novije vreme dobija na značaju u sistemima za dijagnozu ESI. Ovi sistemi se takođe baziraju na VN razdelnicima napona koji su opisani u [4], sa jasno naznačenim dinamičkim osobinama i pouzdanošću njihovog korišćenja u realnim eksploatacionim uslovima.

2. Opis mernog modula Realizovano tehničko rešenje predstavlja kompaktni i integrisani elektronski modul za merenje trenutne vrednosti struje i napona ESI napajanih iz VF pretvarača. Kao jedan od glavnih ciljeva ovog razvoja je bio osmisliti pouzdan sistem za merenje trenutnog napona i struje. Obzirom da se radi o VN merenju, javila se potreba da se radi zaštite izvede odgovarajuća galvanska izolacija mernih signala.VN deo merenja se odnosi na merenje izlaznog napona ESI posredstvom VN diodnog ispravljača, dok se izlazna struja ESI se dovodi direktno sa otpornog šanta 50mΩ/0-50 mV, kao što je prikazano na slici 3.Galvanski izolovani signali se dovode na analogne ulazne portove DSP upravljačke jedinice. Merna elektronika ustvari predstavlja niskopropusni fi ltar N- reda i prilagođena je s jedne strane uslovima VN merenja koja se karakterišu sa veoma izraženim šumovima , a druge strane DSP kontrolnoj jedinici, prema kojoj ti šumovi treba da budu potisnuti. Svi merni signali na VN strani su referisani prema uzemljenom kraju ESI. Signali dobijeni iz mernog modula se pored interne povratne sprege koriste i kao elementi nadzorno upravljačkog SCADA sistema tako što se iz DSP kontrolne jedinice prosleđuju na njegove analogno ulazne jedinice.

Slika 1 Konvencionalno merenje VN na elektrodama ESI

Slika 2 VN merni sistem fi rme Jeenel (a) VN razdelnik, (b) transmiter

(a) (b)

Slika 3 Principska šema merenja struje i napona ESI

[033]

energija

3. Eksperimentalni rezultatiU ovom poglavlju su dati rezulatati eksperimentalnih ispitivanja na VN mernom modulu. Ispitivanja i testiranja su obavljena u laboratorijskim i realnim

Kao senzor napona je korišćena VN sonda-VS za 2.5kV sa ugrađenim kondenzatorskim razdelnikom. Kao senzor struje-CS je korišćen LEM modul za 600A. VN deo ispravljača je preko provodnog izolatora vezan

na opterećenje (elektrodni sistem ESI sekcije). Tipične vrednosti ekvivalentne otpornosti jedne od sekcija ESI su iznosile oko 68kΩ, dok su ekvivalentne vrednosti kapaciteta iznosile 25nF.

VN deo je fi zički odvojen preko uzemljenog VN kaveza (zastora), kojim je obezbeđena sigurnost rada operatera u slučaju da dođe do eventualnog preskoka. Akvizicija i merenja karakterističnih veličina na VN delu su ostvarena opisanim elektronskim modulom potopljenog u uljni medijum u kojem se nalaze transformator i diodni ispravljač. Prema slici 5 ovim merenjem se dobijaju DC napon i struja na izlazu VN ispravljača.

Signali koji se dobijaju na ovaj način su referisani prema analognoj masi koja je vezana na uzemljeni kraj ESI. Pored toga merene su i temperature u pojedinim tačkama magnetnog kola, namotaja primara i sekundara transformatora, kao i samog uljnog medijuma. Obezbeđen je i vizuelni monitoring jednosmerne vrednosti napona i struje na izlazu VN ispravljača, elektrostatičkim voltmetrom 0-100kV tačnosti 1% i ampermetrom sa kretnim kalemom 0-1A tačnosti 0.5%. U okviru verifi kacije i testiranja merene elektronike sprovedeno je nekoliko eksperimenata. U prvom eksperimentu je zadat postepeni porast napona na elektrodnom sistemu ESI od 0-60kV. Učestanost IGBT pretvarača je podešena na 12.5kHz. Verifi kacija VN merenja je data na slici 5. Osciloskopski snimak porasta napona na izlaznim priključcima mernog modula Uout=Udc je dat na slici 5(a). Tabelarni prikaz izmerenih vrednosti napona na elektrostatičkom voltmetru i napona na izlazu mernog modula su dati na slici 5(b).Pored ovih merenja su izvršena merenja u stacionarnom režimu pri čemu je naponskim PWM impulsima IGBT pretvarača podešen opseg promene napona na izdvajaču u opsegu 0-60kV. Merene su srednje vrednosti napona i struje ESI.

Slika 4 Eksperimentalni sistem za testiranje i verifi kaciju VN mernog modula

Slika 5 Verifi kacija VN merenja na ESI; (a)-osciloskopski snimak porasta napona na elektrodama ESI, (b)-izmerene vrednosti napona na ESI i izlazni mernim priključcima modula u stacionarnom režimu

eksploatacionim uslovima na postrojenju ESI na TE “Morava”. Na slici 4 je prikazan kompletan eksperimentalni sistem koji je formiran u sklopu navedenog postrojenja ESI a u cilju verifi kacije rada i testiranja mernog modula.Za pobudu primara VNVF transformatora je korišćen IGBT pretvarač snage prividne snage 150kVA. Napajanje IGBT pretvarača je ostvareno iz trofazne mreže 0.4kV/50Hz. Kao zaštita od kratkog spoja se koriste osigurači F1-F3. Uključenje mrežnog napajanja se ostvaruje prekidačem Q1.IGBT pretvarač sadrži sve potrebne strujne i naponske zaštite. Izlazni napon ovog pretvarača je pravougaoni promenljive učestanosti (0-20kHz) i promenljivog „duty-

cycle“ (0-100%). Podešavanje ovih parametara se ostvaruje preko pulta koji je pod kontrolom operatera. Kontaktor K1 služi za priključenje opterećenja pretvarača (primar VNVF transformatora) preko promenljive prigušnice Lp. Upravljački namotaj kontaktora se napaja iz 220V/50Hz preko komandnih tastera START/STOP. Ovi tasteri su takođe pod kontrolom operatera. Sva merenja trenutnih vrednosti signala na VN strani (struje i napona) u dinamičkim režimima su vršena na osciloskopu koji je galvanski odvojen od ostatka sistema. Na osciloskopu su pored merenja napona i struje primara VNVF transformatora, vršena merenja izlaznog napona i izlazne struje na priključcima elektrodnog sistema ESI.

[034]

energija

Dobijene vrednosti su sređene tabelarno, kao što je prikazano u tabeli 1.Na osnovu tabelarno sređenih rezultata su prikazane zavisnosti V(UDC)=F1(UESI) i V(IDC)=F2(IESI) grafi čki kao što je prikazano na slici 6. Sa ovih grafi čkih zavisnosti se vidi da se postiže veoma dobra linearnost mernog elektronskog modula za merenje napona i struje ESI.Tehničke karakteristike VN mernog modula su :-Napajanje : ±15VDC/0.2VA-Ulazni napon: 0-60kV DC (opciono

0-100kV DC) sa inherentnog razdelnika u VN diodnom mostu

-Ulazna struja: 0-1A DC (pulsirajuća DC za opseg učestanosti 0-50kHz)

-Izlazni signali STRUJA: naponski signal

0-10V, opciono :strujni signal 4-20mA(0-20mA)

NAPON: naponski signal 0-10V, opciono: strujni signal 4-20mA(0-20mA)

-Tačnost merenja: < 2%-Stepen zaštite: P68-Dimenzije modula: 100x100x20mm- Temperaturni opseg: -25ºC do +100ºC

-Relativna vlažnost: 98%

4. ZaključakU radu je predstavljeno tehničko rešenje univerzalnog elektronskog modula za merenje visokog napona na elektrodama elektrostatičkih izdvajača (ESI) i merenje trenutne vrednosti struje kojom se one napajaju. Merni sistem je prilagođen standardnom mernom opsegu promene napona na ESI (0-100kV), odnosno za standardni opseg struja kojim se napajaju (0-1A). Razvijeni elektronski modul je integrisan u sklopu VNVF pretvarača za napajanje ESI. Elektronski modul je ustvari merni pretvarač kojim se omogućava merenje struje i napona ESI pri čemu se na izlazu dobijaju normalizovani naponski signali u opsegu 0-10V. Ovi signali se koriste za prikazivanje trenutnih vrednosti struje i napona ESI, ali i kao sastavni deo povratne sprege u regulacionom kolu VNVF pretvarača. Opisano tehničko rešenje je primenjeno na elektrofi ltarskom postrojenju na

TE “Morava”. Predložena merna metoda je univerzalna u tom smislu što se može primeniti za bilo koji tip konvencionalnih 50Hz-nih SCR ispravljača tako i u slučaju novih VNVF ispravljača koji se koriste za napajanje ESI. Njegova primena se odnosi na sisteme za merenje i akviziciju veličina na VN delu ESI (napona i struje), ali i kao integralni deo povratne sprege digitalnih kontrolera za regulaciju napona, struje i broja preskoka u vremenu na elektrodnim sistemima ESI. Prednost razvijenog mernog modula u odnosu na konvencionalne VN razdelnike je modularan dizajn, značajno manje dimenzije, bolja otpornost na spoljašnje uticaje i značajno bolja pouzdanost.Merni modul prikazan u radu je projektovan i napravljen Elektrotehničkom fakultetu u Beogradu-Laboratorija za mikroprocesorsko upravljanje energetskim pretvaračima. Ceo ovaj razvoj je fi nansijski podržan delom od Ministarstva za nauku Republke Srbije kroz Projekat tehnološkog razvoja TR-21007 - »Razvoj i primena visokonaponske visokofrekventne opreme za otklanjanje aerozagađenja u industriji i elektroprivredi«, a delom od strane P.D TE »Nikola Tesla«- Obrenovac.

Literatura[1] K. Parker, ''Electrical operation

of electrostatic precipitators'', The Institution of Electrical Engineers, London, 2003.

[2] N.V.P.R Durga Prasad, T.Lakshminaray, J.R.K Narasimham, T.M.Verman and C.S.R Kirshnam Raju, »Automatic Control and Management of Electrostatic Precipitator«, IEEE Trans. on Industry Applications, Vol.35, No.3, May/June 1999, pp.561-567.

[3] S.Dobričić, I.Stevanović, R.Prole, D.Jevtić, ”Primena optike u merenju visokonaponskih veličina kod elektrostatičkih fi ltera”, 29 Savetovanje YUKO Cigre-rad R B4-06, Zlatibor, 31 maj-06 jun 2009.

[4] M.Koralun, »High Voltage Mesurements in Electrostatic Precipitator Energizing Circuit«, Journal of Electrostatics, Vol.23, April 1989, pp.293-301. Special Issue Electrostatics 1989.

Tabela 1 Prikaz rezultata merenja pri testiranju elektronskog mernog modula za merenje struje i napona ESI

Slika 6 Grafi čki dobijene zavisnosti izmerenih naponskih signala mernog ele-ktronskog modula za merenje napona i struje ESI, (a)- zavisnost V(UDC)=F1(UESI), (b)-zavisnost V(IDC)=F2(IESI)

[035]

energija

Maja Nikolić, dipl. el. ing, PD „Elektrodistribucija – Beograd“ d.o.o.Momir Bošković, Diginaut d.o.o.

UDC: 621.316.17 : 62-519

Integracija informacionih podsistema sistema daljinskog upravljanja EDB Beograd – integracione tehnologije

1 UvodPojačani zahtevi na energetski sektor u oblasti proizvodnje i distribucije pojačavaju potrebu za boljom kontrolom rada sve složenijih elektroenergetskih sistema. Razmena podataka između podsistema sve je intenzivnija zbog prelaska na elektronsku kontrolu tokova dokumenata, ali i zbog analiza podataka iz različitih delova sistema. Informacioni podsistem sistema daljinskog upravljanja (IPS SDU) je od manjeg projekta spajanja baza podataka za podršku sistemu daljinskog upravljanja postao jedan od centralnih sistema za kontrolu tokova dokumenata, obradu događaja na mreži i analizu mrežne topologije svih naponskih nivoa u Elektrodistribuciji Beograd.IPS SDU se sastoji od više servisa koji dele zajednički informacioni model baziran na CIM modelu opisanom kroz serije standarda IEC 61970 i 61968. IPS SDU objedinjuje i povezuje poslovne funkcije i službe u okviru direkcije upravljanja. IPS SDU, kao pomoćni sistem, projektovan je da podržava standarde za inter-aplikativnu komunikaciju opisanu u standardima IEC 61970 i 61968 kako bi se priključio na korporativnu magistralu poruka. Zbog položaja u direkciji upravljanja i nepostojanju korporativne magistrale poruka, IPS SDU privremeno preuzima funkcije orkestracije poruka i tokova dokumenata i integriše podsisteme u radu operativnog upravljanja.Zbog toga što navedeni standardi još nisu završeni, izbor odgovarajuće arhitekture i alata bio je ograničen,

dok bi izbor integrisanih gotovih rešenja zahtevao veće promene izvan domena rada podsistema. Kako se redovno poslovanje direkcije upravljanja ne sme dovesti u pitanje, postepena unapređenja su optimalno rešenje.

1.1 Početni zahtevi za unapređenjem sistema

Predviđena arhitektura obuhvata integraciju podataka sa različitih sistema. Neki podaci se obrađuju u realnom vremenu kao što su SCADA signali i alarmi, dok se drugi obrađuju kroz tokove dokumenata gde nije neophodna trenutna reakcija. Prema tome se operativni kontekst IPS SDU svrstava u kategoriju proširenog realnog vremena.Promena strukture poslovnog sistema u velikom preduzeću sa kompleksnim i decenijama neizmenjenim poslovnim procedurama postavlja tehničke uslove koji su rešeni specifi čnom mešavinom različitih informatičkih tehnologija.Praćenje događaja od identifi kacije i lociranja do obrade i analize zahteva

pristup svim podacima i parametrima DEES-a čime se između ostalog utvrđuje uklopno stanje, mrežna topologija i parametri kao i podaci o pogođenim potrošačima. Kako je stanje pre integracije obuhvatalo više nezavisnih aplikacija i baza podataka sa ograničenim vezama, odlučeno je da se napravi zajednički model i baza podataka koji će odgovarati zahtevima svih službi koje učestvuju u procesu kontrole rada DEES. Zajednički model i informacioni sistem treba da ispune sledeće zahteve:Heterogeno poslovno okruženje - Dvadeset korisničkih grupa pristupa IPS SDU iz službi sa različitim potrebama, načinima obrade i prikaza podataka, kao i sa različitim obimom i rezolucijom ažuriranja podataka.Performanse – Određeni servisi zahtevaju obradu većeg dela podataka u realnom vremenu, dok drugi zahtevaju kompleksne analize da bi odgovorili na zahteve korisnika.Brža komunikacija - Efi kasna obrada događaja i signala

SažetakInformacioni podsistem sistema daljinskog upravljanja (IPS SDU) je jedan od sistema direkcije upravljanja Elektrodistribucije Beograd čiji je zadatak povezivanje poslovnih funkcija i službi u okviru operativnog upravljanja distributivnim elektroenergetskim sistemom. U radu je opisana metodologija brzog razvoja informacionih sistema i arhitektura IPS SDU pomoću kojih su se uspešno rešili problemi integracije više podsistema, kontrola tokova dokumenata i obrada događaja i signala u realnom vremenu.Ključne reči: upravljanje, integracija, CIM, model-driven, MDA, MDE

[036]

energija

podrazumeva elektronsku razmenu dokumenata čime se ubrzava komunikacija između službi i sama realizacija poslova. Sistem treba da zameni postojeće poslovne procese i načine komunikacije tako da ne naruši njihov integritet.Fleksibilnost - Potrebe službi, odnosno, grupa korisnika, razlikuju se i u pogledu korisničkog interfejsa i u pogledu funkcija za obradu podataka. Sistem treba da se prilagodi svakoj korisničkoj grupi i da se integriše u aplikativno okruženje korisnika.Vremenska dimenzija – Podaci o mrežnim elementima, topologija, uklopna stanja i sinoptički prikazi treba da se prate kroz vreme tako da omoguće retroaktivne analize mreže.

2 Opis arhitektureIPS SDU koristi jednu od varijanti model-driven arhitekture (MDA), tzv. „model-driven environment“ (MDE), odnosno, radno okruženje upravljano modelom. Arhitektura omogućava promene sistema bez značajnijeg uticaja na rad korisnika i servisa, a pri tome omogućava njegov nesmetan razvoj. Dinamično softversko okruženje omogućava automatizaciju svih slojeva sistema i njihovo usklađivanje sa radnim kontekstom i modelom. Automatizacija se ne odnosi na kreiranje izvršnog ili izvornog koda, već isključivo na rad komponenti sistema u skladu sa zadatim modelom. Modelovanje sistema se vrši pomoću specijalizovanih alata baziranih na UML standardu. Iako se u praksi izabrana metodologija razvoja informacionih sistema povezuje sa višim stepenom rizika, MDE arhitektura je uspešna onoliko koliko se dosledno primenjuje i koliko je razvojni tim harmoničan i upoznat sa specifi čnostima arhitekture koja se razvija. Trenutno ne postoje MDE alati koji u potpunosti odgovaraju različitim primenama i najčešće se alati prave za svaku pojedinačnu primenu.

2.1 Dinamično radno okruženjeServisi koji obrađuju statuse mrežnih elemenata i tehničke podatke DEES rade bez prekida čak i prilikom izmena modela i centralne baze podataka. Kako se sistem neprekidno prilagođava i unapređuje utvrđena su pravila i smernice da bi se obezbedio nesmetan rad svih modula IPS SDU kao i podsistema sa kojima IPS SDU komunicira:

1) Izbor hierarhije nasleđivanja u skladu sa CIM modelom

omogućava da se promene modela vrše na tačno određenim nivoima

Slika 1 „Špageti“ pristup u povezivanju delova sistema

Slika 2 Zajednička magistrala poruka za povezivanje delova sistema

[037]

energija

ne utičući značajno na ostale nivoe2) Podacima se pristupa isključivo

preko aplikativnih servisa umesto direktnog pristupa bazi podataka.

3) Podaci i model su integrisani i na zahtev aplikativnog klijenta oni se šalju u istom paketu. Klijenti mogu da usklade procedure za obradu u skladu sa informacijama kojima se opisuju poslati podaci kao što su vrsta i tip podatka, ograničenja, veze sa drugim strukturama i modelima kao i dokumentacija.

2.2 Optimizacija komunikacije i tokova dokumenata

U skladu sa preporukama o implementaciji zajedničke magistrale poruka iz standarda IEC 61970 i 61968, prilikom integracije podsistema veliki broj interfejsa između njihovih delova zamenjuje se zajedničkom magistralom gde je svaki deo sistema odgovoran za svoj interfejs. Tako se tzv. špageti pristup zamenjuje zajedničkom magistralom podataka.Slojevita arhitektura organizovana oko magistrale poruka omogućava distribuciju podataka i opterećenja na nezavisne servise kao što su: topološki servisi, obrada pravaca napajanja potrošača, obrada SCADA signala i alarma, kontrola isključenja važnih potrošača, nedostupne daljinske stanice, i sl.

3 Funkcije IPS SDUKako komunikacija preko magistrale poruka nije uvek opravdana, IPS SDU sadrži i model-driven web servise koji omogućavaju pristup svim podacima u okviru IPS SDU. Pored toga, određene informacije se bolje distribuiraju putem elektronske pošte ili standardnih RSS kanala (Really Simple Syndication).Korisnici i drugi sistemi mogu da biraju vrstu interfejsa koji im najbolje odgovara ili onog koji je optimalan za određeni zadatak.

3.1 Projektovanje prema količini i frekvenciji osvežavanja podataka

Usklađivanje performansi pojedinih servisa vrši se u odnosu na potrebe korisnika u smislu količine podataka sa kojima istovremeno rade i frekvencije osvežavanja.Količina podataka kojoj određeni servisi pristupaju određuje način izrade memorijskog keša i indeksiranja. Procesi koji

obrađuju podatke u realnom vremenu zahtevaju veće keširanje i indeksiranje podataka. Keširanje i indeksiranje podataka radi bržeg pristupa i obrade zahteva velike količine radne memorije. Ako pri tome servisi rade sa velikom količinom podataka može doći do preopterećenja radne stanice, pucanja sistema ili drastičnog usporenja rada programa.Komandna tabla, slika 3a, u dispečerskim centrima prima SCADA signale preko magistrale poruka u realnom vremenu, ali njihova obrada zavisi od naknadne akcije korisnika koja se najranije može izvršiti u roku od nekoliko sekundi. Topološki servis takođe prima SCADA signale, ali ih obrađuje u realnom vremenu (vreme obrade je manje od 500ms) kako bi generisao alarme i izveštaje vezane za kontrolu isporuke električne

energije. Rezultati obrade topološkog servisa prosleđuju se nazad na magistralu poruka gde komandne table svake od službi mogu da reaguju i osveže svoje prikaze.Balansiranje brzine obrade poruka zavisi od pojedinačne funkcije i potreba korisnika. Analiziranjem potreba korisnika po pojedinim servisima bilo je dovoljno da se računarski resursi uspešno optimizuju. U periodu od godinu dana (novembar 2009 do novembar 2010) nije identifi kovan incident u kome bi došlo do kompromitovanja performansi na servisima koji rade u okviru realnog vremena.Komandna tabla, koja je opisana dalje u tekstu, najsloženiji je deo sistema koji pristupa svim tehničkim podacima DEES, tokovima dokumenata, i sinoptičkim prikazima. Zbog prikazivanja

Slika 3 Interfejsi prema službama i sistemima PD EDB

Slika 3a

[038]

energija

rezultata kalkulacija u realnom vremenu najbolji je test performansi izabrane arhitekture.Komandna tabla inicijalno preuzima topologiju i statuse mrežnih elemenata sa topološkog servisa, ali nakon toga preuzima poruke sa magistrale poruka i samostalno (lokalno) vrši kalkulacije topoloških ostrva i pogođenih potrošača. Ovim se smanjuje količina podataka koja se šalje kroz računarsku mrežu kao i opterećenje na serveru topologije.

3.2 Rast složenosti sistema po aplikativnim slojeva

MDE arhitektura daje brze rezultate u pogledu generisanja šablonskih algoritama i procesa. Nakon učitavanja meta-modela podešavaju se parametri korisničkog okruženja i poslovnih procesa. Izmene su složenije ukoliko određeni procesi ne mogu da se opišu kroz standardni IPS SDU meta-model. Funkcije obrade i prezentacije podataka prilagođavaju se radnom kontekstu, korisničkoj grupi i ulozi entiteta (entity role) što kod složenih sistema generiše veliki broj mogućih kombinacija. Bez pravilne upotrebe nasleđivanja parametara može doći do situacije u kojoj mane ove arhitekture delom ili u celosti potiru njene prednosti. Sistem tada postaje suviše komplikovan za održavanje i dalji razvoj.Na slici 4 prikazan je rast broja kombinacija automatski generisanih formi, parametara i komponenti na primeru delova IPS SDU sistema.

4 Aplikativna integracijaNesmetan rad službi i korisnika kao bitan preduslov za uspešnu primenu novog sistema lakše se obezbeđuje ukoliko se vrši nadogradnja u okruženju koje je već poznato korisnicima. Arhitektura IPS SDU omogućila je publikovanje svih elemenata sistema preko COM Interop interfejsa koji se koristi kod VBA (Visual Basic for Applications) integracije. Isti interfejs se koristi i prilikom izrade ekstenzija za AutoCAD i Microsoft Offi ce programe.Kako većina službi koristi GIS za prostorno planiranje i analizu elektroenergetskog sistema izvršena je integracija sa IPS SDU u oba smera. To znači da korisnici GIS aplikacije mogu da aktiviraju IPS SDU funkcije i korisnički interfejs, a korisnici IPS SDU mogu da imaju geografske slike vezane za

trafostanice i adrese potrošača. Zahvaljujući zajedničkom dogovoru oko šifarnika ova funkcija je bila vrlo lako implementirana.

4.1. Komandna tabla i dispečerski dnevnici

IPS SDU Komandna tabla, koja istovremeno koristi gotovo sve funkcije IPS SDU, na jedinstven način daje uvid u stanje celog konzuma i najbolji je primer trendova integracije i transparentnosti servisa.Trenutno postoje četiri verzije komandne table za sledeće grupe korisnika: dispečerski centar 35/110kV, dispečerski centar 10kV, informativni (call) centar i operativna energetika. Svaka grupa korisnika pristupa istim servisima ali uz različit korisnički interfejs i sa različitim funkcijama vezanim za sinoptički prikaz i za događaje na mreži.Najbolji primer integracije aplikacija je u kontroli AutoCAD programa

u kome se u realnom vremenu ažuriraju granice i vrše kalkulacije topoloških ostrva.Preko IPS SDU ekstenzije za AutoCAD korisnici mogu da dobiju selekciju elemenata po ostrvima zajedno sa izveštajem o vezanim potrošačima. Pretraživanje elemenata kroz IPS SDU omogućava pozicioniranje na simbol tog elementa na slici, dok se izborom simbola na slici omogućava pregled događaja za taj mrežni element.Performanse sistema su prevazišle inicijalna očekivanja pa je uvedena opcija da se prelaskom miša preko slike u realnom vremenu prikazuju podaci o mrežnim elementima i vezanim potrošačima u tom ostrvu.

4.2 Informativni centar (call centar)

Identifi kovani signali i događaji se u informativnom centru prikazuju sa podacima o pogođenim potrošačima i osnovnim informacijama o kvaru.

Slika 4 Složenost primene MDE arhitekture raste sa aplikativnim slojevima

Slika 5 Jedan od interfejsa prema sistemima u nadležnosti direkcije za informatiku i telekomunikacije

[039]

energija

Komandna tabla informativnog centra olakšava kontakt sa potrošačima grupisanjem adresa po

pravcima napajanja i kreiranjem spiskova pogođenih adresa.Pored komandne table isti servisi se

Slika 6 Komandna tabla za dispečerske centre prikazuje sve podatke od značaja za upravljanje

Radni deo sa dispe erskim dokumentima, radnom listom mrežnih elemenata i komandama za

ažuriranje uklopnih stanja na sinopti kom prikazu

Sinopti ki prikaz mreže u AutoCAD-u sa prikazanim teku im i stalnim granicama i

aktivnim simbolima koje kontroliše IPS SDU.

Informativni prozor sa prikazom podataka o elementima iznad kojih se nalazi kursor miša.

Prozor sa SCADA signalima i alarmima i RSS kanalima za vesti.

koriste za obaveštavanje potrošača o planiranim isključenjima. Za tu svrhu koriste se relativno jednostavne XSLT transformacije koje prevode XML u HTML oblik. Izveštaji koji se generišu za štampu ili u PDF formatu takođe su deo osnovne arhitekture. Šabloni za izveštaje se vezuju za XML izvorne podatke iz IPS SDU-a i transformišu u odgovarajuće formate.Sličan mehanizam transformacija se koristi i kod štampe dispečerskih dnevnika gde se od IPS SDU dokumenata, koji opisuju događaje i preduzete mere, transformacijama dobija tekst pogodan za štampu u dispečerskom dnevniku.Transformacije su jednostavan i fl eksibilan mehanizam obrade podataka koje se mogu koristiti za izradu interfejsa između aplikacija, konvertovanje podataka u čitljiviji format, izradu zvaničnih dokumenata i HTML strana.

5 Rezultati integracije

5.1 Prednosti izabranog pristupa Harmonizacija i sinhronizacija šifarnika - Za svaki objekat (dokument), IPS SDU sadrži registar šifara iz drugih podsistema kako bi korisnicima omogućio pristup podacima bez dodatnog pretraživanja.Sinergija tehnologija - Prezentacija podataka sa različitih sistema zahteva izbor interfejsa u skladu sa izvorom podataka i načinom prezentacije. Na mestima gde je bitna grafi čka prezentacija, podacima se pristupa kroz matičnu aplikaciju (GIS, AutoCAD) koji pozivaju originalni interfejs (TIS, IPS SDU, HTML strane, i sl.).Komandna tabla – Svi podaci i funkcije na jednom mestu uz maksimalno iskorišćavanje postojećih servisa i aplikacija.Hronologija događaja - Integracija svih podataka i servisa omogućava uvid u hronologiju događaja na mreži tako što obuhvata SCADA signale, izdata i primljena dokumenta kao i akcije koje su korisnici vršili kroz sistem.Brža komunikacija - Obrada ispada i kvarova na srednjem i visokom naponskom nivou je znatno olakšana i ubrzana zahvaljujući trenutnoj razmeni informacija o događajima na mreži i preduzetim merama. IPS SDU preko magistrale poruka distribuira informacije

Slika 7 Komandna tabla prilagođena informativnom centru

Slika 8 Prenos podataka iz jednog sistema u drugi uz pomoć transformacija

[040]

energija

svim pretplaćenim korisnicima, pa tako informativni centar može da obaveštava potrošače o trenutnim radovima na otklanjanju kvara.Integrisani standardi - Ceo model IPS SDU kao osnovu ima CIM model, ali je zadržao sve veze sa modelima prethodnih sistema koji su se koristili u EDB. Kako je standardni model pisan na engleskom jeziku tako je morala da se organizuje i baza podataka IPS SDU. Ali meta-model osim engleskog jezika paralelno sadrži i srpske nazive i opise. Time se olakšava razvoj i održavanje sistema kao i integracija sa drugim sistemima koji koriste kompatibilne modele (CIM, UBL, DMS).

5.2 Rizici i prepreke izabranog pristupa

MDE arhitektura uvodi veliki overhead prilikom prenosa podataka kako na protok tako i na procesorsko opterećenje. Uz podatke je potrebno slati informacije o njihovom značenju, opisu i interfejsu što zahteva dodatnu obradu.Mešavina tehnologija i proizvođača - Integracija postojećih komponenata i programa može biti opravdano inicijalno manjim troškovima i potencijalno kraćim vremenom implementacije. Ali dugoročno postoji opasnost od zavisnosti prema određenom proizvođaču i tehnologiji uz izrazito veće troškove licenciranja pojedinačnih komponenti ili programa koji su integrisani u korisničkim okruženjima. Neki od primera za to su magistrala poruka sa specifi čnim modelom poruka i dokumenata, integracija u aplikacije gde se izrađeni interfejs teško prilagođava drugim proizvođačima kao što su Microsoft Offi ce, AutoCAD i .NET.Kompromitovana bezbednost i integritet podataka - Automatizacijom aplikativnim slojeva stvara se mogućnost lakog kreiranja velikog broja servisa i funkcija gde se osim poteškoća za održavanje stvaraju i problemi snalaženja korisnika u velikoj količini podataka. Korisnici koji nisu obučeni ili nisu zainteresovani za nove funkcije potencijalna su pretnja integritetu i bezbednosti sistema.Malo zastupljena arhitektura - MDE arhitektura se retko koristi zbog svojih specifi čnosti, nedovoljno razvijenih alata, nedostatka stručnjaka i povećanog rizika za uspešnu primenu projekata.

6 ZaključakIPS SDU je počeo kao pomoćni servis sa malim brojem funkcija i korisnika pa je bilo moguće primeniti nove tehnologije brzog razvoja informacionih sistema bez opasnosti od ugrožavanja redovnog rada direkcije upravljanja. Kako je rastao broj korisnika i obim podataka sa kojima IPS SDU radi, tako se razvojni tim sve više oslanjao na automatizovani razvoj sistema. I pored problema koje nova arhitektura postavlja pred razvojni tim, IPS SDU se uspešno razvijao i postao složen višeslojni informacioni sistem koga koriste desetine službi.Odluka da se podaci odmah prilagode standardima za interaplikativnu komunikaciju, a posebno CIM modelu iz standarda IEC 61970 uštedela je ogromno vreme koje bi bilo utrošeno na usklađivanje sa potrebama sve većeg broja korisnika. Pored toga što je model, od samog početka, bio dovoljno fl eksibilan da prihvati sve nove podatke, omogućio je i laku integraciju sa drugim aplikacijama.Integracija sistema je opšti trend koji obezbeđuje produženje radnog veka pojedinih sistema koji kroz integraciju dobijaju nove funkcije i nastavljaju da rade u novom okruženju. Integracija omogućava i korisnicima da biraju radno okruženje i aplikacije sa kojima žele da rade. Trendovi migracije korisnika na internet (cloud computing) i sve veće upotrebe pametnih mobilnih uređaja postaviće nove zahteve na IT sektor. Arhitektura i metodologija razvoja informacionih sistema opisana u ovom radu prati te trendove tako što uvodi nove prezentacione slojeve.Poslovni procesi neprekidno se unapređuju i menjaju, a korisnici očekuju od informacionih sistema da im pomognu u tim promenama. Samo sistemi koji su dovoljno fl eksibilni, otvoreni i skalabilni mogu da odgovore na te zahteve u kratkom vremenskom periodu.

7 Literatura[1] „IEC 61970 Energy management

system application program interface (EMS-API) - Part 301: Common Information Model (CIM) Base”, IEC, Edition 1.0, November 2003

[2] „IEC 61968 Application integration at electric utilities - System interfaces for distribution management - Part 11: Common Information Model (CIM)”, IEC Draft

[3] „IEC 61850-5 Communication networks and systems in substations - Part 5: Communication requirements for functions and device models“, IEC, Edition 1.0, August 2003

[041]

energija

Zoran Nikolić, Institut Goša, BeogradDušan Nikolić, Hydro Tasmania Consulting, Hobart, AustralijaVladimir M. Šiljkut, Elektrodistribucija Beograd, Beograd

UDC: 621.311.1 : 271 (495)

Ostrvsko napajanje manastira Hilandara korišćenjem dizel agregata i fotonaponskih panela

1. UvodSveta Gora Atonska (Agion Oros) jedno je od najsvetijih i najpoštovanijih mesta pravoslavlja, a nalazi se u Grčkoj, na poluostrvu Atos na Halkidiku, oko 120 km istočno od Soluna i oko 500 km zapadno od Konstantinopolja (Carigrada), grada danas poznatog kao Istanbul. Okružena je Egejskim morem i naseljena isključivo pravoslavnim monasima. Poluostrvo je dugačko oko 50 km i široko između 5 i 9 km , sa površinom od 321 km2 i uglavnom je obraslo šumom.Na Svetu Goru se dolazi isključivo brodom. Putovanje između manastira se normalno obavlja peške. Na Svetoj Gori postoji samo nekoliko puteva i oni nisu asfaltirani. U letnjim mesecima saobraća jedan autobus između Dafne, glavne luke, i Kareje koja je upravni i administrativni centar Svete Gore.Tokom vekova su različiti osvajači i pljačkaši napadali manastire na Svetoj Gori. Porušili su mnoge stare zgrade i odneli mnoga kulturna dobra, ikone, freske i stare rukopise. Međutim, čak i danas Sveta Gora ima puno blaga i neprocenjivih kulturnih vrednosti zaštićenih u manastirima, skitovima i kelijama. Zbog toga se može reći da Sveta Gora ima značajno mesto u istoriji Pravoslavne crkve.Na Svetoj Gori se nalazi 20 manastira, 12 skitova i mnoštvo kelija i pustinjskih isposnica. Prvih pet velikih manastira su Velika Lavra, Vatoped, Iviron, Hilandar i Dionisijat. Od dvadeset danas postojećih manastira, tri ne pripadaju

Grcima. Sveti Pantelejmon je ruski, Zograf je bugarski a Hilandar srpski [1]. Na Svetoj Gori, manastir Hilandar poseduje verovatno najveći deo srpske zemlje van matice, od oko 80 km2. Pored toga, u Kareji

poseduje još i oko 7 km2 svetogorske teritorije.Duhovni vođa Svete Gore je Vaseljenski Patrijarh u Carigradu (Istanbulu), a sama Sveta Gora je deo Grčke državne teritorije

SažetakU ovom radu je opisano postojeće rešenje ostrvskog napajanja električnom energijom manastira Hilandara korišćenjem dizel agregata i predlog budućeg rešenja po kojem bi se koristilo polje solarnih fotonaponskih panela. Postojeće rešenje napajanja manastira koji se nalazi na Svetoj Gori u Grčkoj, izvedeno je krajem prošlog veka, i čine ga: tri dizel agregata snage 55, 65 i 135 kVA, akumulatorske baterije ukupnog napona 360V, kapaciteta 250 Ah i trofazni invertor snage 65kVA. Jedan dizel agregat je preko dana napajao manastir i dopunjavao akumulatore koji su preko noći napajali manastir bešumno. Potrebe manastira narasle usled povećanja broja i vrsta električnih potrošača, kao i sa povećanim brojem hodočasnika, uslovile su osmišljavanje novog rešenja napajanja manastira električnom energijom. U ovom radu se razmatra predlog novog rešenja sa fotonaponskim izvorom snage 40 kW i optimalnim radom dizel električnih agregata, u cilju minimalne potrošnje dizel goriva.Ključne reči: Manastir Hilandar, dizel električno napajanje, fotonaponsko napajanje, ostrvsko napajanje, hibridno napajanje

AbstractExisting solution of island power supply of monastery Chilandar using diesel aggregates, and suggestion for improvement with fi eld of solar photovoltaics is presented in this paper. Existing technology of power supply of monastery, located on Holly Mount in Greece, was carried out at the end of last century. It consists of three diesel aggregates with power of 55, 65 and 135 kVA, battery rated voltage 360 V and total capacity of 250 Ah, and three phase inverter rated power 65 kVA. Only one diesel aggregate, during the day, have supplied monastery and refi lled battery which supply monastery quietly, over night. Enlarged energy demand caused by larger number and types of consumers and increasing number of pilgrims, made condition for creating new solution of power supply of monastery. The proposal of new solution with photovoltaics rated power 40 kW and optimized operation of diesel aggregates in order to minimize consumption of diesel fuel is considered in this paper. Key words: Monastery Chilandar, diesel electric supply, photovoltaic, island supply, hybrid supply.

[042]

energija

prikazana je na slici 2. Najveći dizel agregat je od engleskog proizvođača Wilson, nominalne snage 135 kVA. Drugi dizel agregat je italijanskog proizvođača Meccalte i ima nominalnu snagu 60 kVA, a treći, najmanji, je proizvodnje Uljanik i ima nominalnu izlaznu snagu 55 kVA. Akumulatorske baterije su proizvodnje Sonnenschein, nominalnog napona 360 V i petočasovnog kapaciteta 250 Ah. Ove baterije, preko invertora proizvođača Sicon, nazivne snage 60 kVA, napajaju električnu mrežu standardnim naponom.Dizel agregat se stavlja u pogon u 7 h ujutro, kada prima svo opterećenje [6]. Pri ovome uređaj UPS automatski prelazi iz invertorskog u ispravljački režim, dopunjujući akumulatorske baterije. U 21.30 h se zaustavlja dizel agregat i prelazi se na akumulatorsko napajanje. Ovaj proces se takođe obavlja automatski. Dizel agregati nisu predviđeni za paralelan pogon jer se za to za sada ne javljaju opterećenja. Da bi se dobila mreža sa stabilnim izlaznim karakteristikama, sva električna energija iz dizel agregata prolazi preko UPS, a zatim se dostavlja električnoj mreži.Osnovni uređaj koji obezbeđuje samostalnost rada cele dizel agregatske stanice je UPS. U njemu su objedinjena dva uređaja; ispravljač za dopunjavanje akumulatorskih baterija i invertor za pretvaranje jednosmernog u naizmeničan napon. Pored toga, ovaj uređaj određuje vreme uključenja i rad dizel generatora. Proces dopunjavanja akumulatorskih baterija obavlja se po IU karakteristici pri čemu postoji strujno ograničenje od 25 A, a promenljivo naponsko u funkciji temperature ambijenta iznosi 410V pri 200C. Mada postoji mogućnost bržeg pražnjenja, podešeno je pražnjenje sa manjom strujom da se ne bi stvaralo veliko jutarnje opterećenje dizel agregata.Proces noćnog pražnjenja akumulatorskih baterija vezan je sa zaštitom ovog sistema od prevelikog pražnjenja. Da ne bi došlo do prevelikog pražnjenja izvršena je podela potrošača na prioritetne (esencijalne) i opšte. Prioritetni potrošači su uglavnom osvetljenja po kelijama i zajedničkim prostorijama, koji imaju mogućnost neprekidnog napajanja, a opšti su svi ostali koji se napajaju isključivo iz dizel agregata.

koja ima autonomiju i sopstvenu Ustavnu povelju. Po njoj, unutrašnju samoupravu Svete Gore čini Skupština sastavljena od dvadeset monaha, po jednog iz svakog manastira koji imaju tu dužnost pet godina i manastirska Vlada, koju čini četiri od njih. Predsedavajući Vlade Svete Gore je Prot koji se kao i ostala tri člana vlade bira na godinu dana, od predstavnika pet velikih manastira.Uređenje Svete Gore zasniva se i danas na najstarijem zakonu (“Cimiskijev tipik”) koga je doneo krajem 10. veka car Jovan Cimiskije. Ovaj zakon, poznat kao “Tragos”(jarac) jer je pisan na pergamentu od jareće kože, i danas se nalazi u Karejskoj arhivi [2]. Na Svetoj Gori, monasi i danas kao i nekada život provode u molitvama, meditaciji i radu. Mada je zabranjen pristup ženama na Svetu Goru, poznati su primeri iz bliže i dalje prošlosti o skrivenim posetama, što je zvanična Crkva uvek anatemisala.Manastir Hilandar predstavlja duhovno, kulturno i umetničko središte srpskog naroda na Svetoj Gori kome duhovni i materijalni priliv iz matice poslednjih godina daju posebno obeležje. Vekovima je Hilandar bio svetionik u kome je tinjala srpska nacionalna misao i iz daljine osvetljavala porobljenu maticu. Pored toga, Hilandar je i riznica srpske istorije, državnosti, književnosti i umetničkog blaga. Danas je to veliki graditeljski i umetnički spomenik sazdan kao divan primer vizantijske i srpske duhovnosti, arhitekture i umetnosti [3].

2. Postojeće napajanje manastira električnom energijom

Autonomnu proizvodnju električne energije u manastiru Hilandar prate i određeni uslovi koje nameću specifi čnosti koje vladaju na Svetoj Gori. One defi nišu i projektne uslove [4]:1. od izvora električne energije se

zahteva da ne stvaraju buku ni vibracije tako da ne utiču na red i mir monaha koji se posvećuju duhovnom uzdizanju

2. izvor električne energije ne bi trebalo da zagađuje okolinu gorivom kao ni raznim sastojcima kao produktima sagorevanja

3. potrebno je da sistem autonomno radi, da je pouzdan i da je održavanje svedeno na najmanju moguću meru

4. potrošnja goriva treba da je minimalna

5. pored svega toga, treba da je investiciono i eksploataciono jeftin

Napred nabrojani tehnički zahtevi uslovili su da se u Hilandaru razvije električni sistem sa dizel električnim agregatima koji tokom dana napaja manastir i dopunjuje akumulatorske baterije, a koje potom, bez prekida u napajanju mreže, tokom noći, bešumno napajaju potrošače. Stara dizel agregatska stanica podignuta je krajem šezdesetih godina, oko 150m ispred manastira. Na istom mestu, podignuta je 1997. godine nova, u kojoj se nalaze tri dizel-električna agregata i akumulatorska baterija sa UPS-om [5]. Šema električne instalacije

Slika 1 Položaj manastira na Svetoj Gori

[043]

energija

1. U jutarnjim časovima stavlja se u pogon jači dizel agregat koji napaja akumulatorske baterije maksimalnom snagom, a zatim i ostale potrošače kada i počinju dnevne jutarnje aktivnosti gostiju. Posle par sati opterećenje se znatno smanjuje tako da je dizel generator slabo opterećen.

2. Problem je posebno izražen u popodnevnim časovima kada se opterećenje još više smanji, mada se u pogon tada stavlja agregat manje snage.

3. Dešavalo se i da ponekad agregat ispadne iz pogona usled velikih udarnih opterećenja koje invertor nije mogao da podnese.

4. U zimskom periodu, kada noću akumulatorske baterije nisu mogle da pokriju povećanu potrošnju manastira, dolazilo je do automatskog uključivanja dizel agregata radi neprekidnog napajanja manastira.

5. Uočava se da dizel agregati rade uglavnom podopterećeni sa povećanom specifi čnom potrošnjom nafte po proizvedenom kWh električne energije. Tada je emisija izduvnih gasova povećana.

6. Invertor ne poseduje dovoljno snage da bi obezbedio rano jutarnje preopterećivanje i „pokrio“ ispadanje dizel agregata iz pogona.

Interesantno je napomenuti da je Uprava manastira nabavila invertor znatno veće snage od postojećeg, od 100 kVA. Postoji namera da se uz povoljne uslove iz Evropske unije nabave fotonaponski paneli kojima bi se manastir napajao ekološki prihvatljivo, a štedilo bi se i dizel gorivo. Oslobođen poreza, svaki manastir ima mogućnost da i danas nabavlja određenu godišnju količinu dizel goriva po ceni od oko 0,6 evra/litri mada je u Grčkoj državi cena oko 1,2 evra/litri.

5. Predloženo rešenjeRadi napajanja manastira potrebno je osmisliti novo rešenje. Ono bi, pored poštovanja postojećih specifi čnosti u proizvodnji električne energije, kao što su; 1. cena ukupne investicije2. minimalni eksploatacioni troškovi 3. pouzdanost sistema4. najmanji negativan uticaj na

životnu sredinu, uzelo u obzir i sledeće kriterijume:

5. nov sistem treba da obezbedi

3. Energetski bilans Dnevni dijagram opterećenja dizel agregatske stanice snimljen je juna 1998. godine [7]. Snimanje je započeto sa uključivanjem dizel agregata u 07.00 h, kada opterećenje električnog izvora znatno raste. U prvom redu to je UPS koji prelazi iz ispravljačkog u invertorski režim rada, a zatim i razni uređaji koji se sami uključuju kao što su: bojleri, kompresori, neke mašine itd. UPS opterećuje dizel agregat snagom oko 12 kW, tokom nekoliko sati. Posle toga se ovo opterećenje smanjuje, da bi već oko 17 h palo na veoma malu vrednost. Dnevna potrošnja električne energije manastira Hilandar u letnjem periodu iznosi oko 210 kWh. Od ove energije oko 130 kWh troši se na razne dnevne potrošače. Oko 80 kWh

koristi se za punjenje akumulatorskih baterija, a što se preko noći vraća potrošačima u iznosu oko 62 kWh (ukupan stepen korisnosti iznosi oko 0,78). Ovolika električna energija može se stvoriti samo iz dizel električnih generatora. Da bi se preko noći očuvao mir monaha, obezbeđeno je napajanje iz kvalitetnih, olovnih akumulatorskih baterija bez održavanja. Normalno, u ovom periodu se napajaju samo prioritetni potrošači, uglavnom osvetlenje po hodnicima i kelijama monaha. Posle velikog požara 2004. godine [8], najveći dizel agregat prebačen je da napaja

radne mašine na obnovi manastira, a mesto njega nabavljen je agregat snage 100 kVA koji je radio oko 11.000 časova do danas. Agregat snage 65 kVA se upalio sredinom septembra 2010. godine, do kada je imao oko 20.000 radnih sati. I dalje se nalazi u pogonu brodski agregat IMR-Uljanik, koji je do sada radio preko 23.000 radnih sati.

4. Mane postojećeg sistema i projektni uslovi za novo rešenje napajanja manastira

Opisano tehničko rešenje se od 1997. godine nalazi u pogonu i napajalo je manastir kvalitetnom električnom energijom [9]. Tokom ovog perioda eksploatacije, uočeni su i neki nedostaci rešenja.

Slika 2 Jednopolna energetska shema povezivanja tri dizel električna agregata snage 55 kVA, 60 kVA i 135 kVA i sistema za neprekidno napajanje u dizel agregatskoj stanici

Slika 3 Dnevni i noćni dijagram opterećenja dizel agregatske stanice sa ukupnom električnom energijom oko 210 kWh

[044]

energija

akumulatorske baterije isključuje se. Znači, ovaj, kao i ostali dizel agregati rade u režimu konstantne snage!

Ovo tehničko rešenje obezbeđuje:1. bešumno napajanje manastira noću

iz akumulatorskih baterija,2. optimalnim korišćenjem

fotonaponskih panela maksimalno se štede naftini derivati,

3. dizel agregati rade u generatorskom režimu i na taj način je obezbeđena minimalna specifi čna potrošnja goriva po proizvedenom kW električne energije, a agregati pri tome imaju najveći vek trajanja.

7. Dijagram opterećenja agregatske stanice

U normalnom radnom režimu manastir se napaja preko UPS i akumulatorskih baterija. U ranim jutarnjim časovima stavlja se u pogon srednji dizel agregat koji stalnom snagom od 33 kW dopunjuje akumulatorske baterije sve dok tu ulogu ne preuzmu solarni paneli. Tokom celog dana oni napajaju akumulatore i potrošače. U večernjim časovima, najmanji i kapslovan dizel agregat, dopunjuje akumulatorske baterije do 100% napunjenosti koje se tokom noći prazne, napajajući manastir električnom energijom.Tipičan dijagram specifi čne potrošnje dizel motora prikazan na slici 6 [11,12], prikazuje da je optimalan

kvalitetno napajanje manastira dok se ne završi njegova rekonstrukcija, a potom i kasnije

6. povećana potrošnja u novoizgrađenim objektima

7. predvideti mogućnost napajanja manastira preko fotonaponskih panela, kada se nabave, a radi maksimalne uštede dizel goriva

Predlaže se da se nabave dizel agregati snage, na primer 40 kVA (32 kW), 55 kVA (44 kW) i 80 kVA (64 kW), invertor snage oko 100 kVA i akumulatorske baterije za uskladištenje energije od 200 kWh. Osnov svega treba da bude pametan sistem upravljanja proizvodnjom energije. Nominalna snaga fotonaponskog napajanja treba da iznosi oko 40 kW.Šema predloženog rešenja prikazana je na slici 4. U normalnom radnom režimu manastir se napaja preko UPS i akumulatorskih baterija. U ranim jutarnjim časovima stavlja se u pogon srednji dizel agregat koji stalnom snagom od 33 kW dopunjuje akumulatorske baterije sve dok tu ulogu ne preuzmu solarni paneli. Tokom celog dana oni napajaju akumulatore i potrošače. U večernjim časovima, najmanji i kapslovan dizel agregat, dopunjuju akumulatorske baterije do 100% napunjenosti, koje se tokom noći prazne napajajući manastir električnom energijom.

6. Objašnjenje rešenjaDo požara iz 2004. je dnevna potreba za električnom energijom u manastiru iznosila oko 210 kWh leti (snimljeni i nekoliko puta objavljeni podaci u stručnim časopisima [10]). Možemo pretpostaviti da će u periodu posle obnove manastira, a usled povećanja objekata i potrošača, dnevna potrošnja električne energije

iznositi oko 360 kWh . To praktično znači da bi manastir mogao da bude napajan generatorom koji konstantno daje snagu od 15 kWh, kad ne bi bilo udarnih opterećenja. Neravnomerna potrošnja tokom dana, a posebno direktno uključenje snažnih potrošača uslovljavaju korišćenje dizel generatora većih snaga, na primer 40 kWA (32kW), 55 kWA (44kW), i 80 kVA (64kW). Ovi dizel agregati rade u režimu stalne snage sa oko 75% nazivnog opterećenja tako da bi praktično imali izlazne snage 24kW, 33kW i 48kW. Fotonaponski paneli snage 40 kW bi tokom letnjeg perioda mogli da daju do 250 kWh električne energije maksimalno, a zimi bi prosečno davali od 30 do 50 kWh električne energije, pri čemu se može dogoditi i da više dana sistem ne bude u funkciji.Invertor snage iznad 100 kVA (80kW) bi obezbedio nesmetano dopunjavanje akumulatorskih baterija kao i startovanje velikih potrošača bez problema. Osnov celog sistema, pametan sistem upravljanja proizvodnjom energije, treba da obezbedi nekoliko uslova: 1. Ujutro bi se stavljao u pogon

jedan od tri generatora koji bi napajao potrošače preko invertora stabilnim i kvalitetnim naponom i dopunjavao akumulatorske baterije.

2. Kada proradi solarna elektrana, isključuje se dizel agregat a solari napajaju potrošače i dopunjuju akumulatorske baterije.

3. Noću akumulatorske baterije bešumno napajaju manastir.

4. u slučaju nestanka uskladištene energije u baterijama, uključuje se najmanji dizel agregat koji treba da je zvučno izolovan. Čim dopuni

Slika 4 Šema predloženog rešenja hibridnog napajanja manastir

Slika 5 Dnevni dijagram potrošnje manastira i učešća pojedinih agregata u proizvodnji

[045]

energija

perioda. Do 8. oktobra je relativna vlaznost u hodniku ispred Riznice imala prosečnu srednju vrednost oko 85% sa jutarnjim maksimumima i preko 95%. Od 8. do 20. oktobra je relativna vlažnosti imala relativno nisku vrednost od oko 45%. Ovakav ciklus se ponovio i krajem oktobra i početkom novembra. Od novembra nastupa period sa jako visokom relativnom vlažnošću koja se često približava vrednosti od oko 100%. Od sredine decembra do 19. januara postoji nešto manja relativna vlažnost, a ima dana kada padne i na 40%.U jesenjem i zimskom periodu su dani kratki, ima dosta kiše i vlage u vazduhu, magle a i jakog vetra. Sunce se danima ne pojavljuje, tako da je osvetljaj bio minimalan u ovom periodu. Do sredine novembra uglavnom ima sunca, mada se i tada javljaju dani bez sunca, ali od sredine novembra do kraja posmatranog perioda, znači 18. januara, sunce se retko pojavljuje u manastirskom dvorištu. Samo je 14. oktobra postojao jedan dan sa osvetljajem od 118 lumena/kvadratnoj stopi (1.270 lx) što predstavlja maksimum u posmatranom periodu. Od polovine novembra do sredine januara osvetljaj je bio jako skroman.

rad motora u generatorskom režimu, znači pri stalnoj brzini obrtanja od 1.500 1min− , u opsegu od 65 do 90% nominalne ili naznačene snage. Snage iznad ovog opsega se ne preporučuju jer se motor nalazi na granici preopterećenja i počinje da slabije sagoreva, pojavljuje se crn dim. Mala opterećenja takođe nisu dobra za rad motora jer znatno raste specifi čna potrošnja goriva, motor slabije sagoreva i smanjuje mu se vek trajanja. Kada dizel motor direktno pokreće alternator, potrebno je uzeti u obzir i stepen iskorišćenja ove mašine koja za snage od 30 do 100 kVA (24 - 80 kW, pošto je tipski faktor snage 0,8), iznosi ispod 90 % .U svakom slučaju, dizel električni agregat ima najbolje radne karakteristike kada je opterećen u opsegu oko 75 % nominalne snage, jer mu je tada specifi čna potrošnja goriva minimalna, a sagorevanje najbolje, tako da u izduvnim gasovima postoji najmanji sadržaj štetnih čestica.

8. Električni potencijal fotonaponskog izvora

Da bi se sagledao potencijal sunčevog zračenja, vršena su dugogodišnja merenja solarnog osvetljaja u sklopu merenja temperature i relativne vlažnosti. Prikazani su samo neki karakteristični dijagrami tokom višegodišnjeg merenja ovih parametara [13,14].

8.1. Merenje sunčevog potencijala u letnjem periodu

Obavljena merenja u periodu od 21. maja 2005. godine do 8. septembra 2005. godine [15], pokazala su da se srednja dnevna temperatura od 21. maja do sredine juna menjala u

opsegu 20 do 220C sa dnevnim promenama od nekoliko stepena više u podne i nekoliko stepena manje ujutro. Od sredine juna, temperatura raste na srednju vrednost od 260C početkom jula i tokom celog leta zadržava se ova vrednost srednje temperature. Maksimalna temperatura javlja se pocetkom avgusta. Od septembra temperatura počinje da opada.Relativna vlažnost vazduha je krajem maja imala srednju vrednost oko 70% da bi sredinom juna pala na oko 55% što se zadrzalo tokom celog leta. Krajem avgusta i početkom septembra srednja vrednost relativne vlažnosti vazduha se smanjila za oko 10%. Mada su ovo samo srednje vrednosti relativne vlažnosti, potrebno je napomenuti i da su dnevne promene iznosile oko 20%.U letnjem periodu su dani dugački, sunce je visoko, tako da je osvetljaj bio maksimalan u ovom periodu. Maksimalni osvetljaj u ovom periodu bio je stalan i iznosio je oko 330 lumena/kvadratnoj stopi (3.550 lx). Poslednjih 20 dana posmatranog perioda maksimalni osvetljaj iznosio je oko 250 lumena/kvadratnoj stopi (2,900 lx).

8.2. Merenje sunčevog potencijala u zimskom periodu

Merenje temperature, relativne vlažnosti i osvetljenja obavljeno je od 1. oktobra 2006. do 19. januara 2007. godine [15]. Srednja dnevna temperatura je imala trend stalnog pada do 4. novembra kada je imala minimalnu vrednost od samo 10C. Posle toga je nastupio topliji period tako da je tokom novembra i do 20. decembra srednja dnevna temperatura bila oko 100C, da bi krajem 2006. godine opet pala na vrednost oko 0,50C i od tada nastavila da raste do 80C krajem tog perioda. Poznato je da relativna vlažnost tokom jesenjeg i zimskog perioda ima visoku vrednost, što se pokazalo i tokom ovog posmatranog

Slika 6 Tipična specifi čna potrošnja dizel motora gr / kWh u funkciji iznosa maksimalne trajne snage MCR (Maximum continuous rating - MCR) [11]

Slika 7 Dijagram osvetljaja od 2005.05.20. do 2005.09.08.

Slika 8 Dijagram osvetljaja od 2006.10.01. do 2007.01.19.

[046]

energija

Hilandar, Flogiston, broj 8, Beograd (1998), 137 – 157.

[5] Nikolić Z. Branković M., Alternativni izvori električne energije u Manastiru Hilandar, Zbornik radova sa skupa ”Alternativni izvori energije i budućnost njihove primjene u Jugoslaviji”, Podgorica, CANU vol.50, Odjeljenje prirodnih nauka vol.6, (1998), 223-228.

[6] Nikolić Z. Petrović Z., Razvoj elektroenergetskog sistema u manastiru Hilandar, Elektroprivreda, br. 4, Beograd, (1998), 75-82

[7] Nikolić Z., Vasiljević J., Škrnjug S., Šiljkut V., Elektrifi kacija manastira Hilandar i doprinos “Elektrodistribucije - Beograd”, Elektrodistribucija, 28, Beograd, (2000), 2, 147-160.

[8] Kovačević M., Požar u manastiru Hilandaru i njegove posledice, Peta kazivanja o Svetoj Gori, Prosveta, Beograd, 2006, str.7-34.

[9] Nikolić Z., Elektrifi kacija Hilandara i njegovih poseda, Četvrta kazivanja o Svetoj Gori, Prosveta, Beograd, (2005), 430 – 464.

[10] Nikolić Z.,Pucar M., Dakić P., Obnovljivi izvori energije na Svetoj Gori, Zbornik radova sa skupa ”Alternativni izvori energije i budućnost njihove primjene”, Podgorica, CANU vol. 77, Odjeljenje prirodnih nauka vol.10, (2006), 109 - 116.

[11] Marintek Neste generasjon innenriksferjer – optimalt fremdriftssystem, Marintek report MT23 A01-008, 790455.70.01, (2001)

[12] Caterpillar, Engine performance, 2526B Marine propulsion, (1997).

[13] Rajaković N,, Nikolić D., Nikolić Z., Merenje fotonaponskog napajanja u periodu zimske kratkodnevnice, Zbornik radova sa skupa ”Alternativni izvori energije i budućnost njihove primjene u zemlji”, CANU vol.84, knjiga 11, (2008), 114 – 121.

[14] Nikolić Z., Nikolić D.,Mogućnost napajanja izolovanih potrošača u Srbiji sa fotonaponskim panelima, Energija, ekologija, ekonomija, Broj 1 -2, Godina XI, (2009), 293 – 295.

[15] Nikolić Z., Neki problemi

9. Osobine i prednosti predloženog sistema

Potrošnja dizel goriva u prethodnom periodu u manastiru Hilandaru, iznosila je od 80 do 100 litara dizel goriva dnevno. Manja vrednost je leti a veća zimi. Lako je izračunati da specifi čna potrošnja dizel goriva iznosi oko 0,38 l / kWh električne energije ako se proizvede 210 kWh električne energije. Minimalna specifi čna potrošnja dizel motora pri 70 do 85% maksimalne trajne snage MCR iznosi oko 190 gr / kWh , a pošto za naftu specifi čna težina dizel goriva iznosi 0,832 kgr / l , to se može izraziti i kao 0,23 l / kWh. Ovo je potrošnja u odnosu na proizvedenu energiju na osovini koja okreće generator. Pošto generator ima stepen iskorišćenja 0,92 specifi čna potrošnja energije povećava se na 0,25 l / kWh u odnosu na proizvedenu električnu energiju na krajevima generatora. Odmah se može primetiti da dizel agregati rade u režimu sa povećanom specifi čnom potrošnjom dizel goriva.Ako se pretpostavi da će dnevna potrošnja električna energija iznositi oko 250 kWh, to bi godišnja potrošnja energije iznosila oko 91.200 kWh. Ako se pretpostavi da godišnja insolacija iznosi oko 1.440 časova i ako postoji solarni paneli snage 30 kWh, godišnje bi se dobila električna enegija iz ovog sistema od oko 43.200 kWh. Preostalih 48.000 kWh potrebno je dobiti iz dizel agregata. Uzimajući u obzir specifi čnu potrošnju energije dizel goriva od 0,25 l / kWh moguće je odrediti godišnju potrošnju dizel goriva od oko 12.000 l za potrebe stvaranja električne energije.Na drugoj strani, ako bi radili samo dizel agregati sa prosečnom specifi čnom potrošnjom od 0,38 23 l / kWh, da bi proizveli 91.200 23 kWh, potrebno je da se potroši oko 34.650 l dizel goriva. Godišnja ušteda iznosi oko 22.650 l dizel goriva.Ovakvo rešenje podrazumeva i da se akumulatorske baterije pune i prazne tokom celog dana. Zato se predlaže kupovina akumulatorskih baterija duplo većeg kapaciteta od postojećeg ili barem 500 Ah. Akumulatorske baterije bi se praznile samo do 50% a tada bi se uključivao sistem za dopunjavanje. Znači tokom jutra bi fotonaponski paneli odmah dopunjavali akumulatorske baterije i priključene potrošače, a dizel motor

male snage bi se stavljao u pogon tek kada se predveče isprazne baterije na vrednost od 50 nominalnog kapaciteta. U skladu sa katalogom proizvodjača akumulatorskih baterija, one bi mogle da podnesu oko 3.400 ciklusa punjenja i pražnjenja [16]. Ako se pretpostavi da će tokom dana postojati dva ciklusa, godišnje bi bilo oko 700 i predviđeni vek trajanja akumulatora iznosio bi oko 4 godine i 10 meseci.

10. ZaključakPredloženo i objašnjeno rešenje električno povezanih izvora za proizvodnju električne energije u manastiru Hilandaru je optimalno, jer bi se na taj način u ovom trenutku obezbedilo sledeće:1. bešumno napajanje manastira noću

iz akumulatorskih baterija;2. korišćenjem solarnih panela

direktno se štede naftini derivati; 3. koristi se optimalno pretvaranje

solarne energije u električnu;4. dizel agregati rade u

generatorskom režimu. Na taj način je minimalna specifi čna potrošnja goriva po proizvedenom kW električne energije, a agregati imaju najveći vek trajanja;

5. sistem može u potpunosti da napaja manastir tokom rekonstrukcije kao i posle perioda obnove;

6. smatramo da bi se na ovaj način postigla najbolja energetska efi kasnost izvora električne energije manastira Hilandara

Predloženi zaključci se u velikoj meri saglasni sa sličnim realizovanim i ispitanim rešenjima u svetu [17,18].

11. ZahvalnostAutori zahvaljuju Ministarstvu za nauku i tehnološki razvoj Republike Srbije za fi nansijsku podršku u okviru projekta evidencioni broj TR34028.

12. Literatura[1] Subotić G., Manastir Hilandar,

Srpska akademija nauka i umetnosti, Beograd, 1998.

[2] Panajotis H., Sveta Gora Atonska: istorija, život, blaga, Vladeta Janković, Beograd, 2009

[3] Petković S., Hilandar, Beograd, 1999, str.50–62.

[4] Nikolić Z., Škrnjug S., Živković Ž., Autonoman sistem napajanja električnom energijom manastira

[047]

energija

primene novih tehnika u zaštiti kulturne baštine na primeru manastira Hilandar, Poglavlje u monografi ji Metodološki i tehnički aspekti primene novih tehnika u zaštiti kulturne baštine, S. Polic-Radovanovic, S. Ristic, B. Jegdic, Z. Nikolic, Institut GOŠA i Centralni institut za konzervaciju, Beograd, (2010), 230 – 297.

[16] Sonnenschein, Handbook for Gel-VRLA-Batteries, Part 2: Installation, Commissioning and Operation, Rev. 5, (2003), 31.

[17] Felix A. Farret, M. Godoy Simo˜ es, Integration of alternative sources of energy, Published by John Wiley & Sons, (2006).

[18] Kamaruzzaman S., Mohd Y. O., Performance of a Photovoltaic Diesel Hybrid System In Malaysia, ISESCO Science and Technology Vision - Volume 1, (2005), 37-39.

Slobodan Damnjanović, inž.el., Nenad Stevanović, dipl.inž.el.DP „Kolubara Površinski kopovi“ Baroševac

UDC: 621.316.932.004.64

Prelazne pojave kod eksperimentalnih kvarova

UvodCilj ovog rada jeste predstavljanje rezultata i zapažanja do kojih se došlo u eksperimentu iz oblasti elektrotehnike, za koju slobodno možemo reći da je veoma složena i možda ne potpuno istražena, bez obzira na dugogodišnji rad na ovoj problematici. Reč je o električnom luku i eksperiment se odnosi na uspostavljanje zemljospoja preko električnog luka, kao i na njegovo prekidanje odnosno tzv. razvlačenje. Ispitivanje je rađeno u srednjenaponskoj napojnoj mreži sa izolovanim zvezdištem tj. neutralnom tačkom, iz koje se električnom energijom napajaju potrošači na velikim rudarskim objektima površinskog kopa.Prilikom pojave zemljospoja (spoja jednog faznog voda sa uzemljenjem) javljaju se kapacitivne struje koje

se zatvaraju preko zdravih faza i mesta kvara. Na slici 1 prikazana je idealna mreža sa izolovanom neutralnom tačkom pri spoju jedne faze sa zemljom. Kapacitivne struje zemljospoja nisu visokih vrednosti te može doći do samogašenja električnog luka koji je propratna pojava zemljospoja. Smatra se da će do samogašenja luka doći ako je kapacitivna struja zemljospoja manja od 30A za 6kV-tnu mrežu (odnosno 15A za 20kV i 10A za 35kV-tnu naponsku mrežu). Međutim, oko ovoga postoji podeljeno mišljenje među stručnjacima i odnosi se na mišljenje da je konfi guracija mreže najznačajnija po pitanju samogašenja luka. Ali je važeća zakonska regulativa decidna i dozvoljava pogon sa izolovanom neutralnom tačkom ako je struja zemljospoja manja od gore navedenih vrednosti.

SažetakU radu će biti prikazani snimci prelaznih pojava napravljeni prilikom eksperimentalnih kvarova u srednjenaponskoj napojnoj mreži industrijskog tipa. Kvarovi koji su veštački pravljeni po karakteru su zemni spojevi, a po načinu izvođenja su bili direktan (tzv „metalni“) spoj faznog provodnika sa masom ali i preko električnog luka. Vršena snimanja su trofazna a odnose se na uspostavljanje i prekidanje kvara.Ključne reči: zemljospoj – električni luk – izolovana mreža.

Transient in experimental failuresThe paper will be presented recordings made during the transitional phenomena of experimental failures in the medium voltage mains network of the industrial type. Failures that are artifi cially made by the character of the ground fault, and the manner of performance were direct (so-called “metal”) combination of the phase conductor to ground and through the electrical arc. Performed by recording the three-phase and relating to establishment and ending failure.Key words: earth fault – overvoltage - networks

[048]

energija

Toplota koja se razvija pri pojavi električnog luka može biti dovoljna da dođe do topljenja provodnika koji je u kvaru obzirom da je temperatura u zoni luka veoma visoka i može biti od 2000°S do 6000°S. U tom slučaju, elektromagnetne sile na mestu uspostavljenog električnog luka raspršuju istopljene delove provodnika što oštećuje izolaciju provodnika zdravih faza ali i stvara „provodni put“ u već jonizovanoj oblasti i vrlo lako, gotovo sigurno, može doći do prerastanja kvara u kratki spoj.U slučaju samogašenja dolazi do pojave intermitencije i nastanka prenapona, usled brzog prekidanja i uspostavljanja strujnih kola. Ovaj prenapon u obliku talasa sa strmim čelom ulazi u postrojenje, izaziva preskoke i dodatno napreže izolacioni sistem opreme što može dovesti i do proboja, ali i stvaranja potencijalnih mesta budućih kvarova. Treba reći da pri samogašenju električnog luka, mesta kvara nisu izložena velikim oštećenjima i lako ih je sanirati. Ali su često ta oštećenja unutar samih kablova i tada ih je teško locirati bez dodatne merne opreme što zahteva angažovanje specijalizovanih ekipa, produžetak vremena beznaponskog stanja i vremena zastoja u tehnološkom procesu.Vrednost struje zemljospoja, naravno, zavisi od vrste napojne mreže ( da li je ona kablovska ili vazdušna) obzirom da je funkcija dozemnog kapaciteta voda a koji se značajno razlikuju. Ova struja se računa prema formuli (1)

(1)gde je

Uf - vrednost faznog naponaω= 2πf kružna učestanostc – podužna kapacitivnost u F/km

l – dužina voda u kmZa brzo izračunavanje struje zemljospoja u svakodnevnoj praksi koriste se i sledeće formule, koje daju zadovoljavajuću tačnost:

za vazdušni vod (2)

za kablovski vod (3)

Gde jeUl – linijski (međufazni) napon

izražen u kV l – dužina voda u km

U tom slučaju struja Iz se dobija u amperima.Kasnije u radu biće nešto malo reči i o analitičkom sagledavanju ove tematike u cilju poređenja sa eksperimentalnim rezultatima a sada bi bilo zanimljivo nešto reći o samom luku.

Električni luk-nastajanje i podelaPostoji više načina nastajanja luka. Jedan od njih je usled proboja izolacije na oslabljenom mestu ili zbog mehaničkog oštećenja, ili lošeg rukovanja tj. savijanja pod nedozvoljenim prečnikom ili vučenja u teškim rudarskim uslovima ili same „greške“ u izolacionom materijalu. U drugom načinu nastajanja luka usled prisustva vlage i nečistoće na površini izolacije (npr. krajeva kabla ili potpornih izolatora) omogućava stvaranje provodne staze i tzv. „curenje“ struje po površini izolacije. Na ovaj način izolacija se dodatno zagreva usled tog površinskog curenja struje, dolazi do ugljenisanja provodne staze čime se smanjuje otpor izolacije, usled čega se ta struja povećava što u kritičnom momentu dovodi do pojave luka.Pojava električnog luka može biti ciklična, jer istopljeni delovi provodnika koji su ga formirali, obzirom da se rasprše, povećavaju električni otpor kontakta i dolazi do smanjenja jačine struje ali ipak „curenje“ po površini se nastavlja i ako ne dođe do isključenja električnog kola.Električni luk, prema mestu nastanka u okviru strujnog kola energetskog

postrojenja, možemo klasifi kovati na:• redni ili serijski• paralelan ili otočniOva podela električnog luka, prema mestu nastanka, grafi čki je prikazana na Slici 2 , na primeru napajanja jednog trofaznog prijemnika.Funkcionisanje prekidača i kontaktera zasnovano je na osobinama električnog luka. Što bolje poznavanje zakonitosti i osobina luka, omogućava da se odgovarajućim konstrukcijama njegovo štetno dejstvo ograniči i donekle, u izvesnoj meri, izbegne. Možemo reći da u okviru prekidača, kontaktera, rastavljača i tzv.rastavnih sklopki dolazi do pojaverednog ili serijskog tipa luka. Dok se, paralelni ili otočni električni luk javlja između faznog i neutralnog voda ili mase. U tom slučaju kažemo da je došlo do zemljospoja. Međutim ova vrsta luka se može javiti i između faznih vodova, odnosno delova postrojenja koji se nalaze na faznom potencijalu i u tom slučaju kažemo da je došlo do pojave kratkog spoja. Kvarovi nastali pojavom otočnog ili paralelnog luka, mogu se efi kasno sprečiti pre nego što posledice postanu znatno teže i obimnije. To se postiže upotrebm odgovarajućih zaštitnih uređaja-releja i njihovim pravilnim funkcionisanjem.Razmotrimo na ovom mestu ponašanje mreže tokom zemljospoja jedne faze (na primer faze A) preko električnog luka. Pre nastanka kvara u simetričnoj trofaznoj mreži za fazne napone važile su sledeće zavisnosti:

(4)

(5)

(6)

Slika 1 Idealna trofazna mreža sa izolovanom neutralnom tačkom, pri spoju faze A sa masom (zemljom)

Slika 2 Šematski prikaz podele električnog luka prema mestu nastanka

[049]

energija

Neka je do kvara došlo u trenutku t = -0, a pretpostavimo da je to momenat kada je napon faze A imao maksimalnu vrednost (φ = π / 2), tada se imaju sledeće vrednosti faznih napona: ufA (–0) = Um,ufB(–0) = ufC (–0) – 0.5 · Um.U prvoj poluperiodi nakon kvara ili u intervalu od ω · t= 0 do ω · t= π struja zemljospoja se menja po veoma složenoj funkciji, koja nije u potpunosti matematički opisana. Ali možemo reći da njena vrednost osciluje po složenoj zakonitosti oko sinusoide čija je zavisnost data formulom 7 (ovo ptvrđuje snimak zemljospoja na slici 4):

(7)Pri prolasku struje kroz nulu, dolazi do gašenja luka, a u momentu ω · t = 3π/2 napon faze A dostiže maksimum i dolazi ponovo do uspostavljanja luka.

Merni postupakPre svega, ovde moram reći da svaki eksperiment u pogonu od koga se zahteva dvadesetčetvoro časovna potpuna spremnost, prati određeni

rizik. Međutim ovaj eksperiment nosi veliku dozu opasnosti, te je izveden sa posebnom obazivošću i uz primenu svih mera zaštite uključujući i lična sredstva zažtite (kao što su izolacione čizme i rukavice).Vodeći računa o poznatoj stvari da se na mestu pojave električnog luka stvara velika količina jonizovanih gasova koji na svom putu, brzog rasprostiranja, mogu naići na drugo električno kolo i izazvati neželjene i nekontrolisane kvarove, eksperiment je rađen izvan ćelije. Trofazni energetski kabal za teške rudarske uslove (EpN78) sa zaštitnim vodom priključen je na jedan slobodan izvod u okviru trafo stanice 35/6kV. Krajevi tog kabla povezani su na rastavljač sa koga je jedna faza bila posebno izvedena na kontaknu tačku izolovanu od mase naravno. Samo galvansko spajanje i razvlačenje električnog luka vršeno je preko izolacione motke na čijem vrhu je izveden uzemljeni provodnik. Ovakav komplet u normalnim uslovima služi za obezbeđenje mesta rada.Snimanje prelaznih pojava tokom eksperimenta vršeno je trofazno,

korišćenjem mrežnog analizatora visokih performansi i velike brzine semplovanja sa mogućnošću snimanja tranzijentnih pojava. Detaljnija analiza na PC racunaru rađena je uz pomoć „snažnog“ softverskog alata specijalizovanog za ovaj mrežni analizator. Vršeno je snimanje talasnih oblika faznih napona i struja, kao i napon otvorenog trougla. Naponski kanali ovog uređaja su priključeni na odgovarajuće sekundarne krajeve naponskih transformatora, dok su struje snimane u sekundarnom kolu strujnih mernih transformatora priključenjem strujnih mernih klješta (adekvatnih za ovu namenu snimanja brzih pojava) bez prekida strujnog kola.

Rezultati merenjaDa bi eksperiment bilo moguće izvesti bilo je neophodno eliminisati delovanje usmerene zemljospojne zaštite, ali pre toga smo želeli da proverimo njenu funkcionalnost u zatečenom stanju pa je prvo urađen eksperiment pri direktnom spoju faze sa masom. Snimljeni talasni oblici faznih napona, napona na otvorenom truglu,struje zemljospoja (njene trenutne i efektivne vrednosti) u toku „direktnog“ spoja faze A sa masom prikazani su na slici 4. Sa tog snimka može se uočiti da je napon na otvorenom trouglu ispod 100V (oko 90V u nekom stacionarnom stanju) a da je efektivna vrednost struje zemljospoja tada oko 20A. Obzirom da spoj faze sa masom nije fi ksiran već da se radi o kontaktu preko dodira, može se videti da je talasni oblik trenutne vrednosti struje zemljospoja naročito izobličen u momentima pojave električnog luka, dok u ostalim trenutcima ona osciluje oko pravilne sinusoidalne ovojnice.Linijski naponi za vreme trajanja kvara (zemljospoja) zadržavaju potpunu simetriju, što se može videti na slici 5.Prema Petersenovoj hipotezi, luk se uspostavlja pri dostizanju maksimalne vrednosti napona a gasi se pri prolasku struje kroz nulu. Praktičnu potvrdu ove hipoteze možemo videti na snimku prikazanom na sledećoj slici 6. Slika predstavlja snimak napona faze koja preko luka dolazi u spoj sa masom i struje zemljospoja, u ovom slučaju to je struja koja teče kroz luk. Na ovom snimku jasno se uočava da do uspostavljanja luka dolazi u momentu kada napon faze,

Slika 4 Snimak vremenskih promena faznih napona, napona na otvorenom truglu,struje zemljospoja(njene trenutne i efektivne vrednosti) u toku „direktnog“ zemljospoja faze A

Slika 3 Talasni oblici faznih napona, napona neutralne tačke i struje električnog luka

[050]

energija

slici 6 jasno uočava. Dominantni su harmonici napona 13.,9. i 3.-ćeg reda, a njihov udeo u ukupnom harmonijskom izobličenju je sledeći HDUA13 = 41.51% UA1, HDUA9 = 39.15% UA1 i HDUA3 = 38.32% UA1.Ukupno harmoniijsko izobličenje struje iznosi 150,05% osnovnog harmonika fazne struje (THDIA=150.05%IA1), dok je uticaj dominantih harmonika sledeći HDIA13 = 60.97%IA1, HDIA22 = 42.23% IA1 i HDIA14 = 41.63% IA1.Analizom snimaka potvrđena je još jedna teorijska tvrdnja, da prenaponi mogu iznositi i do dvostruke fazne vrednosti. Ovaj snimak je dobijen u momentu razvlačenja električnog luka i njegovog prekidanja. Iz talasnog oblika faznih napona, prikazanih na slici 8 može se uočiti da su prenaponi veći u fazi C (2.009 r.j) nego li u fazi B (1.63 r.j.), što je dobijeno i u teorijskom razmatranju električnog luka, a može se primetiti i na talasnim krivama na slici 3. I ovde se može uočiti da do paljenja luka dolazi kada je napon te faze u maksimumu a da su trenutne vrednosti struje zemljospoja ogromne (920.5A) a brzina skoka veoma velika Talasni oblici faznih napona prikazani na slici 9 snimljeni su tokom jednog zemljospoja napravljenog direktnim priključkom faze na masu i ovde je prikazana da bi se uočila razlika u odnosu na zemljospoj pravljen preko električnog luka. Na ovoj slici se može uočiti da naponi faza na kojima nije došlo do kvara, dolaze na vrednost linijskog napona.Zanimljivo je pogledati snimak promene efektivne vrednosti napona na otvorenom trouglu u slučaju „metalnog“ zemljospoja i u slučaju kod razvlačenja zemljospojnog luka

Zaključak obavljenih eksperimenataEksperiment sa električnim lukom izveden je u okvir jedne srednjenaponske 6kV-tne mreže iz koje se napajaju potrošači od kojih se zahteva stalni pogon i veoma je važno da nije došlo neželjenih kvarova na opremi, koja nije bila predmet ovog istraživanja.Obzirom na naponski nivo i na visinu struje zemljospoja , koja je u stacionarnom stanju iznosila oko 20A efektivno, nije se mogao očekivati električni luk većeg obima , ali su korisna iskustva i rezultati stečeni

Slika 5 Vektorski dijagram linijskih napona pre kvara (levo) i za vreme kvara (desno)sa izraženim uglovima faznih stavova i efektivnim vrednostima

Slika 6 Snimak faznog napona i struje zemljospoja prilikom uspostavljanja i gašenja električnog luka

Slika 7 Harmonijski sastav napona napona i struje faze koja je u zemljospoju za vreme intermitentnog električnog luka

Slika 8 Talasni oblik faznih napona i struje zemljospoja u momentu razvlačenja električnog luka neposredno pre potpunog prekidanja

na kojoj dolazi do spoja sa masom (u ovom slučaju to je faza A), dostiže

svoj maksimum a da do gašenja dolazi kada struja postane nula. Ovde se takođe može videti da intermitentni luk izaziva složene prelazne procese sa nesinusoidalnim talasnim oblicima. Na slici 7 prikazani su harmonijski sastavi faznog napona i struje za vreme pojave intermitentnog električnog luka. Ukupno harmonijsko izobličenje napona faze A za vreme ovog procesa iznosi 116.88% prvog harmonika faznog napona (THDUA=116.88% UA1), dok je

harmonijski spektar „bogat“ i parnim i neparnim harmonicima što se na [051]

energija

ovom prilikom. Bilo bi zanimljivo eksperiment ponoviti u nekoj drugoj mreži sa većom strujom zemljospoja kao i u 35 kV-tnojmreži.Na kraju možda kao najefektniji vizuelni zaključak mogu poslužiti tri slajda na slici 11 . Slajdovi redom prikazujujedan momenat u trajanju električnog luka, drugi slajd nam prikazuje raspršivanje čestica istopljenog provodnika, koji je jednim delom iz tečne i gasovite faze prešao u fazu nepotpuno jonizovane plazme. Treći slajd nam na kraju prikazuje efekat koji je ostao nakon

Slika 9 Talasni oblik faznih napona pri zemljospoju izvedenom čvsrtom vezom faze A sa masom (maksimalni prenapon je bio u fazi B i iznosio je 2,108 r.j. dok za fazu C on iznosi 1,707 r.j)

Slika 10 Promene efektivne vrednosti napona na otvorenom trouglu u slučaju „metalnog“ zemljospoja (levo) i u slučaju kod razvlačenja zemljospojnog luka (desno)

prolaska luka, otopljen kontaktni šraf i tzv. „provodni fi lm“ na izolaciji provodnika koji omogućava curenje struje po povšini provodnika.

Literatura[1] Zemljospojevi u mrežama 6 i 35kV - M.Fjodorov[2] Pravilnik o tehničkim

normativima za pogon i održavanje energetskih postrojenja i vodova – Sl.list SRJ broj 41/93, Beograd, 1993

Slika11 Fotografi je razvoja električnog luka i njegovih posledica

[3] Električne instalacije – čest uzrok požara - Prof. dr Miomir Kostić, Mr Nedžad Hadžiefendić, dipl. inž. el. - Univerzitet u Beogradu Elektrotehnički fakultet - Laboratorija za ispitivanje niskonaponskih električnih i gromobranskih zaštitnih instalacija

[4] Analiza pojava u mreži 6 kV pri razvlačenju električnog luka - Dragan Ristivojević, dipl.el.inž, Zoran Milosavljević,el.tehn. - Univerzitet u Beogradu

[5] Power Guide-User manual-Drantez BMI Inc USA

[6] Dran View 6.0-Power quality browser- User manual-Drantez BMI Inc USA

[052]

energija

Borislav P. Brnjada, Elektroprivreda Crne Gore, Elektrodistribucija BarProf dr Milutin M. Ostojić, Elektrotehnički fakultet, Podgorica

UDC: 621.311.245 : 621.313.33.001.573/.004

Dinamički rad statorskim fl uksom vođene asinhrone mašine sa namotanim rotorom

1. UvodZa konverziju energije vjetra u električnu energiju posebno je pogodna asinhrona mašina, koja je dugo vremena korištena skoro isključivo kao motor. Prednosti ove mašine su što, u kombinaciji sa pretvaračima frekvencije, mogu da koriste promjenljivu brzinu vjetra i drugih pogonskih medijuma. Za generatorski rad posebno su pogodne asinhrone mašine sa namotanim rotorom (WRIG), koje omogućavaju da se preko statora isporučuje konstantna snaga u mrežu, dok se preko rotora i rotorskih pretvarača frekvencije ili uzima nedostajuća ili isporučuje višak snage u mrežu. Pri tome je moguće postići rad kojim se preko rotora vrši razmjena ±30% snage isporučene preko statora. Time se značajno smanjuje gabarit pretvaračkih uređaja za povezivanje rotora sa mrežom što u približno istoj srazmjeri smanjuje cijenu tih uređaja. Ovu prednost nema asinhroni generator sa kratkospojenim rotorom, kod koga se cjelokupna snaga prenosi u mrežu preko pretvarača frekvencije, što mu vrlo značajno povećava fi zičke gabarite i cijenu.Ovdje će se razviti model statorskim fl uksom orijentisane asinhrone mašine sa namotanim rotorom, takođe poznate kao asinhrona mašina sa dvostrukim napajanjem, i kroz simulaciju na razvijenom modelu dobiti njene karakteristike u motorskom i generatorskom režimu rada.

2. Matematički model asinhrone mašine sa namotanim rotorom

Naponske jednačine asinhrone mašine izvedene uz pretpostavke

linearnosti magnetskog kola i idealne sinusoidalne raspodjele namota statora i rotora, prema [1] , [2] i [3] su:

(1)

(2)

(2)

(3)

(4)

SažetakU ovom radu razvijen je dinamički model statorskim fl uksom vođenog asinhronog motora/generatora sa namotanim rotorom. Stator takve mašine je direktno vezan za mrežu, dok je rotor vezan za mrežu posredstvom pretvarača frekvencije. Ovako vezana mašina preko statora vrši razmjenu konstantne snage sa mrežom na koju je povezana, dok preko rotora uzima nedostajuću ili daje višak energije u mrežu. Statorskim fl uksom orjentisano upravljanje omogućava efi kasno praćenje promjena snage primarnog pokretača i time konverziju energije sa najmanje gubitaka. Matlab-Simulink model vektorske kontrole ove mašine omogućava dobijanje dinamičkih karakteristika i upoznavanje rada kroz simulaciju.Ključne riječi: namotani rotor, asinhrona mašina, statorskim fl uksom orijentacija, vektorsko upravljanje.

DYNAMIC OPERATION OF THE STATOR FLUX ORIENTED, WOUND ROTOR ASYNCHRONOUS MACHINEIn this paper dynamic model of stator fl ux oriented, wound rotor asynchronous motor/generator is developed.Stator winding of such machine is directly connected to thr grid, while rotor winding is connected to the grid using frequency converter. Such connected machine through stator winding interchange constant power with grid, while though the rotor is taken the missing or given the excess energy to the network. Stator fl ux oriented control enables effective track of the primary drivers of change in power and thereby convert energy with minimum losses. Matlab Simulink model of vector control of this machine allows us to obtain dynamic characteristics and exploring of the operation through simulation.Key words: wound rotor, asynchronous machine, stator fl ux orientation, vector control.

[053]

energija

(2), poslije sređivanja dobijamo:

(13)

(14)

Polazeći od relacija za aktivnu i reaktivnu snagu statora, zamjenom (9), (10), (11), (12), dobijamo:

(15)

(16)

Relacija za elektromagnetski momenat je:

(17)

Iz relacija (7) do(14) vidi se da sve veličine statorskim fl uksom vođene asinhrone mašine zavise od direktne i poprečne komponente struje rotora. Njihovom regulacijim, kod vektorskog upravljanja, može se upravljati radom asinhrone mašine. Takođe se vidi da aktivna snaga i elektromagnetski momenat zavise od poprečne a reaktivna snaga od direktne komponente. Treba istaći jaku zavisnost rada mašine od frekvencije i napona mreže na koju je povezana.

4. Modelovanje stacioniranog rada statorskim fluksom upravljane asinhrone mašine

Statički režim rada je krajnji rezulat prelaznog procesa mašine. Izvodi sinusodalnih varijabli stanja, koje su u dq referentnom sistemu

konstante, jednaki su nuli. Ako za statičke veličine dodamo indeks 0, prema (13) i (14), dobijamo:

(18)

(19)

Ako kao stacionarne veličine usvojimo referentne vrednosti komponenti struje rotora po direktnoj idr0 i poprečnoj osi iqro i referentnu brzinu rotora ωr0, tada, prema (16) i (17), struje defi nišemo relacijama:

(20)

(21)

dok brzinu ωr0 zadajemo direktno, u Matlabu-Simulinku primjenom lock-up tabele, a sinhronu brzinu ωe držimo konstantnom, gdje je Qs0 referentna reaktivna snaga mašine. Model stacionarnog rada napojen referentnim vrednostima struja rotora daje direktnu i poprečnu komponentu napona rotorskog namotaja sto se jasno vidi iz jednačina (18) i (19). Dobijeni stacionarni model je u stvari referentni model, kojeme konvergira svako vremenski promjenljivo stanje dinamičkog modela ako se im se zadaju iste referentne veličine u ovom slučaju direktna i poprečna komponenta struje rotora. Drugim riječima, svaki vremenski promjenljiv dinamički sistem će konvergirati određenom stacionarnom modelu ukoliko imaju iste referentne veličine. Zato taj stacionarni model možemo primijeniti za upravljanje dinamičkim modelom bilo u sistemu sa otvorenom petljom ili u sistemu sa zatvorenom petljom.

Jednačina elektromagnetskog momenta i mehanička jednačina su:

(5) (6)

gdje su: vds, vqs, vdr i vqr direktna i poprečna komponenta napona napajanja statora i rotora, ids, iqs, idr i iqr direktna i poprečna komponenta struje statora i rotora, Ψds, Ψqs, Ψdr i Ψqr direktna i poprečna komponenta fl uksa statora i rotora, Lm , Ls , Lr međusobna, statorska i rotorska induktivnost.Dobijeni sistem nelinearnih diferencijalnih jednačina je petog reda i na osnovu njih se modeluje asinhrona mašina.

3. Jednačine statorskim fluksom vođene asinhrone mašine

Veza statora asinhrone mašine sa mrežom ostvarena je direktno a veza rotora posredstvom pretvarača frekvencije. Zato u jednačini (1) stavljamo vds=0 i vqs=U, gdje je U vršna vrednost napona mreže za koju je mašina direktno vezana. Ta mreža je ”beskonačno jaka” pa je ugaona frekvencija mreže ωe konstantna, i fl uks mašine, apstrahujući impedansu statora, praktično konstantan. Ovdje izvedene jednačine pretpostavljaju linearnost magnetskog kola mašine i idealno sinusoidalnu raspodjelu namota statora i rotora. Kada takvu mašinu posmatramo u dq sinhronom referentnom sistemu, i kada direktnu komponentu fl uksa statora poklopimo po pravcu i smjeru sa direktnom osom referentnog sistema, dobijamo: Ψds = Ψd = konst (7)

Ψqs = 0

(8)

Zamjenom (7), (8) u (3) dobijamo:

(9)

(10)

Zamjenom (7), (8) u (1), uz zanemarenje otpora statora Rs=0, dobijamo: (11) (12)Zamjenom (9), (10), (11), (12) u (4) i

Slika 1 Model stacionarnog rada statorskim fl uksom vođenog , dvostrano napajanog asinhronog motora/generatora

[054]

energija

5. Modelovanje dinamičkog rada asinhrone mašine u otvorenoj petlji

Kada naponima, koje dobijamo u modelu stacionarnog rada, napojimo dinamički model, dobija se dinamički rad asinhrone mašine u otvorenoj petlji. Na taj način model stacionarnog rada postaje upravljački model u sistemu sa otvorenom petljom. Referentna vrednost direktne komponente

struje rotora dobijaju se na osnovu referentne reaktivne snage prema jednačini (20), a referentna vrednost poprečne komponente struje rotora dobija se na osnovu jednačine (21), imajući u vidu da je vrednost elektromagnetskog momenta u stacionarnom režimu jednaka sa momentom opterećenja. Brzina rotora u modelu je jednaka je referentnoj brzini.Model upravljanja WRIG-om u otvorenoj petlji prikazan je na slici

2. Upravljački dio čini stacionarni model na čije ulaze se dovode referentne vrednosti a na izlazu se dobijaju naponi po direktnoj i poprećnoj osi koji se vode na model WEIG-a Na slici 3. prikazan je model asinhronog motora sa namotanim rotorom modelovan na osnovu nelinearnih jednačina (1) do (6). Kontrolne varijable su dq komponente statora i rotora, ugaona frekvencija mreže i brzina rotora motora. Model omogućava da se kao varijable stanja motora odaberu struje statora i rotora ili fl uksevi statora i rotora ili njihova kombinacija. Na slici 4 prikazani su elektromagnetski momenat (Te stacionarna i Te0 dinamička vrednost), brzina (ωr0 stacionarna, ωr rotorska, ωe sinhrona) i statorska i rotorska snaga (Ps0 i Ps statorska stacionarna i dinamička snaga i Pr0 i Pr rotorska stacionarna i dinamička snaga). Sa slike 4. je očito da kod velikih mehaničkih ubrzanja dolazi do velikih prebačaja elektromagnetskog momenta, rotorske brzine i statorske i rotorske snage u odnosu na odgovarajuće stacionarne vrednosti što je svakako nepovoljno za rad mašine.

6. Modelovanje upravljanja statorskim fluksom vođene asinhrone mašine u zatvorenoj petljiAko pođemo od jednačina (13) i (14) i, prema [6] i [7], preuredimo članove na desnoj strani znaka jednakosti , dobijamo:

(22)

Slika 2 Modelovanje upravljanja asinhronom mašinom sa namotanim rotorom u otvorenoj petlji

Slika 3 Model asinhronog motora/generatora sa namotanim rotorom

Slika 4 Elektromagnetski momenat, brzina i raspodjela aktivne snage između statora i rotora

[055]

energija

(23)

pa se može napisati :

(24)

(25)

i q komponente struja rotora, pa se dobija dijagram na slici 5.Na osnovu slike 5 dobija se Matlab-Simulink model rasprezanja d i q komponenti struja rotora na slici 6.Na slikama 5. i 6. jasno se ističe povratna veza po komponentama struja rotora . Takođe je primijenjen PI regulator koji, u sinhronom referentnom sistemu, obezbjeđuje da struje rotora dostignu referentne vrednosti bez unošenja vremenskog kašnjenja. Na taj način referentne

struje rotora postaju stacionarne varijable stanja vektorski upravljane asinhrone mašine sa namotanim rotorom.Dakle povratna sprega, zatvorena petlja, po strujama rotora može da obezbijedi da kod zadate reaktivne snage imamo brzinu rotora, elektromagnetski momenat, aktivnu snagu rotora i statora koje precizno prate zadate referentne vrednosti, odnosno stacionarne veličine. U slučaju zatvorene petlje saglasnost referentnih i stvarnih veličina neuporedivo je bolja nego kod otvorene petlje. Na slici 8 dat je model statorskim fl uksom vođene asinhrone mašine sa namotanim rotorom koji se sastoji od upravljačkog dijela sa referentnim vrednostima , i modela asinhronog motora. U upravljačkom dijelu se u slučaju statorskim fl uksom vođenog, vektorskog upravljanja, vrši regulacija dvije izabrane varijable stanja na zadate referentne vrednosti. Ovo se postiže komparacijom referentne i povratne vrednosti primjenom PI regulatora uz dodatnu kompenzaciju članova prema formulama (22) do (25). Tako se na izlazu regulatora

dobijaju komponente napona napajanja rotora koje uslovljavaju da se model asinhrone mašine ponaša

onako kako se stvarna mašina ponaša kada radi u režimu statorskim fl uksom vođenog, vektorski upravljanog, asinhronog motora sa namotanim rotorom. U opisanom režimu rada stator je direktno vezan za mrežu stabilnog, konstantnog napona i frekvencije, dok je rotor vezan posredstvom pretvarača frekvencije. Parametri PI regulatora ovdje su određivani probom na samom modelu.

7. Varijable stanja i raspodjela aktivne snage između statora i rotora

Kod modelovanja upravljanja uzatvorenoj petlji prvo ćemo prikazati kontrolne veličine i varijable stanja koje potpuno defi nišu stanje posmatranog modela. Na slici 8 (a) i (b) prikazani su napon statora i rotora posmatrane, statorskim fl uksom vožene, asinhrone mašine. Vidi se da je napon statora konstantan, dok se napon rotora mijenja prilagođavajući se snazi koja se prenosi preko rotora. Na slici 8 (b) dati su naponi rotora u statičkom (sa indeksom ”0”) i dinamičkom (bez indeksa ”0”) slučaju. Na slici 8 (c) i (d) date su struje statora i rotora u ”dq” sinhronom sistemu pri čemiu se može konstatovati da se direktna komponenta mijenja u skladu sa promjenom aktivne snage dok se reaktivna komponenta mijenja u skladu sa promjenom reaktivne snage mašine.Na slici 9 prikazani su elektromagnetski moment, brzine, aktivna i reaktivna snaga. Sa slike 9 (a) i (b) se vidi da se elektromagnetski i mehanički momenat razlikuju samo kada postoji ubrzanje mašine, dok se poklapaju kada nema ubrzanja. Ako uporedimo slike 9 (a), (b), (c) može se doći do zaključka:1. Kod motorskog rada (pozitivan

elektromagnetski momenat) preko rotora se uzima snaga iz mreže kod nadsinhrone brzine i vraća snaga u mrežu kod podsinhrone brzine. Time se snaga koju mašina uzima iz mreže preko statora održava konstantnom.

2. Kod generatorskog rada (negativan elektormagnetski moment) preko rotora se uzima snaga iz mreže kod podsinhrone brzine a vraća snaga u mrežu kod nadsinhrone brzine. Time se snaga

Slika 5 Rasprezanje direktne i poprečne komponente struje rotora

Slika 6 Rasprezanje komponenti struja rotora

Slika 7 Model statorskim fl uksom vođene, vektorski upravljane, asinhrone mašine

Na osnovu jednačina (22) do (25) vrši se rasprezanje i zadavanje referentnih vrednosti d

[056]

energija

Slika 8. Naponi i struje statora i rotora ( direktne i poprečne komponente); (sa ”0” su označene stacionarne vrednosti)

Slika 9. (a) Elektromagnetski moment Te i Te0 ; (b) brzine rotora trenutna ωr , stacionarna ωr0 i sinhrona ωe; (c) raspodjela aktivne snage između statora Ps, Ps0 i rotora Pr, Pr0; (d) reaktivna snaga statora Qs, Qs0 i rotora Qr, Qr0 ; (sa “0” su ozna-čene stacionarne vrednosti)

[057]

energija

koju mašina daje mreži održava konstantnom.

3. Kada mašina rotira sinhronom brzinom, bilo u motorskom ili generatorskom radu, snaga koja se razmjenjuje preko rotora jednaka je nuli. To znači da se kod sinhrone brzine rotora kompletna snaga uzimaiz mreže preko statora (kod motorskog rada) ili preko statora plasira u mrežu (kod generatorskog rada)

4. Kada se na slici 9 (c) uporede aktivne snage statora i rotora vidi se da je aktivna snaga koja se razmjenjuje preko rotora samo manji dio ukupne snage koja se razmjenjuje sa mrežom. Kod asinhrone mašine ona obično iznosi do 1/3 snage koja se u mrežu plasira preko statora.

Sa slike 9 (d) može se doći do zaključka da se reaktivna snaga koju modelovana mašina uzima uz mreže održava konstantnom na zadatom nivou, dok je reaktivna snaga uzeta preko rotora praktično jednaka nuli.Neophodno je istači i razlike između modela sa otvorenom i zatvorenom petljom. Kako se i može očekivati, kada uporedimo dijagrame na slici 4 (a), (b), (c) sa dijagramima na slici 9 (a), (b), (c) možemo zaključiti sledeće:1. Raspodjela snaga između statora i

rotora je u osnovi vrlo slična.2. Sistem sa otvorenom petljom ima

velike prebačaje kod ubrzavanja rotora za sve posmatrane veličine, dok je to kod sistema sa zatvorenom petljom višestruko manje.

3. Praćenje referentnih veličina, tj. usaglašenost stvarnih i referentnih veličina je neuporedivo bolja kod sistema sa zatvorenom petljom.

Osnovni podaci o modelovanoj trofaznoj asinhronoj mašini su: Vm=310 (V) (vršna fazna vrednost), Pn=2200 (W), broj polova p=4, naznačena brzina nn=154 (rad/s), mrežna frekvencija f=50 (Hz), otpornost statora Rs=3.1 (om), otpornost rotora Rr=2.86 (om), međusobna induktivnost Lm=0.225832 (H), rasipna induktivnost statora Lls=0.012801 (H), rasipna induktivnost rotora Llr=0.013801 (H); sve veličine su svedene na stator.

8. ZaključakModeli statorskim fl uksom upravljane asinhrone mašine sa

namotanim rotorom u stacionarnom radu, radu sa otvorenom i zatvorenom petljom daju nam odgovore na nekoliko pitanja:1. Defi niše preraspodjelu snaga između statora i rotora u motorskom i generatorskom radu pri nadsinhronoj, podsinhronoj i pri sinhronoj brzini mašine.2. Pokazuje da se samo dio snage (oko 1/3) mašine preko rotora plasira u mrežu.3. Pokazuje da se zatvorenom petljom (povratnom spregom) ograničavaju prebačaji varijabli stanja posmatranog sistema.4. Potvrđuju da se kod statorskim fl uksom orjentisane, vektorski upravljane, asinhrone mašine sa namotanim rotorom povratnom spregom po strujama rotora može ostvariti odlično praćenja zadatih referentnih veličina.Modelovanje statorskim fl uksom vođene, vektorski upravljane asinhrone mašine sa namotanim rotorom je najbolji izbor kada se treba proširiti saznanja o motorskom i generatorskom radu ove mašine pri nadsinhronoj, podsinhronoj i sinhronoj brzini rotora.

8. Literatura[1] Bimal K. Bose: Modern Power

Electronics and AC Drives; Prentice Hall PTR, 2002

[2] Milutin M. Ostojić: Uvod u opštu teoriju električnih mašina, II izdanje, Univerzitet Crne Gore, Obod, Cetinje, 2001

[3] R. Krishnan, : ELECTRIC MOTOR DRIVES Modeling, Analysis, and Control, Prentice Hall PTR, 2001

[4] Fengchun Sun , Jian Li , Liqing Sun , Li Zhai , and Fen Cguo: Modeling and Simulation of Vector Control AC Motor Used by Electric Vehicle; Journal of Asian Electric Vehicles, Volume 3, Number 1, June 2005.

[5] Balduino Rabelo and Wilfried Hofmann, Doubly-fed Induction Generator Drives for Wind Power Plants, Intech, jun 2010.

[6] S. K Salman and Babak Badrzadeh, New Approach for modelling Doubly-Fed Induction Generator (DFIG) for grid-connection studies; School of Engineering, The Robert Gordon

University, Schoolhill, Aberdeen, AB10 1FR, Scotland, U.K.

[7] Marian K. Kazmierkowski, R. Krishnan, Frede Blaabjerg: Control in PowerElectronics, (selected problems), Aalborg University, Denmark, 2002ar

[8] Burak Ozpineci, Leon M. Tolbert : Simulink Inplementation of Induction Machine Model-A Modular Approach ; IEEE 2003.

[9] Steven T. Karris, : Signals and Systems with Matlab Computihg and Simulink Modeling, Third Edition, Orchard Publications, 2001

[10] Borislav P. Brnjada: Modelovanje asinhronog motora/generatora sa namotanim rotorom u Matlabu-Simulinku; mogućnosti modelovanja rada kod primjene na konverziju energije; vjetra i malih vodotokova; CG CIGRE I savjetovanje, Budva, oktobar 2009.

[058]

energija

Mr Jasmina Mandić-Lukić, dipl.ing., ENERGOPROJEKTProf. Nenad Simić, Elektrotehnički fakultet, Beograd

UDC: 621.316.1:621.317.38

PLC komunikaciona mreža kao osnova inteligentnog elektrodistributivnog sistema

1. UvodPojam Smart grid (u daljem tekstu inteligentna mreža ) obuhvata elektroenergetske mreže, u kojima su, u celinama ili u njihovim delovima, izvršena određena unapređenja u cilju poboljšanja kvaliteta i pouzdanosti isporuke električne energije, kao i povećanja energetske efi kasnosti sistema. To, znači da se odnosi na sve segmente elektroeneregetskih sistema, od proizvodnje, preko prenosa i distribucije, do potrošnje električne energije. Takva unapređenja podrazumevaju sprovođenje raznovrsnih aktivnosti iz oblasti tehnike, ekonomije, regulative, kao i edukacije kadrova. Jedan od neophodnih uslova za evoluciju elektroenergetskih mreža prema statusu inteligentnih mreža je stvaranje adekvatne telekomunikacione infrastrukture. Ta infrastruktura treba da obuhvati sve entitete u elektroenergetskim sistemima, elektrane, mreže i objekte prenosa i distribucije, kao i sve potrošačke subjekte. Ona mora da zadovoljava širok spektar zahteva u pogledu kapaciteta, kvaliteta i raspoloživosti, a koji zavise od pozicije datog entiteta u elektroenergetskom sistemu.

2. Telekomunikacije u elektroenergetici

2.1. Aktuelno stanjeU domenima proizvodnje i prenosa kao i u delu domena distribucije, defi nisane su dve grupe telekomunikacionih servisa: kritični i opšti. Kritični servisi, koji

podržavaju funkcije daljinskog upravljanja elektroenergetskim sistemom, zahtevaju relativno ograničene transportne kapacitete, ali postavljaju izuzetno stroge uslove u pogledu raspoloživosti, koji su standardno u rasponu od 99,99% do 99,999%. Opšti servisi, koji pretežno podržavaju poslovne funkcije, imaju blaže zahteve u pogledu raspoloživosti, ali su zahtevani transportni kapaciteti znatno veći, tipično reda od stotina Mbit/s do više Gbit/s.Nastojanja da se u što većoj meri zadovolje ovi strogi, a istovremeno

dosta heterogeni zahtevi, dovela su do specifi čne koncepcije izgradnje transportnih mreža u savremenim telekomunikacionim sistemima. U takvim mrežama, koje su struktuirane kao složene, sa bogatim redundantnim tokovima, transmisioni putevi se, po pravilu, realizuju optičkim kablovima. Takve mreže treba da obuhvataju sve elektrane, čije su snage iznad određene vrednosti, sve objekte mreža prenosa, kao i sve značajne objekte elektrodistribucija. Pojam „značajni objekti elektrodistribucija“ je donekle

SažetakU literaturi je sve prisutniji pojam pametne – inteligentne energetske mreže. Mreža u kojoj postoji sistem nadgledanja i upravljanja svim transformatorima i električnim brojilima, kao i drugim uređajima na elektroenergetskoj mreži, naziva se inteligentna mreža. Mogućnost prenosa izmerenih signala ostvaruje savremeni komunikacioni sistem pristupom do svakog proizvođača, distributivnog elementa i potrošača u okviru mreže.U radu je prikazana mogućnost implementacije PLC (Power Line Communication) tehnologije kao jednog od raspoloživih komunikacionih medijuma u tu svrhu. Prezentirani su i rezultati merenja na energetskoj mreži kojom se prenose informatički signali. Na osnovu dobijenih rezultata, data je ocena kolika je primenljivost tehnologije u našim uslovima.

Abstract The term of Smart grid becomes very common in technical literature. Monitoring and control all the transformers and electric meters, as well as the other equipment involved in energy network, makes the posibility of smart network. The transmission of measured signals are done with modern communication system that makes access to every production unit, distribution element and consumer involved in the energy network.This paper outlines posibility of implementation of PLC (Power Line Communication) technology, as the communication medium suitable for Smart grid. Experimental results in energy network are given. According results, assessment of PLC technology applicability in Serbian distribution companies are presented.

[059]

energija

neodređen. U daljem tekstu pod tim pojmom podrazumevaće se sve transformatorske stanice110/10 kV odnosno 110/20 kV kao i veće stanice 35/10 kV (odnosno 35/20 kV), posebno one u visoko urbanim sredinama. Ovaj stav je u saglasnosti sa organizacionim strukturama elektroprivrednih sistema u Srbiji kao i u nekim zemljama u okruženju. Ostale transformatorske stanice 35/10 kV (odnosno 35/20 kV ) su uključene u sisteme daljinskog nadzora i upravljanja sredstvima veza sa nižim performansama u pogledu kapaciteta i raspoloživosti. Objekti u naponskim ravnima 10 kV, odnosno 20 kV, do sada, po pravilu, nisu uključivani u daljinski nadzor i upravljanje.Treba napomenuti da mreže optičkih kablova po pravilu raspolažu kapacitetima koji u velikoj meri prevazilaze potrebe elektroenergetskih sistema. To otvara mogućnost elektroprivrednim kompanijama da pružaju telekomunikacione usluge drugim privrednim i društvenim entitetima i da kroz to ostvaruju dodatne pozitivne ekonomske efekte.

2.2 Nove tendencijeKoncepcija inteligentnih mreža podrazumeva da se funkcije daljinskog nadzora i upravljanja prošire do krajnjih granica elektroenergetskih sistema, dakle preko distributivnih mreža srednjeg i niskog napona do potrošačkih instalacija. Prema tome, ta koncepcija podrazumeva uvođenje više novih funkcija kao:• daljinski nadzor i upravljanje 10kV

mrežom;• detekcija i lokalizacija kvarova u

mreži 0,4 kV;• daljinsko očitavanje brojila; • uvođenje fl eksibilnih višetarifnih

sistema;• kontrola opterećenja mreže.U pristupu realizaciji ove koncepcije nailazi se na nove, vrlo ozbiljne izazove. Na prvom mestu sagledavaju se kvantitativne razmere nove mreže. Ako se kao primer posmatra Elektrodistribucija Beograd, sagledava se da je broj objekata u mreži 10 kV preko šest hiljada dok je broj pretplatničkih priključaka reda stotina hiljada. Činjenica da svaki od navedenih objekata treba da bude adekvatno uključen u sistem, ukazuje da je nalaženje tehnički

i ekonomski optimalnih rešenja telekomunikacionog segmenta, zadatak od prvorazrednog značaja.

2.3 Analiza sredstava vezaProblem izbora sredstava za realizaciju telekomunikacionih segmenata u nižim ravnima inteligentnih mreža aktuelan je već više godina i istraživanja su tekla u više raznih pravaca. U prvim pilot-postrojenjima koristile su se, pored ostalog, usluge operatora javnih mreža, fi ksnih ( ISDN, ADSL) i mobilnih (SMS, GPRS). Došlo se do zaključka da bi takva rešenja, u uslovima masovne primene, bila ekonomski neprihvatljiva. Drugi pristup zasnivao se na stvaranju sopstvenih mreža, namenski kreiranih za ove funkcije, gde su se takođe sagledavale dve koncepcije:• komunikacione mreže zasnovane

na prenosu signala po energetskim vodovima, srednjih i niskih napona,

• radio- mreže sa malim transportnim kapacitetima, koje funkcionišu u VHF i UHF frekvencijskim opsezima.

Studijske analize, kao i praktična iskustva, pokazali su da se ove koncepcije ne isključuju uzajamno, nego da se, u najvećem broju slučajeva, optimalna rešenja mreža postižu njihovim racionalnim kombinovanjem.U urbanim sredinama, gde su uslovi propagacije elektromagnetskih talasa često vrlo nepovoljni, funkcionisanje radio-mreža je otežano ili nemoguće. Drugi problem je da na teritorijama većih gradova postoji intenzivan radio-saobraćaj što uslovljava teškoće dobijanja slobodnih radio-kanala, kao i opasnost od ometanja veza. Konačno zbog velike prostorne gustine pretplatnika obim zahtevanog saobraćaja može da prevazilazi transportne kapacitete radio-veza. U takvim okruženjima komunikacije po energetskim, a naročito kablovskim, vodovima ispoljavaju apsolutnu superiornost u smislu mogućnosti realizacije, pouzdanosti funkcionisanja, kao i znatno većih transportnih kapaciteta.Nasuprot tome, u suburbanim i ruralnim područjima, gde su prostorne gustine pretplatnika znatno manje, a rastojanja između objekata, kao i između objekata i pretplatnika, znatno veća, radio-veze se najčešće nameću kao jedino ekonomski opravdano rešenje.

3. Niskonaponske kablovske mreže i instalacije kao medijumi širokopojasnog prenosa signala

3.1 Funkcije prenosa mreža i instalacijaPredmet višegodišnjih studijskih i eksperimentalnih istraživanja, čiji su rezultati prezentirani u daljem tekstu, je prenos signala sa binarnim protocima reda desetina Mbit/s po srednjenaponskim i niskonaponskim kablovskim mrežama i instalacijama. Osnovna namena istraživanja je ocena sposobnosti tih medija za zadovoljenje funkcija elektroenergetskog sistema. Međutim, kako navedeni kapaciteti značajno prevazilaze zahteve elektroenergetskih funkcija, ukazuje se na mogućnosti prenosa raznih drugih informatičkih i multimedijalnih signala, što se u celini uklapa u šire pojmove inteligentnih zgrada i mreža.U prvim fazama istraživanja aktivnosti su bile prvenstveno usmerene na lokalne mreže za prenos signala po električnim instalacijama unutar rezidencijalnih i poslovnih objekata. Kao ciljevi, defi nisani su- analiza i eksperimentalna

verifi kacija karakteristika instalacionih kablova u ulozi medijuma za prenos signala u frekvencijskim opsezima do 30 MHz,

- sagledavanje i sistematizacija tipičnih topologija električnih instalacija u rezidencijalnim objektima i analiza uticaja topologije instalacije na transmisione karakteristike u navedenim frekvencijskim opsezima.

Za ocenu funkcionalnosti instalacionih kablova kao telekomunikacionih medijuma neophodno je da se odrede njihovi karakteristični parametri u specifi ciranom opsegu frekvencija, konstanta prenosa i karakteristična impedansa.. U toku su bile tri paralelne aktivnosti: sopstveni proračuni, obimna merenja na raznim tipovima vodova, kao i prikupljanje i sortiranje odgovarajućih rezultata iz literature.Konstatovano je potpuno zadovoljavajuće slaganje rezultata proračuna i merenja, kao i podataka iz korišćene literature. Vrednosti podužnog slabljenja su u granicama od 0,4 dB/10 m na frekvenciji 1

[060]

energija

Dalja istraživanja usmerena su na ispitivanje uticaja topologije instalacija na komunikacione funkcije. Analize i eksperimenti su pokazali da u realnim instalacijama presudan uticaj na transmisione karakteristike lokalne komunikacione mreže imaju upravo njihove topološke strukture. Nezavisno od namene, električne instalacije uvek imaju više ili manje razgranate strukture sa više tačaka grananja, pri čemu su dužine ogranaka po pravilu samerljive sa talasnim dužinama signala u predmetnom opsegu frekvencija. Kao primer, na slici 1 prikazana je jednopolna šema instalacije u tipičnoj stambenoj jedinici srednje veličine.Centralna tačka instalacije je razvodna tabla gde se sustiče 15 posebnih strujnih kola, ostvarenih preko 15 troprovodnih i petoprovodnih kablova. Neki od tih kablova vode do pojedinačnih velikih potrošača (bojleri, štednjaci) dok se drugi, na primer rasvetni,

Isti zakljuci formirani su i za stambenu zgradu kao celinu. Jednopolna šema jedne tipične zgrade data je na slici 2. U ovom slučaju čvorište predstavlja glavni razvodni orman ( GRO ) dok se kao terminalne tačke sada vide razvodne table po stanovima. U poslovnim objektima topologije instalacija su donekle različite, ali izložene konstatacije su u potpunosti primenljive. Dalje izlaganje odnosi se na uticaj topologije instalacija na njihove performanse u funkciji prenosa signala. Centralna tačka ovakve instalacije je razvodna tabla u kojoj se sustiče veći broj, 15 – 20, pa i više posebnih strujnih kola, ostvarenih preko trožilnih ili petožilnih provodnika. I ovi provodnici se često dalje granaju do pojedinih potrošača, svetiljki ili utičnica. Generalno, pri prenosu između dve priključne tačke, signal prolazi kroz veći broj tačaka grananja, a svaka od njih je diskontinuitet koji degradira uslove prenosa. Posebno nepovoljan uticaj ispoljava se u slučajevima kada su provodnici, koji se usput odgranavaju, relativno kratki, a krajevi su im u stanju otvorenog kola ili kratkog spoja. Na frekvencijama na kojima je dužina ogranaka bliska umnošcima četvrtine talasne dužine signala, ulazna impedansa ogranka postaje vrlo mala i za prenošeni signal predstavlja približno kratak spoj. Posebno značajno mesto u ovom razmatranju pripada razvodnoj tabli, koja je čvorište lokalne komunikacione mreže. Na sabirnicama razvodne table sustiče se veliki broj (i preko 20) provodnika koji pripadaju posebnim strujnim kolima. Sa aspekta komunikacione mreže to je paralelna veza istog tolikog broja vodova različite prirode i sa vrlo različitim vrednostima ulaznih impedansi. Niske vrednosti impedansi u ovim tačkama, kao i varijacije u funkciji frekvencije, uslovljavaju da se upravo te tačke javljaju kao uzroci dodatnih slabljenja na vezama između tačaka instalacije koje su na različitim strujnim kolima [ 3 ] .Iz izloženog sledi da u gotovo svim objektima instalacije imaju strukture stabla sa dve ili više tačaka grananja. Ako se, kao primer, posmatra instalacija u rezidencijalnom objektu, male do srednje veličine, prepoznaju se merno - razvodni orman na početnoj tački instalacije, kao prvi

Slika 3 Šema tipične niskonaponske kablovske mreže

Slika 2 Jednopolna šema razvodne niskonaponske električne insta-lacije u stambenoj zgradi

Slika 1. Jednopolna šema instalacije u standardnoj stambenoj jedinici

MNz do 2 dB/10 m na frekvenciji 30 MHz. Prosečna vrednost karakteristične impedanse je 90 oma sa varijacijama +/- 2 oma [1] , [2]..

dalje granaju do pojedinih rasvetnih mesta, odnosno kablovi za utičnice, koje se, po dve ili po tri priključuju na isto strujno kolo.[061]

energija

nivo grananja, i razvodne table u početnim tačkama instalacije u stanovima, kao drugi nivo grananja. U velikim objektima postoje tri nivoa: kao prvi nivo javlja se grananje iza kablovske priključne kutije, odakle se polažu priključni vodovi na koje se priključuju merno - razvodni ormani (dva ili više), koji formiraju drugi nivo, dok razvodne table obrazuju treći nivo. Sa aspekta prenosa signala, svaka tačka grananja unosi znatno slabljenje. Za instalacije u poslovnim objektima mogu da se konstatuju gotovo identične strukture. U zaključku ovog dela razmatranja konstatuje se da funkcije prenosa signala između bilo koje dve tačke u tipičnim instalacijama, u frekvencijskom opsegu 1 – 30 MHz, pokazuju složene zavisnosti od frekvencije, topologije date instalacije, kao i od prirode i stanja priključenih potrošača. Ovaj poslednji faktor može da se ispoljava posebno nepovoljno, jer se potrošački uređaji uključuju i isključuju potpuno nepredvidljivo, što znači da se funkcije prenosa signala menjaju tokom vremena u širokim granicama.Niskonaponske mreže se pružaju od sekundarnih izvoda SN/NN transformatora do kablovskih priključnih kutija u objektima. U urbanim sredinama realizuju se, gotovo uvek, kao podzemne kablovske mreže..Standardni niskonaponski vodovi najčešće su četvoroprovodni, sa provodnicima od bakra ili aluminijuma. U savremenim kablovima se, kao izolacioni materijal koristi polivinil-hlorid ili vulkanizovani polietilen.Tipična rastojanja između transformatorskih stanica i krajnjih korisničkih priključaka su u granicama između 100 i 500 metara.U frekvencijskom opsegu 1 – 30 MHz podužno slabljenje tipičnih niskonaponskih kablovskih vodova s menja se od vrednosti oko 2 dB/100 m u okolini frekvencije 1 MHz do oko 8 dB/100 m na 30 MHz. U istom frevencijskom opsegu karakteristična impedansa je u granicama 25 +/- 3 oma.Topološke strukture niskonaponskih mreža imaju karakter stabla sa više tačaka grananja. Primer moguće topološke šeme niskonaponske mreže prikazan je na slici 3 [4].

3.2 Šumovi i smetnje u niskonaponskim mrežama i instalacijamaIzvori šumova i smetnji mogu da se podele na one koji se generišu u samoj instalaciji i na one koji potiču od izvora izvan instalacije. Smetnje koje se generišu u navedenom opsegu frekvencija, a nastaju u samoj instalaciji, potiču prvenstveno od elektronski kontrolisanih izvora napajanja raznih uređaja (računara, TV prijemnika, izvora neprekidnog napajanja i sl.). Ove smetnje mogu da se tretiraju kao šum koji je prisutan u celom predmetnom opsegu, sa značajno većim intenzitetom na početku opsega, koji opada do približno 10 MHz, a dalje zadržava približno konstantnu vrednost. Nivoi ovog šuma, i to kako visoka početna vrednost, tako i konstantna vrednost u gornjem delu opsega, variraju zavisno od lokacije i vremena (iznose do 20 dB, pa i više).Smetnje nastale izvan instalacije prvenstveno potiču od radio-frekvencijskih interferencija kratkotalasnih predajnika. Ove smetnje mogu da imaju visok intenzitet, ali su pretežno uskopojasne (reda nekoliko kHz). Te smetnje mogu da se javljaju povremeno sa različitim trajanjem, ali mogu i da budu praktično trajno prisutne. Iste konstatacije se odnose i na niskonaponske kablovske mreže s tim da su intenziteti parazitnih fenomena niži za oko 10 dB [ 5 ].

3.3 Zaključna konstatacijaNa osnovu izloženog može da se formuliše generalni zaključak da su električne instalacije, kao i niskonaponske kablovske mreže, sa aspekta prenosa signala, medijumi sa varijabilnim karakteristikama, i to kako u pogledu funkcije prenosa, tako i u pogledu razlika u intenzitetima i frekvencijskim pozicijama stranih smetnji. Dakle, ovakvi medijumi su pogodni za funkcije prenosa signala, ali je neophodno da sistemi prenosa i odgovarajući uređaji budu prilagođeni izloženim specifi čnostima.

4. Srednjenaponski kablovski vodovi

Uvidom u razne dokumentacije konstatuje se da postoji dosta širok spektar raznih konstrukcija srednjenaponskih kablova sa vrlo različitim karakteristikama u funkciji prenosa signala u oblasti visokih

frekvencija. Odlučeno je da se za dalja razmatranja izaberu kablovske konstrukcije koje su dominantno zastupljene u elektrodistributivnim mrežama u našoj zemlji, kao i u proizvodnim programima domaće i strane kablovske industrije. U daljem izlaganju tretirani su kablovi za naponske ravni 6/10 kV i 12/20 kV, sa provodnicima kružnog preseka i sa termoplastičnom izolacijom, polivinil-hlorid i polietilen. Na slici 6. prikazana je standardna struktura takvog trofaznog kabla a u daljem tekstu su prikazane karakteristike kablova RNR 81 i HNR 48 u funkciji prenosa signala.(1) bakarni provodnici(2) poluprovodni sloj postavljen oko bakarnih provodnika(3) XLPE izolacioni sloj od umreženog polietilena(4) poluprovodni sloj postavljen oko izolacije(5) poluprovodna traka (6) bakarna traka postavljena oko svakog izolovanog provodnika(7) zaštitna ispuna(8) PVC spoljni plaštNa slici 4. prikazan je tipični trofazni kabl sa provvodnicima kružnog preseka, termoplastičnom izolacijom i ekranima oko svakog provodnika. Ovakva konstrukcija se primenjuje u izradi kablova za naponske ravni do 35 kV. Provodnici se izrađuju od bakra ili aluminijuma i površina preseka im zavisi samo od nomimalne struje. Materijal za izolaciju može da bude polivinil-hloridpuni polietilen i umreženi polietilen, a debljina izolacije zavisi od nominalne naponske ravni kabla. Oko provodnika je tanak poluprovodni sloj kojim se postiže homogeni kružni presek. Oko izolacije nanosi se najpre tanak sloj poluprovodnog materijala a zatim ekran od namotane bakarne trake. Uloga poluprovodnih slojeva i bakarnog ekrana je postizanje

Slika 4 Struktura trofaznog kabla sa provodnicima kružnog preseka, termoplastičnom izolacijom i poluprovodnim ekranima

[062]

energija

ravnomerne radijalne strukture električnog polja u izolaciji. Prikazani srednjenaponski trofazni kablovski vodovi predstavljaju konstruktivne celine tri kompaktna segmenta od kojih svaki sadrži provodnik, ekrane, izolaciju i elemente zaštite. Sa aspekta prenosa signala svaki taj segment, dakle provodnik sa pripadajućom izolacijom i ekranima, može da se tretira kao poseban koaksijalni telekomunikacioni vod. Za ocenu telekomunikacionog voda presudan značaj ima zavisnost konstante podužnog slabljenja od frekvencije. Proračuni i eksperimentalna ispitivanja ovih zavisnosti izvršena su na kablovskim vodovima HNR-81 i RNR-81, u frekvencijskom opsegu 1 – 30 MHz. Na slici (5) prikazana je zavisnost podužnog slabljenja tipičnog kablovskog voda HNR-81 sa polietilenskim dielektrikom, za naponsku ravan 6/10 kV, sa površinom preseka provodnika 120 mm2, a na slici (6) odgovarajuća zavisnost voda

RNR-81 sa istom površinom preseka i sa PVC izolacijom.Izloženi rezultati studijskih analiza i eksperimentalnih ispitivanja karakteristika srednjenaponskih kablovskih vodova pokazuju da se savremeno konstruisani vodovi mogu koristiti i kao vrlo kvalitetni telekomunikacioni transmisioni putevi, na kojima se, u frekvencijskom opsegu do 30 MHz, mogu ostvariti binarni protoci iznad 100 Mbit/s na trasama dužine preko 2 kilometra. Ova konstatacija se odnosi na kablove se izolacijom od umreženog polietilena i sa bakarnim ekranima oko izolacije. Kablovi

sa PVC izolacijom imaju znatno veće podužno slabljenje pa je njihova primena ograničena na kraće trase, od 100 do 700 metara, sa binarnim protocima do 10 Mbit/s.

5. Savremeni sistemi prenosa signala kroz srednjenaponske i niskonaponske mreže i instalacije

Iz prethodnog izlaganja sledi da se u raspoloživom frekvencijskom opsegu 1 – 30 MHz mogu javiti segmenti, jedan ili više njih, u kojima je prenos degradiran ili potpuno onemogućen (bilo zbog velikog slabljenja signala na trasi, bilo zbog prisustva smetnji velikog intenziteta). Pri tome, ti segmenti opsega nisu vremenski fi ksirani, nego im se spektralne pozicije menjaju, sporije ili brže. Iz ove konstatacije proizilazi zahtev koji odgovarajući sistem mora da ispunjava: sistem mora da ima mogućnost brzog prilagođavanja uslovima prenosa, što znači mogućnost trenutnog frekvencijskog relociranja signala u segmente

opsega u kojima su uslovi prenosa povoljni.Potreba da se reše problemi prenosa digitalnih signala sa velikim binarnim protocima kroz ovakve medijume rezultirala je saznanjima da optimalna rešenja predstavljaju modulacioni sistemi poznati pod oznakom DMT (Discrete Multi Tone). Raspoloživi frekvencijski opseg deli se na veliki broj nezavisnih podopsega u kojima se nosioci modulišu sa različitim modulacionim šemama, zavisno od uslova prenosa u njemu. Saglasno tome, u podopsezima sa boljim uslovima prenosa ostvaruje se veći binarni protok, u lošijima manji, a u ekstremno lošim podopsezima nema prenosa. Ukupni binarni protok u sistemu je zbir protoka u podopsezima [6]. Sistem je adaptivan u realnom vremenu tako da se, preraspodelom protoka u podopsezima, efi kasno kompenzuju sve varijacije uslova prenosa (promene funkcije prenosa i pojave impulsnih ili interferencijskih smetnji) [7]. Varijanta DMT sistema poznata pod nazivom OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) posebno je pogodna za širokopojasne komunikacije po elektroenergetskim vodovima i instalacijama zbog odličnog iskorišćenja frekvencijskih opsega [8]. Na osnovu podataka iz literature, kao i uvidom u stanje na tržištu, konstatuje se da skoro svi proizvođači širokopojasnih PLC uređaja koriste OFDM, modulacione postupke.Intenzivno širenje mreža za prenos signala po elektroenergetskim vodovima, kao i sve veći zahtevi u pogledu njihovih potencijala, doveli su do razvoja generacije uređaja koji imaju performanse koje odgovaraju tim zahtevima, ali istovremeno i do pojave njihove koncepcijske standardizacije. Danas velika većina proizvođača nudi standardne garniture za formiranje manjih i srednjih lokalnih mreža koje sačinjavaju centralni uređaj (master), regenerator, jedan ili više njih (repeater) i potreban broj terminalnih uređaja, konstruisanih za različite namene. Za funkcije centralnog uređaja i regeneratora koriste se isti HW uređaji, odgovarajuće programirani za jednu ili drugu funkciju.Tipične sistemske karakteristike ovakvih garnitura su sledeće:

Slika 5 Zavisnost podužnog slabljenja kablovskog voda HNR-81 od frekvencije

Slika 6 Zavisnost podužnog slabljenja kablovskog voda RNR-81 od frekvencije

[063]

energija

- nominalni frekvencijski opseg 2 – 34 MHz;

- radni frekvencijski opsezi 10, 20 ili 30 MHz, unutar nominalnog opsega;

- sistem modulacije OFDM sa širinom podopsega približno 20 kHz;

- maksimalni binarni protok u fi zičkom sloju 205 Mbit/s;

- standardna sprega sa okruženjem 10/100 Mbit/s, Ethernet.

Opisani uređaji već danas nalaze široku primenu u raznim srednjenaponskim i niskonaponskim mrežama kao i u instalacijama

6. ZaključakU periodu od 2006. godine do sada istraživačka ekipa Elektrotehničkog fakulteta – Beograd i Energoprojekta – ENTEL, uz podršku Ministarstva za nauku Srbije, obavila je obimna istraživanja elektroenergetskih vodova i mreža, srednjenaponskih, niskonaponskih i instalacionih, u funkcijama medijuma prenosa signala sa binarnim protocima do reda 100 Mbit/s. Ta istraživanja, iz kojih su proizašli ovde prikazani rezultati, kao i rezultati koji su prezentirani u godišnjim izveštajima Ministarstvu za nauku u periodu 2006. – 2010.god., dokazala su da ceo kompleks koji sačinjavaju srednjenaponske i niskonaponske mreže, kao i elektroenergetske instalacije, predstavlja sredinu u kojoj se mogu realizovati kvalitetne i pouzdane mreže za prenos signala, neophodnih za funkcije inteligentnih mreža. Istovremeno, te mreže mogu da podržavaju, u većoj ili manjoj meri, i razne oblike informatičkih i multimedijalnih komunikacija.

7. Literatura[1] Mandić-Lukić, D. Pokorni,

Prof. N. Simić:”Characteristics of Low-Voltage Installations as Transport Medium in Offi ce Building”, XLIII International Scientifi c Conference on Information, Communication and Energy Systems and Technologies, ICEST, Niš, Serbia, June 25-27, 2008.

[2] J.M. Lukić, N. Hadžiefendić. N.Simić:“Elektroenergetske instalacije kao telekomunikacioni transmisioni medijum”, Telekomunikacioni forum

TELFOR 2009, Beograd, Srbija, Novembar 24-26., 2009.

[3] J. Mandić-Lukić, Prof. N. Simić, B. Milinković:”Presentation of the Results of Measuring Characteristics of Power Line Installations in the Signals Transmission”, XLIV International Scientifi c Conference on Information, Communication and Energy Systems and Technologies, ICEST 2009, Veliko Turnovo, Bulgaria, June 25-27, 2009.

[4] I. Vujičić, N. Gospić, N. Rajaković: „Topologija širokopojasnih PLC mreža za pristup realizovanih na elektroenergetskim distributivnim mrežama niskog napona“ , TELFOR, 2007.

[5] J.M. Lukić, N. Simić, N. Hadžiefendić:“Rezultati ispitivanja niskonaponskih mreža u funkciji prenosa širokopojasnih signala”, Telekomunikacioni forum TELFOR 2010, Beograd, Srbija, Novembar 23.-25., 2010.

[6] J. A. C. Bingham, „Multicarrier modulation for data transmission: an idea whose time has come“. IEEE Communication Magazine, Vol. 28, pp. 5-14, May 1990.

[7] S. Baig, N.D. Gohar, „Discrete Multi-Tone Transceiver at the Heart of PHY Layer of an In-Home Powerline Communication Local Area Network“. IEEE Communication Magazine, Vol. 41, pp. 48 – 53, April 2003.

[8] H. Hrasnica, A. Haidine, R. Lehnert, Broadband Powerline Communications, John Wiley&Sons, 2004.

[064]

energija

MSc Nikola Popov, MSc Dragan Mihić, prof. Dr Slobodan N. VukosavićElektrotehnički fakultet, Univerzitet u Beogradu

UDC: 621.313.33.004

Procena temperature rotora velikih asinhronih motora na osnovu merenja statorskih struja i napona

1. UvodAsinhroni motori se široko koriste zbog njihove dobro poznate pouzdanosti. U slučajevima kada je napajanje nesimetrično ili izvan tolerancija, može doći do pregrevanja rotora asinhronog motora. Do pregrevanja može doći i u slučaju da su blokirani tokovi vazduha u sistemu za hlađenje, da je otkazao ventilator za prinudno hlađenje, da je uvećana temperatura ambijenta, da je opterećenje uvećano iznad granica tokom dužeg vremenkog intervala, da je rotor zakočen, da se motor zaleće sa prevelikom inercijom, kao i u slučaju da je došlo do kvara ili neregularnosti u magnetskom ili strujnom kolu mašine. Da bi se minimizirala šteta do koje tada može doći, motor treba opremiti adekvatnom termičkom zaštitom. Pregrevanje statora se može indirektno odrediti na osnovu uvećanja efektivne vrednosti struje statora, ali se tako ne mogu detektovati svi slučajevi u kojima se rotor pregreva. S druge strane, u većini slučajeva nije prihvatljivo ugrađivati davače temperature na rotoru, pre svega zbog poteškoća u prenosu merenih signala na statorsku stranu, kao i prednosti koja se ima kod korišćenja standardnih asinhronih motora koji nemaju davače na rotoru. Dakle, postoji potreba za sintezom i primenom algoritma za ocenu temperature rotora u toku rada koji bi radio bez ikakvih izmena u hardveru i bez korišćenja doatih davača. Otpornost rotorskog kaveza asinhrone mašine se menja u širokom

opsegu. Otpornost na osnovnoj učestanosti zavisi od temperature rotora. Temperatura rotora raste počevši od temperature ambijenta i može dostići čak 150-200 S°. Jedan od načina za ocenu temperature rotora je poređenje otpornosti u datim uslovima rada sa otpornošću na poznatoj temperaturi. Poznavanje odnosa otpornosti pri različitim

temperaturama jednoznačno ukazuje na odnos temperatura. Međutim, da bi se odredila temperatura, potrebno je raspolagati podacima o otpornosti rotora, što predstavlja poteškoću. Naime, rotorski namotaj u najvećem broju slučajeva nije dostupan. U ovom radu se predlaže određivanje temperature rotora na osnovu promena u impedansi motora,

SažetakTemperatura rotor velikih asinhronih motora se meri ili procenjuje iz razloga zaštite, nadzora kao i radi praćenja promena u parametrima rotorskog kola, koji mogu biti od značaja u upravljanju ili proceni starenja motora. U okviru ovog rada razmatraju se problemi procene temperature velikog asinhronog motora koji na rotoru nema naročite davače za merenje temperature. Predloženi metod koristi raspoložive signale koji sadrže informacije o statorskim naponima i strujama i koji postoje u svim primenama velikih asinhronih mašina. Struje i naponi se dobijaju sa standardizovanih strujnih i naponskih transformatora. Predlaže se algoritam koji obrađuje trenutne vrednosti ovih veličina i na osnovu osobina spektra napona i spektra struja dolazi do podatka o temperaturi rotora.

ROTOR TEMPERATURE ESTIMATION OF LARGE INDUCTION MOTORS BASED ON TERMINAL QUANTITIES Induction motors have a widespread use of low-power applications up to very diffi cult and demanding applications in industry. Whether they are supplied from inverter or power grid, it is necessary to preserve and maintain their reliability to prevent a possible defect. In most applications it is desirable to detect rotor temperature for two reasons, protection and control. Installing additional sensors on motor’s shaft which works in very diffi cult conditions and applications is unacceptable. Changes in rotor temperature alter the rotor resistance. If not take care of, this may deteriorate overall drive performance,accelerating aging process and even cause destruction. Hence, it is of great interest to acquire the rotor temperature information. On the other hand, it is desirable to avoid any additional hardware or additional sensors. Therefore, the rotor temperature has to be estimated from readily available signals and these are the stator voltages and currents. This paper describes the solution of acquiring rotor temperature using already present high frequancy signal in motor.

[065]

energija

detektovanih iz struja i napona statora. Bilo da se motor napaja iz energetskog pretvarača ili direktno sa mrežnog napona industrijske učestanosti u motoru se javljaju određene pojave i signali na visokim učestanostima. U slučaju napajanja iz energetskog pretvarača u signalu eksitacije se javljaju komponente na učestanosti u oblasti učestanosti komutovanja dok se kod motora napajanog mrežnim naponom usled viših harmonika mrežnog napona kao i usled nesavršenosti motora, kao što su žlebni harmonici, javljaju harmonici koji se nalaze na višoj učestanosti od osnovne.Učestanost žlebnih harmonika kao i učestanost rada trofaznih pretvarača je značajno veća od osnovne. Na osnovu poznate promene rotorske otpornosti na visokim učestanostima moguće je utvrditi promenu temperature. S druge strane poznavanjem temperature se omogućuje određivanje promene rotorske otpornosti na osnovnoj učestanosti. Veći broj radova [1] , [2], [3] ukazuje na relativno veliku složenost i osetljivost algoritma za identifi kaciju rotorske vremenske konstante. Direktno merenje temperature rotora nije praktično iz tehničkih i ekonomskih razloga. U ovom radu se predlaže metoda za određivanje temperature rotora na bazi merenja impedanse rotora učestanostima značajno većim od osnovne, što mogu biti učestanosti žlebnih harmonika ili učestanost rada invertora. Postupak određivanja temperature na osnovu impedanse na radnoj učestanosti bio bi otežan time što na aktivni deo impedanse utiče veliki broj faktora među kojima su gubici u gvožđu kao i snaga elektromehaničke konverzije. Ukoliko se impedansa određuje na učestanosti žlebnih harmonika ili komutacija, za koje je relativno klizanje blisko 1, pomenuti problemi i uticaji nisu od značaja. Elektromehaničko pretvaranje postoji zahvaljujući promenama fl uksa i struje na frekvencijama reda 50 Hz, tako da sistem napona i struja na višim frekvencijama nema efekta na elektromehaničko pretvaranje. Stoga pojave na povišenim učestanostima nemaju udela u snazi elektromehaničkog pretvaranja, što predstavlja osnov za predloženu metodu. Realni deo impedanse motora na ovoj učestanosti zavisi isključivo od otpornosti namotaja a ne od snage elektromehaničkog pretvaranja niti

od osnovnih gubitaka u mašini. Dakle, merenjem otpornosti na učestanosti komutovanja zapravo se određuje specifi čna otpornost materijala rotorskih štapova. Merenje otpornosti RVF na slici 1 zahteva dovođenje odgovarajućeg napona uVF, koji ima ulogu test signala. Dovođenje test signala u toku rada motora nije prihvatljivo jer bi takav signal stvorio oscilacije

na stranu statora. Otpornosti statora i rotora na osnovnoj učestanosti rada imaju bliske vrednosti. Potrebno je proceniti odnos otpornosti statora i rotora na povišenim učestanostima i zaključiti koja od njih je dominantna u zbiru Rvf. Naime, u slučaju da statorska otpornost ima značajan uticaj na otpornost Rvf, tada se merenjem aktivnog dela impedanse motora ne bi mogla odrediti temperatura rotora, već bi rezultat odgovarao srednjoj vrednosti temperatura statora i rotora. Poznato je da su rotorski štapovi značajno većeg poprečnog preseka od provodnika u namotaju statora standardnih asinhronih mašina. Stoga se otpornost rotora na višim učestanostima višestruko uvećava zbog skin efekta. Naime harmonijske komponente struje na učestanostima reda 10 kHz potiskuju se ka delu rotorskog provodnika bliže zazoru. Budući da struja sada postoji na smanjenom preseku, otpornost se uvećava. Analitički izrazi koji određuju uvećanje otpornosti rotorkih štapova usled skin efekta dati su u knjizi [4]. Tabele koje defi nišu frekvencijske promene otpornosti rotora standardnih asinhronih motora date su u radu [1]. Izraz (1) predstavlja izraz kojim se određuje impedansa u zavisnosti od frekvencije (a predstavlja poluprečnik štapa).

(1)

Kod motora napajanih mrežnim naponom usled nesavršenosti motora ipak se javljaju signali na dosta nižim ušestanostima od 10 kHz, međutim kako je popuprečnik rotorskog štapa kod velikih AM za red veličine veći nego kod motora malih snaga, skih efekat postaje veoma izražen i na niskim učestanostima, što predstavlja osnov da se i takvi pogoni uzmu u razmatranje.Usled relativno velikog preseka rotorskih štapova, otpornost rotora se uvećava već na mrežnoj učestanosti, dok pri učestanostima reda kHz uzimaju vrednosti koje su nekoliko desetina puta veće od otpornosti za jednosmernu struju. Frekvencijska zavisnost količnika rotorske otpornosti pri naizmeničnoj i jednosmernoj struji za standardne asinhrone motore je data na slici 2. Na osnovu date slike, može se zaključiti da je kod standardnih asinhronih motora otpornost Rvf prevashodno određena specifi čnom otpornošću rotorskih štapova i

Slika 1 Zamenska šema asinhronog motora za visoke učestanosti

struje i momenta koje utiču na rad motora i mogu poremetiti radnu mašinu. Umesto test signala mogu se koristiti žlebni harmonici ili komponenta statorskog napona na učestanosti rada invertora, ukoliko senapajanje vrši iz invertora. Dakle, postoji mogućnost da se impedansu na povišenim učestanostima odredi bez eksplicitnog test signala. Na osnovu njenog realnog rela moguće je oceniti temperaturu materijala od kog su načinjeni rotorski štapovi (aluminijum). Konačno, iz promene temperature moguće je dobiti i ocenu o promeni otpornosti rotora na osnovnoj učestanosti.U ovom radu prvo su prikazani teorijski aspekti promene rotorske otpornosti a nakon toga predstavljeni su eksperimentalni rezultati merenja dobijeni primenom predložene metode.

2. Promena impedanse motora na povišenim učestanostima

Pri radu na povišenim učestanostima, grana magnetisanja u zamenskoj šemi motora se može zanemariti. Relativno klizanje s je blisko 1. Zato se zamenska šema za visoke učestanosti svodi na rednu vezu induktivnosti rasipanja i ekvivalente serijske otpornosti motora, što je prikazano na slici 1. Serijska otpornost Rvf je jednaka zbiru otpornosti statorskog namotaja na datoj učestanosti i otpornosti rotorskog namotaja koja je svedena [066]

energija

geometrijom rotorskih žlebova. Provodnici statora imaju značajno manji presek, pa je skin efekat u njima značajno manji. Stoga je uticaj statorske otpornosti na merenu veličinu Rvf zanemariv. Dakle, određivanjem aktivnog dela impedanse motora na povišenim učestanostima dobija se otpornost rotorkog kaveza na datim učestanostima.Teorijski gledano podatak o rotorskoj otpornosti Rvf se može dobiti na osnovu spektra napona i spektra struja. Tačnije, količnik komponente napona i komponente struje na 10 kHz predstavlja impedansu motora na 10 kHz. Izdvajanjem realnog dela i poređenjem sa otpornošću pri poznatim uslovima može se dobiti podatak o temperaturi. Algoritam koji je potrebno primeniti uključuje analizu spektra struje i napona.

3. Određivanje temperature rotora

U realnom pogonu sa signalima dobijenim merenjima rad sa furijeovom transformacijom značajno odudara od teorijske primene. Iz tih razloga potreban je drugačiji pristup pri određivanju impedanse motora od striktno teorijskog pristupa. Usled prisustva šuma i ograničene rezolucije analogno-digitalne konverzije (AD konverzija), obradu podataka u realnom vremenu je potrebno organizovati tako da nesavršenost merenja ne utiče na tačnost u određivanju temperature. Teorijski, ukoliko su dostupni signali struja i napona na priključnim krajevima mašine koji nisu oštećeni procesom odabiranja (nemaju grešku usled kvantizacije u vremenu ni usled kvantizacije po amplitudi) dovoljno bi bilo odrediti spektar napona i struje U(jω) i I(jω) a nakon

toga i impedanse Z(jω) i na osnovu realnog dela impedanse oceniti merenu otpornost. U praktičnoj implementaciji se to ne može uraditi na tako jednostavan način. Naime pojave u pogonu su periodične ali njihov period nikad nije unapred poznat. U ustaljenom stanju veličine se menjaju sa periodom od 50 Hz ali čak i u tom slučaju teško je podesiti

sistem za odabiranje da on uzima 2n odbiraka u trajanju perioda od 20 ms. U trenucima kada ne postoji eksitacija a prilikom odabiranja struja i napona se javi ipak neka vrednost usled šuma, potrebno ju je ukloniti ili bar ne uzimati u obzir. Još jedan problem koji se javlja je i činjenica da je teško podesiti vreme odabiranja na vrednosti manje od 1μs. Noviji digitalni signal procesori (DSP) bi mogli da dostignu i bolje performanse u smislu vremena odabiranja gde je za AD konverziju potrebno nekoliko desetina ns. Međutim, algoritam je testiran tako što je vršeno merenje signala četvorokanalnim osciloskopom, kojim je signal odabiran frekvencijom reda μs. Naponske ivice su takve da su strmine napona reda 100 ns, a naponske ivice je potrebno odabirati tako da se ima bar nekoliko odbiraka tokom skoka napona sa – E na + E. Kada je PWM u zasićenju uzani naponski impulsi mogu trajati čak 1 μs tako da odabiranje sa nekoliko μs neminovno dovodi do određenih grešaka i do poteškoća u interpretaciji signala. Te greške nisu velike ali je potrebno ukazati na njih. Sa druge strane signali struje na visokim frekvencijama su relativno male amplitude i na njih defi nitivno mogu loše uticati greške usled odabiranja kao i sam šum. Zbog navedenih problema, mereni signali su korišćeni tako što se svaka tačka u dobijenom spektru Z(jω), koji se dobija deljenjem spektra napona spektrom struje, uzima u obzir u onoj meri u kojoj postoji i eksitacija

na toj učestanosti (ukoliko postoji značajna eksitacija na nekoj učestanosti opravdano je smatrati da je podatak iz amplitudskog spektra impedanse validan) kako bi se izvršila neka vrsta fi ltriranja. Drugim rečima, podatak o spektru impedanse se zajedno sa spektrom napona koristi da bi se dobila neka operativna informacija o spektru impedanse. Način obrade je sledeći: svaka tačka spektra impedanse se množi sa odgovarajućom vrednošću napona na istoj učestanosti, sabira se sa susednim tačkama (u nekom određenom pojasu frekvencije) koje su tretirane na isti način ponderisanjem sa odgovarajućom naponskom vrednošću, a zatim se dobijeni zbir deli sa zbirom naponskih odbiraka kojima su množene vrednosti impedanse. Time se postiže određena vrsta usrednjavanja i na neki način se eliminišu greške usled interpretacije signala (eliminiše se potreba za korišćenjem prozorskih funkcija), smanjuje se uticaj šuma i dobijeni rezultat ima dimenziju Ω. Pri tome nije korišćena uobičajena decimacija signala koja će iz originalnog vektora (signala) sa n tačaka, korišćenjem pojasa od m tačaka dati nov vektor sa n/m tačaka već je primenjen klizajuća srednja vrednost (Moving Average Filter), koji u suštini daje novi vektor impedanse sa gotovo istim brojem tačaka što je prikazano na slici 3. Težinski koefi cijenti fi ltra su zapravo vrednosti odgovarajućih odbiraka napona. Na slici 4 je prikazan grafi k koji predstavlja signal realnog dela impedanse dobijen prostim deljenjem signala napona strujnim, na kome se vide sve anomalije tako dobijenog signala i nakon čega je jasno da se rešenju problema ne može pristupiti na jednostavan način, po principu Z(jω)= U(jω)/ I(jω).

Slika 2 Povećanje otpornosti u zavisnoti od frekvencije pri različitim prečnicima štapova

Slika 3 Rezultat primenjene decimacije.

[067]

energija

Ovako jednostavan način dobijanja impedanse bi u slučaju realnih signala mogao da pruži sasvim pogrešne informacije, recimo negativne vrednosti otpornosti čak i u slučajevima kada je šum na niskom nivou.

4. RezultatiEksperimentalan merenja vršena su u laboratorijama na Elektrotehničkom fakultetu u Beogradu. Isti algoritam primenjen je na merenja dobijena prilikom napajanja sa dva različita pretvarača, jedan sa kontinualnim i jedan sa diskretnim spektrom čiji su spektri prikazani na slici 5. Za proveru validnosti merenja korišćen je infra-crveni temperaturni senzor. Na slikama 6 i 7 prikazani su rezultati primene algoritma na dobijena merenja signala napona i struja (odnosno na njihove spektre). Na slici 6 prikazane su otpornosti u slučaju napajanja pretvaračem koji poseduje diskretan spektar a na slici 7 kontinualan spektar. U oba slučaja motor je zagrevan do temperature od 85 ºS što je potvrđeno infra-crvenim senzorom.

(2)

Uz poznat odnos otpornosti korišćenjem izraza (2) moguće je izračunati priraštaj temperature (za aluminijum α=0.0039 K-1).Na slici 6 vidi se porast otpornosti u oblasti 5 kHz od oko 26% a na slici 7 se takođe vidi porast otpornosti 23,4%. Pošto su merenja vršena na sobnoj temperaturi od 20º dobija se da su temperature rotora redom 86,85 º i 80º.

5. ZaključakU ovom radu opisan način za određivanje temperature rotora asinhronog motora na osnovu raspoloživih podataka o statorskim naponima i strujama. Predloženi način ne predviđa ugradnju dodatnog temperaturnog davača niti bilo kakve izmene u odnosu na savremene pogone kakvi se danas koriste u industriji. Pokazano je da je moguće odrediti temperaturu sa greškom od ±5º i to uz korišćenje merne opreme sa nedovoljnom rezolucijom analogno digitalnog konvertora, koja nije namenjena ovako zahtevnim aplikacijama. Pošto postoji dosta prostora za poboljšanje predložene metode i to uglavnom u merenju terminalnih napona i struja postoji osnov za pretpostavku da predložena metoda, uz određene korekcije, može raditi sa većom tačnošću i većom pouzdanošću. Nove generacije procesora [5] donose veće brzine rada, više memorijskog prostora i otvaraju se mogućnosti i za praktičnu implementaciju predložene metode.Ovakav način identifi kacije parametara asinhronog motora nije potpuno istražen i razvijen, ne pominje se u naučnoj i stručnoj literaturi i predstavlja osnov za budući naučni rad. Autori

Slika 4. „Signal“ realnog dela impedanse

Slika 5 Spektar merenog napona u slučaju napajanja

Slika7 Zavisnost otpornsti od frekvencije pri hladnom i pri zagrejanom rotoru

Slika 7 Zavisnost otpornsti od frekvencije pri hladnom i pri zagrejanom rotoru

[068]

energija

Dragan Mihić, Nikola Popov, Mladen Terzić, Slobodan N. VukosavićElektrotehnički fakultet u Beogradu

UDC: 621.313.323.004

Optimizacija rada sinhronih generatora u nekonvencionalnim izvorima

nameravaju da posvete naročitu pažnju usavršavanju predloženog metoda za primene procene temperature srednjenaponskih asinhronih motora u elektroprivredi i industriji.

6. Literatura[1] S. N. Vukosavić, “Projektovanje

adaptivnog mikroprocesorskog upravljanja brzinom i pozicijom asinhronog motora”, doktorska disertacija, Elektrotehnički fakultet u Beogradu, 1989.

[2] L. Garces, “Parameter Adaption for the Speed Controlled, Static AC Drive with Squirell Cage Induction Motor operated, with Variable Frequency Power Supply”, IEEE Trans .on Ind. Appl., vol. IA-16, No. 2, 1980., pp. 173-178

[3] Peter Vas Parameter Estimation, Condition Monitoring, and Diagnosis of Electrical Machines, CLARENDON Press, Oxford, 1993.

[4 ] Dr Jovan Surutka Elektomagnetika, Elektro tehnički fakultet u Beogradu, 1975.

[5] Reference Guide TMS28355 DSP, System and peripherals, Texas Instruments 2007, Literature number SPRU812a.

SažetakNove vrste izvora električne energije koriste energiju plime i oseke, energiju talasa, energiju vetra, geotermalnu kao i druge. U velikom broju slučajeva električna energija se dobija korišćenjem električne mašine, elektromehaničkog pretvarača koji mehanički rad pretvara u električnu energiju. Budući da je brzina obrtanja naprava kao što su vetroturbine vrlo mala, kao i da praktični razlozi onemogućuju upotrebu prenosnika za uvećanje broja obrtaja, neophodno je graditi električne generatore za male brzine obrtanja. Sinhrone mašine sa stalnim magnetima (SMSM) imaju veliku specifi čnu snagu i male gubitke, pa se generatori u novim vrstama izvora najčešće realizuju sa stalnim magnetima. U fazi projektovanja mašine potrebno je izvršiti optimizaciju sa ciljem da se postigne visok stepen korisnog dejstva u radu. U okviru rada su uzeti u obzir gubici u namotajima usled skin efekta, gubici u magnetskom kolu, kao i gubici u tranzistorskom pretvaraču preko koga je električna mašina povezana sa mrežom. Predloženi pristup projektovanju statorskog namotaja omogućuje da se ukupni gubici u sistemu pretvarač-električna mašina svedu na minimum u opsegu brzina od interesa.

OPTIMIZATION OF SYNHRONOUS GENERATORS FOR NONCOVENTIONAL APPLICATIONSNew power sources are using tidal, wave, wind, geothermal energy and others. In many cases the electricity is obtained by using electric machine, electromechanical converter that converts mechanical energy into electrical energy. Since the rotational speed of devices such as wind turbines is very small, and that practical considerations prevent the use of gears to increase speed, it is necessary to build electric generators for low-speed of rotation. Synchronous machine with permanent magnets (SMPM) have high specifi c strength and low losses, and because of that the generators in the new kinds of sources are usually implemented with permanent magnets. In the design phase it is necessary to optimize machine in order to achieve good effi ciency in the work. In this paper, the losses in the windings due to skin effect, losses in the magnetic circuit, as well as losses in the transistor inverter through which the electrical machine connected to the network, are taken into account. The proposed design approach of the stator windings allows minimisation of the total losses in the system of converter-electrical machine in the range of speeds of interest.

1. UvodU okviru rada je predložen način i dat primer optimizacije statorskog namotaja sinhrone mašine sa stalnim magnetima (SMSM) sa ciljem da se umanje gubici u zadatom opsegu

brzina. Kod sinhronih generatora sa stalnim magnetima primenjenim u novim izvorima, od velike važnosti je da dimenzije električne mašine budu što manje, kao i da gubici i stvorena toplota budu minimalni.

[069]

energija

pri radu u zadatom opsegu brzina. U ovom odeljku se koristi uprošćeni model i analitički pristup da bi se pokazalo da postoji optimalni dizajn statorskog namotaja. Uprošćeni model podrazumeva da se svi gubici u SMSM i pretvaraču mogu smatrati proporcionalnim kvadratu efektivne vrednosti struje statora. Stvoreni momenat i magnetopobudna sila mašine zavise od proizvoda broja navojaka i struje. Promenom broja navojaka u odnosu na nominalan broj u istom režimu rada dolazi do promene id i iq komponente struje statora. Odnos izmenjenog u odnosu na nominalni broj provodnika tj. relativni broj provodnika je. (1)

Analiza sprovedena u ovom odeljku razmatra primer u kome se relativni broj provodnika menja od amin = 0,5 do amax = 2.U radovima [1,4,6] je pokazano da su komponente statorske struje u zoni slabljenja polja: , (2)

gde je ψm nominalna vrednost fl uksa stalnih magneta dok je Ld nominalna vrednost induktivnosti statorskog namotaja u d osi mašine.Jačina struje iq opada sa uvećanjem broja provodnika zato što u zadatim uslovima magnetopobudna sila u q osi treba da ostane konstantna. Sa većim brojem provodnika, nominalna elektromotorna sila namotaja se dostiže pri manjim brzinama. Dakle, potreba za demagnetizacionom strujom id se javlja pri nižim brzinama.

U nekom posmatranom radnom režimu u zoni slabljenja polja, jačina demagnetizacione struje id raste sa povećanjem broja provodnika. Uzimajući u obzir efekte koje promena broja navojaka stvara u osama d i q, efektivna vrednost statorske struje (3)

menjaće se u funkciji broja navojaka statora. Na slici 2. je prikazana zavisnost Iseff

2(a) izražena u relativnim jedinicama. Podaci dati na slici se odnose na rad sa nominalnom snagom pri konstantnoj brzini obrtanja. Može se uočiti minimum koji je na slici označen strelicom. Dakle, postoji osnov za pretpostavku da postoji optimalna vrednost broja navojaka za koju je snaga gubitaka u mašini najmanja.Ipak, sprovedena analiza uzima uprošćeni model gubitaka i ne može se koristiti u praksi. Pored Džulovih gubitaka u namotaju na osnovnoj frekvenciji, neophodno je uvažiti i skin efekat kao i gubitke u magnetskom kolu i tranzistorskom invertoru.

3. Uticaj SKIN efektaGeneratori koje se koriste u navedenim aplikacijama se najčešće

Budući da se brzina obrtanja menja i prilagođava (na primer) brzini vetra, rad kod uvećanih brzina može zahtevati i slabljenje polja. Mašina se može projektovati i za rad bez slabljenja polja. Da bi se to postiglo, potrebno je smanjiti broj navojaka tako da se nominalna vrednost elektromotorne sile postiže tek pri maksimalnoj brzini. Međutim, takav pristup dovodi do uvećanja struje u radnim režimima od interesa, pa se uvećavaju gubici u invertoru i generatoru.Stvaranje pobude uz pomoć stalnih magneta otežava slabljenja polja. Naime, da bi se oslabilo polje i tako povećala brzina obrtanja generatora, neophodno je imati statorske struje koje daju negativnu id komponentu. Struja čija je projekcija na d osu mašine negativna naziva se demagnetizacionom. Komponenta id uvećava efektivnu vrednost statorske struje i rezultuje dodatnim gubicima snage u statorskom namotaju i time umanjuje stepen korisnog dejstva generatora. I pored toga, izostanak namotaja i gubitaka na rotoru kod SMSM je razlog da ova vrsta mašine ima bolje karakteristike od asinhrone mašine ili sinhrone mašine sa namotanim rotorom. U osnovi, ovde se predlaže rešenje statorskog namotaja SMSM koji omogućuje da se izbegne potreba za prekomernom strujom demagnetizacije u oblasti slabljenja polja, ali da pri tome ne dođe do prekomernog smanjenja odnosa Nm/A i prekomernog uvećanja potrebne struje u oblasti manjih brzina i konstantnog momenta. Način povezivanja sinhronog generatora sa stalnim magnetima na mrežu prikazan je na slici 1.

2. Način formiranja namotaja i gubici

U radu se razmatra problem optimizacije broja navojaka statorskog namotaja SMSM u cilju postizanja minimalne snage gubitaka

Slika 1 Povezivanje generatora, tranzistorskog invertora i tranzistorskog pretvarača za interfejs sa mrežom

Slika 2 Promena kvadrata efektivne vrednosti struje sa promenom relativnog broja provodnika statora

[070]

energija

prave tako da imaju veliki broj polova, često reda 40-50 polova zbog toga što je njihova brzina obrtanja mala. Drugi razlog za korišćenje velikog broja polova je činjenica da mašine sa manjim brojem polova imaju znatno lošije iskorišćenje aktivnog materijala, gvožđa i bakra, pa se zbog toga pri konstruisanju mašine ide na veći broj polova. Frekvencija f statorskih struja ovih mašina je je reda 1KHz. Pri ovim frekvencijama u namotajima statora postaje izražen skin efekat koji uvećava efektivnu otpornost statorskog namotaja, a time i Džulove gubitke. Uvećanjem broja provodnika statora pri istoj veličini žleba smanjuje se površina poprečnog preseka provodnika, a istovremeno se povećava ukupna dužina provodnika tako da se ukupna otpornost statorskog namotaja bez uračunatog skin efekta (RSDC) menja prema izrazu (4) gde je RSDCnom ukupna otpornost statorskog namotaja za jednosmernu struju i nominalni broj provodnika. Smanjenjem poprečnog preseka provodnika umanjuje se uticaj skin efekta na povećanje statorske otpornosti. Kod manjeg preseka, efekat potiskivanja struje ka periferiji provodnika ima manjeg uticaja na uvećanje otpornosti. Dakle, za veće vrednosti parametra a, skin efekat ima manji uticaj.Odnos otpornosti pri radnoj frekvenciji i otpornosti za jednosmernu struju defi nisan je faktorom uvećanja otpornosti KR [2,5] Faktor otpornosti je funkcija broja provodnika i frekvencije statorskih struja. Analitički izraz ove zavisnosti detaljno je izveden u [2]. Za slučaj jednog provodnika u žlebu, analitička funkcija za faktor otpornosti je

(5)

Numeričkim rešavanjem [3] analitičke funkcije za KR dobijaju se vrednosti ovog koefi cijenta za opseg relevantnih frekvencija i opseg promene parametra a. U Tabeli I su date vrednosti koefi cijenta KR za tri vrednosti broja provodnika u žlebu i to pri maksimalnoj radnoj frekvenciji. Priroda ove promene preslikava se na ceo statorski namotaj. Analitička razmatranja koja daju funkciju KR(f,a) za različite

oblike žleba data su u radovima [2,6].

zazoru SMSM je rezultat interakcije magnetopobudne sile stalnih magneta i magnetopobudne sile statora, stvorene strujama id i iq. Rezultantna magnetska indukcija Brez je prostoperiodično raspodeljena u vazdušnom zazoru i zavisi od ugaonog položaja rotora θm. Magnetska indukcija se određuje kao zbir pojedinačnih komponenti magnetske indukcije za dati režim rada, defi nisan brzinom, momentom i relativnim brojem provodnika. Zbrajanjem magnetopobudnih sila u osama d i q dobija se (8)gde su BRm, Bq, i Bd komponente magnetske indukcije koje potiču od stalnih magneta, iq i id su komponete statorske struje, dok je θm ugao rotora. Može se pokazati da su relativizovane komponente indukcije Bq i Bd obrnuto proporcionalne broju provodnika, to jest , (9)

dok je komponenta BRm nepromenljiva i zavisi od vrste upotrebljenih stalnih magneta. U prethodnoj jednačini, fl uks i magnetska indukcija su povezani geometrijom mašine, na način koji je opisan u referentnoj literaturi [1,5]. Gubici u gvožđu imaju dve komponente, gubitke usled histerezisa i gubitke usled vihornih struja. Pri velikoj frekvenciji magnetskog polja u mašini gubici usled vihornih struja su dominantni pa se gubici usled histerezisa mogu zanemariti.Zanemarenjem gubitaka usled histerezisa gubici u gvožđu PFe se mogu predstaviti sledećom jednačinom: (10)

Tabela 1 Vrednost koefi cijenta KR za različito N

Na osnovu prethodno pokazanog zaključuje se da je otpornost statorskog namotaja funkcija frekvencije i relativnog broja provodnika:

(6)Prema tome snaga Džulovih gubitka u statorskom namotaju data je sledećom relacijom:

(7)Efektivna vrednost struje Iseff zavisi od komponenti id i iq. Zavisnost efektivne vrednosti struje od frekvencije za slučaj minimalnog, nominalnog i maksimalnog relativnog broja provodnika data je na slici 3.Jačina struje u q osi ne zavisi od skin efekta. Struja id indirektno zavisi od skin efekta stoga što otpornost RS, koja utiče na ravnotežu napona i potrebni iznos demagnetizacije, zavisi od skin efekta i frekvencije. Komponenta iq se smanjuje sa porastom frekvencije i brzine zato što je u zoni slabljenja polja snaga konstantna i jednaka nominalnoj tako da potrebni momenat hiperbolički opada. Komponenta id se povećava sa porastom frekvencije jer je pri većim brzinama potrebna veća demagnetizaciona struja. Jednačine (6) i (7) kao i rezultati prikazani na slici 2 omogućuju da se procene ukupni gubici u namotajima pri velikim frekvencijama struja. Detalji sprovedene analize se mogu bolje sagledati u referencama [2,5,6].

4. Gubici u magnetskom kolu

Modelovanje gubitaka u magnetskom kolu zahteva uvažavanje efekata demagnetizacije u zoni slabljenja polja kao i uvažavanje prirode gubitaka u gvožđu na vrlo velikim frekvencijama rada. Rezultantna indukcija u vazdušnom

Slika 3 Zavisnost efektivne vrednosti struje statora od frekvencije za slučaj nominalnog, maksimalnog i minimalnog relativnog broja provodnika

[071]

energija

gde je kFe konstanta koja zavisi od geometrije magnetskog kola mašine i osobina materijala (pre svega provodnosti) od kog je magnetsko kolo načinjeno. Pošto je poznata nominalna snaga gubitaka u gvožđu PFenom, koja postoji pri nominalnoj frekvenciji fnom i nominalnom relativnom broju provodnika anom, u svakom drugom režimu se mogu odrediti relativni gubici snage u gvožđu pFe kao:

(11)

Jednačina (11) omogućuje da se procene ukupni gubici u magnetskom kolu. Reference [5,6] sadrže podrobniju analizu i opisuju slučajeve kada je magnetsko kolo načinjeno od limova, kao i slučajeve kada se magnetsko kolo dobija sinterovanjem sprašenih legura.

5. Gubici u tranzitorskom pretvaraču

U trofaznim tranzistorskim invertorima postoje komutacioni i kondukcioni gubici. Pad napona između kolektora i emitera (to jest drejna i sorsa) može se predstaviti rednom vezom elektromotorne sile i dinamičke otpornosti. Ova dva parametra se mogu dobiti iz kataloških podataka, to jest sa grafi ka IC - VCE koji se može aproksimirati sledećom funkcijom:

(12)

gde je uCE (t) pad napona na prekidaču, VCE0 pad napona pri vrlo maloj struji, rd(θ) - dinamička otpornost prekidača zavisna od temperature θ, dok je iCE(t) – struja prekidača.Pošto je zavisnost kolektorske struje IC od napona VCE približno linearna, invertor se može modelovati kao redna veza otpornika rd i elektromotorne sile VCE0. Na osnovu toga, gubici u invertoru se mogu predstaviti izrazom : (13)

pri čemu je Rinvnom nominalna otpornost invertora, Iseff efektivna vrednost struje, dok je Isr srednja vrednost struje mašine.

6. Projektovanje namotaja statora

Optimalan dizajn namotaja statora treba da obezbedi minimum snage gubitaka u sistemu pretvarač-SMSM u radu sa konstantnom, nominalnom

snagom i to u opsegu brzina obrtanja od nnom do nmax. Pri tome se smatra da su sve brzine u datom opsegu jednako zastupljene u radu. Da bi se odredila srednja vrednost ukupnih gubitaka prvo je potrebno odrediti srednje vrednosti gubitaka pojedinih delova sistema. Integracijom izraza za gubitke datih jednačinama (7), (11) i (13) na intervalu od minimalne do maksimalne brzine obrtanja, to jest od minimalne do maksimalne frekvencije, dobija se izraz za srednju vrednost gubitaka u funkciji broja navojaka, to jest u funkciji parametra a. (14) (15) (16)

Srednja vrednost gubitaka se izračunava kao zbir izraza (14-16), to jest kao suma srednje vrednosti gubitaka statorskog namotaja, gubitaka u gvožđu i gubitaka u tranzistorskom invertoru, (17)

Sve veličine u jednačinama (14), (15), (16) i (17) su predstavljene u relativnim jedinicama. Na osnovu jednačine (17) dobija se grafi k zavisnosti ukupnih gubitaka od relativnog broja provodnika (a) koji je prikazan na slici 4.Na prikazanoj slici se može uočiti minimum funkcije gubitaka. Relevantna vrednost parametra a predstavlja optimalnu vrednost relativnog broja provodnika. U datom numeričkom primeru, taj optimum iznosi aopt = 0.902 odakle se zaključuje da broj provodnika statora treba smanjiti za 9.8 % u odnosu na nominalni da bi ukupni gubici u sistemu u zadatom opsegu brzina bili minimalni.

7. ZaključakVelika specifi čna snaga i visok stepen korisnog dejstva sinhronih mašina sa stalnim magnetima (SMSM) su razlog njihove široke primene u savremenim obnovljivim izvorima električne energije. Nove vrste izvora

električne energije koriste energiju plime i oseke, energiju talasa, energiju vetra, geotermalnu kao i druge. U velikom broju slučajeva električna energija se dobija korišćenjem električne mašine, elektromehaničkog pretvarača koji mehanički rad pretvara u električnu energiju. Budući da je brzina obrtanja naparava kao što su vetroturbine vrlo mala, kao i da praktični razlozi onemogućuju upotrebu prenosnika za uvećanje broja obrtaja, neophodno je graditi električne generatore za male brzine obrtanja. Sinhrone mašine sa stalnim magnetima (SMSM) imaju veliku specifi čnu snagu i male gubitke, pa se generatori u novim vrstama izvora najčešće realizuju sa stalnim magnetima. U fazi projektovanja mašine potrebno je izvršiti optimizaciju sa ciljem da se postigne visok stepen korisnog dejstva u radu. U okviru rada su uzeti u obzir gubici u namotajima usled skin efekta, gubici u magnetskom kolu, kao i gubici u tranzistorskom pretvaraču preko koga je električna mašina povezana sa mrežom. Predloženi pristup projektovanju statorskog namotaja omogućuje da se ukupni gubici u sistemu pretvarač-električna mašina svedu na minimum u opsegu brzina od interesa. Dalji naučni rad će biti usmeren ka verifi kaciji ovih rezultata primenom metode konačnih elemenata uzimajući u obzir razna zanemarenja koja pri analitičkom predstavljanju gubitaka nisu data. Planira se primena i verifi kacija na dva različita prototipa sinhronih generatora sa stalnim magnetima i sa redukovanim magnetskim kolom, načinjenim za vrlo male brzine obrtanja.

Slika 4 Zavisnost ukupne srednje vrednosti snage gubi-taka od relativnog broja provodnika

[072]

energija

8. Literatura[1] V. Vučković: “Opšta teorija

električnih mašina”, Nauka, Beograd, 1992.

[2] Dr Jovan Surutka: “Elektomagnetika”, Elektro- tehnički fakultet Beograd, 1975.

[3] G.V. Milovanović: “Numerička analiza I deo”, Naučna knjiga, Beograd, 1985.

[4] S. N. Vukosavić: “Električne mašine”, Elektro- tehnički fakultet, Beograd, 2010.

[5] J. Pyrhonen, T.Jokinen, Valeria: “Design of Rotating Electrical Machines”, 2008 John Wiley & Sons, Ltd.

[6] D. Mihić, „Analiza gubitaka snage u SMPM primenjenoj u sistemu za rekuperaciju energije“, master rad, ETF, Beograd, 2010.

Dr Miodrag Arsić, Dr Zoran Odanović, Mladen Mladenović, Zoran Savić, Nebojša MilovanovićInstitut za ispitivanje materijala, BeogradDr Živče ŠarkoćevićVisoka tehnička škola strukovnih studija, Zvečan - Kosovska Mitrovica

UDC: 621.221.001&.004 > 620.1

Kompleksnost izrade projekta revitalizacije turbinske i hidromehaničke opreme hidroelektranaSažetakProjektovanje i puštanje u rad hidroelektrana (HE) obuhvata kompleksne zadatke. Veliki broj detalja mora biti preciziran, dobro osmišljen, pažljivo razmotren i koordinisano izvršen u cilju sigurnosti i ekonomičnosti. Ukoliko se samo neki od njih previde, podcene ili nepravilno sagledaju mogu nastati značajni problemi. Isto važi i za projekat revitalizacije HE „Đerdap“, na čijim su hidroagregatima ugrađene vertikalne i horizontalne Kaplan-ove cevne turbine, nominalne snage 200 MW (6 kom.) i 28 MW (10 kom.), izrađene u Rusiji. Indentične turbine su ugrađene i na Rumunskoj stani HE.Ispitivanja opreme i konstrukcija, kao i baze podataka omogućavaju ocenu njihovog stanje u potpunosti. Na taj način se dobijaju neophodni podaci za utvrđivanje stanja i uzroka degradacije materijala i zavarenih spojeva, za ocenu međusobnog uticaja prostornog rada pojedinih delova opreme, kao i za određivanje funkcionalnosti i pouzdanosti rada pogonskih sistema i opreme kao celina. Na osnovu naših i svetskih iskustva, stečenih dugogodišnjim ispitivanjima i utvrđivanjem stanja opreme hidroelektrana, osnovni uzroci degradacije materijala su zamor, korozija (uključujući eroziju) i kavitacija.Nakon ispitivanja i proračuna dobiće se elemenati za ekspertsko odlučivenje o metologiji koju treba primeniti za revitalizaciju delova turbinske i hidromehaničke opreme HE „Đerdap“ da bi se poboljšale njihove tehničke karakteristike, povećala snaga, efektivnost i produžio radni vek hidroagregata, uz smanjenje troškova eksploatacije hidroenergije.Ključne reči: projekat revitalizacije, turbinska oprema, hidromehanička oprema, tehnička dijagnostika

COMPLEXITY OF THE REFURBISHMENT PROJECT FOR HYDRO POWER PLANT TURBINE AND HYDROMECHANICAL EQUIPMENTIt`s very diffi cult to design and put into exploitation a hydro power plant. Many details have to be taken into consideration, carefully examined and coordinated in order to reach high level of safety and effi ciency. Signifi cant problems could occur if some of those details get overlooked or underestimated. The same applies to the project of refurbishment for HPP `Djerdap`, which hydro-electric generating sets contain vertical and horizontal Kaplan and bulb turbines, with nominal power of 200 MW (6 pieces) and 28 MW (10 pieces), produced in Russia. Identical turbines are being used on the Romanian side of the HPP.Еquipment and structure testing, as well as adequate databases, enable the evaluation of the state of equipment and structures. That`s how necessary data for determining the state of material and causes of its degradation, as well as degradation of welded joints, for the assessment of the interaction of equipment parts and determination of functionality and reliability of drive [073]

energija

1. UvodHidroagregati se sastoje od turbinske i hidromehaničke opreme. Osnovni delovi turbinske opreme su: vratilo turbine sa prirubnicom, radno kolo (glavčina, lopatice, mehanizmi za regulaciju), poklopac i oklop radnog kola, stator, spirala, ležajevi, usmerni aparat (lopatice, regulacioni prsten), servomotori, turbinski regulator (rezervoar hidroakumulatora, uljna pumpa, hidroulični deo regulatora), zaptivača, sistem za podmazivanje (gornji rezervoar, donji rezervoar, uljna pumpa) i poklopac turbine, a hidromehaničke opreme: brzi predturbinski zatvarači, sifonski i remontni zatvarači.Naprezanja turbinske i hidromehaničke opreme, nastala su u toku izrade delova i montaže opreme (zaostali naponi), u procesu obavljanja funkcionalnih zahteva (stacionarna i dinamička opterećenja) i u poremećenom procesu eksploatacije (nestacionarna dinamička opterećenja). Kada se ovome dodaju i nepredviđeni uticaji radne sredine i eksploatacije (korozija, erozija, kavitacija) jasno je da naprezanje pojedinih delova i opreme u celini ne može biti izraženo u obliku jednostavne matematičke funkcije, odnosno ne može se u potpunosti predstaviti modelom u kome se parametri ravnomerno menjaju u radnim uslovima. Iz tog razloga, u svetu se dugi niz godina sprovode opsežna istraživanja, ispitivanja i utvrđivanje stanja opreme hidroelektrana. Istraživanja sprovedena za naše hidroelektrane su veoma skromna. Jedan broj istraživanja koja su, između ostalih, korišćena u realizaciji ovog rada navedena su u literaturi / 1-7 /. Revitalizacija predstavlja skup teničkioh zahvata

za sanaciju postojeće opreme, zamenu dotrajalih delova novim, rekonstrukciju i/ili modernizaciju zastarele opreme. Da bi se postavili tehnički uslovi realizacije zadatog projekta revitalizacije, potrebno je defi nisati globalni algoritam primene dijagnostike ponašanja i utvrđivanje uzroka degradacije materijala i ocenu stanja turbinske i hidromehaničke opreme.Osnovni cilj dijagnostike i stanja opreme predstavlja iznalaženje stvarnog eksploatacionog ponašanja opreme. Nalaženje i rešavanje uzroka problema zahteva primenu numeričko-eksperimentalne dijagnostike čvrstoće elemenata. Ovakav pristup treba da omogući određivanje stvarnog ponašanja konstrukcije, pouzdanu prognozu reagovanja konstrukcije u eksploataciji, dobijanje parametara

izbora i odluka, određivanje uzroka lošeg ponašanja ili popuštanja konstru kcije, procenu eksploatacionog veka i vremena pouzdanog rada konstrukcije.Prilikom analize strukture konstrukcionih celina turbinske i hidromehaničke opreme neophodno je podeliti opremu u segmentne sisteme, grupišući delove prema dobro poznatim funkcijama, i odrediti granice sistema. Dalja podela je na podsisteme koji izvršavaju funkcije bitne za rad celog sistema. Komparativni izgled osnovnog algoritma dijagnostike ponašanja opreme hidroelektrana prikazan je na sl. 1. Strukturu čine; Analiza opreme obuhvata: literaturu, tehničku dokumentaciju, bazu podataka iz eksploatacije i održavanja i tehnička dostignuća u svetu, kao i ekspertsku ocenu

systems and equipment gets collected. On the basis of experiences collected all over the world through many years of performing tests and determining the state of hydro power plants equipment, it`s evident that the main causes of material degradation are fatigue, corrosion (including the erosion) and cavitation.Tests and calculations form the basis for expert decision-making regarding the methodology to be carried out for the refurbishment of turbine and hydro-mechanical equipment parts on HPP `Djerdap` in order to improve their technical characteristics, enhance the power and effectiveness and prolong the lifetime of hydro-electric generating sets, while lowering the costs of hydro energy exploitation.Key words: refurbishment project, turbine equipment, hydromechanical equipment, technical diagnostics

Slika 1 Osnovni algoritma dijagnostike ponašanja opreme hidroelektrana

[074]

energija

rešenja mogućnosti poboljšanja i funkcionalno-konstruktivnu strukturu rešenja; Ispitivanje opreme obuhvataju: Vizuelnu kontrolu,funkcionalne kontrole, defektaže opreme i tehničke izveštaje;Funkcionalna merenja obuhvataju: pogonska opterećenja. geometriju konstrukcija i delova opreme, specifi čna merenja i tehničke izveštaje.Numeričke i analitičke metode proračuna obuhvataju: metodu konačnih elemenata, analitičke metode i granične uslove, kao i statiku, dinamiku i termika, parametre dijagnostike i zahteve eksperimentalna merenja.Eksperimentalne metode obuhvataju: merenja opterećenja, deformacija, napona, vibracija i metode sa i bez razaranja materijala, kao i analize rezultara merenja i parametre dijagnostike.Ekspertska ocena obuhvata: rekonstrukciju, revitalizaciju, poboljšanja, kao i metodologiju sanacije, novu opremu i promena režima rada hidro jedinice.

2. Ispitivanje opremeVizuelno ispitivanje je najjednostavnije ispitivanje, ali još uvek nezamenljivo. Naročito je značajano za vidljive deformacije delova i elemenata konstrukcije, posebno zavarenih spojeva i anti korozione zaštite. Vizuelno ispitivanje obuhvata: lokalne deformacije i oštećenja na konstrukciji i delovima opreme, nastalim udarima i/ili nepravilnim korišćenjem, stanje zavarenih spojeva i stanje čvornih limova sa zakovicama i zavrtnjevima. Funkcionalna ispitivanja podrazumevaju ekspertsko praćenje rada svih pogonskih sistema i turbinske i hidromehaničke opreme na hidro jedinicama.Defektaža opreme obuhvata baze podataka svih ranije revitalizovanih i rekonstruisanih delove turbinske i hidromehaničke opreme, koje se mogu koristiti prilikom generalne revitalizacije. Defektažne liste treba da budu urađene po strukturnim celinama, odnosno podsklopovima, delovima i elementima mašina i uređaja koji se podvrgavaju generalnoj revitalizaciji i rekonstrukciji.

3. Funkcionalna i specifična merenja

Funkcionalna i specifi čna merenja turbinske i hidromehaničke opreme obuhvataju: funkcionalna merenja, deformaciona merenja, geometriisko-konstruktivna merenja i merenja geometrije ležajeva.Funkcionalna merenja se odnose na merenja pogonskog opterećenja svih pogonskih grupa (struja, napon, obrtni moment, snaga), hidrauličkih parametara hidrauličkih sistema, parametara podmazivanja, itd. Deformacionim i geometriisko-konstruktivnim merenjima se utvrđivanje položaja u prostoru turbinske i hidromehaničke opreme na hidrojedinicama. Merenja geometrije radijalnih i aksijalnih ležajeva, koji predstavljaju glavne obrtne elemente oslanjanja, su neophodna jer su hjihovih radne performanse od funkcionalnog značaja za rad opreme. Na turbinskoj i hidromehaničkoj opremi nalaze se različiti tipovi radijalnih i aksijalnih ležajeva.

4. Numeričko-analitičke metode proračuna

Modeliranje i proračun struktura turbinske i hidromehaničke opreme primenom metode konačnih elemenata omogućavaju proračun kompleksnih konstrukcija i delova, određivanje stvarne slike pomeranja i napona, iznalaženje stvarnog ponašanja konstrukcija i njenih elemenata u eksploataciji i određivanje uzroka nefunkcionalnog ponašanja ili popuštanja konstrukcija i delova. Prubabilističkog pristup ocene pouzdanosti omogućuje procenu vremena pouzdanog rada konstrukcija i delova, a parametari mehanike loma procenu eksploatacionog veka. Navedenim proračunima dobijaju se elemenati za odlučivanje o režimima rada turbinske i hidromehaničke opreme, sanacijama, rekonstrukcijama, izboru vrste rešenja konstrukcije i optimizaciji opreme. Analizu stanja i dijagnostiku ponašanja nosećih konstrukcija i delova turbinske i hidromehaničke opreme moguće je izvršiti utvrđivanjem raspodele opterećenja, membranskih i savojnih napona, energije deformacije, kao i kinetičke i potencijalne energije. Za sve vrste proračuna globalne čvorove preračunava se ekvivalentni napon.

5. Eksperimentalne metode ispitivanja

5.1. Ispitivanja napona i ubrzanjaU zavisnosti od konstrukcije i karaktera opterećenja turbinske i hidromehaničke opreme bira se metodologija ispitivanja-metoda merenja naprezanja materijala pomoću mernih traka, merenje različitim davačima npr. davačima ubrzanja, momenta, itd.

5.2. Ispitivanja bez razaranjaIspitivanje bez razaranja čine metode tehničke dijagnostike kojima je, uprkos potpuno različitim fi zičkim osnovama, zajednički cilj otkrivanje skrivenih grešaka u materijalu, čime se, blagovremenom zamenom ili popravkom delova turbinske i hidromehaničke opreme, predupređuje otkaz sastavnog dela ili sistema (ispitivanje magnetnim česticama (MT), penetrantima (PT) ultrazvučno (UT) i radiografsko (RT).

5.3. Vibrodijagnostika opremeVibrodijagnostika turbinske i hidromehaničke opreme podrazumeva određivanje sopstvenih frekvenci opreme, merenje oscilacija, analiza vremenskog i frekventnog domena, dijagnostika oscilacija i procena nivoa oscilacija, kao i utvrđivanje trenda pojava anomalija.

5.4. Kontrola zazora na ležajevima Ukupna istrošenost ležajeva na delovima turbinske i hidromehaničke opreme, koje se javlja kao povećanje zazora, u načelu se može reći da zavisi od unutrašnjeg prečnika ležajeva, faktora istrošenja, vremena istrošenja, radne sredine i od tipa ležaja.

5.5. Anti-koroziona zaštitaAnti-koroziona zaštita (AKZ) turbinske i hidromehaničke opreme treba da ima svojstva prema standardima ISO i GOST. Merenjem debljine postojećeg sloja određuje se način sanacije i površina koja će time da bude obuhvaćena.

5. 6. Ekspertska ocena stanja opreme

Osnova revitalizacije opreme predstavlja sagledavanje svift fi edostaka u dosadašnjoj eksploataciji opreme. Revitalizacija predstavlja skup tenničkkih zahvata za opremu na kojoj treba izvršiti sanaciju, rekonstrukciju i/ili zamenu dotrajalih i oštećenih

[075]

energija

delova opreme, kao i modernizaciju zastarele opreme (sastavni deo revitalizacije).Ciljevi revitalizacije i modernizacije turbinske i hidromehaničke opreme hidroelektrana su: povećanje pouzdanosti, raspoloživosti i efektivnosti hidro jedinica, produženje radnog veka, povećaje opterećenja, unifi ciranje opreme, smanjenje troškove održavanja, poboljšanje tehničkih karakteristika i tehnoloških parametara, zamenljivost delova, poboljšanje uslova rada i popravka delova.Dve osnovne procedure na osnovu kojih se donosi stav o revitalizaciji i/ili rekonstrukciji turbinske i hidromehaničke opreme opreme su;٠ Dijagnostika ponašanja

pojedinih delova opreme u eksploataciji i njihov međusobni uticaj na pouzdanost, raspoloživost i efektivnost hidrojedinicu;

٠ Utvrđivanje trenutnog stanja i uzroka degradacije materijala delova opreme.

Metodologije (metodološki pristupi) revitalizacije i/ili rekonstrukcije delova turbinske i hidromehaničke opreme hidroelertana zavise od uzroka degradacije materijala. Razlikuju se za oštećenja nastala usled zamora, korozije, erozije, kavitacije, kombinacije nekih od njih i to posebno kod zavarenih konstrukcija.

6. Utvrđivanje trenutnog stanja i uzroka degradacije materijala

Utvrđivanje stanja noseće konstrukcije i delova turbinske i hidromehaničke opreme hidroelertana zahteva interdisciplinarno znanje iz različitih područja- mašinstva, metalurgije, tribologije, fi zike i hemije, kao i učešće eksperata različitih usmerenja, kao što su statičari, tehnolozi za zavarivanje, tehnolozi za površinsku zaštitu, specijalisti za tenziometrijska i oscilatorna merenja, specijalista za

ispitivanja bez razaranja i druga merenja, ekonomske eksperte za ovu oblast i druge. iz čega sledi da samo organizovani pristup i razvijen smisao za timski rad daće zadovoljavajuće rezultate i pouzdane odgovore o pouzdanost i trajnosti opreme.Prvi korak u utvrđivanju stanja delova turbinske i hidromehaničke opreme hidroelertana je formiranje baze podataka koja bi uključila svu dostupnu dokumentaciju, kako grafi čku (crteže, skice), tako i pisanu (počev od ugovora, protokola, tehničke prepiske u toku proizvodnje i montaže, atestne dokumentacije, tehničkog uputstva za rad, kataloga rezervnih delova, kao i zabeleške svih većih havarija i/ili intervencija do početka utvrđivanja stanja.

Takođe, potrebno je skupiti i sva dostupna iskustva vezana za rad opreme i njegovo održavanje. Na osnovu znanja i iskustava, eksperti određuju potencijalno mesta za dodatna specijalistička merenja. Tehnolozi za anti korozivnu zaštitu utvrđuju stanje površinske zaštite (globalno oštećenje i merenje debljina premaza na određenom broju karakterističnih mesta) i utvrđuje okvirnu cenu. Na osnovu takvih izveštaja vrši se procena eventualnih oštećenja, ili strukturne neregularnosti isagledavaju se mogućnosti ne samo za sanaciju, već i za poboljšanja. Predlozi za poboljšanja najčešće dolaze od samog korisnika hidroelektrane, koji u eksploatacionom veku konstrukcije

Slika 2 Metodologija utvrđivanja i analize stanja nosećih konstrukcija i delova turbinske i hidromehaničke opreme u cilju revitaliѕacije

[076]

energija

turbinske i hidromehaničke opreme ima priliku da uoči sva slaba mesta, kako funkcionalna, tako i strukturna, što revitalizaciju čini uspešnijom. Analogija sa izvedenim rešenjima na drugim hidroelektrane takođe može poslužiti kao idejno rešenje za poboljšanje. Predlozi za poboljšanja mogu biti uzrokovani i opštim tehničkim napretkom i novim saznanjima u određenim oblastima, pre svega nova tehnička rešenja, novi materijali, itd. Sve veće izmene na konstrukciji koje zahteva izvođenje poboljšanja, potrebno je analizirati i sa ekonomskog stanovišta, pa tek onda nastaviti sa tehničkom analizom.Nakon procene oštećenja ili utvrđivanja strukturne nefunkcinosti potrebno je izvršiti i odgovarajuće proračune. Da bi rezultati bili što približniji realnim, neophodna je pažljiva izrada ulaznog modela. Paralelno sa izradom modela sprovodi se i analiza opterećenja, što je jedan od najosetljivijih delova proračuna. Za to je potrebno znaćajno inženjersko iskustvo.Na osnovu izlaznog modela dobijenog proračunom sprovodi se verifi kacija eksperimentalnim merenjima, a zatim se izdvajaju potencijalno loša ili visoko iskorišćena mesta koja je potrebno ponovo ispitati nekom od pogodnih specijalističkih metoda. Model se koriguje sa svim većim izmenama i poboljšanjima, ako ih ima, i dokazuje se računska opravdanost izmena. Radi lakšeg rada moguće je koristiti modele delova opreme koji predstavljaju konstruktivne celine i tek na kraju izvršiti spajanje u model celog agregata (hidrojedinice).Nakon računske verifi kacije izrađuju se detaljni planovi revitalizacije opreme u zavisnosti od kapacitativnih potreba. i fi nansijskih mogućnosti.Nakon ovako sagledanog stanja, izređuju se termin planova koji će u obzir uzeti i nabavku delova iz drugih zemalja, uključujući i vreme za realizovanje međunarodnih tendera i ukupne ekonomske

analize koja u sebi sadrži ne samo direktne troškove (projektovanje, izrada ili kupovina gotove robe, montaža, zastoji), već i koefi cijent amortizacije koji treba da odgovori na pitanje o najisplatljivijoj opciji. Moguće je, sa velikom verovatnoćom, odgovoriti prvo na osnovnu dilemu: da li je optimalno izvršiti revitalizovatu, a zatim kojom metodom i u kom obimu i kvalitetu, detaljnije uraditi remont u okviru redovnog održavanja i ostaviti ga u radu (koliko dugo u zavisnosti od godine proizvodnje, i uz odluku da li će raditi sa ili bez tehnoloških i kapacitativnih ograničenja) ili izvršiti rashod, ako se pokaže da su obe prethodne opcije sa ekonomskog stanovišta neisplative.Jedan od bitnih preduslova za donošenje kvalitetne odluke je poznavanje, odnosno sagledavanje parametara budućeg rada hidrojedinica, po pitanju zahtevanog broja godina garantnog roka, kapaciteta, i drugih uslova.

Na osnovu rečenog, može se zaključiti da je za donošenje odluke i izrade projekta o revitalizaciji turbinske i hidromehaničke opreme predhodno potrebno defi nisati metode utvrđivanja stanja i uzroka degradacije materijala određenih delova opreme i na osnovu izvršenih analiza doneti odluku o primeni neke od postojećih ili novo razvijenih metodologija za revitalizaciju, sl. 2.

6.1. Baza podataka otkaza Važne informacije za usavršavanje metoda projektovanja nosećih konstrukcija i delova turbinske i hidromehaničke opreme, kao i za izradu projekta revitalizacije postojećih predstavljaju baze podataka. Takođe, analize oštećenja i lomova omogućuju razvoj novih tehničkih rešenja i metoda ispitivanja još u fazi prototipa. Analize oštećenja i lomova u cilju utvrđivanja uzroka koji do njih dovode, da bi se isti otklonili, predstavlja proces koji zahteva sistematizovan prilaz

Sika 3 Proces analize oštećenja i lomova nosećih konstrukcija i delova turbinske i hidromehaničke opreme hidroelektrana

[077]

energija

problemu, sl.6. Baze podataka realizovanih ispitivanja i analiza uzroka otkaza na adekvatnim nosećim konstrukcijama i delovima turbinske i hidromehaničke opreme svih hidroelektrana pružaju velike mogućnosti za utvrđivanje uzroka degradacije materijala pri variranju velikog broja uticajnih faktora, a da se neki nepoželjni efekti svedu na podnošljivu vrednost, odnosno da se realizuje povoljno konstrukcijsko rešenje kao celine.

Zaključak Rezultati realizovanih istraživanja, prikazani u radu, pružaju mogućnost sagledavanja kompleksnosti izrade projekata revitalizacije turbinske i hidromehaničke opreme hidroelektrana. Da bi se dobile pouzdanije konstrukcije, kod kojih su nepoželjni efekti svedeni na podnošljivu vrednost, odnosno da bi se realizovala povoljna konstrukcijska rešenja opreme sa dužim vekom trajanja neophodna su opsežna istraživanja.Brzo i pouzdano projektovanje nosećih konstrukcija, delove i elemenata turbinske i hidromehaničke opreme hidroelektrana. moguće je ostvariti isključivo stvaranjem odgovarajućih baze podataka. Prateći softverski paketi omogućili bi efi kasnije korišćenje baza podataka, analizu pojedinih uticajnih faktora, tehnika poboljšanja, mogućnosti preventive njihovog razaranja i pretraživanje varijantnih rešenja u svim fazama projektovanja i razvoja i revitaliyacije konstrukcija.

ZahvalnostZahvaljujemo se Ministarstvu za nauku i tehnološki razvoj Republike Srbije za fi nansiranje rada na ovoj temi u okviru projekta EVB: 35002-TR ,,Razvoj novih metodologija revitalizacije turbinske i hidromehaničke opreme hidroelektrana u zavisnosti od uzroka degradacije materijala“.

Literatura[1] Angehrn, R., Eckert R., 1990,

Service Life of Horizontal Shafts in Low Head Turbines under Corrosion FatigueIAHR 15th Symposiym,Balgrade.

[2] Ohashi, H., 1991, Editor, Vibration and Oscillation of Hydraulic Machinery, Avebury Technical.

[3] Vladislavlev, L.A., 1972, Machine Vibration of Hydroelectric Plant, (in Russian), Moskva.

[4] The Guide to Hydropower Mechanical Design, ASME Hydro Power Technical Committee, HCI Publications, New edition planned, 2009.

[5] Pejovic S., Profi t Management and Control of Hydropower and Pump Plants, Proceeding of the International Joint Power Generation Conference, Denver, Colorado, 1997, pp. 539 � 545.

[6] Pejovic S., Profi t On � Line Management and Control of Hydroplants, IAHR Work Group on the Behaviour of Hydraulic Machinery under Steady Oscillatory Conditions, Chatou, France, 1997, Paper G2, pp. 10.

[7] Arsić M., Vistać B., Elaborat o ispitivanju materijala i analiza loma turbinskog vratila A6 HE ĐERDAP 2, deo: Analiza loma turbinskog vratila agregata 6 “HE ĐERDAP II” Beograd,2008.

[078]

energija

mr Tanja Manojlović, dipl.maš.inžFC Proizvodnja, Tehnički sektor, EPCG A.D.NikšićProf. dr. Miodrag BulatovićMašinski fakultet u Podgorici

UDC: 621.221.018.004.15

Reinženjering hidromašinske opreme u HE“Perućica“

1. Uvod

1.1 ReinženjeringReinženjering ne predstavlja puku automatizaciju, popravljanje i marginalne promjene već radikalne akcije i inovacije usmjerene ka proizvodnim procesima, proizvodima, tehnologiji i drugim oblastima.Glavni cilj reinženjeringa je optimizacija efi kasnosti i efektivnosti, pa postoje četiri dimenzije reinženjeringa koje se unapređuju, kroz zadovoljavenje sledećih zahtjeva:• smanjenje troškova,• unapređenje kvaliteta,• povećanje proizvodnje i• povećanje brzine rada.Reinženjering na nivou preduzeća podrazumijeva korjenite promjene na gotovo svim organizacionim nivoima. Ovaj reinženjering nastaje usljed potrebe da se preduzeće prilagodi određenim zahtjevima ili da se, pak, uspješnije tržišno pozicionira u odnosu na konkurente. Radi se o nastojanju preduzeća da kroz promjene svojih ciljeva i strategija i kroz tehnološku kompetentnost iskoristi šanse i mogućnosti i dođe na bolju lokaciju koja daje prednost i više odgovara potrebama preduzeća.Ostvarene performanse treba da budu mjerljive kvalitativno i kvantitativno iskazane. Nemjerljive performanse nije moguće realno prikazati i unapređivati. Mjerljivi iskazi performansi pojedinih procesa su: prihod, troškovi, satisfakcija, prilagodljivost. Mjera materijalnih procesa su produktivnost, ekonomičnost, rentabilnost.

1.2.Hidromašinska opremaHidromašinska oprema je mašinska konstrukcija koja radi pod pritiscima od nekoliko metaraVS, pa do nekoliko stotina metara kada se radi o velikim hidroenergetskim i hidrotehničkim objektima.

Konstruiše se i proračunava sa velikim stepenom sigurnosti i sa velikom dugotrajnošću koja može biti od 25 – 50 godina. Kao element u eksploataciji, hidromašinska oprema treba da osigura eksploatacione karakteristike koje se zahtijevaju i zašto je projektovana,

SažetakRad se bavi reinženjeringom opreme koji je u HE“Perućica“ urađen u periodu 2005. do 2008. godine u cilju boljeg iskorišćenja vode kao obnovljivog izvora energije. HE”Perućica” raspolaže sa 7 agregata, ukupno instalisane snage 307MW, koji su pušteni u rad u periodu između 1960. i 1976. godine. Samim tim nastala je potreba rješavanja problema zamjene i popravke dotrajalih dijelova, kao i podizanja nivoa tehničke opremljenosti objekata mjernom, regulacionom i komunikacionom tehnikom radi obezbjeđenja kontinuiteta u eksploataciji vodotoka Gornja Zeta i akumulacionih jezera. Uvođenje I faze modernizacije omogućilo je ovom postrojenju bezbjedniji pogon i pogonsku elastičnost u ispunjavanju zahtjeva koje elektroenergetske situacije postavljaju pred HE “Perućica”. Efekti izvedenog reinženjeringa i uticaja na povećanje energetske efi kasnosti dati su u daljem radu. Ključne riječi: Reinženjering, obnovljivi izvori energije, hidromašinska oprema, energetska efi kasnost,

REENGINEERING OF HYDROMECHANICAL EQUIPMENT IN HPP “PERUĆICA”The work deals with the reengineering of equipment that is done in HPP “Perućica” in period from 2005 until 2008 in order of better water utilization as a renewable source of energy. HPP “Perućica” has 7 units, with total installed capacity of 307MW, which were put into operation between 1960 and 1976. Therefore appeared a need to solve the problem of replacing and repairing of worn out parts, as well as raising the level of technical equipment of the facilities with metering, regulation and communication technology in order to ensure continuity in the exploitation of Upper Zeta water fl ows and reservoirs. The introduction of modernization Phase I has enabled safer power plant operation and operational fl exibility in meeting the requirements placed on the power situation of HPP “Perućica”. Effects of accomplished reengineering and its impact on energy effi ciency are given in future work.Key words: Reengineering, renewable source of energy, hydro-mechanical equipment, energy effi ciency.

[079]

energija

kada radi ili potpuno automatizovana ili uz učešće živog rada i pri tome da zadovolji tri osnovna uslova: ekonomičan, dugotrajan i siguran rad.

2. HE“Perućica“

1.1 Osnovna koncepcija HE”Perućica”

HE”Perućica”se nalazi na rijeci Zeti u središnjem dijelu Crne Gore, udaljena oko 35km od Podgorice, 21km od Nikšića i 15 km od Danilovgrada. Projekat Perućica je realizovan zahvaljujući izuzetno pogodnim hidro – topografskim karakteristikama sliva rijeke Zete. Akumulacije i kanali se nalaze u Nikšićkom polju, dijelu gornjeg sliva Zete, oko 550m iznad donjeg sliva Zete.Koncepcija HE”Perućica” data je kao pregledna karta sistema (sl.1)Tri brane sa prelivnim objektima i zatvaračnicama koje su podignute za potrebe hidroelektrane su izrađene u I i II fazi izgradnje HE“Perućica“. Voda za proizvodnju električne energije se obezbjeđuje kombinovanjem prirodnih tokova (uglavnom iz rijeke Zete) i iz akumulacija ili samo iz akumulacija.U tabeli br.1.podaci o akumulacijama.

Iz akumulacija voda otvorenim kanalom protiče kroz Nikšićko polje do Ulazne građevine, odakle se kroz dovodni tunel prečnika Ø4,8m, dužine 3254m dovodi do vodostanske zatvaračnice. Tunel se završava vodostanom, a iza njega trokrakom čeličnom račvom i vodostanskom zatvaračnicom (sl.3).U zatvaračnici su na svakom kraku račve ugrađeni po jedan ručni i jedan automatski leptirasti zatvarač, odnosno u svakoj fazi izgradnje korišćen je po jedan krak račve za ugradnju leptirastih zatvarača i cjevovoda, za dovod vode novougrađenim turbinama. Cjevovovi su slobodno položeni duž trase (sl.2) od zatvaračnice do mašinske zgrade. Ukupna dužina prvog cjevovoda iznosi 1851m, drugog 1883m, a trećeg 1930m. Na prelomnim tačkama cjevovodi su ankerisani na betonske blokove, a između njih leže preko potpornih prstenova na potporama, sa razmakom od 10m.Na cjevovodima su ugrađene dilatacije, koje omogućavaju izduženje odnosno skraćenje cijevi pri promjenama temperature. Za ulaz u cijev duž cjevovoda predviđeni su na više mjesta revizioni otvori sa poklopcima.

Na kraju I cjevovoda u prostoru račve odvajaju se četiri odvodne cijevi Ø1000mm prema I i II agregatu. Na kraju II cjevovoda u prostoru račve odvajaju se šest odvodnih cijevi Ø1000mm prema III i IV i V agregatu.Na kraju III cjevovoda u prostoru račve odvajaju se šest odvodnih cijevi Ø1200mm premaVI,VII i VIII agregatu.

2.2. Oprema HE“Perućica“Glavnim projektom iz 1960.godine predviđena je elektrana sa 8 agregata po 40MVA(turbine snage 38 MW) sa izgradnjom u tri faze: I faza – 2 agregata, II faza - 3 agregata, III faza - 3 agregata U toku izgradnje praktično su I i II faza bile spojene, tako da je elektrana od 1962. godine u pogonu sa 5 agregata od po 40MVA tj.ukupno 200MVA. Tokom 1970.godine donijeta je odluka da se prisupi izgradnji III faze, a na osnovu podloga isporučioca opreme posebnom studijom je utvrđeno da se na istom prostoru mogu ugraditi agregati veće snage(turbine 60MW, generatori 65MVA), koji će imati instalisani protok 12,75m3/s. Time bi treća faza bila ostvarena sa 2 , umjesto ranije predviđena 3 agregata. Posljednji osmi agregat bi, takođe, imao snagu 65MVA.HE“Perućica“raspolaže sa 7 agregata ukupno instalisane snage 307MW. Svih 7 postojećih agregata čije su karakteristike date u tabeli sadrže generatore sa horizontalnom osovinom. Turbine su dvostruke Peltonove sa horizontalnim vratilom, po jednim obrtnim kolom na svakom

kraju gene-ratorskog vratila i po jednim mlaznikom po kolu za agregate

I-V i po dva mlaznika po kolu za agregate VI-VII.

3. Reinženjering HE Perućica

3.1 Potreba za reinženjeringomIzgradnja hidroenergetskog sistema je počela 1953. godine, pri čemu je prihvaćen radni model izgradnje po fazama prvenstveno zbog ograničenja u fi nansijskim

Slika 1 Pregledna karta sistema Slika 2 Dovod vode iz akumulacije

Tabela 1 Podaci o akumulacijama

Slika 3 Akumulacije i dovodni organi HE“Perućice“

Tabela 2 Podaci o cjevovodima

[080]

energija

i drugoj fazi nalazili u kontinualnom pogonu više od 40 godina, kao i većina objekata bitnih za funkcionisanje hidroenergetskog sistema. Samim tim, modernizacija i djelimična rekonstrukcija mašinskih i elektro dijelova bila je potrebna radi pouzdanijeg rada posrojenja,bezbjednijeg pogona, pogonske elastičnosti u ispunjavanju zahtjeva koje elektroenergetske situacije

postavljaju pred HE “Perućica”, kao i optimalnog iskorišćavanje vodnih resursa koji joj stoje na raspolaganju. Svaki od prva 4 agregata ima po 2 predturbinska kuglasta zatvarača prečnika 1000 mm, koji imaju zaštitnu ulogu za agregat.Zatvarači su bili dotrajali, (sl.6) i mnogi njihovi dijelovi su bili pohabani od dugotrajne upotrebe. Zbog toga se predviđalo sledeće: zamjena (popravka) dotrajalih dijelova (zaptivnih obruča i manžetni), zamjena kompletnog postojećeg sistema upravljanja zatvaračem, izbacivanje sistema za pripremu ulja pod pritiskom, ugradnja uređaja za sprečavanje samopobudnih oscilacija kuglastih zatvarača . Izvršni organi turbinskih regulatora (mlaznice sa iglama, odrezači mlaza i kontramlaznice) pokretani pomoću svojih servomotora su se radom istrošili. Igle, mlaznice (sl.7). i odrezači mlaza su oštećeni usljed kavitacije. Igle

nisu mogle da zatvore potpuno, pa se na njima javljalo veliko procurivanje, a na ležištima osovina odrezača, igala i drugih pokretnih dijelova dolazilo do povećanih zazora . S obzirom na stanje turbinske regulacije (sl.8), koje se, između ostalog, odnosilo na osjetljivost i neravnomjernost odziva regulatora na impulsne komandne signale,smatralo se da se agregat sa ovakvim stanjem turbinske regulacije ne može uvesti u sistem sekundarne regulacije učestalosti i snage razmjene.Osim toga, cjelokupno stanje hidromašinske opreme, a posebno:• nepravilan rad preklopnog ventila

glavne i pomoćne pumpe,• loše stanje cijevi i miješanje ulja i

vode,• neispravan rad sigurnosnog klatna,• stanje upravljačkih ventila

kuglastih zatvarača i njihov nepouzdan rad,

• neispravan rad kočionih mlaznica,• loše zaptivanje,• nepovoljan odnos položaja

servomotora odrezača i igala,ukazivali su na neophodnost rekonstrukcije, odnosno zamjenu ove opreme. Veliki broj karakteristika koji su se odnosili na mašinske i elektro dijelove opreme morali su se dotjerati i poboljšati da bi se iskorištenost postrojenja dovela do zahtjevanog nivoa.

3.2 Sprovođenje reinženjeringaSprovođenje reinženjeringa počelo

je projektnim zadatkom (sl.9), koji je sastavni dio Idejnog projekta, od projektne dokumentacije je zahtjevano da zadovolji sledeće uslove: • datim rješenjima da obezbjedi osnovu

Slika 4 HE”Perućica”

Slika 5 Mašinska sala HE „Perućica“

Tabela 3 Podaci o agregatima

Slika 6 Kuglasti zatvarač Slika 7 Mlaznica sa iglom Slika 8 Turbinski regulator

sredstvima, a dijelom i zbog složenosti, tehničke komplikovanosti i dugotrajnosti gradnje. Posmatrajući samo vremenski, možemo konstatovati da su se agregati izgrađeni u prvoj

[081]

energija

za nesmetan rad elektrane u sistemu automatske regulacije snage sa odzivom elektrane unutar zadatih ograničenja. • da predviđenu dogradnju i rekonstrukciju bazira na potrebama normalnog pogona modernizovane elektrane sa sedam agregata, vodeći računa o kasnijoj nesmetanoj dogradnji i uključivanju u pogon osmog agregata HE “Perućica”.Osnovni zahtjevi za rekonstrukciju opreme I i II faze HE „Perućica“ bili su da se rekonstruišu agregati na taj način da se omogući njihovo automatsko pokretanje i zaustavljanje., a to je podrazumijevalo sledeće:• Zamjena kompletnog sistema

upravljanja zatvaračem, tj. uvodi

se nov sistem pogona:otvaranje zatvarača uljem pod pritiskom, a zatvaranje pod pritiskom vode iz cjevovoda (pritisak ulja za otvaranje zatvarača je 4Mpa).

• Predvidjeti rekonstrukciju kuglastih zatvarača kako bi se isti uklopili u automatski proces pokretanja i zaustavljanja.

• Izbacivanje postojećeg sistema za pripremu ulja pod pritiskom , a za otvaranje KZ će se koristiti ulje pod pritiskom od 4MPa iz sistema turbinske regulacije

• Turbine treba da rade mirno bez udara i vibracija pri svim uslovima ostvarujući, pri tome, predviđenu snagu i stepen korisnosti i u tom cilju treba predvidjeti uređaj za permanentno mjerenje i kontrolu

vibraciju pojedinih sklopova agregata.• Turbine treba opremiti elementima potrebnim za automatski rad, kao što su: krajnji prekidači, elektromagnetni ventili, termostati, monostati, davači položaja.• Podmazivanje ležišta treba da bude sigurno i automatsko, uz indikaciju rada i signalizaciju pri svim stanjima okretanja vratila. Uređaj radi potpuno automatski i biće uključen u proces automatskog puštanja i zaustavljanja agregata• Sve pomoćne pogone koji ulaze u proces automatskog pokretanja i zaustavljanja (startne pumpe za podmazivanje ležišta, priprema regulatorskog ulja, kočenje agregata, sinhronizacija• agregata, sistem rashladne vode i drugo) rekonstruisati tako da

mogu besprijekorno raditi u uslovima automatizacije.• Predvidjeti zamjenu kompletne turbinske regulacije.

3.3. Reinženjering postojeći opreme

Program modernizacije obuhvatio je sve potrebne radove (pa time i investicije) koji su neophodni za kompletnu modernizaciju procesa u hidroelektrani, radi dovođenja kapaciteta u nivo pogonske spremnosti koji će omogućiti i garantovati efi kasno uključivanje ove hidroelektrane u jedinstveni tehnički sistem upravljanja. Modernizacija je pretpostavila i rekonstrukciju (osavremenjivanje) hidromašinske i elektro opreme, sistema telekomunikacije i uvođenje integralnog informacionog sistema

Slika 9 Proces reinženjeringa hidomašinske opreme HE “Perućica”

Slika 10 Rekonstruisan kuglasti za-tvarač upravljačka jedinica

Slika 11 Pogon KZ Slika 12 Hidraulična upravljačka jedinica

[082]

energija

koji su trebali da obezbjede relativno pouzdan rad elektrane u sljedećem amortizacionom vijeku opreme, tj. da produži eksploatacioni vijek elektrane, čiji su izvjesni objekti i oprema u kontinuiranom radu od 1960. godine. Stari kuglasti zatvarač je u fabrici rastavljen, očišćen pjeskarenjem, kućište i tijelo ispitani metodom bez razaranja materijala (magnetofluks i ultrazvuk), ispravljen zavarivanjem gdje je to bilo potrebno, ponovo ispitan i zaštićen premazom (sl.10).Na mjesto predhodnog servomotora sa zupčastim pogonom stavljen je novi nosač servomotora sa ručicom, koja je spojena sa klipnjačom servomotora i tako omogućuje pokretanje tijela zatvarača. Servomotor zatvarača (sl.11).je izrađen tako da omogućuje

dva pogonska medija - vodu i ulje. Ugradnjom samo jednog servomotora smanjeni su gabariti pogona i broj pokretnih djelova i posledično troškovi održavanja. Svi dijelovi su izrađeni od samopodmazajućeg materijala što dodatno smanjuju troškove održavanja, a dijelovi u dodiru sa vodom su od nerđajućeg čelika.Hidraulička upravljačka jedinica (sl.12) obuhvata elemente koji upravljaju igle i odrezače prema nalozima iz digitalnoga regulatora. Tu su uključeni proporcionalni ventili za automatsko – kontinuirano upravljanje igala ili odrezača i elektromagnetski ventili za ručno ili impulsno automatsko upravljanje igala i odrezača. Svi ventili su ugrađeni u hidrauličke blokove što bitno smanjuje cjevno povezivanje. U okviru rekonstrukcije i

modernizacije ugrađen je novi digitalni turbinski regulator (sl.13), baziran na mikroprocesorskoj programabilnoj jedinici. Upravljački magnetski ventili i svi elementi automatike su novi. Novi hidraulički elementi su izabrani po principu koji omogućavaju najveću pouzdanost u radu. Turbinski regulator uključuje upravljanje tlačnog uređaja regulatora i upravljanje pomoćnih pogona turbine i kuglastih zatvarača. Za pogodnost održavanja novougrađene hidromašinske opreme značajno je navesti karakteristike same novougrađene opreme sa stanovišta održavanja. Tehnologičnost, dijagnostičnost i obnovljivost kao komponente pogodnosti održavanja date su u Tabeli 2.15., za svaki dio hidomašinske opreme. Novougrađena oprema je lakša, jednostavnija i jeftinija za održavanje, jer savremena rješenja podrazumjevaju tipizovane ugrađene dijelove, samopodmazujuće djelove, djelove kojima je olakšan pristup, jednostavnija montaža i demontaža.

4.4 Efekti reinženjeringa – povišenje gotovosti

Efektivnost agregata A1 iskazuje se preko gotovosti sistema. U radu je dat proračun samo za Agregat 1.Gotovost sistema računa se po sledećoj formuli:

Pri čemu je:)(tG – gotovost sistema,

−rt vrijeme koje je sistem proveo u radu,

−zt vrijeme koje je sistem proveo u zastoju.

Tabela 4 Tabelarni prikaz pogodnosti održavanja nove opreme

Slika 13 Turbinski regulator

Operativna gotovost sistema računa se po sledećoj formuli:Pri čemu je:OG – operativna gotovost sistema,

−rT vrijeme koje je sistem proveo u radu,

[083]

energija

−ZOT zastoji u funkciji održavanja,−PZT zastoj agregata zbog prorade

zaštita,−RNJT zastoj agregata zbog remonta

i njege,−OT zastoj agregata zbog otkaza.

Upoređujući koefi cijente operativne gotovosti i gotovosti agregata prije i poslije reinženjeringa, izračunatih na osnovu podataka iz Godišnjih izvještaja o radu HE“Perućica“može se primjetiti znatno povećanje datih koefi cijenata.

4. Zaključci1. Reinženjering hidromašinske

opreme HE „Perućica“ urađen je iz opravdanih razloga za reinženjeringe, a to su: umanjena i nepouzdana radna sposobnost, nedostaci po pitanju sigurnosti rada, različit nivo tehničko – tehnološke zastarjelosti.

2. Postizanje funkcije cilja je olakšano i činjenicom da je novougrađena oprema pogodnija, jednostavnija i jeftinija za održavanje, jer savremena rješenja podrazumjevaju tipske ugrađene djelove, samopodmazujuće djelove, djelove kojima je olakšan pristup, jednostavnija montaža i demontaža, što se defi nše pojmom povećane pogodnosti održavanja.

3. S obzirom da je novougrađena oprema bitno drugačija od one koju je zamijenila, ne mogu se primjenjivati metode rada i održavanja, koje su postojale u vrijeme korišćenja prethodne opreme. Da bi se rukovalo novougrađenom opremom, potrebno je osim preporuka proizvođača za rad i održavanje opreme i stalna usavršavanja zaposlenih zaduženih za odgovarajuću opremu.

4. Uspješnosti u rukovanju i održavanju novougrađene opreme doprinosi i snabdjevenost opreme instrumentima za permanentnu dijagnostiku kojima se u svakom trenutku može konstatovati stanje opreme koja je ugrađena u procesu reinženjeringa HE „Perućica“.

5. Pogonska spremnost agregata najbolje se ogleda u činjenici da je HE“Perućica“u 2010. godini umjesto predviđenih 957.000.000 kWh, proizvela 1434.894.850kWh.

Literatura[1] Bulatović, M., Održavanje i

efektivnost tehničkih sistema, Mašinski fakultet u Podgorici, 2008.

[2] Bulatović, M., Gotovost i proizvodnost u funkciji strukture sistema i održavanja, “Univerzitetska riječ”, Nikšić, 1991.

[3] Ristić, B., Hidromašinska oprema, “Naučna knjiga ”, Beograd, 1996.

[4] Tehnička dokumentacija Projekta Rekonstrukcije i Modernizacije HE“Perućica“, Izvještaj o ispitivanju turbinske regulacije agregata od A1 – A5 u HE“Perućica“, Institut „Nikola Tesla“iz Beograda i Litostroj iz Ljubljane

[5] Tehnička dokumentacija Projekta Rekonstrukcije i Modernizacije HE“Perućica“

[6] Tehnička dokumentacija HE“Perućica“, Godišnji izvještaji o radu HE“Perućica“

[7] Tehnička dokumentacija Projekta Rekonstrukcije i Modernizacije HE“Perućica“, Obnova agregata A1, A2, A3 i A4, Projekat izvedenog stanja, MAPA 2, Mašinski dio

[8] Manojlović, T., Održavanje u funkciji reinženjeringa hidroenergetskih postrojenja, magistarski rad, Mašinski fakultet u Podgorici, 2009.

[084]

energija

Darko Babunski, Emil Zaev, Atanasko TuneskiSs. Cyril and Methodius University – Skopje, Faculty of Mechanical Engineering – Skopje, Skopje, Macedonia,

UDC: 621.224.011:62-5

Design of Robust control law for Hydroturbine and SCADA simulation

1. IntroductionThe requests of simulation model of hydraulic power plants (HPP) are, to assure large transient stability program simulation, isolated system operation, system restoration after brake up, load rejection, load acceptance, water hammer dynamics and optimal speed control. In this paper linear models are used for simulation of hydraulic plants for which Robust control law was designed. Comparison with non-linear models are made which are required where speed and power changes are large, such as in islanding, load rejection and system restoration studies although there are great diffi culties designing good governor of hydraulic turbines, because the hydraulic turbine is highly non-linear device which characteristics vary signifi cantly with the unpredictable load on the unit. Such nonlinearities make the governor design a nontrivial task because governors designed for one operating condition may not work at all under other conditions. Because of that robust control law is designed, allowing the system hydraulic turbine-governor to work satisfactory at all working conditions, not only around working point. The signifi cance of robust control design is to show how to overcome some of limitations of conventional governor design methods.In the end, a SCADA program for simulation of proposed control is created. This program is create using NI Lookout and simulates the work of a real plant and gives visualisation of the step response. The acquisition

of data is not provided from a real system but from virtual graphical objects and expressions which are developed from previously made simulations in Matlab.

2. Design of optimal robust control law

To design an optimal governor which is capable of providing stability and performance for the turbine operating under a wide range of load conditions, robust control

methodology should be utilized. By robustness it is presumed the ability of the governor to provide satisfactory stability and optimal performance to the hydro turbine over a wide range of operating conditions. The optimality refers to minimisation of properly designed cost function in the control system. In the process of design most important is to model nonlinear behaviour of the turbine and use that model for robust control design. The design approach has following steps:

AbstractThere are great diffi culties designing good governor of hydraulic turbines, because the hydraulic turbine is highly non-linear device which characteristics vary signifi cantly with the unpredictable load on the unit. In this paper linear models are used for simulation of hydraulic plants for which Robust control law was designed, allowing the system hydraulic turbine-governor to work satisfactory at all working conditions, not only around working point. Comparisons with non-linear models are also made. In the end, a SCADA program for simulation of proposed control is created. This program is create using NI Lookout and simulates the work of a real plant and gives visualization of the step response.Key words: Hydraulic turbine, Monitoring, Plant Control, Robust Control, simulation.

Projektiranje Robustnog upravljanja hidro turbine i SCADA simulacija Hidro Elektricne CentraleKada se dizajnira upravljanje hidroturbina, javljaju se velike poteskoce zbog toga sto hidroturbina je nelinearna postrojka i njene karakteristike variraju u velikoj meri sa nepredvidivim opterecenjem mreze. U ovom clanku prezentovani su linearni modeli za simuliranje hidropostojke i procedura projektiranja robustnog upravljanja, koje omogucava zadovoljavajuce ponasanje hidropostrojke u svim radnim uslovima, ne samo u izabranoj radnoj tacki. Uporedna analiza sa nelinearnim modelima je uradjena. Na kraju kreirana je SCADA aplikacija za simuliranje predlozenog upravljanja. Izvedena je pomocu NI Lookout aplikacije i simulira rad realne hidropostojke i vizuelizira nekoliko vaznih parametara.Ključne reci: Hidroturbina, Monitoring, Upravljanje, Hidropostrojka, Robusno upravljanje.

[085]

energija

modelling the turbine nonlinearities using uncertainty model principle, synthesis of optimal robust control by taking into account uncertainties, perform model reduction of the resulting controller for easy implementation and verifying design by time-domain simulations. The power of the turbine is a function of the wicket gate opening c , water head h and rotation speed of the turbine ω. Also the water fl ow q is a function of the wicket gate opening c , water head h and rotation speed of the turbine ω, which is shown in equation 1 [6]:

(1)

for given operating condition equation 1 can be linearized as partial derivatives which depends from the operating conditions of the turbine, and from the load of the unit.

Their values are obtained from model acceptance measurements for some representative operating conditions of the system. To investigate how extensive model varies with the system operating conditions, Bode plots of the entire system are shown in fi gure 2, for three representative conditions, and for linear model from equation 1.From fi gure 2 easily can be noticed that the frequency responses of the four transfer functions are very similar even though their parametric models are different. These similarities in frequency domain suggest that can be selected single transfer function as the nominal transfer function of the system, and represent other transfer functions as variations around this nominal transfer function as model uncertainties. The advantage of this approach is that the optimal robust controller can be easily designed for

the entire system operating range.The relative modelling errors among the transfer functions are:

(2)

The nominal transfer function should be the one that gives the overall smallest modelling error, which is the linear transfer function. The uncertainty bound can be represented as unstructured multiplicative uncertainty:

(3)

The system model with the uncertainty bound is:

(4)

The relative modelling errors using nominal transfer function are shown in fi gure 3The robust control system strategy is to design controller based on the nominal system transfer function with the defi ned maximum uncertainty bound, so that the desired performance is achieved for all system models. This controller can be designed using mixed sensitivity optimisation techniques.For robust stability analysis, the controller should be chosen such that the following inequality is satisfi ed:

(5)

which is known as the Small Gain Theorem [6].In robust controller design, the design specifi cations are usually converted to appropriate weighting functions. These weighting functions are then combined with the closed loop system transfer function. Three weighting functions have been used in the design process. The robust controller design can be formulated as the following minimisation problem, also known as the Mixed Sensitivity Optimal H∞ design:

(6)

In the process of design of the controller equation 8 means to fi nd a stable controller so that the

Fig. 1 - Block diagram of hydro prime mover and control

Fig. 2 - Bode plots of transfer functions

[086]

energija

maximum value of three weighted functions is minimised, and the equation 3 is satisfi ed. The key problem in any Mixed Sensitivity H∞ design is how to choose appropriate weighting functions, such that the closed loop system

meets the design specifi cations. One of the unique features in the optimisation given in equation 4 is that the resulting cost function always turns out to be fl at over the frequency band of interestThe solution to the optimisation problem in equation 6 can be

For model reduction it is used Shur BST-REM model reduction, which provide analytic bound on the worst approximation error in terms of twice the sum of the singular values of the eliminated dynamics. The reduced order controller is:

(8)

The frequency response of full order and reduced order controller is compared in fi gure 4.

3. Scada application for simulation made in lookout

The SCADA application for control of the hydropower plant is made in Lookout and has form of enclosed logical parts of the process displayed on individual control panels used for supervisory control, so that the operator can see the whole part of the process. There are around 10 control panels presenting the main processes in HPP: The main control panel, control panels of separate units, the hydraulic aggregate control panel and etc. Control structure of the SCADA application is in pyramidal form. On the top there is so called Main Panel, which conveys the basic information to the operator in normal operation conditions. From this panel the operator can go further to the panels which represent particular power units. Main structure of SCADA application is shown in Fig. 9 [2]

3.1 Connecting of control objects with expressions and developing output signals

One has to have in mind that this SCADA application for simulation does not have contact with real system (Fig. 5). All parts of real system which is here represented are presented with virtual objects. Objects between themselves are connected with expressions but everything functions according to real algorithms. Objects that produce control (output) signals can be: potentiometers, switches, push buttons. Those signals represent inputs in expressions which produce visual output in different forms: numerical (with numbers), logical (with graphical objects) or textual (textual message). In this way we make programming [5].

Fig. 3 - Uncertainty bound

(7)

obtained by solving two algebraic Riccati equations, using MATLAB. The order of the resulting controller is equal to that of the system and three weighting functions, in this case of eight order (4+2+1+1=8), given in equation 7

Fig. 4 - Comparison of full and reduced order controllers

The controller is obviously too complicated for a reliable implementation in practice. Because of that must be obtained reduced order model, which involves approximation of a high order system by a low one, and because of that the resulting controller is sub-optimal. [087]

energija

3.2. Main panel

The main panel of the SCADA application represents the top of the SCADA application and it is a starting panel for particular

panels representing particular power units and their respective processes. The main panel is shown in Fig. 6.With the help of pushbutton objects on the left side we can select a particular unit, and go further into the controlled process to see details of the selected unit. In this panel are shown also basic values which are important for the running the particular unit and the operator can control the power by increasing or decreasing its value, or can stop any of the power units. From the main panel, SCADA application branches out to fi ve fundamental branches of the process shown in the Fig. 9.

3.3. Control structure of unitsThe whole software is made in Macedonian language and Cyrillic letters. Particular parts of the process are represented with graphical objects in order to help the operator in everyday use of the SCADA application. Objects with their animations and changes of the graphical states show operating states of some important parts of that unit. If there is need to go further in the process than that can be done with pressing the buttons which activate

particular panels, and the operator can see controls of that particular level. From here he can turn on or off the unit or change the way of how it works, from automatic to manual. Every operator has his user name and password with which it is set

the number of control actions he can make. In this way it is possible to improve security and to defi ne who has responsibility to switch off/on some particular parts. In Fig. 7 we can see control structure of the unit.

3.4. Hydraulic aggregate of the turbine controller

When we choose the button Turbine Controller from the control panel of the unit we can enter the control panel of the turbine controller and monitor and control its work (Fig. 8). For example when we begin the process of starting the unit we can clearly see which elements are under pressure, which valves are open/close, if they are open/close on time, if they follow the defi ned order … in other words we can see if the controller function according to the defi ned operating algorithms. Controls can be made with pushing control buttons, for example from this panel we can close the turbine valve and immediately stop the work of the plant. The change of the status of particular elements is notice with colors: for turning on the solenoid of the proportional valves, for turning on some switch, for pipe and elements under pressure – they are marked with red color, and opposite for turned off they are marked with green color, or with blue color for the pipes which are not under pressure. With arrows are marked moving directions for the servomotors. To make the work of the operator as simple and easy as possible, for particular elements and positions which are most important, in addition to the colors and arrows the program gives announcements to the operator in textual form and sometimes suggests decisions for the problems. For example, there are announcements for the position of the turbine valve: Closed TV- when the valve is closed, Opening of TV- when the turbine valve is in phase of opening, Open TV- when the turbine valve is open. If some of these phases are not completed in an adequate time period, the operator will be alarmed.

4. ConclusionThe advantages of nonlinear mathematical model versus linear mathematical model become apparent when both models are subjected to large excursions in turbine loading, but nonlinear model although good, not always satisfi es all demands for specifi c

Fig. 5 - Input and output signals in a SCADA program for simulation

Fig. 6 - Main panel of the SCADA application for simulation

Fig. 7 - Control panel of the unit 1

[088]

energija

turbine. A governor control system for a hydraulic turbine generating unit has been designed using optimal robust control techniques. The signifi cance of the work is to show in a systematic manner how robust control theory can be used to overcome some of limitations of the conventional governor design methods. On the basis of dates from MATLAB simulations SCADA application have been made which incorporates dependence expressions of step responses of the unit with proposed robust control law. SCADA

application simulates the work of the hydropower plant. This program also gives opportunity to see the operation of a real plant because it incorporates real algorithms: start up and shut down algorithms.

[3] E. De Jaeger, et a.l: Hydro turbine model for system dynamic studies, IEEE Transactions on Power Systems, Vol.9, No 4, pp. 1709-1715, 1994.

[4] O.H. Souza Jr. et al.: Study of hydraulic transients in hydropower plants through simulation of nonlinear model of penstock and hydraulic turbine model, IEEE Transactions on Power Systems, Vol.14, No 4, pp 1269-1273, 1999

[5] National Instruments: Lookout developer’s manual, 2001

[6] J. Jiang: Design of an Optimal Robust Governor for Hydraulic

Fig. 8 - Control panel of the turbine controller hydraulic aggregate

Fig. 9 - Control structure of the SCADA application for unit 1

5. References[1] IEEE working group report:

Hydraulic turbine and turbine control models for system dynamic studies, IEEE Transactions on Power Systems, Vol.7, No. 1, pp. 167-179, 1992.

[2] L. N. Hannett et al: Field tests to validate Hydro turbine-governor model structure and parameters, IEEE Transactions on Power Systems, Vol.9, No 4, pp. 1744-1750, 1994.

Turbine Generating Units, IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol.10, No 1, pp. 188-194, 1995.

[7] Bruno Strah i Ognjen Kuljacha: Nova turbinska regulacija na HE Miljacka, Brodarski institute, Zagreb

[089]

energija

V.prof.dr Valentino Stojkovski, Prof.dr Zvonimir Kostić, Prof.dr Aleksandar NošpalUniverzitet Sv. Kiril i Metodij, Masinski fakultet, Skopje, R.Makedonija

UDC: 621.221.011.004

CFD analiza strujnog prostora u odnosu na kavitaciski režim rada kod Howell Bunger ventila sa ugrađenim defl ektorom

1. Ugradnja i konstrukcija Howeel Bunger ventila

Brana Lisice-Veles, pripada sistemu za snabdevanje piječom vodom (cevovod za ladnu vodu) i vodom za navodnjavanje (cevovod za toplu vodu). Oba cevkovoda se koriste za temeljno pražnjenje jezera. Na kraju od ovih cevovoda ugrađeni su dva Howell Bunger ventila za ispustanje vode u postojno rečno korito reke Topolka. Tehničke karakteristike brane su:

• maksimalna kota: 452.12msl• nominalna kota vode: 423 msl• kota ose ventila: 359,08 msl

Konstrukcija Howell Bunger ventila se sastoji od cilindricnog podvižnog segmenta, koji je nosilac zaptivne prirubnice A i C i defl ektora, i statički deo ventila koji se sastoji od centralno postavljene cevi na kojoj su ugradjena rebra za ukručivanje i konusni izlazni deo na kome je postavljena zaptivna povrsina B, zleb sa zaptivni gumeni prsten. Pokretanje ventila (otvaranje/zatvaranje) ostvaruje se pomoću hidrauličnog cilindra. U unutrašnjosti defl ektora, za aeraciju strujnog prostora, ugrađena su cetiri unakrsno -dijametralno sprotivne odušne cevi. Tehnički parametri ventila su:

• maksiamlni protok: 12,79 m3/s• nominalni protok: 2,04 m3/s• nominalen dijametar: 1000 mm• hod ventila: 675 mm• nominalni pritisak: 10 bar• radni pritisak: 6,6 bar• ispitni pritisak: 13,3 bar

U proteklu godinu eksploatacije

SažetakHowell Bunger ventili imaju značajnu primenu kod hidroenegetskih objektata za slobodno isticanje vode u okolini kada se želi regulirano ispuštanje vode. Osnovni princip uništenje (prigušenje) hidrostatskog pritiska je preko kinetičke energije mlaza. Postizanje velikih brzina strujanja vode kod večih hidrostatskih pritiska je uzrok pojave kavitacije. U odnosu na kavitaciske karakteristike kod ovog tipa ventila u literaturi postoje oskudne informacije.U ovom radu, za analizu je uzet Howell Bunger ventil sa defelktrom koji je ugrađen na brani Lisice, R.Makedonija, čiji konstruktivni dizajn je proizvod fi rme CMO, Tulosa Španija. U eksploatacionom periodu od jedne godine, kod ventila su se pojavila značajna ostečenja od kavitacije. Ovakvo stanje kod ventila je razlog da se uradi rekonstrukcija strujnog prostora da bi se izbegla kavitacija. U procesu iznalazenja tehnickog rešenja, primenjena je CFD tehnologija, koristeći komercijalni softverski paket FLUENT. Najpovoljnije numericko rešenje implementirano je na objektu. Uporedni rezultati koji su dobijeni sa numerickim proračunima i oni koji su izmerene na objektu, imaju veliku popudarnost i potvrđuje se bezkavitaciski rad ventila.Nacin rekonstrukcije i dobijeni rezultati koji su dati u ovom radu mogu da posluže projektantima i korisnicima ovog tipa ventila za poboljšanje konstruktivnog rešenja stujnog prostora i rekonstrukciju već ugrađenih ventila kod kojih postoji problem sa kavitacijom.

IMPLEMENTATION CFD ANALYZES REFER TO CAVITATION REGIME AT THE HOWELL BUNGER VALVE WITH INSTALLED DEFLECTOR Howell Bunger valves has a priority into the hydrotechnic structures where the regulated free streem of water is needed. The basic principes for energy distroing is through the kinetic energy of fl ow. The obtaining a very high fl ow speed are the reason for origin of cavitation. The practical data refer to cavitation for this type of valves are very poore in the literature. The Howell Bunger valve which is instaled at the dam Lisice, R. Macedonia, is analized in this papes. The constructuion of the valve is done by CMO, Tolosa, Spain. In the past of one year exploatation period, the signifi cant damages on the valve are done as a result of cavitation. The present condition of the valve is the reason for redesigning the fl ow domain of the valve with the aim to overcoming the origin of cavitation. The technical solution for redesigning of the fl ow domain is developed by using the comercial CFD softvare FLUENT. The obtained solution with practicali best numerical results is applied at the site. The comparison of numerical and measured results confi rms that the expected working conditions of the valve are attained.The proposed reconstruction and obtained results presented in this paper are very useful for the constructors and users of this type of valves, and can be inplemented in the new design for the fl ow domain of the new valves and old installed valves which have a problem with cavitation.[090]

energija

sistema, pojavila se potreba za kontinualno ispuštanje vode kroz oba ventila, sa protocima od 0,5 do 3 m3/s, odnosno prosečno ispuštanje vode je oko 0,8 m3/s po ventilu, a to znači da je ventil otvoren cca 12-15 mm. U ovakvim uslovima rada, pojavila su se značajna kavitaciska

oštečenja na defl ektoru u zoni neposredno iza otvora gde voda ističe.

2. Kavitacija kod deflektora ventila

Primenonom CFD tehnologije urađen je 3D model za procenu

pojave kavitacije kod HB ventila. Za formiranje grafi čkod dizajna i postavljanje mreže koristen je softverski paket Gambit, a proračun je urađen sa paketom Fluent 3.2. Numeričko ispitivanje modela je izvršeno u sledičim uslovima:• Dimenzije modela: razmer 1:1• Pritisak na ulazu: 60 mVS• Otvorenost ventila: 5%• Pritisak na izlazu: atmosferski• Turbulentni model: κ-εOd dobijenih vrednosti za raspored pritiska po površini strujnog prostora, pokazalo se da kavitaciski uslovi postoje u preodnoj zoni kod defl ektora odnosno u zoni koja e u neposrednoj blizini najuskog strujnog preseka. Određena je širina ovog pojasa pojave kavitacije i od numeričkih podata određena je da iznosi oko 60-70 mm. Ako numerički podatci se uporede sa uslovima koje su pojavljeni nakon eksploatacije HB ventila, slika 3b, može se konstatovati da numerička predviđanja u potpunosti se poklapaju sa to što se dogodilo kod ventila.

3. Rekonstrukcija kod ventilaKoncepcisko rešenje rekonstrukcije sadrži sledeće pretpostavke:• Najuži deo strujnog

prostora, prilikom malih otvorenosti ventila, da bude u prostoru koji ne omogučava pojave kavitacije na zidu delova ventila• Strujni prostor da se sužava kontinualno prilikom pomeranja (otvaranja) ventila za malih protoka• Vec pojavljena kavitacija ukazuje

Slika 1 Ugradnja Howell Bunger ventila na cevi za temeljno pražnjenje brane Lisice

Slika 2 Konstrukcija Howell Bunger ventila

Slika 3 Kavitaciska oštečenja kod defl ektora HB-ventila za ispuštanje toplu vodu

[091]

energija

aeriranje tog dela ventila sa unošenje (usuisavanje) okolnog vazduha čime se razbija kavitacija, odnosno uspostavljanje novi pristup aeriranja.U cilju konstruktivnog postizanja tražene uslove strujnog prostora, kako najednostavnije rešenje se nametnulo sledeće, slika 6:• Oblikovanje strujnog prostora da

se uradi tako što konstruktivno da se umetne profi lirani prsten koji

Slika 4 Grafi čki model strujnog prostora postojne konstrukcije HB-ventila

Slika 5 Numerički određena zona kavitacije kod defl ektora

Slika 6 Rekonstrukcija strujnog prostora

a) osnovna konstrukcija strujnog prosora b) rekonstruirani strujni prostor

Slika 7 Numerički i eksploatacioni uslovi rada ventila

da postoji podpritisak u zoni defl ektora, tako da se iskoristi ova razlika pritiska da se omogući

će defi nisati prostor kontinualnog suženja

• Aeriranje prostora kod defl ektora da se uradi preko priključne prirubnice, odnosno da se omogući povezanost sa okolni vazduh (usisavanje vazduha) time što na prirubnici su urađeni žlebovi

Na osnovu predložene rekonstrukcije, numerički su analizirani više modela od kojih su iskusteveno i upoređeni sa realnih uslovi rada ventila, najznacajni sledeći:• Model 1: ugrađen je prsten za

redefi nisanje strujnog prostora, izvršena je rekonstrukcija dovoda vazduha preko prirubnice, međutim postojni sistem odzračivanja je ostao i dalje ugrađen na telo defl ektora

• Model 2: ugrađen je prsten za redefi nisanje strujnog prostora, izvršena je rekonstrukcija dovoda vazduha preko prirubnice i postojni sistem odzračivanja je celosno odstranjen sa tela defl ektora

Numericki podatci su ukzali na to da kod modela 1 strujanje u nadrađeni sistem za aeraciju prostora defl ektora ima smer strujanja prema okolini, odnosno da ovaj sistem ne omugaćava usisavanje vazduha, vec da voda istece prema okolini kroz uragjeni otvori. Razlog vakve

[092]

energija

strujne slike je prisustvo otpora u kontinuiteta strujanja. Vakva strujna slika je ostvarena i prilikom instaliranje defl ektora i puštanje u rad. To ukazuje da numericki dobijeni rezultati u celost opisuju rad defl ektora-ventila. Na samog mesta je izvršeno odstranjivanje postojnog sistema za odzračivanja (otklonute su pločice i usisne cevi), nakon čega je dobijen drugi model. Nakon otstranivanja sve prepreke u strujnog prostora defl ektora, postignut je ispravan (očekiveni) rad ventila i usisavanje spoljnog vazduha u prostor kod defl ektora. Ovakva strujna slika dobivena je i sa numeričkim istraživanja, ciji rezultati su dati na slici 7.

postojanje kavitacije, korištena je CFD tehlogija. Numerički dobijeni podatci i predviđanja strujne slike preko polja pritiska i polje vektora brzine, potvrdili su se sa praktičnim uslovima rada ventila, što je konstatovano nekoliko puta u ovom radu.Sa tehničke strane, u ovaj rad je prezentovano jednostavno konstruktivno rešenje sa kojim se postiže poboljšanje konstrukcije Howell Bunger ventila u odnosu na kavitaciska oštečenja. U osnovi, predstavljeno rešenje je možno primenljivo kod postojnih (ugrađenih) HB-ventila, a isto tako i kod novih konstrukcija. U fazi projektovanja i izrade novog ventila u fabrici vjerujemo da se mogu postiči još bolji rezultati jer postojanje ekscentričnosti prilikom montaže na terenu je jedan ponepovoljniji uslov kod rekonstrukcije. Nakon izvršene rekonstrukcije i godinu dana eksploatacije ventila izvršen je uvid (sl.10) u stanje ventila i konstatovano je da nema oštečenja od kavitacije na strujnoj površini ugrađenog prstena, što ukazuje na činjenicu da prezentovana rekonstrukcija ima svoj efekat. Nadamo se da će izloženi rad i prezentovane rezultati dati motiv idnim konstruktorima i korisnicima ovog tipa opreme da urade neka poboljšanja.

Literatura[1] Tehnička konstruktivna

dokumentacija Howell Bunger ventila, pripremljena sa CMO, Tolosa, Spanija,2005

[2] V.Stojkovski, Z.Kostić: CFD ANALIZYS OF HOWELL BUNGER VALVE FEREFE TO ORIGIN OF CAVITATION, Study, Faculty of Mechanical Engineering, Skopje, 2008

[3] Y.Lecoffre, A.Archer: A method to evaluate cavitation erosion in valves, Third International symposium on Cavitation, April 1998, Grenoble, France

[4] S. Dabiri , W. A. Sirignano, D. D. Joseph: Cavitation in an Orifi ce Flow, American Institute of Aeronautics and Astronautics, 2008

Slika 8 Paralelni rad rekonstrurani i nerekonstrui-rani HB-ventil pri istog protoka

Slika 9 Paralelni rad rekonstruiranih HB-ventili pri istog protoka

Slika 10 Strujna površina ugrađenog prstena nakon jedne godine u eksploataciju

4. Pogodnosti izvršene rekonstrukcije

Izvršena rekonstrukcija strujnog prostora kod HB-ventila omogućuje sledeće:• možnost koriščenje HB-ventila kod malih protoka sa beykavitaciski režim rada ventila• ostvareni su uslovi za postizanje boljeg ) kontroliraniji izlazni mlaz

• rekonstrukcija je relativno jednostavna, odnosno ne pretstavlja velike dopunske materijalne troškove• sa konstruktivnog gledišta, predložena rekonstrukcija ne opterećuje dopunski prvobitno konstruktivno rešenje Na slici 8 je data fotografska snimka rada HB-ventila nakon izvršene rekonstrukcije (desni ventil) i rada HB-ventila sa

prvobitnom konstrukcijom strujnog prostora u uslovima jednakih protoka od 0,5 m3/s. Od dovijeni izlazni mlaz vode očigledno je da rekonstruirani ventil ima celovitu i kontrolirani istek mlaza sa postizanje puni profi l isticanja, dok kod nerekonstruirani ventil izlazni mlaz nije oformljen.Strujna slika iylaynog mlaza koja se ostvaruje kod oba rekonstruirana HB-ventila pri protok od 1,0 m3/s je data na narednoj slici 9. Ocigledno je postignuta simetričnost rada oba ventila, kod kojih je izlazni mlaz sa celosnog ispuna strujnog prostora i postignut profi lirani izlazni mlaz.

5. ZaključakPrilikom razvijanja konstruktivnog rešenja, za analizu strujnog prostora kod Howell Bunger ventila u odnosu na prevalizađenje uslove za [093]

energija

Ivana Stojković, Nikola CvjetićaninUniverzitet u Beogradu, Fakultet za fi zičku hemiju, Beograd, SrbijaSlavko MentusSrpska akademija nauke i umetnosti, Beograd, Srbija

UDC: 621.352.004

Vodene litijum-jonske baterije sa anodnim materijalima na bazi oksida vanadijuma i katodom od LiMn2O

1. UvodKomercijalne litijum-jonske baterije imaju široku primenu u raznim prenosivim uređajima, a napon tih baterija je oko 4V. Nedostatak ovih baterija je taj što sadrže organski elektrolit koji osim što je štetan po životnu sredinu odgovoran je i za njihovu visoku cenu. Poslednjih godina javila se ideja da se organski elektrolit zameni jeftinijim vodenim elektrolitom. Zbog manjeg napona razlaganja vode napon ovih baterija ne može da bude veći od oko 2 V, ali im je prednost što su ekološki prihvatljivije i jednostavnije su za proizvodnju. Glavni problem istraživanja baterija sa vodenim elektrolitom je pronalaženje takvog para elektrodnih materijala koji će imati optimalan napon za rad u vodenim rastvorima. Drugi potencijalni problemi: kinetika elektrodnih procesa, kulonski kapacitet ili radni vek, u vodenim elektrolitima nisu suštinski različiti od istih u organskim elektrolitima. Zbog dobre stabilnosti karakteristika u vodenim elektrolitima, spineli tipa LiMxMn2-xO4 i materijali na bazi oksida vanadijuma najčešće su ispitivani u funkciji katodnih odnosno anodnih materijala [1-12].U organskom elektrolitu kserogel V2O5 je pokazao daleko bolje karakteristike od kristalnog V2O5 što je posledica prisustva vezane vode koja dovodi do povećanja rastojanja međuravanskih slojeva usled čega je interkalacija i deinterkalacija jona Li olakšana [13,14]. Iz tog razloga u ovom radu je ispitivano elektrohemijsko ponašanje kserogela V2O5 u vodenom elektrolitu kao i mogućnost poboljšanja usled dodatka ugljeničnog materijala tokom

sinteze. Kompozitni kserogel V2O5 je sintisan na veoma jednostavan način, a njegove elektrohemijske karakteristike su ispitivane galvanostatskim punjenjem i pražnjenjem.

2. Eksperimentalni deo

2.1 Sinteza materijalaKserogel V2O5 je dobijen rastvaranjem kristalnog praha V2O5 (p.a. Merck) u razblaženom rastvoru

SažetakU ovom radu ispitivano je nekoliko tipova vodenih litijum-jonskih baterija sa zasićenim vodenim rastvorom LiNO3 kao elektrolitom, različitim oksidima vanadijuma kao anodnim materijalima i sa LiMn2O4 kao katodnim materijalom. Oksidi vanadijuma su sintetisani veoma jednostavnim sol-gel postupkom, a ispitivani su kserogel V2O5 i kompozitni kserogel V2O5 sa ugljeničnim crnim i prirodnim grafi tom. Dodatak ugljenika oksidu vanadijuma već tokom sinteze dovodi do poboljšanja elektrohemijskih karakteristika baterije (početnog kulonskog kapacitata i stabilnosti kapaciteta tokom cikliranja). Baterija u kojoj je kserogel V2O5 korišćen kao anodni materijal imala je početni kapacitet od 40.4 mAhg-1, dodatak ugljeničnog crnog tokom sinteze doveo do povećanja početnog kapaciteta od čak 45%, ali je pad kapaciteta nakom 50 ciklusa bio skoro nepromenjen (27% početnog kapaciteta). Kompozitni kserogel V2O5 sa prirodnim grafi tom je pokazao je dosta bolji početni kapacitet, 64.6 mAhg-1 i znatno manji pad kapaciteta tokom cikliranja, od samo 18% početne vrednosti nakon 50 ciklusa punjenja i pražnjenja. Ovo ukazuje na pravce daljih istraživanja u smislu poboljšanja karakteristika vodenih litijum-jonskih baterija.

Aqueous lithium-ion battery with the anode materials based on vanadium oxide and LiMn2O4 as cathodeIn this work, several types of aqueous lithium-ion battery with a saturated aqueous solution LiNO3 as the electrolyte, different vanadium oxides as anode materials and the LiMn2O4 as cathode material are investigated. Vanadium oxides were synthesized by a simple sol-gel process and investigated the xerogel V2O5 and V2O5 xerogel composite with carbon black and natural graphite. Addition of carbon to vanadium oxide during the synthesis improved electrochemical characteristics of the battery (initial coulumbic capacity and stability during cycling). The battery with V2O5 xerogel as anode material had an initial capacity of 40.4 mAhg-1, the addition of carbon black during the synthesis led to an increase initial capacity of 45%, but capacity fade after 50 cycles was almost unchanged (27% of initial capacity). Composite xerogel V2O5 with natural graphite showed a much better initial capacity, 64.6 mAhg-1 and a much smaller capacity fade during cycling, only 18% of the initial value after 50 cycles of charging and discharging. This indicates a direction for further research to improve the characteristics of aqueous lithium-ion batteries.

[094]

energija

(10 %) vodonik peroksidu tako da je dobijen rastvor koncentracije 0.06 M. U slučaju sinteze kompozitnog kserogela V2O5 u 0.06 M rastvora V2O5 u H2O2 je dodat nanostrukturni ugljenik „vulkan” (kao i prirodni grafi t) tako da je odnos mase „vulkana” (kao i grafi ta) i vanadijum pentoksida 1:10. I rastvor V2O5 u H2O2 bez dodatka i rastvori sa dodatkom ugljeničnih materijala je lagano mešan na magnetnoj mešalici 24h bez zagrevanja. Rastvori su zatim stajali na vazduhu sve dok rastvarač nije ispario. Dobijeni kserogelovi su dodatno termički tretirani jedan sat na temperaturi od 200 oC. Katodni materijali LiMn2O4 je sintetisan glicin-nitratnim postupkom koji je u okviru naše grupe korišćen za sintezu raznih supstituisanih spinela tipa Li1-xCryMn2-x-yO4 [10,12].

2.2. Karakterizacija materijalaRendgenska difrakcija je korišćena za indentifi kaciju sintetisanih uzoraka. Snimanje praškastih uzoraka vršeno je na uređaju Bruker D8 Advance. Merenja su rađena u opsegu od 10-70o 2θ korakom od 0.05 o i ekspozicijom od 2 s, a korišćeno je CuKα1,2 zračenje (λ1,2=1.5418 Å). Morfologija čestica sintetisanih prahova je utvrđena na osnovu skenirajuće elektronske mikroskopije (SEM) koja je rađena na uređaju JEOL JSM-6460 LV.Sva galvanostatska merenja su urađena na višekanalnom automatskom ciklatoru Arbin-u BT-2042 u dvoelektrodnoj ćeliji. Kao katodni materijal korišćen je LiMn2O4 dok je kao anodni materijal korišćen materijal na bazi vanadijum oksida. Punjenje i pražnjenje je rađeno u intervalu od 0.01 do 1 V, a struja koja je korišćena je 50 mAg-1 u odnosu na masu anodnog materijala. Radna elektroda (anoda i katoda) je napravljena mešanjem aktivnog

materijala, veziva i provodnika u masenom odnosu 85:10:5. Dobijena pasta je radi bolje homogenizacije izložena ultrazvuku u ultrazvučnom kupatilu oko 60 min. Pasta se nanosi na elektrode od nerđajućeg čelika (~6.2 cm2) koje se nakon sušenja na vazduhu na 80 oC dodatno suše pod vakuumom na 130 oC najmanje četiri sata. Kao elektrolit u galvanostatskim eksperimentima korišćen je zasićeni vodeni rastvor LiNO3 koji je nanet na fi lter papir i koji ima ulogu i separatora.

3. Rezultati i diskusijaNa Slici 1 su prikazani difraktogrami kserogelova V2O5, V2O5/C i V2O5/grafi t nakog odgrevanja na 200oC. Amorfna struktura smeše oksida vanadijuma je uočena i u slućaju kompozitnog kserogela sa „vulkanom“ i prirodnim grafi tom kao i u slučaju kada ugljenični materijal nije dodat tokom sinteze. Sličan difraktogram je dobijen i u literaturi metodom „gašenja“ [15]. U slučaju kompozita kserogela V2O5 pikovi su nešto oštriji i izraženiji što može ukazivati na to da su ti uzorci nešto više iskristalisali u odnosu na kserogel V2O5 što može uticati i na njihovo elektrohemijsko ponašanje.

Na Slici 2 su prikazane SEM slike sintetisanih kserogelova V2O5. U slučaju kserogela V2O5 čestice su u obliku ljuspica koje su međusobno slepljene i na taj način formiraju aglomerate neujednačenih veličina. Slična morfologija se može uočiti i u slučaju kristalnog V2O5 [16] kada su aglomerati mnogo većih dimenzija, u proseku oko 40 μm [17]. Usled smanjenja aktivne površine što je posledica formiranja aglomerata [18], interkalacija/deinterkalacija jona litijuma u ovaj materijal može biti otežana. U cilju dobijanja čestica manjih dimenzija, što bi uticalo na poboljšanje elektrohemijskih karakteristika kserogela V2O5, tokom sinteze je dodat nanstrukturni ugljenik „vulkan“ kao i prirodni grafi t. Inače, čestice „vulkana“ su u proseku veličine oko 100 nm i slepljuju se dajući aglomerate prosečne veličine oko 9 μm. Iz tog razloga na Slici 2b se mogu uočiti nešto veći aglomerati. Slično je uočeno i kada se tokom sinteze doda acetilen crno (AC). Čestice kompozita su nešto većih dimenzija od čestica AC kao posledica prekrivanja njegove površine tankim slojem V2O5 dok je morfologija kompozita slična morfologiji AC [19,20]. Aglomerati se javljaju i u slučaju kompozita sa pirodnim grafi tom, Slika 2c, ali se u ovom slučaju može jasno videti da su ti aglomerati sastavljeni od manjih čestica i u ovom slučaju aktivna površina materijala je najveća Na osnovu morfologije može se pretpostaviti da će jon litijuma najlakše interkalirati/deinterkalirati u kompozitni materijal sa grafi tom. Promena kapaciteta pražnjenja u zavisnosti od broja ciklusa punjenja/pražnjenja za kserogel V2O5, kompozit V2O5/C i V2O5/grafi t je prikazana na Slici 3. Početni kapacitet pražnjenja za kserogel V2O5 je 40.4 mAhg-1

i pad kapaciteta je kontinualan tokom prvih 30 ciklusa kada kapacitet opadne na 30.9

Slika 1 Difraktogrami kserogelova: a) V2O5, b) V2O5/C i c) V2O5/grafi t odgrejanih na 200oC

Slika 2 SEM slike kserogelova: a) V2O5, b) V2O5/C i c) V2O5/grafi t odgrejanih na 200oC.

[095]

energija

mAhg-1 tj. opadne 23 %. Međutim, pad kapaciteta tokom narednih 20 ciklusa je samo 4 %. Do povećanja početnog kapaciteta od čak 45.6 % dolazi ako se tokom sinteze doda „vulkan“. Nakon 50 ciklusa pad kapaciteta je isti, ali trend opadanja kapaciteta se malo razlikuje. U ovom slučaju najveći deo kapaciteta, od čak 13 %, materijal izgubi tokom prvih 10 ciklusa, a zatim dolazi do postepenog opadanja kapaciteta. Najveći početni kapacitet od čak 64.6 mAhg-1 je u slučaju kompozita sa prirodnim grafi tom. U ovom slučaju je i pad kapaciteta najmanji, nakon 50 ciklusa punjenja i pražnjenja pad kapaciteta je oko 18 %. Trend pada kapaciteta je nešto drugačiji, naime tokom prvih 20 cilusa kapacitet padne za samo 7%. U slučaju kristalnog V2O5 početni kapacitet je oko 40 mAhg-1 i nakon 40 ciklusa padne na samo 8 % početne vrednosti ako je kao elektrolit korišćen vodeni rastvor LiNO3 [4]. Kulonska efi kasnost cikliranih materijala može se izračunati na osnovu odnosa kapaciteta pražnjenja i punjenja. Promena efi kasnosti sa brojem ciklusa je prikazana na Slici 3. Za sve ispitivane materijale efi kasnost je bila oko 97%. Kristalni V2O5 je pokazao efi kasnost od samo 87 % [4].Na osnovu rezultata ovog rada može se zaključiti da kserogel oksida vanadijuma svakako predstavlja potencijalni anodni materijal u vodenim litijum jonskim baterijma, a dodatkom ugljeničnih materijala tokom sinteze dolazi do

značajnog poboljšanja njegovih elektrohemijskih karakteristika (početnog kapaciteta i smanjenja pada kapaciteta tokom cikliranja). Interval cikliranja je od 0.01 do 1 V, a brzina cikliranja je 50 mAg-1.

4. ZaključakKserogel i kompozitni kserogel V2O5 je sintetisan jednostavnim sol-gel postupkom rastvaranjem kristalnog V2O5 u razblaženom rastvoru vodonik peroksida. Kompozitni materijali su sintetisani uz dodatak „vulkana“ i prirodnog grafi ta. Kompozit sa grafi tom je pokazao značajno poboljšanje elektrohemijskih karakteristika (povećanje početnog kapaciteta i smanjenje pada kapaciteta) tokom cikliranja u odnosu na kserogel V2O5. Početni kapacitet je bio čak 64.6 mAhg-1, a pad kapaciteta nakon 50 ciklusa samo 18 %. Ovo ukazuje na pravce daljih istraživanja u smislu poboljšanja karakteristika vodenih litijum-jonskih baterija.

ZahvalnicaOvaj rad je fi nansiran od strane Ministarstva nauke i tehnološkog razvoja Republike Srbije u okviru projekta broj III 45014 kao i Srpske akademije nauke i umetnosti kroz projekat “Elektrokataliza u savremenim procesima konverzije energije”.

Reference[1] W. Li, J.R. Dahn, J.

Electrochem. Soc. 142 (1995) 1742

[2] W. Li, J.R. Dahn, D.S. Wainwright, Science 264 (1994) 1115

[3] I. Stojković, N. Cvjetićanin, I. Pašti, M. Mitrić, S. Mentus, Electrochem. Commun. 11 (2009) 1512

[4] H. Wang, Y. Zeng, K. Huang, S. Liu, L. Chen, Electrochim. Acta 52 (2007) 5102

[5] J. Kohler, H. Makihara, H. Uegaito, H. Inoue, M. Toki, Electrochim. Acta 46 (2000) 59

[6] G.J. Wang, H.P. Zhang, L.J. Fu, B. Wang, Y.P. Wu, Electrochem. Commun. 9 (2007) 1873

[7] G.J.Wang, N.H. Zhao, L.C. Yang, Y.P. Wu, H.Q. Wu, R. Holze, Electrochim. Acta 52 (2007) 4911

[8] A. Caballero, J. Morales, O. A. Vargas, J.Power Sources 195 (2010) 4318

[9] C. Cheng, Z.H. Li, X.Y. Zhan, Q.Z. Xiao, G.T. Lei, X.D. Zhou, Electrochim. Acta 55 (2010) 4627

[10] N.Cvjetićanin, I. Stojković, M. Mitrić, S. Mentus, J.Power Sources 174 (2007) 1117

[11] L. Tian, A. Yuan, L. Tian, A. Yuan, J. Power Sources 192 (2009) 693

[12] I.B. Stojkovic , N.D. Cvjeticanin, S.V. Mentus, Electrochem. Commun. 12 (2010) 371

[13] V. Petkov, P.N. Trikalitis, E.S. Bozin, S.J.L. Billinge,T. Vogt, M.G. Kanatzidis, J. Am. Chem. Soc, 124 (2002) 10157

[14] J. Kawakita, Y. Katayama, T. Muri a, T. Kishi, Solid State Ionics,

107 (1998) 145[15] L.M. Chen, Q.Y. Lai, Y.J. Hao,

Y.Zhaoa, X.Y. Ji, J. Alloys Compd., 467 (2009) 465

[16] Y. Wei, C.W. Ryub, K.B. Kimb, J. Alloys Compound. 459 (2008) L13

[17] L. Yu, X. Zhang, J. Colloid Interface Sci. 278 (2004) 160

[18] P. Kalyani, N. Kalaiselvi, N. Muniyandi, Materials Chem. Phys., 77 (2002) 662

[19] T. Kudo, Y. Ikeda, T. Watanabe, M. Hibino, M. Miyayama, H. Abe, K. Kajita, Solid State Ionics, 152-153 (2002) 833

[20] D. Imamura, M. Miyayama, M. Hibino, T. Kudo, J. Electroch. Soc., 150 (2003) A753

Slika 2 Zavisnost kapaciteta pražnjenja (puni simboli) i efi kasnosti (prazni simbo-li) od broja ciklusa punjenja/pražnjenja: kserogela V2O5 (■), V2O5/C (●) i V2O5/grafi t (▲).

[096]

energija

Mr Martin Ćalasan, Prof. dr Milutin OstojićElektrotehnički fakultet Podgorica

UDC: 621.311.21 : 621.313.5.004

Simulacija izbacivanja blok prekidača generatora u HE “Perućica”

1. UvodSavremeni uređaji u domaćinstvima, industriji, telekomunikacijama, a i u vojsci, zahtijevaju neprekidno napajanje električnom energijom, sa strogim zahtjevima po pitanju njenog kvaliteta. Svi ti električni potrošači su brojni i različiti prijemnici, čije se potrebe za električnom energijom mijenjaju iz trenutka u trenutak. Samim tim mijenjaju se i tokovi snaga kroz dalekovode, i uopšte, tokovi snaga u samom elektroenergetskom sistemu (EES). Svaki EES ima više visokonaponskih mreža, sa različitim nominalnim naponima, a koje su povezane energetskim transformatorima. Međutim, naponi nijesu isti ni u svim tačkama jedne mreže, jer postoje padovi napona izazvani tokovima snaga kroz impedanse same mreže. Padove napona u mreži prvenstveno izaziva njena reaktansa, pa otuda postoji jaka veza između regulacije napona i regulacije reaktivne snage. Glavni izvori reaktivne energije u EES su sinhroni generatori [1]. Zbog toga je ogroman značaj automatskih regulatora napona i, uopšte, pobudnih sistema sinhronih generatora, u regulaciji napona, jer pobudni sistemi predstavljaju izvor struje pobude koja služi da se održava napon na krajevima mašine konstantnim. Od kvaliteta, pouzdanosti i brzine reagovanja automatskih regulatora napona zavisi sama stabilnost sistema, sigurnost napajanja i kvalitet energije. Regulacija pobude u normalnim radnim uslovima ima zadatak da održava napon i reaktivnu snagu na željenim vrijednostima i da realizuje raspodjelu reaktivnog

opterećenja između sinhronih generatora koji rade paralelno u EES. U poremećenim režimima rada, funkcija regulatora pobude jeste da vrši održavanje stabilnosti, odnosno da povećava sigurnost rada generatora.Pobudni sistem uključuje mašine i aparate potrebne za proizvodnju struje pobude (pobudnica), uređaje za regulaciju pobude (regulator pobude) i elemente ručnog upravljanja,

mjerenja, zaštite i automatike. U zavisnosti od toga na koji način se obezbjeđuje jednosmjerna pobudna struja sinhronih mašina, razlikuju se tri tipa pobudnih sistema [2]:

Jednosmjerni (DC) sistemi Nezavisni naizmjenični (AC) sistemi pobude Statički naizmjenični (ST) sistemi pobude

SažetakU ovom radu je prikazana simulacija izbacanja blok prekidača sinhronih generatora u HE “Perućica”. U tu svrhu je u programskom paketu Matlab-Simulink razvijen model jednog generatora iz ove elektrane sa blok transformatorom i dalekovodom do Podgorice. Takođe, razvijen je i model njegovog pobudnog sistema. Nakon objašnjenja značaja proučavanja izbacanja blok prekidača, pažnja je posvećena poređenju odziva koji se dobijaju simulacijom izbacanja blok prekidača pri različitim vrijednostima opterećenja, upotrebom realizovanog modela, sa odzivima koji su dobijeni mjerenjem prilikom ugradnje i podešavanja ovoga pobudnog sistema u HE “Perućica”. Dobijeno je dobro poklapanje simuliranih i izmjerenih vrijednosti.Ključne riječi: Statički pobudni sistem – Simulink model – Izbacanje blok prekidača

SIMULATION THE TRIP OF GENERATOR CIRCUIT BREAKER IN HPP “PERUĆICA”This paper presents simulation trip of circuit breaker of synchronous generator at HPP Perućica. For this purpose, the Simulink model of a generator at HPP “Perućica“, including block transformer and transmission lines to Podgorica, was developed. Also, for this purpose, the model of the excitation system of synchronous generator at HPP “Perućica” was realized. After the advantages explanation of analyzes trip of the generator circuit breaker, comparison of the responses obtained using this model and the measured responses obtained during installation and adjustment of this excitation system, was realized. Very good agreement of computed and measured results was obtained.Key words: Static Excitation system – Simulink model – Trip of circuit breaker

[097]

energija

Kod jednosmjernih (DC) sistema pobude, kao izvor struje pobude sinhronog generatora koriste se generatori za jednosmjernu struju. Kod nezavisnih naizmjeničnih (AC) sistema pobude, pobudna struja se dobija korišćenjem pobudnog sinhronog generatora i ispravljača. Ispravljači mogu biti nekontrolisani (upotrebom dioda) ili kontrolisani (upotrebom tiristora). Statički naizmjenični sistemi pobude uzimaju energiju za pobudu sa krajeva samog generatora kojeg pobuđuju. Osim transformatora, koji može biti ili obični energetski ili kompaudni (sekundarni napon takvog transformatora zavisi ne samo od primarnog napona već i od primarne struje) u ovom slučaju koriste se i ispravljači, kako kontrolisani tako i nekontrolisani. Inače, u [2-4] predstavljeni su IEEE standardi koji važe za pobudne sistemeU HE „Perućica“, u toku modernizacije, na prva četiri generatora, ugrađen je novi statički pobudni sistem, tiristorskog tipa,

proizvod fi rme VOITH Siemens [5-6]. Ovaj pobudni sistem, nazvan Thyricon, danas predstavlja jedan od najmodernijih pobudnih sistema i ugrađen je u elektranama širom svijeta. U EES Crne Gore, on je ugrađen i na generatorima u HE „Piva“. U literaturi postoji veliki broj radova koji se bave pobudnim sistemima i analizom njihovog rada. U [7-8] prikazano je ispitivanje dejstva step smetnje na referentnu vrijednost napona generatora sa pobudnim sistemom Thyricon. Simulacija rada njegovog limitera pobudne struje prikazana je u [9], a limitera podpobude u [10]. Značaj automatske regulacije napona prikazan je u [11-13]. Standardi vezani za limitere pobudnih sistema prikazani su u [14], dok su njihovi modeli i karakteristike prikazane u [15-18]. Specifi čnosti pojedinih limitera predstavljene su u [19-23]. U [24-26] prikazana je upotreba određenih simulacionih paketa u modelovanju djelova EES.

Zadatak ovog rada jeste da se ispita dejstvo pobudnog sistema sa stanovišta izbacanja blok prekidača, za generator u HE „Perućica“. Tačnije, zadatak je da se izvrši simulacija izbacanja blok prekidača generatora i da se izvrši poređenje simuliranih odziva sa odzivima koje je dobio VOITH Siemens, mjerenjem prilikom ugradnje ovoga pobudnog sistema u HE „Perućica“. Da bi se to ostvarilo, potrebno je napraviti model jednog generatora u HE „Perućica“1

(sa stvarnim pobudnim sistemom), zajedno sa blok transformatorom i određenim dalekovodom.

2. Statički pobudni sistem Thyricon

Statički pobudni sistem sinhronih generatora u HE “Perućica”, nazvan Thyricon, spada među najmodernije pobudne sisteme sinhronih generatora. Pobudni sistem Thyricon je podijeljen na dva dijela - komandni i energetski, a njegove glavne komponente su prikazane na slici 2.1 [5-6].Komandni dio čine elektronski moduli, kao što su: programabilni logički kontroleri (PLC), interfejs čovjek-mašina (operacioni panel), komandne table, pretvarači (konvertori), releji, komunikacioni paneli i slično. Thyricon koristi standardni konvertor Siemens AG (Simoreg 6RA70), koji radi na principu integrisanog komandnog sistema (komanda se vrši u tablama T400, CUD1 i CUD2, koje su smještene u konvertorskoj jedinici).U energetski dio spadaju kola i komponente koje su robusnije od komandnog dijela. Tu spadaju: mostovi ispravljača, kola za detekciju prenapona, kolo fi eld fl ashing (kolo za obezbjeđivanje početne energije), kolo za pražnjenje i za zaštitu od prenapona i slično.

3. Upravljački modovi Thyricon-a

Thyricon je dizajniran tako da nudi kompletan set automatske i ručne regulacije napona sinhrone mašine. Slika 3.1 prikazuje podjelu upravljačkih modova.Svrha automatskih modova jeste automatsko regulisanje napona generatora, reaktivne snage i

1 Generator: Un=10,5 kV, Sn=40MVA, In=2200A, cosφ=0.95, fn=50Hz, n=375ob/min, Ufn=180V, Ifn=550A

Slika 2.1. Blok dijagram statičkog pobudnog sistema sinhronih generatora u HE Perućica

Slika 3.1 Opšta podjela upravljačkih modova Thyricon-a

[098]

energija

faktora snage generatora. Regulator reaktivne snage i faktora snage koristi AVR kao podređenu strukturu, mijenjajući podešenu vrijednost napona radi dobijanja željene vrijednosti reaktivne snage ili samog faktora snage.Kod ručnog moda Thyricon-a vrši se ručna kontrola izlaznog napona generatora, na taj način što se djeluje na struju pobude. Podešavajući pobudnu struju, vrši se indirektna kontrola izlaznog napona. Ručni mod regulatora napona radi kao podrška automatskom modu, a najčešće se upotrebljava kod ispitivanja u praznom hodu i u kratkom spoju generatora. Postoji FCR – regulator struje pobude i EFCR – pomoćni regulator struje pobude.Slika 3.2a) predstavlja automatski regulator napona Thyricon-a. Referentna vrijednost napona generatora može biti podešena na vrijednost između 90% i 110% nominalnog napona, a inače

podešava se ili lokalno, sa HMI (Human Machine Interface – operacioni panel), ili daljinskim putem ili iz komandne prostorije. Thyricon ima brojne limitere koji imaju zadatak da spriječe nedozvoljena radna stanja mašine. Tačnije, kod Thyricon-a postoje: FOC (Field OverCurrent limiter - limiter struje pobude), GOC (Generator OverCurrent limiter - limiter struje generatora), UExc (Under Excitation limiter - limiter potpobude), VHz (Volt Hertz limiter - limiter fl uksa u mašini), AVRdroop_a (kompenzator reaktivne i aktivne snage). Uticaj svih ovih limitera se dodaje razlici referentne i stvarne vrijednosti napona generatora, neposredno prije AVR regulatora. Na isto mjesto se dodaje i uticaj stabilizatora EES-a (Power System Stabilizer - PSS). Izlaz iz AVR regulatora limitira se pomoću FCL (Fast Current Limiter - brzih limitera struje pobude). Obrađeni signal se uvodi dalje u tiristorski most, na

čijem izlazu se dobija napon pobude Vf. Blok dijagram FOC regulatora Thyricon-a ima značajno prostiju strukturu od AVR-a (slika 3.2b). Kod njega se razlika podešene i stvarne vrijednosti struje pobude uvodi u FOC regulator, čiji izlaz se limitira sa brzim limiterima struje pobude. Na izlazu ovih limitera dobija se napon pobude.

4. Simulink model Thyricon-a

Na slici 4.1 prikazan je realizovani Simulink model Thyricon-a. Pobudni sistem Thyricon spada u multivarijabilne pobudne sisteme jer uzima veliki broj podataka da bi se regulisao pobudni napon. Ulazi u ovaj pobudni sistem su: setpoint napona (podešena vrijednost napona), stvarna vrijednost napona, struja generatora, reaktivna komponenta struje generatora, pobudna struja, aktivna snaga, reaktivna snaga i frekvencija.Sa iste slike se vidi da su u posebnim blokovima realizovani limiteri, zatim stabilizator EES-a i kompenzator reaktivne i aktivne snage, čiji su ulazi svi predhodno nabrojani podaci. Izlazi iz ovih blokova se uvode u blok AVR - automatski regulator napona, na čijem izlazu se dobija signal za paljenje tiristora u ispravljačkom mostu. Na ovoj slici, u bloku AVR nalazi se i blok za konverziju signala za paljenje tiristora u napon pobude. Da bi se mogla ispitati dinamika ovakvog pobudnog sistema, potrebno ga je implementirati u neki dio elektroenergetskog sistema. U tu svrhu je realizovan model jednog generatora od 40 MVA u HE „Perućica“, sa blok-transformatorom i dalekovodom 110kV do Podgorice.

5. Simulink model jednog generatora od 40 MVA iz HE „Perućica“ sa blok-transformatorom i dalekovodom do Podgorice

HE „Perućica“ ima sedam sinhronih generatora. U [5] navedeni su pobudni sistemi sinhronih generatora koji postoje u HE „Perućica“ i njihove odlike. Na slici 5.1 prikazan je jedan generator od 40MVA, sa dalekovodom 110kV do TS Podgorica 1. Na ovoj slici Generatorski blok čine generator,

Slika 3.2 Blok dijagram AVR i FOC regulatora Thyricon-a

Slika 4.1. Simulacioni model statičkog pobudnog sistema sinhronih generatora u HE „Perućica“

[099]

energija

blok prekidač, sopstvena potrošnja elektrane, transformator, pobudni sistem, turbinski regulator i blokovi za mjerenja. Za regulaciju protoka fl uida iskorišćen je turbinski regulator koji postoji u biblioteci SimPowerSystem u Simulinku, dok

pobudni sistem odgovara stvarnom statičkom pobudnom sistemu Thyricon, čiji je model prikazan na slici 4.1. Blok Mjerenja obavlja upravo istoimenu funkciju, dok Blok Upravljanje služi za podešavanje iznosa aktivne snage koju generator daje mreži.

6. Simulacija izbacanja blok prekidača generatora u HE „Perućica“

Kada je generator sinhronizovan sa mrežom, struja armature formira svoje polje, pa tada osim polja

Slika 5.1 Simulink model jednog generatora u HE „Perućica“

Slika 6.1. Odzivi karakterističnih veličina prilikom izbacanja blok prekidača, ri 11MW i 19MVAr, koje je dobio VOITH Siemens mjerenjem u HE „Perućica“2

Slika 6.2. Odzivi karakterističnih veličina prilikom izbaca-nja blok prekidača, pri 11MW i 19MVAr, dobijeni simulacijom

Slika 6.3. Odzivi karakterističnih veličina prilikom izbacanja blok prekidača, pri 10MW i 22MVAr, koje je dobio VOITH Siemens mjerenjem u HE „Perućica“

Slika 6.4. Odzivi karakterističnih veličina prilikom izbaca-nja blok prekidača,pri 10MW i 22MVAr, dobijeni simulacijom

2SKALA predstavlja razmjeru „y“ ose za odzive prikazane na slikama 6.1 - 6.6. Skala za aktivnu snagu sa slike 6.1 je od 0% do 400% nominalne snage generatora. To znači da na grafi ku 6.1 vrijednosti 60% odgovara 0% nominalne snage, a vrijednosti 140% odgovara vrijednost 400% nominalne snage generatora (u ovom slučaju aktivna snaga u ustaljenom stanju je oko 25% Pn ).

pobude postoji i ovo polje. Ta dva polja se okreću istom brzinom i stvaraju zajedničko polje u mašini. Međutim, prisustvo polja armature izaziva promjenu polja koje formira pobudni namotaj. U teoriji sinhronih mašina magnetsko djelovanje

[100]

energija

armature na pobudno polje naziva se reakcija armature [1].Najčešći slučaj opterećenja u mreži je induktivno-omsko opterećenje. Reakcija armature pri čisto omskom opterećenju djeluje poprečno u odnosu na polje pobude, odnosno vrši deformaciju polja pobude. Sa druge strane, reakcija armature pri induktivnom opterećenju je demagnetišuća, i direktna, pa je ukupni fl uks u mašini pri čisto induktivnom opterećenju manji nego u praznom hodu mašine. Saglasno ovome, ako je opterećenje induktivno-omsko, tada je reakcija armature poprečna i demagnetišuća. Sa porastom opterećenja, napon na krajevima mašine opada i zbog toga se djeluje na povećanje pobude,

da bi se napon održavao na konstantnoj vrijednosti. Ako bi pri tako opterećenoj mašini došlo do ispada nekog od dalekovoda koje generator napaja (ili ako dođe do izbacanja

blok prekidača), u mašini bi nastao višak fl uksa pobude, jer je pobuda forsirana da poništava reakciju armature. Veliki pobudni fl uks bi izazivao naglo povećanje napona na krajevima generatora. Zbog toga je potrebno da postoji takav pobudni sistem čiji će automatski regulator napona odmah reagovati i spriječiti povećanje napona. Tačnije, potrebno je da regulator napona naglo izvrši smanjenje napona pobude, a samim tim i struju pobude da bi se napon na krajevima generatora smanjio.Na slikama 6.1-6.6 prikazani su odzivi koji se dobijaju simulacijom izbacanja blok prekidača generatora u HE „Perućici“, kao i njima odgovarajući odzivi koje je dobio VOITH Siemens mjerenjem u HE „Perućica“ prilikom instalacije ovog

statičkog pobudnog sistema. Sa slika se jasno vidi da je pri većoj početnoj vrijednosti reaktivne snage (a samim tim i pri većoj vrijednosti pobudne struje i napona), skok napona veći, jer je pobuda bila više opterećena. Na slikama 6.3-6.6 prikazana je situacija kada je, nakon izbacanja blok prekidača, regulatoru data naredba da podesi vrijednost napona na nominalnu vrijednost (generator nastavlja da radi u praznom hodu). Skale za tumačenje „y“ ose prikazanih grafi ka prikazane su u Tabelama I, II i III.Posmatrajući prikazane odzive uočava se dobro poklapanje simuliranih i stvarnih odziva, što potvrđuje tačnost realizovanih modela i logiku rada pobudnog sistema na dejstvo poremećaja.

6. ZaključakU ovom radu je prikazana simulacija izbacanja blok prekidača generatora u HE „Perućica“. S’tim u vezi, upotrebom programskog paketa Matlab-Simulink, realizovan je model jednog generatora u HE „Perućica“ sa blok prekidačem, blok-transformatorom i dalekovodom do Podgorice. Isto tako, prikazan je i

Slika 6.5. Odzivi karakterističnih veličina prilikom izbacanja blok prekidača, pri 10MW i 10MVAr, koje je dobio VOITH Siemens mjerenjem u HE „Perućica“

Slika 6.6. Odzivi karakterističnih veličina prilikom izbaca-nja blok prekidača, pri 10MW i 10MVAr, dobijeni simulacijom

Tabela I: Skala “y” ose odziva sa slika 6.1 i 6.2 Tabela II: Skala “y” ose odziva sa slika 6.3 i 6.4

Tabela III: Skala “y” ose odziva sa slika 6.5 i 6.6

[101]

energija

realizovani model pobudnog sistema ovoga generatora.Analizom dobijenih odziva u simulaciji i odziva koje je dobio Voith Siemens mjerenjem u HE „Perućica“, uočava se dobro poklapanje rezultata, kako po vrijednostima karakterističnih veličina, tako i po brzini njihove promjene. Isto tako, potvrđuje se i jasna teorija koja važi za rad pobudnih sistema u uslovima ispada blok prekidača, pri različitim vrijednostima reaktivnog opterećenja. Zbog toga, realizovani Simulink model jednog generatora u HE „Perućica“ sa blok prekidačem, blok-transformatorom i dalekovodom, kao i model pobudnog sistema Thyricon može biti iskorišćen za ispitivanja i drugih poremećaja u mreži.

Literatura[1] M. Ostojić: Sinhrone Mašine,

UNIREKS-Nikšić, 1994 godine[2] M. Ćalović: Regulacija

elektroenergetskih sistema, Tom 2, ETF Beograd, 1997.

[3] IEEE Recommended Practice for Excitation System Models for Power System Stability Studies, IEEE Std 421.5-1992, IEEE, New-York, NY, USA, 1992.

[4] Excitation system models for power system stability studies, IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, Vol. PAS-100, No. 2, February 1981

[5] M. Ćalasan, R. Vukotić: Pobudni sistemi sinhronih generatora koji su u funkciji u HE Perućica, CG KO CIGRE, Miločer, oktobar 2009.

[6] Tehnička dokumentacija statičkog pobudnog sistema sinhronih generatora u HE ”Perućica”

[7] M. Ćalasan, M. Ostojić: Ispitivanje dejstva step smetnje na referentnu vrijednost napona generatora sa pobudnim sistemom Thyricon, ETF Journal of Electrical Engineering, Podgorica, Novembar 2009.

[8] M. Ćalasan, M. Ostojić: GUI model za ispitivanje dejstva step smetnje na referentnu vrijednost napona generatora, Žabljak, Informacione tehnologije, februar 2010.

[9] M. Ćalasan, M. Ostojić: Ispitivanje limitera pobudne struje statičkog pobudnog sistema sinhronih generatora u HE Perućica, Međunarodno savetovanje ENERGETIKA 2010, Zlatibor, mart 2010.

[10] M. Ćalasan, M. Ostojić: Simulacija rada limitera podpobude statičkog pobudnog sistema sinhronih generatora u HE „Perućica“, ETRAN, Donji Milanovac, jun 2010.

[11] D. Arnautović, Z. Ćirić, I. Stevanović, Ð. Stojić: Regulacija pobude sinhronih generatora: iskustva i razvoj, JUKO-CIGRE, Vrnjačka Banja, oktobar 2007.

[12] D. Arnautović, Z. Ćirić, I. Stevanović, Ð. Stojić: Rekonstrukcija sistema regulacije pobude turboagregata A5 u TE “Nikola Tesla”, Obrenovac, Zlatibor, jun 2005.

[13] D. Arnautović: Automatska regulacija elektroenergetskih sistema, Institut Nikola Tesla, 2007.

[14] Recommended Models for Overexcitation Limiting Devices, IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol. 10, No. 4, December 1995.

[15] C. R. Mummert, „Excitation System Limiter Models for use in System Stability Studies”, IEEE Cutler Hammer Division of Eaton Corp. Arden, USA

[16] G. K. Girgis, H. D. Vu: Verifi cation of limiter performance in modern excitation control systems, IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol. 10, No. 3, September 1995.

[17] M. L. Orozco, H. Vásquez: Dynamic Performance of an Excitation System Built in a Digital Way, Universidad del Valle, Colombia

[18] G. Roger Bérubé, Les M. Hajagos, R. E. Beaulieu: A Utility Perspective on Under-Excitation Limiters, IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol. 10, No. 3, September, 1995.

[19] H. J. Herrmann, D. Gao: Underexcitation Protection based on Admittance Measurement, Siemens Power Automation, Nuremberg, Germany

[20] S. Patterson: Overexcitation Limiter Modeling for Power System Studies, Denver, USA

[21] T. V. Cutsem, C. Vouras: Voltage Stability of Electric Power Systems, Hardcover Edition, Springer Science 1998.

[22] M. Shimomura, Y. Xia, J. Paserba: A New Advanced Over Excitation Limiter for Enhancing the Voltage Stability of Power Systems, Mitsubishi Electric Power Products, Inc. Warrendale, Pennsylvania, USA

[23] G. Erceg, N. Tonković, R. Erceg: Excitation Limiters for Small Synchronous Generators, Automatika 42(2001) 1-2, 63-69, 2001.

[24] K. Schoder, A. Hasanović, A. Feliachi, A. Hasanović: PAT - A Power Analysis Toolbox for MATLAB/Simulink, IEEE Transactions on Power Systems, Vol. 18, no. 1, february 2003.

[25] H. Weber, F. Prillwitz: Simulation models of the hydro power plants in Macedonia and Yugoslavia, IEEE Conference Bologna Power Technology, Bologna – Italy, june 2003.

[26] A. N. Abd Alla: Simulation Model of Brushless Excitation System, American Journal of Applied Sciences, pp. 1079-1083, 2007.

[102]

energija

Biljana Ćurčić, dipl.inžinjerJP SRBIJAGAS, Beograd, Srbija

UDC: 662.76 : 339.5

Gasna kriza kao upozorenje i mere za povećanje digurnosti snabdevanja

I UvodU energetskom pogledu, januar 2009.godine, ostaće zapamćen pre svega pо gasnoj krizi koja se desila i koja

SažetakPoslednja gasna kriza koja se desila početkom 2009.godine, posebno je pogodila zemlje jugoistočne Evrope. Srbiji, jugoistočnoj Evropi kao i najvećem delu evropskog tržišta, čije se snabdevanje ruskim gasom odvija uglavnom preko teritorije Ukraine, bio je prekinut transport gasa na do tada nezapamćen način. Uzroci i način na koji se kriza desila, kao i mogućnost ponavljanja sličnih okolnosti nedvosmisleno su ukazale na potrebu da se države članice Energetske zajednice i njene gasne privrede organizuju na nacionalnom ali i na regionalnom nivou, kako u kratkoročnom tako i u dugoročnom pogledu, a u cilju postizanja sve bolje sigurnosti snabdevanja tržišta. Članice Energetske zajednice će sledeći pravila defi nisana Ugovorom o osnivanju Energetske zajednice imati smernice Evropske komisije. Zahvaljujući takvom razvoju, aspekt sigurnosti snabdevanja tržišta kao strateški pristup blagovremenog stvaranja sistemskih uslova za sigurno obezbeđenje tržišta uopšte energijom pa i gasom, aktuelnim zbivanjima, dobija na sve većem značaju.Direktiva 2004/67/EC po prvi put je defi nisala pravni okvir u kome je aspekt sigurnosti snabdevanja tržišta bio za sve članice EU. Energetska zajednica jugoistočne Evrope prema Ugovoru osnivanja, koji je potpisan, ratifi kovan i stupio na snagu jula 2006 godine, će kroz prihvatanje pravnog okvira EU za energetiku usvojiti i započeti primenu nove Uredbe Evropskog Parlamenta i Saveta o merama zaštite sigurnosti snabdevanja gasom na osnovu koje prestaje da važi Direktiva 2004/67/EC.Ključne reči: uvozni gas, gasna kriza, sigurnost snabdevanja, direktiva

GAS CRISYS AS A WARNING AND MEASURES TO INCREASE SECURITY OF GAS SUPPLYThe gas crisis in early 2009 has threatened especially the countries of South-East Europe. Natural gas transmission to Serbia, South-East Europe and the most part of the European market supplied with the Russian gas through the territory of Ukraine, has been interrupted in a way not experienced before. The reasons for crisis and its modalities, as well as the possibility of the similar circumstances in the future, clearly point out the necessity for the member countries of the European Community and their gas industries to gather at the national but also regional level in order to achieve a better security of supply in both short and long term. The member countries of the EC are going to implement the requirements stipulated under the Treaty in line with the guidelines of the European Commission.Thanks to the latest developments, the aspect of security of market supply as a strategic approach towards creation of the systemic provisions for secure energy supply becomes an issue of great signifi cance.Directive 2004/67/EC stipulates, for the fi rst time, a legal framework including common supply security aspect for all the EU members. The Treaty on establishing Energy community of South-East Europe (signed, ratifi ed and effective since July 2006) defi nes adopting of the common framework in the energy sector, as a base for implementation of the new Regulation of the European Parliament and of the Council concerning measures to safeguard security of gas supply and repealing Directive 2004/67/EC.Keywords: import gas, gas crisis, security of supply, Directive

je tom prilikom, posebno pogodila zemlje jugoistočne Evrope (1). Snabdevanje prirodnim gasom iz Rusije, kako evropskog i tržišta

jugoistočne Evrope, tako i Srbije, odvija se uglavnom preko Ukraine, i bilo je prekinuto na do tada nezapamćen način. Prema podacima

[103]

energija

iz istraživanja UNECE Sustainable Energy Division urađenih decembra 2009.godine, čak 42% ukupnih potreba za prirodnim gasom evropsko tržište zadovoljava iz Ruske Federacije, a 80% od tih količina transportuje se preko gasovodne infrastrukture Ukraine (2). Potrebno je naglasiti, da i pored dominantnih resursa prirodnog gasa od ukupno 250 000 mlrd m3 od čega dokazane rezerve iznose 48 000 mlrd m3 ili 26% ukupnih svetskih rezervi gasa, zbog svetske fi nansijske krize i drugih nepovoljnih ekonomskih uticaja proizvodnja prirodnog gasa u Rusiji u 2009.godini pala je za 12,3% a izvoz gasa za 18,8% (3). U 2010 godini je registrovan ponovni rast proizvodnje prirodnog gasa na 650 mlrd m3, što znači da je približno dostignut nivo proizvodnje iz 2008.godine (4).Strateškim planovima Ruske Federacije, predviđeno je do 2020. godine otvaranje i eksploatacija novih gasnih polja, te povećanje ukupnih proizvodnih količina. Prema podacima IEA, u 2008 godini Ruska Federacija je sa proizvodnjom prirodnog gasa zauzimala prvo mesto na svetu sa proizvedenih 657 milijardi m3, dok je izvoz tada realizovan sa 187 milijardi m3 (5).Jednostrani prekid tranzita prirodnog gasa preko Ukraine, koji je usledio na početku 2009. godine desio se u vreme svetske fi nansijske krize i u periodu izuzetno hladne zime i niskih temperatura, koje su registrovane u dužem vremenskom periodu u većini evropskih zemalja.Nedostatak neisporučenih količina gasa u pojedinim zemljama prevazidjene su na različite načine i može se konstatovati, da zemlje sa razvijenim gasnim tržištom i mogućnostima snabdevanja iz više izvora i pravaca, nisu imale značajnijih problema u obezbeđenju svojih potreba za gasom. Najveće probleme imale su zemlje, koje su najvećim delom zavisne od uvoznog gasa, jednog izvora i puta snabdevanja i koje nisu razvile ostale mehanizme poboljšanja sigurnosti snabdevanja tržišta.

II Gasna kriza u SrbijiSrbija je jedna od zemalja koje su ovom krizom bile najviše pogodjene, te i sa ove vremenske distance ne smemo da zaboravimo kakve probleme i posledice je takva

situacija proizvela. Domaća proizvodnja gasa u Srbiji je na nivou od 8 do 10% bilansnih potreba zemlje i u 2009 godini iznosila je svega 193 miliona m3

gasa. Pored velike uvozne zavisnosti za obezbeđenje bilansnih potreba zemlje u oblasti gasa, postoje i drugi ograničavajući faktori, kao što je velika sezonska oscilacija potreba tržišta, postojeća infrastruktura sa jedinim putem za uvoz gasa iz Rusije preko Ukraine i Mađarske, kao i limitirani ugovorni kapaciteti za tranzit gasa kroz Mađarsku i dr.Kao rezultat takvih ograničenja, na ulazu u gasovodni sistem na primo-predajnoj stanici Horgoš, na raspolaganju je maksimalno 10 miliona m3 na dan.U zimskim uslovima kada vladaju niske temperature to je nedovoljno, odnosno trebalo bi raspolagati sa količinama i do 15 miliona m3 prirodnog gasa dnevno.Kada je zbog gasne krize nakon smanjivanja isporuka došlo i do potpune obustave dotoka uvoznog gasa, na raspolaganju su ostale samo količine iz domaće proizvodnje koje su u tom momentu iznosile 0,5 miliona m3 dnevno i isto toliko gasa se povlačilo iz podzemnog skladišta u Banatskom Dvoru. Ukupne količine od 1 milion m3 gasa na dnevnom nivou, bile su više nego nedovoljne. Prevazilaženje gasne krize se odvijalo u nekoliko pravaca. Kao prva mera, koja je preduzeta još prilikom početka krize odnosno od momenta kada je počelo smanjivanje transportovanih količina gasa iz Ukraine, bila je da se izvrši supstitucija gasa drugim oblicima energije, gde god je to bilo moguće. Supstitucija je pre svega vršena, mazutom i električnom energijom. Raspoložive zalihe mazuta nisu bile dovoljne, te je realizovan i naknadni uvoz iz Rafi nerije u Brodu, dok je elektroenergetski sistem u tom periodu bio prenapregnut i dostigao je svoj maksimum, kako u proizvodnom tako i u distributivnom pogledu. Deo termo-energetskih postrojenja odnosno jedanaest toplana, koje isključivo mogu da koriste prirodni gas i oko 50 000 domaćinstava su u momentu potpune obustave gasa, ostale bez mogućnosti za zamenu sa drugim energentom.Drugi važan momenat u prevazilaženju situacije, bio je da

su Vlada Republike Srbije i JP Srbijagas, ugovorili interventni uvoz gasa od EON-a i MOL-a. S obzirom, da je Srbija jedna od zemalja potpisnica Ugovora o osnivanju zajedničkog energetskog tržišta Jugoistočne Evrope, postojao je olakšavajući pravni okvir da zemlje članice EU mogu da pomognu u periodu krize, ugovaranjem isporuka odgovarajućih količina gasa (6).U kriznom periodu realizovan je interventni uvoz iz:• MOL -a (ukupno isporučena

količina gasa iznosila je 24 miliona m3 ) i

• EON-a (ukupno isporučena količina gasa iznosila je 29,3 miliona m3 ).

Urgentni uvoz gasa na dnevnom nivou iznosio je 4,7 miliona m3, dok je 0,5 miliona m3 povlačeno iz skladišta u Banatskom Dvoru i isto toliko iz domaće proizvodnje. Raspoloživo za tržište Srbije i BIH, bilo je ukupno 5,7 miliona m3 dnevno, što je u takvim vremenskim uslovima iznosilo približno 30% dnevnih potreba (7). Analizom realizacije Energetskog bilansa za 2009.godinu u oblasti gasa, konstatovano je da je kao posledica gasne krize, realizacija uvoza u 2009.godini u Srbiji bila na nivou od 1.758 miliona m3 gasa, što je za 33% manje u odnosu na prethodnu godinu.Sve vreme, tranzit gasa za BIH se odvijao normalno.

III Posledice krize i lekcija za budućnost

Posledice krize ogledale su se pre svega na planu neispunjenja obaveza iz domena delatnosti od javnog značaja odnosno ne zadovoljenja potreba privrede i građana u pogledu blagovremenog i neophodnog snabdevanja prirodnim gasom, a u skladu sa bilansnim potrebama.Posledice toga bile su brojne, kao na primer:• Zaustavljanje proizvodnih procesa

u mnogim preduzećima, te ekonomske i fi nansijske posledice

• Gubitak posla za veći broj radnika, pa samim tim ostajanje i bez zarade

• Veći broj građana se razboleo zbog nemogućnosti da mu se isporuči toplotna energija preko toplana koje su isključivo na gas ili nedostatka gasa za individualno grejanje u domaćinstvima

• Porast troškova lečenja građana i dr.[104]

energija

Nastale posledice bile su pre svega fi nansijsko-ekonomskog i socijalnog karaktera. Dakle, veći broj pravnih i fi zičkih lica bilo je ugroženo i oštećeno. Kao rezultat svega je percepcija aspekta sigurnosti snabdevanja tržišta koja se u značajnoj meri promenila od tog momenta, kako kod odgovornih za obezbeđenje bilansnih količina gasa, isto tako i kod potrošača.Takodje je sigurno, da se energetska politika pa i politika u oblasti gasa mora usmeravati sve više i sa aspekta potrebe da se povećava sigurnost snabdevanja tržišta gasom. Lekcija je naučena!Zajedničkim naporima, Vlada Republike Srbije i JP Srbijagas su nakon gasne krize, predvideli kratkoročne i dugoročne mere za povećanje sigurnosti snabdevanja tržišta gasom.Zahvaljujući preduzetim kratkoročnim merama za poboljšanje sigurnosti snabdevanja tržišta u aktuelnoj zimskoj sezoni smo imali:• Uvoz iz Rusije na nivou od 10

milion m3 gasa dnevno• Domaću proizvodnju od oko 1

miliona m3 gasa dnevno• Količine gasa iz podzemnog

skladišta Banatski Dvor od oko 1 milion m3 gasa dnevno

• Količine gasa iz skladišta gasa u Mađarskona nivou od 1 miliona m3 gasa dnevno u skladu sa Ugovorom između JP Srbijagas i EON

Na taj način, su zimske sezone 2009/2010 i 2010/2011 godine, bile obezbeđene sa količinama gasa neophodnih za potrebe tržišta gasa u Srbiji i tranzit gasa za BIH. Dugoročne mere predstavljaju strateške mere i zasnovane su na Strategiji razvoja energetike Republike Srbije do 2015 godine, kao i politike razvoja gasnog sektora (8). Prioriteti dugoročne politike predstavljaju:• Završetak izgradnje druge faze

podzemnog skladišta Banatski Dvor sa kapacitetom od 6 miliona m3 gasa dnevno

• Planiranje izgradnje novog podzemnog skladišta u Banatskom Itebeju

• Diversifi kacija izvora i puteva snabdevanja gasom

IV Direktiva saveta 2004/67/EC o merama za održavanje sigurnosti snabdevanja tržištaDirektiva 2004/67/EC o merama za održavanje sigurnosti snabdevanja prirodnim gasom predstavlja okvir kako pravni tako i sa aspekta uspostavljanja međusobnih relacija u EU, a u cilju ostvarivanja zajedničkih interesa u pogledu sigurnosti snabdevanja tržišta gasom. Donošenjem Direktive 2004/67/EC, tada je na nivou EU prepoznat značaj:• Važnosti gasa kao energenta• Potrebe konstantnog praćenja

kretanja na tržištu• Potrebe diversifi kacije izvora i

puteva snabdevanja• Kontinuiranog investiranja u gasnu

infrastrukturu• Podsticanja konkurencije• Razvoja solidarnosti u slučaju

većih kriza• Osnivanja Gasne koordinacione

grupe koja treba da koordinira mere za sigurnost snabdevanja na nivou EZ u slučaju značajnijeg prekida u snabdevanju i dr (9).

EC je razmatrajući rast potreba tržišta za prirodnim gasom, kao i porast uvozne zavisnosti evropskog tržišta, utvrdio da je unutrašnje tržište centralni elemenat povećanja sigurnosti snabdevanja tržišta. Poslednje dve godine na nivou EC intezivno se radilo na izmeni Direktiva za gas, te u tom smislu sada možemo govoriti o Trećem paketu direktiva za gas. Osnovni cilj izmenjene direktive 2004/67/EC je da promoviše jasna pravila i odgovornosti svih članica, regulatora, sistem operatora i ostalih učesnika na tržištu. Supstitucija gasa sa pre svega obnovljivim izvorima energije, ostaje kao jedan od značajnih načina za smanjenje potrošnje prirodnog gasa i jedan od bitnih načina za povećanje sigurnosti snabdevanja tržišta. Kroz ovu reviziju direktive, pre svega podstiče se infrastrukturni razvoj, imajući u vidu dugoročno planiranje preko graničnih i ostalih infrastrukturnih kapaciteta koji bi uz racionalnu potrošnju gasa obezbedile povećanje sigurnosti snabdevanja tržišta.

V ZaključakNesporno je, da je gasna kriza koja se dogodila početkom 2009.godine pogodila vise evropskih zemalja, a posebno zemlje Jugoistočne Evrope. Srbija je jedna od zemalja,

koje su imale značajne ekonomske, fi nansijske i socijalne posledice, kao rezultat obustavljanja tranzita gasa kroz Ukrainu. Bilateralni geopolitički i ekonomski nesporazumi, kao što je to bilo i u slučaju gasne krize, donose probleme ne samo bilateralno, već i na širem planu. Posle perioda gasne krize, postalo je jasno da postepenim uvođenjem mera iz Direktive 2004/67/EC, može da se doprinese sigurnijem snabdevanju tržišta.Za očekivanje je, da će zemlje potpisnice Ugovora o osnivanju Energetske zajednice, postepeno slediti mere koje preporučuje Direktiva o merama za održavanje sigurnosti snabdevanja prirodnim gasom.Republika Srbija je preduzela odgovarajuće kratkoročne i intezivno radi na razvoju dugoročnih mera u vezi sa poboljšanjem sigurnosti snabdevanja tržišta prirodnim gasom.

VI Referenc(1) Aleksandar Kovačević, The

Impact of the Russia-Ukraine Gas Crisis in South Eastern Europe, Oxford Institute for Energy Studies, March 2009

(2) Jelena Torbica, Gas Crisis Report, UNECE Sustainable Energy Division,Working Party on Gas,Geneva, January 2010, www.unece.org

(3) S.Pankratov, Current situation and strategic development of Russian Gas Industry, Working Party on Gas, Geneva, January 2010, www.unece.org

(4) Sergey Balashov, Development of Gas Industry of the Russian Federation in 2010, Working Party on Gas, Geneva, January 2011, www.unece.org

(5) IEA, Key World Energy Statistics 2009, Paris, December 2009

(6) Energy Community, Treaty Establishing the Energy Community, Athena 2006, www.energy-community.org

(7) Biljana Ćurčić, Serbian Gas Sector in 2009,Working Party on Gas,Geneva, January 2010, www.unece.org

(8) Vlada Republike Srbije, Strategija razvoja energetike Republike Srbije do 2015 godine, Beograd, 2002, www.mem.gov.rs,

(9) EC, Direktiva 2004/67/EC, Brisel 2004,www.eur-lex.europa.eu

[105]

energija

Vladan Ivanović, Dečan Ivanović, Vladimir PajkovićUniverzitet Crne Gore, Mašinski fakultet, Podgorica

UDC: 628.4.03 : 628.474.3

Trigeneracija sa deponijskim gasom

1. UvodDanas postoje i razvijaju se mnogobrojni procesi kojima je moguće čvrsti komunalni otpad pretvoriti u korisnu energiju. Na raspolaganju su spaljivanje, gasifi kacija, piroliza, anaerobna digestija, plazma tehnologije, peletelizacija i sanitarne deponije (deponijski gas). Danas su najzastupljeniji procesi spaljivanja i sanitarnog odlaganja otpada. Grad Podgorica se odlučio za izgradnju sanitarne deponije, što je dobar izbor kada površina zemljišta pod deponijom nije problem i kada se preduzmu odgovarajuće mere za tretiranje ocednih voda i deponijskog gasa [1].

2. Sanitarna deponija “Livade”

Deponija čvrstog komunalnog otpada nalazi se jugoistično od Podgorice na udaljenosti 5 km od centra grada, na lokaciji «Livade», po kojoj je i dobila ime. Sanitarna deponija (u konačnom obliku) treba da se sastoji od 6 kada za odpad dimenzije 100 x 200 m, koje su locirane u središnjem dijelu kompleksa. Svaka kada ima ugradjen sistem za sakupljanje i dispoziciju ocednih voda, sistem za kaptaciju i dispoziciju deponijskog gasa, i sistem za sakupljanje i dispoziciju čistih atmosferskih voda. U prvom periodu predvidja se izgradnja ukupno 1.500.000 m3 deponije, sa tri kade od po 500.000 m3. Sistem za kaptaciju deponijskog gasa zasniva se prvenstveno na mreži sačinjenoj od vertikalnih ekstrakcionih bunara koji se u toku

popunjavanja deponije prave po principu uzdizanja. Ovakav sistem omogućava da se izvrši kaptacija deponijskog gasa i na aktivnim deponijama, deponijama koje još primaju otpad, odnosno u fazi popunjavanja deponije [2].

3. Mogućnosti korišćenja deponijskog gasa

Deponijski gas, koji se proizvodi anaerobnom digestijom, sastavljen je kao mešavina stotina različitih gasova. Po zapremni, može se reći da se sastoji prevashodno od dva gasa: 40-60% metana (CH4) i 40-60% ugljendioksida (CO2). U kombinaciji

sa tim gasovima često su prisutni i kiseonik (O2) i azot (N2), jer su kao vazduh prisutni u slobodnim međuprostorima u otpadu ili su privučeni iz atmosfere dinamičkim djelovanjem aspiracije. U manjim količinama ima i amonijaka, sulfi da, vodonika, ugljenmonoksida i veliki broj nemetanskih organskih komponenti (NMOCs).Iskustva u mnogim zemljama pokazuju da je deponijski gas moguće iskoristiti kao zamenu drugim energetskim izvorima [3-6]. Kako je energetska vrednost deponijskog gasa koji sadrži 50% metana oko 17500 kJ/m3, odnosno

SažetakNa sanitarnoj deponiji „Livade“ u Podgorici vrši se kontrolisano sakupljanje i spaljivanje deponijskog gasa. Time se metan, glavni sastojak deponijskog gasa, uništava. To značajno doprinosi smanjenju emisije gasova sa efektom staklene bašte.Još je efi kasnije ako se deponijski gas koristi kao gorivo za proizvodnju električne i/ili toplotne energije. Na taj način se ukupna emisija štetnih gasova značajno smanjuje.Jedan od mogućih načina njegove ekonomske valorizacije kroz izgradnju trigeneracionog sistema prikazan je u radu.Ključne reči: deponijski gas, čvrsti komunalni otpad, trigeneracija.

TRIGENERATION WITH LANDFILL GASOn the sanitary landfi ll „Livade“ in Podgorica the controlled collecting and burning of landfi ll gas is performed. On that way, the methane, main component of landfi ll gas is destroyed. That signifi cantly contributes to reducing emissions of greenhouse gases.It is even more effective if landfi ll gas is used as a fuel for producing electricity and/or thermal energy. In this way, the total emission of harmfull gases is signifi cantly reduced.One possible way of its economic valorization through construction of trigeneration system is shown in the paper.Key words: landfi ll gas, municipale solid waste, trigeneration.

[106]

energija

oko 5 kWh/m3 na raspolaganju je veliki energetski potencijal jer se njegova proizvodnja odvija neprekidno 24 sata.Energija koju sadrži deponijski gas može se iskoristiti na više načina što zavisi prvenstveno od lokalnih uslova [7-9].Deponijski gas se može direktno kao srednje kvalitetno osnovno ili dopunsko gorivo spaljivati u kotlovima ili industrijskim pećima. Na ovaj način gas se cevovodom odvodi do obližnjeg potrošača gde se upotrebljava uz odgovarajuće modifi kacije u postojećim ili novim uređajim za sagorevanje. Ovakav način korišćenja ne zahteva poseban tretman deponijskog gasa. Odstranjivanje vlage i osnovna fi ltracija gasa se podrazumevaju. Uobičajeni način korišćenja je da se deponijski gas koristiti kao gorivo u gasnim klipnim mašinama ili turbinama za proizvodnju električne energije ili još efi kasnije u kogeneracionim postrojenjima sa gasnim mašinama. Ovakvi procesi zahtevaju opremu za prečišćavanje i hlađenje deponijskog gasa jer vlaga, vodonik-sulfi d, siloksini i prašina koje deponijski gas sadrži štetno utiču na rad gasnih postrojenja.Jedan od načina je i dodavanje obogaćenog deponijskog gasa, kao visoko kvalitetnog goriva u sisteme gradskih gasovoda sa prirodnim gasom. Za ove procese neophodno je uklanjanje ugljen-dioksida i gotovo svih štetnih komponenti iz gasa. Tehnologije za ovakav način korišćenja postoje i nije u pitanju tehnički već ekonomski aspekt šireg korišćenja ovih procesa.

Najbolja opcija za određene deponiju zavisi od više faktora a posebno od postojanje dostupnog energetskog tržišta odnosno odgovarajućih potrošača kao i troškova realizacije projekta. Problem korišćenja deponijskog gasa sa gradske deponije “Livade” je nedostatak bilo kakvih potrošača u blizini. Ukoliko se želi korišćenje deponijskog gasa na licu mesta, što je idealan slučaj, onda je trenutno jedini izbor proizvodnja samo električne energije pomoću gasnih motora. Problem predstavlja nedostatak adekvatne trafostanice u blizini na koju bi se priključenje izvršilo.

4. Idealan potrošač deponijskog gasa

Nikako ne treba zaboraviti činjenicu da se deponijski gas kaptira neprekidno 24 časa i da je neophodno njegovo trenutno korišćenje, jer se u suprotnom odvodi na baklju i spaljuje, bez njegove ekonomske valorizacije, obzirom da danas nema ekonomski opravdanog načina njegovog skladištenja.Jedini potrošač koji danas sigurno radi, a to će biti sigurno i u buduće, i koji koristi sve vidove energije tokom cele godine je gradska bolnica koja se nalazi na oko 7 km od deponije [10]. Zašto su bolnice pogodne za upotrebu deponijskog gasa? Bolnice su veliki potrošači koji imaju 24/7/365 zahteve za električnom, toplotnom i rashladnom energijom koji su vremenski dobro usklađeni. Kod njih je moguća upotreba trigeneracionih sistema, odnosno načina za maksimalno iskorišćenje primarnog goriva

[11]. Uobičajeno u svom krugu imaju odgovarajuće energane sa kvalifi kovanim osobljem koje može da vodi jedan složeni trigeneracioni proces. Bolnice uz to zahtevaju i pouzdano napajanje električnom energijom sa stabilnim naponom.Za primer izbora trigeneracionog sistema koji koristi deponijski gas izabrana je opšta bolnica Kliničkog centra u Podgorici. Opšta bolnica se snabdeva iz Energane centra uz ostale objekte priključene na nju koji iz nje troše isključivo toplotnu energiju. Potrošnja energenata Opšte bolnice data je u tabeli 1.Na osnovu potrošnje energenata, uzimajući u obzir da je razlika u potrošnji električne energije u zimskim i letnjim mesecima, prvenstveno rezultat hlađenja split sistemima, uz pretpostavku ugradnje dvostepenog apsorpcionog hladnjaka (COP=1.1) jer je na raspolaganju zasićena para, izvršena je procena potrošnje po godišnjim dobima data u tabeli 2. Toplotna opterećenja u prelaznom periodu su za potrebe grejanja i hlađenja objekta procenjene na 40% od maksimalnih zahteva.Vidi se da je potrošnja energenata u Opštoj bolnici takva da znatno prevazilaze moguću proizvodnju od očekivane količine kaptiranog deponijskog gasa, sa kada 1 i 2, od 250 m3, što znači da će se sva količina deponijskog gasa sigurno potrošiti. Moguća uprošćena toplotna šema povezivanja sistema sa gasnim klipnim motorom na deponijski gas je data na slici 1. U tabeli 3 je dat uprošćeni proračun preliminarne fi nansijske analize ovakvog načina korišćenja deponijskog gasa. Kako je sistem za kaptaciju deponijskog gasa na kadi 1 izveden, a na kadi 2 je u toku podizanja uključujući i odgovarajuću opremu za spaljivanje deponijskog gasa ti troškovi nisu obuhvaćeni proračunom. Odnosno proračunom nije obuhvaćena cena proizvedenog deponijskog gasa za slučaj da se on tretira kao roba.Proračun je urađen za očekivanu količinu kaptiranog deponijskog gasa, sa kada 1 i 2, od 250 m3 koja se očekuje od 2015. godine sa uobičajenih 50% metana [3].Pretpostavka je da se oko 10% proizvedene energije troši na sopstvenu potrošnju. Cena toplotne energije je cena zamenjenog teškog tečnog goriva koje se uobičajeno

Tabela 2 Potrošnja energenata po godišnjim dobima

Tabela 1 Potrošnja energenata Opšte bolnice

[107]

energija

koristi za proizvodnju toplotne energije, a cena električne energije je cena koju operater trenutno plaća.Proračunima nisu obuhvaćene elementi vezani za:− značajne ekološke koristi zbog

smanjenje emisije metana i ugljen dioksida u atmosferu a time i efekta staklene bašte;

− poboljšanje ekoloških uslova na deponiji (ograničavanje neprijatnog mirisa sa deponije) i koristi zbog smanjenje mogućih zdravstvenih

rizika uništavanjem većine nemetanskih organskih komponenti i štetnih zagađivača vazduha koji doprinose pojavi smoga u lokalnoj zoni kao i smanjenju opasnosti od eksplozije uzrokovanih akumulacijom deponijskog gasa;− koristi od smanjenja indirektnih emisija zbog zamene proizvodnje električne i toplotne energije nastale od fosilnih goriva, kao ni moguće koristi od promovisanja obnovljivih izvora energije i uvođenja čistih i energetski efi kasnih tehnologija.Ako se posmatra samo ekonomski aspekt korišćenja deponijskog gasa, onda male

deponije, kakva je „Livade“, koje primaju ispod 200 t/dan otpada, i nemaju mogućnosti korišćenja svih vidova energije na licu mesta, nisu isplative za komercijalnu valorizaciju deponijskog gasa [6], posebno ako se uzmu i troškovi kaptacije deponijskog gasa.8. ZaključakGlavna komponenta deponijskog gasa je metan (40-60%) koji se po direktivi IPPC smatra zagađivačem koji globalnom zagrevanju doprinosi 21 puta više od ugljendioksida.

Zbog toga je važno smanjiti emisiju metana sa deponija komunalnog otpada. Ovo može biti urađeno ili direktnim spaljivanjem na baklji, kao što se sada radi, ili se pak deponijski gas može iskoristiti kao pogonsko gorivo u gasnim motorima sa unutrašnjim sagorevanjem radi kombinovane proizvodnje električne, toplotne i rashladne energije.Preliminarna fi nansijska analiza pokazuje da je na deponiji „Livade“ u Podgorici moguća energetska valorizacija deponijskog gasa i da je ekonomski isplativo deponijski gas iskoristiti kao srednje kvalitetno gorivo za rad trigeneracionog sistema. Trigeneracija predstavlja efi kasan metod za maksimalnu proizvodnju svih vidova energije koja pogoduje kako korisnicima, kroz smanjenje ukupne potrošnje pogonskih energenata, tako i okolini, kroz smanjenje ukupne emisije polutanata. Analiza nije obuhvatila značajne ekološke efekte u smanjivanju emisija metana i ugljen dioksida kao ni moguće podsticajne mere za promovisanje obnovljivih i energetski efi kasnih tehnologija.

Literatura[1] Deniz Dolgen at all: “Energy

Potential of Municial Solid Wastes”, Energy Sources, Taylor and Francis, 2005, pp 1483-1492.

[2] Ivanović V. at all: “Kaptacija i korišćenje deponijskog gasa”, Energija-Ekonomija-Ekologija, Broj 3-4, Godina XI, mart 2009, str 251-256.

[3] Ivanović V. at all: „Energetski potencijal deponijskog gasa“, VI Međunarodni naučni skup Alternativni izvori energije i budućnost njihove primene, CANU, Budva, oktobar 2009.

[4] PREGA: “Dhaka City Solid Waste to Electric Energy Project”, Draft Final Report, Vol. 58, April 2005.

[5] G. Skodras: “Utilisation of Landfi ll Gas for Energy Production – Operational Experiance from 13,8 MWe Power Plant”, OPET Network, Greece 2003, pp 1-13.

[6] Lars Mikkel Johannessen: “Guidance Note on Recuperation of Landfi ll Gas from Municipal Solid Waste Landfi lls”, Urban Waste Management Thematic Group, The World Bank, August 1999.

Slika 1 Uprošćena šema predloženog trigeneracionog postrojenja

Tabela 3 Preliminarna fi nansijska analiza predloženog rešenja

[108]

energija

[7] UK Environment Agency: “Guidance on the Management of Landfi ll Gas”, September 2004.

[8] UK Environment Agency: “Guidance on Gas Treatment Technologies for Landfi ll Gas Engines”, August 2004.

[9] US EPA: “Turning a Liability into an Asset: A Landfi ll Gas-to-Energy Project Development Handbook”, September 1996.

[10] Ivanović V. at all: “Trigeneracija u urbanim sredinama”, Alternativni izvori energije i budućnost njihove primene u zemlji, CANU, Odjeljenje prirodnih nauka, knjiga 11, Podgorica 2008, str 373-382.

[11] Mindi Altman Zissman: “Making the Most of Fuels” Consulting Specifyng Engineer, Septembar, 2001, pp 47-51.

[12] Martin Bogner: “Termotehničar”, Tom 2, Građevinska Knjiga, Beograd 2005.

[13] Monty Goodell: “Trigeneration” www.trigeneration.com

[14] GE Energy: “Keep Cool - trigeneration with Jenbacher gas engines”, www.gejenbacher.com.

Prof. Dr Ozren Ocic, Chem. Eng.Ivan Nikolic, M. Sc., International Manager EUFaculty of International Engineering Management

UDC: 628.477.004 : 665.71

Waste Plastics in Oil Derivatives Conversion1

1. IntroductionAbout 20% of all waste plastics can be effectively recycled by conventional mechanical recycling technologies (sort-grind-wash-extrusion), only. Beyond this level

AbstractAbout 20% of all waste plastics can be effectively recycled by conventional mechanical recycling technologies (sort-grind-wash-extrusion), only.Topic of this paper are some pyrolysis processes that produce oil derivatives (liquid fuels) and chemicals from waste plastics. We are considering main plastics pyrolysis processes, types of plastics that can be processed, the properties of the liquid fuels (oil derivatives) produced.The major advantage of the pyrolysis technology is its ability to handle unsorted unwashed plastic. This means that heavily contaminated plastics can be processed without diffi culty. The production of gasoline, kerosene and diesel from waste plastics is an emerging technological solution to the vast amount of plastics that cannot be economically recovered by conventional mechanical recycling.Key words: recycling technologies, waste plastics, liquid fuels, oil derivatives, chemicals, pyrolysis processes, type of plastics, contaminated materials, fuels chemical characteristics.

KONVERZIJA OTPADNE PLASTIKE U NAFTNE DERIVATEOd ukupne otpadne plastike samo oko 20% može efi kasno da se reciklira konvencionalnim mehaničkim tehnologijama za reciklažu (sortiranje-mlevenje-pranje-ekstrudiranje).U ovom radu prezentirani su neki pirolitički procesi kojima se, iz otpadne plastike, proizvode naftni derivati i hemikalije. Ovde se razmatraju glavni procesi pirolize otpadne plastike, tipovi plastike koji se prerađuju, karakteristike dobijenih tečnih goriva (naftnih derivata).Glavna prednost tehnologije pirolize je sposobnost da obrađuje nerazvrstanu, neopranu plastiku. To znači da se veoma zaprljana plastika može preraditi bez posebnih teškoća.Dakle, proizvodnja benzina, mlaznog goriva i dizela, iz otpadne plastike, javlja se kao tehnološko rešenje za velike količine otpadne plastike koje se ne mogu, na ekonomičan način, konvencionalno mehanički reciklirati.Ključne reči: tehnologije recikliranja, otpadna plastika, tečna goriva, naftni derivati, hemikalije, procesi pirolize, tipovi plastike, zagađeni materijali, hemijske karakteristike

1 Rad predstavlja deo rezultata istrazivanja na projektu TR 33042 fi nansiran od strane MNTR

the plastics become increasingly commingled and contaminated with

[109]

energija

extraneous materials such as soil, dirt, aluminium foils, paper labels, and food remnants. Currently, there are more diferent thermal and catalytic purolysis processes that produce oil derivatives (liquid fuels) and chemicals from waste plastics. We are considering main plastics pyrolisis processes, the types of plastics that can be processed, the properties of the liquid fuels (oil derivatives) produced and the key variables infl uencing the pyrolysis of plastics such as temperature, residence time, pressure and catalyst types.The major advantage of the pyrolysis technology is its ability to handle unsorted unwashed plastic. This means that heavily contaminated plastics, such as much fi lm, wich sometimes contains as much as 20% adherent dirt soil, can be processed without diffi culty. Other normally hard to recycle plastics such as laminates of incompatible polymers, multilayer fi lms or polymer mixturecan also be processed with ease, unlike in conventional plastic recycling techniques. In fact, most plastics can be processed directly, even if contaminated with dirt, aluminium laminates, printing inks, oil residues, etc. The production of gasoline, kerozene, and diesel from waste plastic is an emerging technological solution to the vast amount of plastics that cannot be economically recovered by conventional mechanical recycling.Pyrolysis recycling of mixed waste plastics into generator and transportation fuels is seen by many as the answer for recovering value from unwashed, commingled plastics and achieving their desired diversion, from landfi ll. Pyrolytic recycling of plastic wastes has already been achieved on commercial scale albeit to a limited extent. Nevertheless, the development and improvement of the pyrolysis plastics recycling technologies in recent years has great commercial potential. The development of bench-scale experiments carried out in laboratories to full-scale pyrolysis processes have now resulted in a number of tehnically mature processes.Through the use of low-temperature vacuum pyrolysis and cracking catalysts, liquid fuels yields of up to 80% are possible with the resultant product resembling diesesl fuel,

kerosene, gasoline or other useful hydrocarbon liquids. There are now emerging a number of processes which will take post-consumer plastics and catalytically convert them into gasoline and low-sulfur diesel fuel. The diesel fuel meets European standards for emmisions and is designed speciffi cally for the solid waste disposal industry that has signifi cant investment in diesel-powered equipment. The types of plastic targeted as feedstock for this project have no commercial value and would otherwise be sent to landfi ll. High temperature pyrolysis and cracking of waste thermoplastic polymers, such as polyethylene, polypropylene and polystyrene is an envirommentally acceptable method of recycling. This type of processes embrace both thermal pyrolysis and cracking, catalytic cracking and hydrocracking in the presence of hydrogen. Mainly polyethylene, polypropylane and polystyrene are used as the feedstock for pyrolysis since they have no heteroatom content and the liguid products are theoretically free of sulfur.The principal output products are gaseous and liquid hydrocarbon fractions that are remarkably similar to the refi nary cracking products. Their chemical composition and properties strongly depend on the imput feed composition and they can also be unstable due to their high reactive olefi ns content. Pyrolysis can be conducted at various temperature levels, reaction times, pressures, and in the presence or absence of reactive gases or liquids, and of catalysts. Plastics pyrolysis proceeds at law (<400C), medium (400-600C) or high temperature (>600C). Pressure is generally atmospheric.

2. Plastics Waste Management

Pre-consumer plastic wastes are generated during the manifacture of virgin plastics from raw materials (oil, natural gas, salt, etc.) and from the converion of plastics into plastics products.Te amount of plastics waste generated is still considerably less than that of plastics produced: in numerous applications (building, furniture, appliances) plastics meet longterm reguirements before their disposal and therefore do not yet occur in the waste stream in big guantities. The majority of plastic wastes are found in municipal solid waste (MSW) as well as in waste streams arising in distribution, agriculture, construction and demolition, furniture and household ware, automotive, electronic and electrical, or medical applications.In their efforts to educate the public and curtail the expansion of waste arising the authorities have devised a number of legal instruments to make inappropriate disposal more expensive ( various levies, such as landfi ll taxes) and recyling more attractive, if not mandatory. More and more waste streams are forced into this route, by means of take-back obligations and minimum recycling guota. Under presure from legislation, recycling of packaging products has increased dramatically from 1995.These directives are:• Packaging and Packaging Waste Directive 94/62/EC

• End of Life Vehicles Directive 200/53/EC

• Electrical and Electronic Waste: WEEE Directive 2000/96/EC

• ROHS Directive 2000/95/ECHowever, the effect is not identical

Table 1 Packing materials recycled by Fost Plus in Belgium

[110]

energija

for all materials. In table 1 is showed the results of such take-back obligation for different packing materials is Belgium, the collection and recyling of which is entrusted to Fost Plus company.It folows that in Belgium (ten willion inhabitants) Fost Plus company pays more than 280 Euro/ton for ensuring the collection and recycling of used packiging, including:• 5.77 kg PET/ inhabitant per year• 1.65 kg HDPE/ inhabitant per year.For example, in Denmark the amount of plastic packaging waste collected for recycling amounted in 2001., to 3.9 kg per inhabitant or 8.6 kg per household, compared with patential amount, equivalent to 28.1 kg per inhabitant or 62 kg per household.Waste from the automotive industry, particularly from end-of-life vehicles (ELV), has been identifi ed by the European Union as another priority waste stream. After dismantling larger parts suitable for mechanical recycling, the vehicle is shredded, the metal fraction (about 75%) is removed, and the remaining residue is known as automotive shredder residue ( ASR), a mixture of many different materials. ASR is a major problem since car manufacturers in Europe and Japan are forced to respect high recycling guotas, suggesting the following conclussions: • Weight-related guota for

mechamical recycling impede a lightweight design,

• Feedstock processes are favourable to recover lightweight cars,

• Feedstock processes should count as recycling processes

• There is a need to increase acceptance of feedstock processes

Plastic production and consumption major sectors are packaging, building, and coustruction, automotive, electrical and electronics, agriculture and others ( e.g. furniture, houseware, toys, engimeering). After a short (packiging), medium (toys) or long lifetime (building) the plastics product reports to one of various waste streams, such as municipal solid waste, separately collected packaging, other recyclables, shredding waste (cars), construction and demolition waste, agricultural waste, electrical and electronics waste, etc.Already in the early 1970s the

pyrolysis of plastics wastes to liguid fuels raised considerable interest, fi rst in Japan, later also in Western Europe and USA. However, despite extensive work at laboratory, pilot, or even an industrial scale, such work was jeopardized by both technical problems and disastrous economic fi gures. Hence, in Western Europe and the USA it is still at best a tentative process, balancing between political pressures and economic reality. Major corporations such as BASF, British Petroleum, Shell, Texaco considered various options in pyrolysis and gasifi cation, yet concluded that their largescale implementation remains illusory as long as suitable dump fees fail to be guaranteed on the basis of contracts of suffi ciently long duration and conseguent volumes.

2.1 Collection Systems and Logistics of Supply

Under pressure from legislation, in particular the Packaging and Packaging Waste Directive, 94/62/EC, recycling of packaging products has increased dramatically from 1995. In numerious EU countries collection of waste plastics is part of the mandatory recycling, imposed by packaging Directive and National Laws deriving from it.Eight European countries (Netherlands, Switzerland, Denmark, Norway, Germany, Sweden, Austria and Belgium) recovered over half the waste plastics from packaging in 2000.Waste electrical electronic equipment (WEEE) is being selectively collected in an increasing number of EU countries, so that this stream can be considered available and harnessed. Automobile shredder residue (ASR) is available at car shredding plants.Plastics resins are bulk commodities. A naphtha cracker producing ethylene has a typical yearly capacity of 500.000 tonnes of ethylene, necessitating abaout 1.2 million tonnes of naphtha feedstock. Polymerization to resins is conducted with a somewhat lower capacity, but still at the same order of magnitude, say 150.000 tonnes. Engineering plastics are produced at lower capacity, but this lower rank is still far superior to the capacity of the largest feedstock recycling units conceived to date.

The problem with post-consumer plastics is their immense variety and widespread application. One tonne of plastics can be converted into either 20 000 two-litre drinks botles or 120 000 carrier bags. Collecting, sorting, baling and transporting such numbers of lightweight materials is a tremendous task, with typical cost levels as shown in Table 2.From a dispersed source, such as households, curbside collection, followed by sorting, cleaning, baling, is very expensive. The only way to reduce such cost is to introduce take back systems. In some cases plastics are easier to collect. Automobile shredder residue is such a potential source of plastics, arising at car shredding plant, as can be seen in some companies brochures. Solving the collection problem is trivial, since the waste accumulate only at a limited number of plants. However, it is a mix of numerous different resins, with embedded dirt, metal and glass, and the best way to derive value is to dismantle very large items ( bumpers, dashbourd, tyres, battery boxes) and mechanically or thermally treat the balance. Automotive shredding residues are at present generally sent to landfi ll. Some companies (Ebara, etc.) developed a fl uid bed gasifi er with subseguent combustion of the producer gas and melting of entriained dust in a cyclonic combustion chamber. The molten ash is tapped and granulated in a water guench. Waste from electrical and electronic equipment (WEEE) arises at the sorting plant, where the frame, the printed circnit board (PCB), the cathode ray tube, etc, are separated for recycling. The remaining plastics fraction is in part fl ame-retarded, hence contains brominated and antimony compounds. The number of WEEE recycling plants is growing, so that the logistics are no longer a major problem.

2.2 Products and By-productsPolyolefi ns, mainly polyethylene (PE) and polypropylene (PP),

Table 2: Cost factors in selective collection from household refuse

[111]

energija

the main commodity plastics, decompose into a range of paraffi ns and olefi ns. The molecular weight distribution and the paraffi n-to olefi n ratio decrease with rising reaction temperature and time.Polystyrene (PS) mainly yields styrene, as well as its oligomers, mainly dimers and trimers. Mixtures of PS+PE decompose as usual in the case of PS, with the pyrolysis products somewhat more saturated, the PE providing the required hydrogen. Polyvinylchloride (PVC) decomposes into two distinct steps, the fi rst yielding hydrogen chloride and benzene, the second a mix of aromatics.Polyethylene terphthalate (PET) decomposes via beta-hydrogen transfer, rearrangement and decarboxylation, with major products benzoic acid and vinyl terephthalate.Polyamide 6 (PA-6) depolymerizes into caprolactam with high yields. The decomposition is catalysed by both strong acids and bases.Some studies focused on a mix of municipal solid waste (MSW) plastics, whether resulting from selective collection or mechanical separation. Six thermoplastics, which represent more then two-thirds of all polymer production in Western Europe, were pyrolysed in a batch reactor in a nitrogen atmosphere. These were high-density polyethylene (HDPE), low-density polyethylene (LDPE), polystyrene (PS), polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), and polyvinylchloride (PVC). The heating rate used was 25C min -1 to a fi nal temperature of 700C. This six plastic were then mixed together to simulate the plastic fraction of municipal solid waste found in Europe. The effect of mixing on the product yield and compostion was examined. The results showed that the polymers studied did not react independently, but some interaction between samples was oberved. The product yield for the mixture of plastics of 700C was (in %):

• Gas - 9.63• Oil - 75.11• Char - 2.87• HCL - 2.31

The gases identifi ed were H2, CH4, C2H4, C2H6, C3H6, C3H8, C4H8, C4H10, CO2 and CO. Chromatography analysis of oils showed the presence mainly od

aliphatic compounds with small amounts of aromatic compounds.By-products of plastics pyrolysis are related to the presence of1. Heteroatoms:* Oxygen in teh resin or the pyrolysis atmosphere leads to the formation of water and oxygenated products;• Chlorine leaves pyrolysis units

mainly as hydrogen chloride gas; bromine, under similar conditions, is somewhat easier to form;

• Nitrogen yields various substances of concern, such as amomia, hydrogen cyanide, and possibly organic compound, such as nitriles and amines.

2. Additives:• Mineral additives generally report

to the coke fraction,• Organic additives either volatilize

or decompose. A major additive, in realtive amounts, are PVC plasticizers. Some PVC products (fl ooring) may contain more additives than PVC resin.

3. Coke fomation:• Generally, coke formed by

pyrolysis is a by-product only. It is a main result of pylolysing thermosets and PVC,

• Coke could be upgraded, by activating it to activated carbon or leaching out fi llers,

• Depending on pyrolysis conditions polyolefi ns can be converted almost guantitatively into volatiles. Polystyrene has stronger their coking tendency and polyvinylchloride always leaves some coke. Thermosets and rubbers leave coke as a major product.

2.3 Product SpecificationsDistinction should be made between monomers, specifi c petrochemicals and more or less typical oil fractions,

produced by mixed plastics pyrolysis. Potential pyrolysis products from polyolefi ns are naphtha, kerosene or gas oil. These are blends of numerous different hydrocarbons but they still need to satisfy some common commercial specifi cations. Off-specifi cation products have no market, even if they can be blended in small amounts into other stream, that are less critical with respect to the specifi cation compliances. The latter are measured according to established standards, e.g. those of the American Society for Testing Materials (ASTM), the American Petroleum Institute. Most monomers ( polymerization grade) are high-purity products ( 99.99% or more). The latter is diffi cult to attain in plastics pyrolysis. Typical naphtha specifi cations and testing methods are presented in table 3.

3. Pilot and Industrial PlantsHier we will describe some processes that have bee ussed in Europe for waste plastic pyrolysis. At present all of these projects have been mothballed.

3.1 Hamburg University technology

A plant operating according to the Hamburg University pyrolysis process was built with a capacity of 5 000 tonnes per year. The feasibility of converting polyolefi ns by pyrolysis was successfully demonstrated, with yields from polyethylene/polypropylene (PE/PP) mixtures of typically 51% (m/m) gas, 42% (m/m) liquids and the balance unaccounted for. However, the gas to liquids ratio is very sensitive to pyrolysis temperature. Since gas and oil are the major pyrolysis products, economic viability crucially depends on the price of crude oil. Under present conditions profi tability and

Table 3: Typical naphtha specifi cations and testing methods

[112]

energija

economic viability are unsatisfactory at this small scale of operation.

3.2 BASF technologyThe BASF feedstock recycling process was designed to handle mixed plastic waste. A large pilot plant, with a substantial capacity of 15 000 tonnes/year, was started up in 1994. At that time the total volume of mixed packaging plastics available for feedstock recycling at around 750 000 t/y BASF offerd to erect a full-scale industrial plant with a capacity of 300 000 t/y, but decided in 1996. to shut down the pilot plant, since no agreement could be reached on a guaranteed long – term waste supply and a gate fee suffi cient to cover the costs.In the BASF process, plastic waste is converted into petrochemical products in a three-stage process. Before feeding the plastics are shredded, freed from other materials and agglomerated, to improve handling and enhance the density. In the fi rst stage, the plastics are melted and liquefi ed in an agitated tank. The gaseous hydrochlorid acid, evolving rom PVC at temperatures up to 300C, is absorbed in a water washer and further processed to aqueous hydrochlorid acid, to be reused in other BASF production plants.In a second stage, the plastic oil was fed into a tubular cracker reactor, heatad at over 400 C and thus cracked into compounds of different chain lenghts, forming petrochemical raw materials. The oils and gases thus obtained are separated in a third stage, resulting in the production of naphtha, aromatic fractions and high-boiling oils. About 20-30% of gases and 60-70% of oils are produced and subsequently separated in a distillation column. The naphtha produced by the feedstock process is treated in a steam cracker and the monomers (e.g. ethylene, propylene, butadiene) are recovered. These raw materials are than used for the production of virgin plastic materials. High-boiling oils can be processed into syntesis gas or conversion coke and

then be transferred for further use. The scheme of the BASF pyrolysis process is shown in fi gure 1.The process products are:• HCL, which is either neutralized

or processed in a hydrochlorid acid production plant.

• Naphtha to be converted into monomers in a steam cracker;

• Various monomers, which can be used for the production of virgin plastic materials;

• High-boiling oils, to be processed into synthesis gas or conversion coke;

• Process residue, consisting typically of 5% minerals and metals, e.g. pigments or aluminium can lids.

Processing plastic waste by the BASF process would have required a gate fee of 160 Euro/t for a plant capacity of 150 000 t/y.

3.3 British Petroleum technologyIn the early 1990s British Petroleum Chemicals fi rst tested technology for feedstock recycling, using a fl uid bed cracking process. Research on a laboratory scale was followed by demonstration at a continous pilot plant scale (capacity 50 kg/hr), using mixed waste packaging plastics. The technology was further developed with some support from a Consortium of European companies

(Elf Atochem, EniChem, DSM, CREED) and from APME.Some preparation of the waste plastics feed is required before pyrolysis, including size reduction and removal of most nonplastics. This feed

is charged into the heated fl uidized bed reactor, operating at 500C, in the absence of air. The plastic thermally crack to hydrocarbons, which leave the bed together with the fl uidizing gas. Solid impurities and some cake either accumulate in the bed or are carried out as fi ne particles and captured by cyclones. The process shows very good results concerning the removal of chlorine. Whit an input of 1% Cl the products contain about 10 ppm Cl, somewhat higher than the 5ppm typical of refi nery use. Also, metals like Pb, Cd and Sb can be removed to very low levels in the products. Test have shown that all hydrocarbon products can be used for further treatment in refi neries. The purifi ed gas is cooled, condensing to a distillate feedstock, tested against agreed specifi cations before transfer to the downstream user plant. The light hydrocarbon pyrolysis gases are compressed, reheated and returned to the reactor as fl uidizing gas. Part of this stream could be used as fuel gas for heating the cracking reactor, but as it is olefi n-rich, recovery options were also considered. The fl ow scheme is illustrated in fi gure 2.The process fl ow diagram shows hydrocarbon recovery in two stages, since the heavy fraction becomes a wax at about 60C. Once recovered, the light and heavy fractions ( about

Figure 1 Scheme of the BASF pyrolysis process

Figure 2 The fl ow scheme of the British Petroleum process

[113]

energija

85% by weight) could be combined together for shipment to downstream refi nery processing if the plastic feed is passed on as hydrocarbon liquid to the downstream plants. The balance is gaseous at ambient temperature and could be used to heat the process. In this way nearly all of the plastic is used with just solids separated as a waste product. The gas has a high content of monomers (ethylene and propylene) with only some 15% being methane.Conceptually, the process can run in self-suffi cient heating mode. In this case, overall gas calorifi c requirement may need a small net export or import as the product gas qualityy varies with plastic feed specifi cation and operating conditions. The other main utilities needed are:• Electrical power: about 60 kwh/

tonne feed plastic;• Cooling water: 40 m3/tonne feed

plastic;• Steam: 1.2 tonne/tonne feed.All emissions are very low and should comply with regional regulations. The cost of treatment depends on many factors such as scale, location, scope, required preparation stages, and economic parameters used. Hence, comparison of the processes is diffi cult. The investment costs of a plant of 25 000 t/y, located in Western Europe in 2000., were estimated as 15-20 million paunds. Under these conditions a gate fee of some 250 Euro/t is necessary. For a 50 000 t/y capacity plant this gate fee could be some 150 Euro/t. These fi gures exclude the cost of collection and of preparation.

3.4 Veba Oil technologyThe Veba Oil plant includes fi rst a depolymerization section and then the Veba Combi Cracking (VCC) section (Figure 3). In the fi rst section the agglomerated plastic waste is depolymerized and dechlorinated at 350-400 C. The overhead product is partly condensed. The main part (80%) of the chlorinc introduced evolves as gaseous HCl in the light gases and is washed out, yielding technical HCl. The condensate, still containing some 18% of the chlorine input is fed to a hydrotreater where the chlorine is eliminated together with the water formed. The resulting chlorine – free condensate and gas are again mixed

with the depolymerizate for further treatment in the VCC section.There, the depolymerizate is hydrogenated under high pressure (about 10 Mpa) at some 400-500C, using a liquid phase reactor without internals. Separation yields a synthetic crude oil, which may be processed in any oil refi nary. Light cracking products end up in the off-gas and are sent to a treatment section, for removal of ammonia and hydrogen sulphide. A hydrogenated bitumenous residue comprises heavy hydrocarbons still contaminated with ashes, metals and salts. It is blended with coal for coke production (2 wt%).The input specifi catons for the plastic waste are:• Particle size: < 1cm• Bulk density: 300 kg/m3;• Water content: < 1 wt%;• PVC: <4% ( 2 wt% chlorine);• Inerts: <4.5 wt% at 650C)• Metal content: < 1 wt%;• Content of plastic resins : > 90

wt%The process outputs are:• Syncrude, derived from the VCC

section. It is free from chlorine and low in oxygen and nitrogen;

• A hydrogenated solid residue, which can be blended with coal for coke production;

• HCl;• Off-gasHence, Veba Oil developed a commercial process, operating in a temperature range of 350-450C and requiring a high hydrogen partial pressure (50-100 bar) . The heteroatoms are hydrogenated to

products such as hydrochloric acid or ammonia. A synthetic oil distillate is obtained as the main product. Solid particles are concetrated in the sump of the distillation column. The gate fee for the VCC process was 250 Euro/t. The technology was realized in the coal to oil plant with a capacity of 40 000 t/y, doubled at the and of 1995. One tonne of waste plastics yielded:• 800 kg high – quality liquid

products;• 100 kg methane – butane gas and a

further• 100 kg hydrogenation residues,

containing inert and inorganic components.

In next period some companies ( Texaco, Shell, AKZO, Linde, etc.) were realized weste plastics pyrolysis new processes tehnologies.

4. ConclusionPlastics pyrolysis has long been topical in academic circles and also continues to impire industrial research and development and demonstration projects. Still, the pyrolysis of mixed plastics is economically to be proven, because of the small scale of the potential pyrolysis plant and the huge cost expenditure for collecting, cleaning and grading considerable tonnages of plastics. It is hoped that these costs will be covered by the value of the products obtained and economically speaking, incineration is today a more reasonable option for the larger part of household plastic waste. Indeed, in only very few cases plastics pyrolysis is an economically viable process, e.g. PMMA and polyamides 6 (PA-6) pyrolysis, because of the high value of the

Figure 3: The fl ow scheme of the Veba O

[114]

energija

monomers produced. The size of pyrolysis plant there is limited by the availability od scrap.Still, today industry is obliged by political pressure to consider plastics pyrolysis, or more in general, feedstock recycling attentively: under green pressure there is a legal obligation to collect and recycle certain streams, such as those of packaging, automotive shredder residue and waste electronic and electrical equipment. Industry has a obligation to take back and recycle such materials and is forced to consider all options, optimizing or at least testing recycling processes as a function of technical possibilities, feedstock claracteristics and, most of all, legal constraints. The boundary conditions of directives and their translation into national laws is still open for discussion, as follows from the different modes and levels of recycling, applied in the verious member states and from the exportation of such fl ows to low-cabon-cost countries.The concept of feedstock recycling is based on a thermal and sometimes catalytic breakdown of polymer structure, yielding monomers ( PMMA, PA-6, PS, PTFE- polytetrafl uorthylene), oil fractions, aromatics fractions, sunthetic crude, or synthesis gas. To some extent plastics can be converted in the framework of oil refi nery processes such as viscosity breaking, fl uid catalytic creacking, hydro creacking and delayed coking, or in coal liquefaction, but these aplications may require a preliminary thermal break down on dissolution into or extensive dilution by more conventional feedstock. The desired product and its specifi cation requirements are essential in selecting operating modes and conditions and should be considered on a case by case basis.The thermal cracking of this plastic waste stream is realized via pyrolysis, hydrogenation or gasifi cation. Since the recovered hydrocarbon products are mostly used in petrochemical processed, their specifi cations limit the amounts of halogens into the ppm range. Subsequently, the collected mixed wastc streams are pre – treated and graded according to their chlorine content. Another possibility is thermal dehologenation, either in a liquid or in a fl uidized bed pyrolysis, before the pre –treated product is

further processed. The hydrochloric acid produced is either neutralized or separated for industrial use, e.g. in the pickling of steel or inchemical industry.Feedstock recycling is complementary to mechanical recycling since it is less sensitive to unsorted or contaminated plastics waste and enlarges the owerall recycling capacities for large waste quantites to be supplied in the future. Examples of such mixed streams are specifi c composites (laminates fi lm, artifi cial leather, footwear), but mainly packaging, automobile shredder residue, and waste electric and electronic equipment. These materials are connected to each other for performance reasons, but economic separation is impossible.Techmical processes for feedstock recycling have inspired large corporations universities and inventors alike and are the origin of numerous patents. Many of the feedstock recycling processes are still in development, their economic viability also remains yet to be established. This will be clear over next years, in tandem with technical progress and the increased volumes of available plastics wastes. In Western Balkan, we hope, in near future consrtuction one of waste plastics plant will be actual.

References:1. G. S. Brady, H. R. Clauser:

Materials Handbook, 13th edn. McGraw-Hill Inc. ISBN-0-07-007704-1, 1991.

2. A. B. Buekens: Some observations on the recycling of plastics and rubber. Conversation and Recycling 1, 1997.

3. E. Hakejova, M. Bajus, J. Daniskova: 16th International Symposium on Analytical and Applied Pyrolysis, Alicante, 2003

4. J. Scheirs: Polymer Recycling, Science Technology and Aplications, John Wiley&Sons, Ltd 1998.

5. E. A. Williams, P. T. Williams: The pyrolysis of individual plastics and a plastic mixture in a fi xed bed reactor. Journale of Chemical Technology and Biotehnology, 70, 1997.

[115]

energija

Prof.dr Dečan Ivanović, Prof. dr Vladan Ivanović, Bogdan Ćipranić, dipl.maš.ingUniverzitet Crne Gore, Mašinski fakultet, Podgorica

UDC: 665.61 : 622.692 :622.323.004.15

Analiza pada pritiska i temperature pri neizotermnom strujanju nafte u neizolovanim hidraulički glatkim naftovodima pri različitim temperaturama okoline

Abstrakt: U radu se daje analiza padova pritisaka i temperatura pri neizotermnom strujanja nafte kroz neizolovani hidrauli ki glatki naftovod dužina 5 i 10 km, i pri razli itim spoljnjim niskim temperaturama od -5, -10 i -15 0 C, kao i za slu ajeve razli itih pre nika naftovoda. Konstatuje se da smanjenje temperature okoline izaziva pove anje pada pritiska dok pove anje pre nika cijevovoda uti e na njegovo smanjenje. Rešavanjem jedna ina dobijaju se rezultati koji pokazuju da promjena pre nika cijevovoda ima ve i uticaj na vrijednost pada pritiska od promjene temperature okoline. Za konkretan slu aj utvr eno je da je pad pritiska za najmanji razmatrani pre nik cijevovoda (200mm) relativno veliki te se stoga takva cijev i ne preporu uje, dok se cijevi ve ih pre nika (250mm i 300mm) preporu uju za upotrebu transporta nafte, kako je i pokazala analiza rezultata, što zna i da bi za transport nafte kroz ovakve cijevi bile dovoljne pumpe manjih snaga. Uticaj promjene temperature na pad pritiska kre e se od 8 do 15% zavisno od pre nika i dužine naftovoda, o emu se mora voditi ra una pri preciznim prora unima transporta, a naru ito kod dugih naftovoda. Kona na odluka o izboru optimalnog pre nika, u slu aju projektovanja naftovoda, donijela bi se u zavisnosti od kombinacije cijena odgovaraju ih cijevi, pumpnih postrojenja i ostalih komponenti transportnog sistema.

Analysis of pressure drop and temperature of the nonisothermal flow of oil in the hydraulic smooth noninsulated pipelines at different ambient temperatures.

Summary: The paper presents an analysis of pressure and temperature during nonisothermal flow of oil through hydraulic smooth insulated pipeline length of 5 and 10 km, and at different external temperatures of -5, -10 and -15 0 C, as well as for cases of various diameter pipeline. It is noted that the decrease in ambient temperature causes an increase in pressure drop while increasing the diameter pipeline will affect its reduction. By solving the equations obtained results show that changes diameter pipeline has a greater impact on the value of pressure drop than of ambient temperature changes. For a particular case it was found that the pressure drop for the smallest considered diameter pipelines (200mm) is relatively large and therefore such a tube is not recommended, while the larger diameter tubes (250mm and 300mm) recommended for the transport oil use, as was demonstrated by the analysis of results , which means that the oil transportation through such tubes be enough smaller power stations. The influence of temperature changes on pressure drop ranges from 8 to 15% depending on the diameter and length of the pipeline, which must be taken into account in accurate calculations of transport, and ordered from the long pipeline. The final decision on the optimal diameter, in the case of designing the pipeline, would bring the price depending on the combination of appropriate pipes, pumping plants and other components of the transport systems. 1. Uvod. esto se izotermnim strujanjima smatraju i ona strujanja kod kojih se temperatura duž naftovoda malo mijenja, tako da se ta promjena i zanemaruje/1/. To može da se u ini samo kada se radi o kratkim, dobro izolovanim cjevovodima, bez obzira da li je temperatura nafte viša ili niža od temperature

[116]

energija

okoline. Za praksu je zna ajniji slu aj transporta zagrijanih te nosti. Naime, samo magistralni cjevovodi mogu da rade u približno stacionarnom hidrodinami kom režimu. Cjevovodi koji služe za istovar sirove nafte ili njenih težih frakcija iz tankera na pristaništima, sabirni cjevovodi na naftonosnim poljima, razvodni cjevovodi u termoenergetskim postrojenjima i sli no, uglavnom rade u promjenljivom režimu /1/,/2/. Zbog toga se karakteristika takvih cjevovoda stalno mijenja što uzrokuje promjenu režima rada pumpne stanice. Da bi režim rada pumpi bio što bliži projektovanom režimu rada, neophodno je i karakteristiku cjevovoda održavati u nekom užem opsegu /5/,/6/, /7/. To se postiže zagrijavanjem transportovane te nosti na temperaturu koja e da obezbijedi zahtijevanu viskoznost fluida. Sirova nafta, kao veoma viskozna te nost, veoma teško se može transportovati bez zagrijavanja. Temperatura zagrijavanja se odre uje tako da transportni troškovi (investicijski, pogonski i režijski) budu najmanji. Zagrijana te nost odaje toplotu okolini zbog ega joj temperatura nizvodno opada, dok se viskoznost pove ava. To dovodi do promjene koeficijenta trenja duž cjevovoda. Odre ivanje pada pritiska pri neizotermnom strujanju daleko je složenije nego u slu aju izotermnog strujanja, pogotovo kada je temperatura spoljašnje sredine razli ita od nule. Magistralni naftovodi se naj eš e ukopavaju u zemlju na dubini od oko 0.8-1.1m dok se dubina ukopavanja pove ava na 1.0-1.35m kada treba da se savladaju prepreke kao što su: vodeni tokovi, pružni prelazi i sl./1/,/3/. Mogu biti postavljeni i iznad površine zemlje na betonskim stubovima visine 0.5-0.75m. Na slici sl.1 prikazano je postavljanje magistralnog naftovoda u zemlju, dok je na slikama sl.2. i sl.3 prikazan naftovod postavljen iznad površine zemlje

Sl.1. Sl.2 Sl.3 2. Pad pritiska pri neizotermnom strujanju i kada je temperatura okoline Cta

00 . Za strujni tok nafte u cjevovodima poznata je iz literature /1/,/2/,/4/,/5/ diferencijalna jedna ina: (1)

Koriste i zakon o promjeni viskoznosti nafte /1/,/5/sa temperaturom: (2)

dobija se da temperaturama Tc u blizini zida cijevi i srednjoj temperaturi T u istom presijeku odgovara odnos viskoznosti :

[117]

energija

(3)

Iz toplotnog bilansa slijedi :

(4)

gdje je : . Zamjenom izraza (2), (3), (4) u (1) dobija se slede i oblik diferencijalne jedna ine: (5)

Temperatura Tc se eliminiše posredstvom jedna ine /1/: iz koje slijedi

. Nakon zamjene ove vrijednosti u (5) dobija se krajnji oblik ove

jedna ine : (6)

gdje su: i .

Kada se stavi da je: i

rešenje jedna ine (6) dobija oblik : (7)

Gdje su vrijednosti ovih integralnih eksponencijalnih funkcija dati na slede i na in: ;

Sada kona ni oblik rešenja (7) za pad pritiska glasi:

[118]

energija

(8)

Vrijednosti integralnih eksponencijalnih funkcija u izrazu (8) za razne vrijednosti argumenta y u literaturi /1/,/2/,/4/ su prikazane tabelarno. 3. Analiza rezultata. Za naftu slede ih karakteristika: -gustina, -specifi na toplota,

-koeficijent prelaza toplote sa cijevovoda na okolinu,

- kinematska viskoznost, - koeficijent prelaza toplote sa cijevovoda na okolinu, koja se transportuje kroz horizontalan neizolovan cijevovod izvršen je prora un: pada pritiska ( p), temperature na ulazu cijevovoda (t1 ) i srednje temperature (t m ), pri dužinama naftovoda:

i za temperature okoline: , , , i pre nicima cijevovoda: , , . Temperatura transportovane nafte na kraju cijevovoda za sve slu ajeve je t 2 = 50°C , a maseni protok m= 60kg/s. Za dužinu cijevovoda l=5000 m, pre nika D=200mm i temperatura okoline t a =-5°C, prora un, na osnovu navedenih jedna ina i rešenja ide ovim redom: Zapreminski protok i brzina strujanja nafte kroz cijevovod: ; Pošto se ne poznaje srednja temperatura postupak sra unavanja e se u prvom približenju obaviti koriš enjem poznate vrijednosti temperature na kraju cijevovoda: ;

; ;

Sada mogu da se odrede temperatura, kinematska viskoznost i Rejnoldsov broj na po etku cijevovoda:

[119]

energija

; .

a zatim i srednja temperatura : .

Ra unato sa srednjom temperaturom u drugom koraku slijedi:

; ;

; ;

; ; .

odakle se zaklju uje da je postignuta dovoljna ta nost prora una. Pošto je strujanje nafte na cijeloj dužini cjevovoda turbulentno, odredjivanje pada pritiska u cijevovodu prema obrascu (8) e biti: (9)

Izra unavaju se slede e veli ine: ; ;

;

; ;

Za vrijednosti y a , y1 i y 2 iz tabela /1/,/2/,/4/ je na eno:

; ; ; ; ; ; . Uvrštavanjem brojnih vrijednosti u (9) dobijase da je pad pritiska u odgovaraju oj dionici:

[120]

energija

= 10.44 bar U slede oj tabeli su date izra unate vrijednosti ulazne i srednje temperature, brzine strujanja, i pada pritiska za odgovaraju e naftovode razli itih dužina i razli itih pre nika. Tabela

Dijagrami pada pritiska, po etne i srednje temperature u zavisnosti od pre nika cijevovoda za ta=-5°C prikazani su na slikama 4, 5 i 6. Na ovim i svim drugim slikama donje krive se odnose za naftovod dužine 5000m, a gornje krive za naftovod dužine l0000 m.

[121]

energija

Slika 4. Slika 5.

Slika 6. Slika 7. Dijagrami pada pritiska, po etne i srednje temperature u zavisnosti od pre nika cijevovoda za ta=-10°C prikazani su na slikama 7, 8 i 9.

[122]

energija

Slika 8. Slika 9. Dijagrami pada pritiska, po etne i srednje temperature u zavisnosti od pre nika cijevovoda za ta=-15°C prikazani su na slikama 10, 11 i 12.

Slika 10. Slika 11.

[123]

energija

Slika 12. Slika 13. Pad pritiska u zavisnosti od temperature okoline za pre nik cijevovoda D=200mm prikazan je na slici 13., za D=250mm na slici 14., a za D=300mm na slici 15.

Slika 14. Slika 15.

[124]

energija

4. Zaklju ci. Na osnovu izvršene analize turbulentnog režima strujanja nafte kroz horizontalan neizolovan cijevovod razli itih temperatura okoline (ta=-5, -10, -15ºC) i razli itih pre nika (D=200, 250, 300mm) konstatujemo: a) Smanjenje temperature okoline izaziva pove anje pada pritiska dok pove anje pre nika cijevovoda uti e na njegovo smanjenje. b) Promjena pre nika cijevovoda ima ve i uticaj na vrijednost pada pritiska od promjene temperature okoline. c) Za konkretan slu aj utvr eno je da je pad pritiska za najmanji razmatrani pre nik cijevovoda (200mm) relativno veliki te se stoga takva cijev i ne preporu uje, dok se cijevi ve ih pre nika (250mm i 300mm) kako je pokazala analiza rezultata, preporu uju za upotrebu transporta nafte. S ozirom da padovi pritisaka mogu ak 5 puta i više biti manji od pada pritiska za cijevovod pre nika D=200mm, što zna i da bi za transport nafte kroz ovakve cijevi bile dovoljne pumpe manjh snaga. d) Uticaj promjene temperature na pad pritiska kre e se od 8 do 15% zavisno od pre nika cijevi i dužine cijevi, o emu se mora voditi ra una pri preciznim prora unima transporta, a naru ito kod dužih naftovoda. e) Kona nu odluku o izboru izme u ovih pre nika, u slu aju projektovanja izgradnje naftovoda, donijeli bi u zavisnosti od kombinacije cijena odgovaraju ih cijevi, pumpnih postrojenja i ostalih komponenti transportnog sistema.

Literatura: 1. M. Šaši , Transport fluida cijevima, Nau na knjiga Beograd, 1989.

2. M. Šaši , Zbirka riješenih zadataka iz transporta fluida cijevima, Nau na knjiga Beograd, 1987.

3. M. Markoski, Cijevni vodovi, Mašinski fakultet, Beograd, 1996.

4. D. Milovanovi , Transport fluida cijevima, Zbirka riješenih zadataka, Mašinski fakultet u Kragujevcu, 1999.

5. B.E. Larock, R.W. Jeppson, G.Z. Watters, Hidraulics of Pipeline Sistems, CRC Press, London, New York, Washington D.C. 2000.

6. F.White, Fluid Mechanics, sixth Edition, Mc Graw Hill, New York, San Francisco, 2008.

7. Ivanovi D., Ivanovi V., Miketi S., Analiza pada pritiska i temperature pri laminarnom i turbulentnom režimu strujanja nafte u neizolovanom cjevovodu, Energetika 2010, EEE, XII, No.3, pp. 131-140., ISSN br. 03554-8651, UDC 620.9, Mart 2010.

[125]

energija

Miodrag Brkić, Ðorđe Dragojević, Dušan Živković, Miloš ŽivanovUniverzitet u Novom Sadu, Fakultet tehničkih nauka,Novi Sad, Republika Srbija

UDC: 550.832.001

Jedno rešenje za realizaciju sonde za merenje temperature i provodnosti fl uida u karotažnim bušotinama

Bušotinska GFK merenjaU procesu izrade bušotina, radi određivanja geoloških i fi zičkih svojstava formacija zemljine kore potrebno je izvesti merenja različitih geofi zičkih veličina – ova merenja zajedničkim imenom se nazivaju geofi zičko-karotažna (GFK) merenja. Merenja se izvode pomoću sondi koje se spuštaju na dno bušotine a potom podižu konstantnom brzinom, tako da se merenje i slanje izmerenih parametara ka površinskoj jedinici odvija istovremeno.

komunikacioni link između mernih instrumenata i površinske jedinice

3 – merne sonde.Sa druge strane elektromehaničkog kabla pored opreme za spuštanje i podizanje sondi nalazi se kompjuterizovana površinska jedinica, sa opremom za analizu i prezentaciju podataka.

Bušotinska merenja provodosti i temperature fluidaMerenjem provodnosti fl uida, najčešće vode, dobijaju se značajne informacije o kvalitetu fl uida koja se nalazi u bušotini. Vrednost provodnosti je u direktnoj vezi sa količinom rastvorene materije u fl uidu (total dissolved solids -T.D.S.),), kao i njen salinitet.

SažetakU ovom radu dat je kratak opis sonde za merenje temperature i provodnosti fl uida u karotažnim bušotinama. Sonda simultano meri ova dva parametra. Provodnost fl uida u busotini je značajan parametar za određivanje kvaliteta vode. Merenje temperature je korisno za normalizaciju merenja provodnosti i za pronalaženja mesta gde fl uid ulazi u bušotinu. Princip merenja provodnosti zasniva se na „četvorožilnoj metodi merenja“ gde se održavanje konstantnog napona između unutrasnjih elektroda vrši promenom struje kroz spoljnje elektrode. Struja teče kroz fl uid i srazmerna je njegovoj provodnosti. Merenje temperature ižvršeno je pomoću platinasto termootpornog senzora PT100. U radu je opisana realizacija sonde i mehanička izvedba mernih elemenata. Ključne reči: bušotine, geofi zička merenja, provodnost fl uida, temperatura fl uida.

AbstractShort description of borehole tool for measurement of temperature and conductance of fl uids is given. Borehole tool is measuring these two parameters in same time. Conductance of fl uids is important water quality parameter. Measurement of temperature is useful for normalization of conductivity readings and for locating at which depth fl uid fl ows into the borehole. Principle applied is known as “four wire measurement” where maintaining of constant voltage on inner electrodes is accomplished by regulating of current through outer electrodes. Current fl owing through fl uid is proportional to its conductivity. Measurement of temperature is realized with platinum resistance thermometer PT100. In this paper description of the tool and mechanical realization of measurement elements are given.Key words: borehole, geophysical measurement, conductivity of the fl uids, temperature of the fl uids.

Slika 1

Osnovni delovi GFK sistema su :1 – Površinska jedinica za analizu i

nadgledanje merenih rezultata,2 – kabel za spuštanje sonde

kroz ispitivanu bušotinu i [126]

energija

Čistija voda ima manje rastvorenih jona koji provode struju, a samim tim ima i manju provodnost. Merenjem provodnosti u bušotini nalaze se lokacije zona sa različitom kvalitetom vode. Merenjem temperature fl uida pronalaze se temperaturne anomalije u bušotini, koje označavaju mesta gde fl uid utiče i ističe iz bušotine. Poznavanje tačne temperature fl uida je korisno i zbog ostalih merenja koje se vrše u bušotini, pošto temperatura utiče na veći broj geofi zičkih veličina, pa je potrebno poznavanje temperature pri merenju da bi se mogla izvršiti normalizacija merenja. Temperatura značajno utiče i na merenje provodnosti fl uida, koji ima pozitivan temperaturni koefi cijent.

Mehanička izvedba sondeZa merenje provodnosti fl uida koristimo 7 elektroda u obliku prstena koji se nalaze unutar plastične cevi, oko koje je prohromska cev, tj kućište sonde. U prohromskoj cevi nalaze se dva seta proreza između kojih je plastična cevi, i kroz njih fl uid teče kroz

plastičnu cev, također ovi prorezi onemogućuju većim predmetima do dopru do elektroda. Poprečni presek 3D modela senzorskog dela sonde je na slici 2.Kao što se vidi na slici 3, postoji jedna veća centralna elektroda i 6 manjih, po sa obe strane centalne elektrode. Po dve elektrode na istoj udaljenosti od centralne su povezane na isti potencijal, te ostatak sistem vidi samo 4 elektrode. Spoljnji par elektroda je na potencijalu mase, te je radi jednostavnije realizacije umesto njih iskorišćeno metalno kućište sonde, pošto je ono zbog povezivanja na oplatu elektromehaničkog kabla već povezano sa masom. Materijal za izradu elektroda ne sme biti od nerđajučih materijala, pošto oni zbog zaštite imaju spoj oksida koji može biti loš provodnik te struja ne može da protiče celukopnom površinom kontakta, te otpornost kontakta sa okolinom ne ostaje stabilna u fl uidu. Iako ovaj efekat nije preterano značajan ako se koriste elektrode manjih dimenzija, ipak su za realizaciju ove sonde korištene elektode u obliku prstenova od olova, kod kojih otpornost kontakta

sa okolinom nije značajna.

Princip rada merenja provo-dnostiPrincip merenja provodnosti kojeg koristimo kod ove sonde je jedna od varijacija uobičajenog četvo-rožilnog načina merenja otpornosti. Kod klasičnog merenja otpornosti koriste se dve strujne elektrode koje dovode struju na mereni objekat, a

sa dve merne elektrode kroz koje ne protiče struja vrši se merenje napona na mernom objektu. Pošto se ovako dobija tačan napon na mernom objektu, jer na mernim elektrodama nema pada napona, poznavanjem vrednosti struje koja se propušta kroz merni objekat može se dobiti tačna vrednost provodnosti mernog objekta.Kod ove sonde koristi se slična metoda merenja, ali uz neke specifi čnosti koje merenje provodnosti kroz fl uide nalaže. Pri merenju provodnosti kod fl uida mora se obratiti posebna pažnju da ograničimo struju koju propuštamo kroz fl uid, jer napon koji se pojavljuje u fl uidu mora biti dovoljno male vrednosti da nema značajnog efekta elektrolize u fl uidu, koja bi poremetila merenje provodnosti. Napon u fl uidu se održava na maloj vrednosti, reda desetine milivolta, tako što se napon između mernih elektroda održava konstantnim preko povratne sprege koja kontroliše naponski izvor. Povratna sprega realizovana je uobičajeni način-merne elektode su 2(i 2’) i 3(i 3’), napon između njih se dovodi na visokomski ulaz instrumentacionog pojačivača, na ovaj način se osigurava da ne protiče struja kroz merne elektrode. Napon na izlaz instrumetacionog pojačivača je srazmeran naponu između mernih elektroda, povećan za vrednost pojačanja pojačivača. Ovaj napon se poredi sa referentnim naponom, čime se dobija signal greške koji se propušta kroz RC kolo, kojim se dobija propocionalono-integralno dejstvo. Izlaz RC kola se povezuje na ulaz naizmeničnog naponskog izvora, čija amplituda zavisi od vrednosti ulaznog napona. Koristi se naizmenični signal za merenje da ne bi došlo do elektrolize i polarizacije elektroda. Frekvencija izvora je reda kiloherca.

Proračunavanje provodnostiKako je napon izmedju mernih elekroda konstantan, struja koja protiče kroz fl uid izmedju te dve tačke je direktno srazmerna provodnosti. Ova struja se meri na otporniku Rstrujni (slika 3), pojačava se i digitalizuje se pomoću analogno digitalnog konvertora. Kako su u pitanju veoma mali signali, reda mikrovolti za nisko provodne fl uide, i ovde se koristi instrumentacioni pojacavač za merenje napona na

Slika 2

Slika 3

[127]

energija

Rstrujni. Preko formule :

dobija se provodnost fl uida, jedinica je S (simens). U2–3predstavlja napon između mernih elektroda.Kako sama provodnost G zavisi i od dimenzije uzorka koji se meri, pod pojmom provodnosti se mnogo češće podrazumeva specifi čna provodnost(κ-kappa), čija je jedinica S/m. Veza između provodnosti i specifi čne provodnosti je

gde je l-udaljenost između mernih elektroda. A je poprečni presek merenog uzorka, a pošto se merenje vrši unutar cevi, A = r2 * π, gde je r(m) poluprečnik cevi.

Merenje temperatureZbog potrebne preciznosti merenja i mogućnosti ekstremnih temperatura u bušotini, merenje temperature zasnovano je na otporničkom senzoru izrađenom od platine. PT-100 iskorišćen u izradi sonde, poznat je kao veoma precizan senzor za merenje u širokom opsegu temperature od -200 oC to 850 oC. Porast temperature dovodi do povećanja otpornosti senzora. Merenjem otpornosti senzora jednostavno se preko tabele otpornosti PT-100 dobija podatak o temperaturi. Temperaturni senzor smešten je na donjem kraju sonde (slika 2). U nosač sonde od mesinga ispunjen pastom velike termičke provodnosti uronjen je temperaturni senzor PT-100, čime je zagarantovano precizno merenje temperature. Sklop je kavezastom konstrukcijom od prohroma zaštićena od oštećivanja.Izvorom konstantne struje kroz PT-100 ostvaruje se pad napona

na tempe-raturnom senzoru koji je srazmeran otpornosti senzora, odnosno merenoj temperaturi. Pojačan i isfi ltriran napon šalje se analogno digitalnom

konvertoru, koji predaje digitalne podatke mikrokontroleru.

ZaključakOvaj rad opisuje hardversku realizaciju sonde za merenje temperature i provodnosti fl uida u bušotini. Opisan je princip rada sonde i prikazana je mehanička realizacija sonde kao i rešenja za merne metode. Elektronski sistem kod kojeg su korišćena ova rešenja je realizovan i testiran. Sonda je realizovana kao prototip i dala je zadovoljavajuće rezultate u laobratorijskim uslovima.

ZahvalnostIstraživanje čiji je rezultat objavljen u ovom radu fi nansira Ministarstvo nauke republike Srbije u okviru projekta “Razvoj metoda, senzora i sistema za praćenje kvaliteta vode,vazduha i zemljišta“, III43008.

Literatura1. G. Mančić, St. Martinović, M.

Živanov, “Geofi zički karotaž – osnovni fi zički principi”, DIT Naftagas, Novi Sad, 2002.

2. Randy D. Down, Jay H. Lehr, ”Environmental instrumentation and analysis handbook” Published 2004 by John Wiley and Sons Ltd.

Slika 3

[128]

energija

dr Nebojša Jovičić, Goran Bošković, Marko Milašinović, dr Goran Vujić

UDC: 628.465.008 (497.11)

Podizanje energetske efi kasnosti procesa sakupljanja komunalnog otpada

UvodNa današnjem nivou razvoja ljudskog društva, ne praveći razliku između bogatih i siromašnih, razvijenog i nerazvijenog dela sveta, degradacija životne sredine i prirodnih resursa, kao posledica generiranja sve većih količina otpada, predstavlja jedan od suštinskih problema svake urbane sredine. U cilju rešavanja konkretnih komunalnih problema na nivou lokalne zajednice, postoje različiti funkcionalni elementi (podsistemi) koji se grupišu u celinu poznatu pod nazivom sistem za upravljanje čvrstim otpadom. Prema tome, jedan od ciljeva upravljanja čvrstim otpadom jeste optimizacija ovakvog sistema uz minimizaciju troškova i maksimizaciju efi kasnosti, uvažavajući sva ograničenja koja nameću korisnici sistema i oni na koje taj sistem utiče ili koji njime upravljaju.

Tekuće stanje istraživanja u svetuUnapređenje i optimizacija sistema za sakupljanje čvrstog otpada u svetu je već dugi niz godina predmet interesovanja i istraživanja, i to samo u pojedinim segmentima tog sistema. Naglasak je na optimizaciji putanja kojima se kreću komunalna vozila i optimizaciji prostornog rasporeda lokacija za prikupljanje otpada. Sa druge strane, optimizacija regionalnih sistema uvođenjem transfer stanica je u literaturi manje zastupljena. Kada se govori o publikovanim rezultatima istraživanja u oblasti unapređenja i optimizacije sistema

za upravljanje otpadom, treba istaći nekoliko karakterističnih primera. Lakshumi (2006) je predstavio

rezultate studije koja se odnosila na grad Chennai u Indiji, koji ima oko 4,5 miliona stanovnika. Cilj

SažetakU okviru tipičnog gradskog sistema za upravljanje čvrstim otpadom funkcije sakupljanja i transporta otpada učestvuju sa preko 60% u ukupnim troškovima, od čega se većina sredstava troši na gorivo. Takođe, komunalna vozila su veliki zagađivači životne sredine. Cilj ovog istraživanja jeste procena potencijala uštede goriva, i pripadajućih štetnih gasova, putem optimizacije putanja kretanja komunalnih vozila. Razvijena je i predstavljena nova metodologija za optimizaciju ruta. Urađena su detaljna eksperimentalna istaživanja za Grad Kragujevac. Korišćenjem GIS i GPS tehnologija, analizirana je infrastruktura gradskog sistema za upravljanje čvrstim otpadom i formirane su odgovarajuće baze podataka. Takođe, sve postojeće putanje kretanja komunalnih vozila su optimizovane korišćenjem softverskog paketa ArcGis. Kao dodatak, urađena je klasifi kacija ulica, i svakom segmentu ulica dodeljen je pripadajući faktor potrošnje goriva. Prema dostupnim informacijama za Grad Kragujevac i primenom rezultatima istraživanja, procenjeno je da ušteda u gorivu i pripadajućim izduvnim gasovima može da iznosi oko 20%.Ključne reči: Upravljanje čvrstim otpadom, Energetska efi kasnost, Optimizacija ruta, Klasifi kacija ulica.

AbstractCollection and transportation within the system of solid waste management may account more than 60% of the overall budget, most of which is for fuel costs. Furthermore, municipal vehicles have great environmental impact through exhaust gases emissions. The aim of this research was to estimate the potential for reduction of fuel consumption and thus the emission of CO2 through the communal vehicles route optimization. General methodology for route optimization is also presented. Detailed fi eld experimental research in the City of Kragujevac was conducted. Using GIS and GPS technology, whole municipally infrastructure for waste collection was scanned and all paths of communal tracks was recorded and allocated in developed database. Also, all paths were optimized by using ArcGis software. In additon, street classifi cation was made, and each segment of the street network was attributed an average fuel consumption. According to available information for the City of Kragujevac and the results from this study, it was estimated that the total savings could be 20% in costs and the associated emissions.Keywords: Solid waste management, Energy effi ciency, Route optimization, Street classifi cation.

[129]

energija

istraživanja je bio da se odrede optimalne rute za sakupljanje otpada i uporede troškovi transporta između optimizovanih i postojećih ruta. Korišćen je komercijalni softverski paket ArcGis i na primeru jedne rute, evidentirana je ušteda u dužini putanje prikupljanja od 41,5% u dnevnoj smeni i 44% u noćnoj smeni. Apaydin (2007) je publikovao rezultate istraživanja na optimizaciji kretanja komunalnih vozila u gradu Trabzonu u Turskoj. Grad Trabzon je po veličini sličan Gradu Kragujevcu i ima oko 185.000 stanovnika. Predložena je podela grada na 39 reona i 777 lokacija za prikupljanje otpada. Korišćen je softverski paket RouteView Pro, i u poređenju sa postojećim sistemom, ukazano je da se optimizacijom došlo do skraćivanja putanje kretanja vozila od 4 do 59% po ruti, i smanjenja vremena 14 do 65 % po ruti. Unapređenjem sistema za prikupljanje otpada ostvarena je ukupna ušteda od 24% od ukupnih troškova, ili u apsolutnom iznosu ušteda je 18.014$ na mesečnom nivou. Keramidas (2008) je prikazao rezultate istraživanja na optimizaciji broja i rasporeda mesta za prikupljanja otpada u Atini. Dizajnirane su prostorne baze podataka u GIS radnom okruženju, a svi dobijeni podaci su procesirani u ARCGIS paketu. Prema proračunu, za deo grada koji je analiziran, broj kontejnera je redukovan sa 162 na 112, što je smanjenje od 30%, i velika ušteda na energetskim rashodima za prikupljanje otpada. Tavares je obavio istraživanje grada Praia, gde je napravljen 3D model mreže ulica i uticaji nagiba ulica i težine vozila su uvedeni u optimizaciju. Korišćenjem ArcGIS paketa sproveden je proračun po kriterijumu minimalne potrošnje goriva. Na ovaj način dobijena ruta bila je 1,8% duža od minimalnog puta ali je ekonomičnija, odnosno potrošnja goriva je manja za 8%.U našem bliskom okruženju, mogu se evidentirati istraživanja sprovedena u Hrvatskoj, koja je publikovao Carić (2006). Analizirane su putanje komunalnih vozila u delu grada Zagreba, a optimizacija je vršena razvijenim numeričkim postupkom. Rezultati istraživanja su ukazali na mogućnost smanjivanja broja vozila sa 7 na 6 i uštedu u pređenom putu od 30% u odnosu na postojeći sistem ruta.

Stanje u Srbiji i gradu KragujevcuU Srbiji nisu evidentirana istraživanja na unapređenju i optimizaciji sistema za sakupljanje otpada. Činjenica je da komunalna preduzeća u Srbiji nemaju evidenciju o infrastrukturi sistema za sakupljanje otpada na nivou GIS zahteva. Podela grada na reone, prostorni raspored lokaliteta za prikupljanje otpada i frekvenca pražnjenja kontejnera, najčešće su rezultat iskustva, a ne principa minimalnih energetskih rashoda. Kada se razmatraju putanje komunalnih vozila, situacija je još složenija, i bez stvaranja preduslova kroz implementaciju baze podataka o resursima sistema (po GIS zahtevima), praktično svaki pokušaj optimizacije sistema je osuđen na neuspeh. Otuda, razvoj i implementacija opšteg modela baze podataka o resursima komunalnog sistema za sakupljanje i deponovanje otpada ima mogućnost primene u svakom sličnom preduzeću. Cilj ovog istraživanja je da se izvrši procena potencijalne uštede potrošnje goriva a time i emisija CO2 kroz optimizaciju ruta prikupljanja komunalnog otpada. Ovaj cilj ima nekoliko modaliteta:• Razvoj i implementacija osnovnog

modela baze podataka komunalnog sistema za prikupljanje čvrstog otpada (informaciono-ekološki sistem Grada Kragujevca) na nivou standardnih GIS aplikacija

• Implementacija sistema za monitoring procesa prikupljanja i deponovanja otpada putem Interneta

• Implementacija metodologije za defi nisanje energetskih rashoda procesa prikupljanja i deponovanja otpada postojećih ruta za prikupljanje otpada

• Razvoj i implementacija metodologije za optimizaciju procesa prikupljanja i deponovanja otpada bazirane na GIS tehnologiji (optimizacija ruta).

Prostorna baza podatakaU cilju analize trenutne situacije i defi nisanja optimalnog scenarija za prikupljanje i transport čvrstog otpada, radi smanjenja fi nansijskih i ekoloških troškova, prvi korak je kreiranje prostorne baze podataka sa svim potrebnim elementima – informaciono-ekološki sistem Grada Kragujevca. Ovaj sistem je usmeren

na prikupljanje, smeštaj i obradu krucijalnih informacija o maseno-energetskim svojstvima i bilansima.. Svrha sistema je unapređenje energetske efi kasnosti i zaštite životne sredine grada Kragujevca i regiona Centralne Srbije. Razvijeni sistem skladišti u povezanim bazama podataka sve neophodne informacije, kao što su gustina naseljenosti; broj, tip i pozicija mesta prikupljanja; mreža ulica; broj, tip, kapacitet i karakteristike vozila sa prikupljanje; postojeće rute za prikupljanje; geografske granice i karakteristike reona prikupljanja. Glavni napor u formiranju pomenute baze podataka je izrada baze podataka mesta prikupljanja i baze podataka postojećih ruta za prikupljanje. Ovaj postupak će biti objašnjen u narednom tekstu.Za snimanje trenutne situacije lokacija mesta za prikupljanje i postojećih ruta za prikupljanje korišćeni su uređaji Garmin Colorado 300 i Trimble Juno. Snimljeni podaci su prebačeni u Garmin-ov paket MapSource koji poseduje mapu grada. Lokacije mesta za prikupljanje u paketu MapSource su prikazane na slici 1.Baza podataka takođe poseduje i sve postojeće rute za prikupljanje komunalnih vozila, i one se takođe mogu prikazati na mapi grada. Snimanje postojećih ruta vozila JKP Čistoća trajalo je 4 meseca. Pored GPS koordinata baza podataka je dopunjena sa neprostornim podacima kao što su jedinstvena oznaka lokacije, broj kontejnera, tip i kapacitet kontejnera, fotografi ja i vreme potrebno za pražnjenje kontejnera. Kada se govori o putanjama baza podataka sadrži jedinstvenu oznaku rute, prosečnu brzinu vozila, ukupno vreme trajanja rute i broj ispražnjenih kontejnera.Baza podataka je modifi kovana tako da joj se može pristupiti pomoću softverskog paketa Google Earth. Razlog za odabir ovog paketa je što je besplatan, veoma je jednostavan za upotrebu bez obzira na broj korisnika. Na slici 2 su prikazana mesta prikljanja u paketu Google Earth. Klikom na lokaciju mesta prikupljanja dobijamo sve informacije koje sadrži baza podataka.Putanje vozila takođe se mogu prikazati i analizirati pomoću ovog paketa.

[130]

energija

Za optimizaciju procesa prikupljanja prostorna baza podataka je modifi kovana i implementirana u standardno komercijalno GIS okruženje (ESRI, ArcGis). Ovaj postupak osigurava kompatibilnost sa raspoloživim podacima opštine Kragujevac (mreža ulica, rasterska mapa

grada) i pristupa optimizacije koju nudi GIS.

Implementacija sistema za monitoring procesa prikupljanja i deponovanja otpada putem InternetaZa potpunu kontrolu procesa prikupljanja i deponovanja otpada potrebno je stalno imati uvid u istoriju kretanja vozila komunalnog preduzeća. Za ovu svrhu iskorišćen je sistem za satelitsko praćenje vozila G-target AVL, koji je razvila fi rma Eforte d.o.o iz Niša. Za sada se ovim sistemom prati jedan od kamiona ali je u planu ugradnja i u ostala vozila gradske Čistoće. G-target AVL je integrisani sistem za praćenje i kontrolu vozila koji koristi sistem za globalno pozicioniranje preko satelita (GPS), GSM mrežu (GPRS) i Internet. Sistem se sastoji od G-Target uređaja koji se instalira u vozilo, serverskog programa G-Target SRV koji prima i šalje podatke od G-Target uređaja i klijentskog programa G-Target CLI koji se instalira na računar korisnika i preko koga korisnik ima pregled svojih vozila na karti odnosno planu grada. G-Target uređaj određuje poziciju vozila pomoću GPS modula koji je ugrađen u uređaj (geografsku širinu, dužinu, brzina, smer, vreme…), komprimuje dobijene podatke i preko GSM mreže GPRS-om i Interneta šalje serverskom programu. Serverski program G-Target SRV prima podatke od uređaja i upisuje ih u bazu podataka. Na isti način prima i komande od korisnika preko klijentskog programa G-Target CLI i prosleđuje ih uređajima (šematski prikaz na slici 3).Vozilo se u realnom vremenu prati na mapi grada. Korisnik može nadgledati svoja vozila, samim tim ih racionalnije koristiti, smanjiti troškove i moguće zloupotrebe (u slučaju vozila komunalnog preduzeća nadgledanje vozila u potpunosti isključuje samovolju vozača pri izboru putanje kretanja).

Metodologija definisanja energetskih rashodaU cilju defi nisanja energetskih rashoda postojećeg sistema ruta prikupljanja komunalnog otpada neophodno je merenje količina deponovanog otpada. Gradska deponija je opremljena elektičnom vagom i svako vozilo se meri

Slika 1 Lokacije mesta za prikupljanje

Slika 2 – Mesta za prikupljanje prikazana u Google Earth-u

Slika 3 – Šematski prikaz G-Target AVL

[131]

energija

prilikom dolaska na deponiju i podaci sa vage se upisuju u odgovarajuću bazu podataka. Svako vozilo poseduje jedinstvenu oznaku u bazi i ona je povezana sa bazom podataka o putanja vozila. Na taj način jednostavno se identifi kuju energetski rashodi prikupljanja i trasporta komunalnog otpada kao što su broj pređenih kilometara za prikupljanje jedne tone komunalnog otpada, broj utrošenih litara goriva po jednoj toni komunalnog otpada ili broj utrošenih minuta za pražnjenje kontejnera. Na slici 4 su prikazani energetski rashodi po rutama za jedan gradski reon (reon 1 – komercijalna zona), a slika 5 prikazuje prosečne energetske rashode po reonima. Podaci prikazani na slikama su na godišnjem nivou.

Metodologija za optimizaciju procesa prikupljanja otpada (optimizacija ruta)Metodologija korišćena u ovom istraživanju sastoji se iz tri opšta koraka. Prvi korak je razvoj

prostorne baze podataka koji je opisan u prethodnom tekstu. U drugom koraku sprovedena je optimizacija ruta za prikupljanje po kriterijumu minimalnog vremena i pređenog puta korišćenjem ArcGis Network Analyst GIS paketa. Pored toga, u trećem koraku dopunjena je baza podataka mreže ulica faktorom potrošnje goriva za svaki ulični segment i sprovedena je optimizacija po kriterijumu minimalne potrošnje goriva.Podaci potrebni za optimizaciju i tip podataka su prikazani u tabeli 1.Atributi mreže ulica obuhvataju saobraćajne propise, topološke položaje, specijalna ograničenja/zabrane (zabrane skretanja, zabrane polukružnog okretanja). Ovi atributi obezbeđuju realne uslove saobraćaja i

mogućnost iskorišćenja dobijenih ruta.Svaka od snimljenih putanja vozila detaljno je analizirana i optimizovana korišćenjem softverskog paketa ArcGis. Na slikama 6 i 7 su prikazane postojeća jedna tipična postojeća putanja vozila kao i putanja dobijena posle optimizacije. Vozilo koje ide optimizovanom putanjom obilazi sva mesta prikupljanja i prazni isti broj kontejnera kao i kada ide postojećom

putanjom ali je put kraći za 2,5 km.Posle izvršene optimizacije svih putanja vozila urađena je tehno-ekonomska analiza optimizovanog sistema za prikupljanje otpada. Defi nisani su energetski rashodi optimizovanog sistema i upoređeni su sa postojećim stanjem. Na sledećim dijagramima prikazani su energetski rashodi optimizovanog sistema po rutama za Reon 1 (slika 8) kao i procentualne uštede u odnosu na postojeći sistem (slika 9). Prosečna ušteda za ovaj reon iznosila je 15,51%. Prosečni energetki rashodi za Reon 1 pre i posle optimizacije sistema prikazani su na slici 10.Ukupna postignuta ušteda optimizacijom svih reona iznosi oko 14%. Treba naglasiti da je rađena optimizacija ruta vozila koja prikupljaju otpad iz kontejnera, a da je u planu i optimizacija ruta vozila koja prikupljaju otpad iz kanti koje se nalaze individualno po domaćinstvima. Ovde se uglavnom radi o prigradskim naseljima i očekuje se da se optimizacijom ovih putanja postigne ukupna ušteda od oko 20%.

Optimizacija ruta po kriterijumu minimalne potrošnje gorivaNаkon optimizаcije ruta po kriterijumu minimаlnog pređenog putа, neophodno je proširiti postojeću bаzu podаtаkа i pripremiti neophodne podаtke zа optimizаciju po kriterijumu minimаlne potrošnje gorivа. Strukturа rаzvijenog modelа sа komponentаmа zа optimizаciju prikаzаna je nа slici 11.Svаki segment ulice, kаo deo ulice između rаskrsnicа posedije fаktor potrošnje gorivа (fc). Nаjekonomičnijа rutа imа nаjmаnju ukupnu potrošnju gorivа

Slika 4 – Energetski rashodi – reon 1

Slika 5 – Energetski rashodi – svi reoni

Tabela 1 – podaci potrebni za optimizaciju

Slika 6 – Postojeća ruta Slika 7 – Optimizovana ruta

[132]

energija

Slika 8 – Optimizovan reon 1 Slika 9 – Uštede u reonu 1

Slika 10 – Prosečni energetski rashodi za reon 1

(TFC) izrаženu jednаčinom (1):

TFC = ∑(Lsegi · fci) (1)

gde je: Lsegi – dužinа uličnog segmentа sа odgovаrаjućim fаktorom potrošnje gorivа (fc)Fаktor potrošnje gorivа tokom sаkupljаnjа otpаdа zаvisi od tipа vozilа, pređenog putа i trenutnih operаtivnih uslovа dаtog vozilа.

U cilju izrаčunаvаnjа ukupne potrošnje gorivа korišćen je metod na kome je zasnovan progrаm COPERT. COPERT je progrаm koji izrаčunаvа emisiju gаsovа vozilа i poseduje model zа izrаčunаvаnje potrošnje gorivа u

zаvisnosti od tipа vozilа. Uprošćeno, potrošnjа gorivа (FCS) je funkcijа sаmo brzine (V) i izrаženа je jednаčinom (2):

FCS = 1068,4 V-0,4905 (2)

U ovoj jednаčini vrednost brzine je preuzeta iz baze podataka o putanjama vozila i dobijenа je sa GPS uređаjа. Dаlje, potrošnjа gorivа zаvisi od tipа ulice kojom se vozilo kreće i uslovа sаobrаćаjа. Zbog

togа uvodi se fаktor klаse ulice (SCF) koji se morа uključiti u izrаčunаvаnje fаktorа potrošnje gorivа (fc):

fc = FCS x SCF (3)

Fаktor klаse ulice defi nisаn je zа svаki segment ulice. Klаsifi kаcijа ulicа urаđenа je nа osnovu četiri kriterijumа: okruženje, širinа ulice, regulаcijа sаobrаćаjа pomoću semаforа i mere zа izuzetno usporenje sаobrаćаjа. Ovа četiri kriterijumа pokаzаli su se od nаročite vаžnosti zа

emisione fаktore i fаktore potrošnje gorivа. Kombinаcije ovih tipovа ulicа dаju rаzličite klаse ulicа аli neke od njih su veomа retke pа su neki tipovi objedinjeni. Konаčаn broj klаsа ulicа je 17. Nakon pripreme svih potrebnih podataka u softeverskom paketu ArcGis pokrenut je proračun po kriterijumu minimalne potrošnje gorive jedne izabrane rute koja je već optimizovana po kriterijumu najmanjeg pređenog puta. Na ovaj način dobijena nаjekonomičnijа rutа je dužine 22,6 km, što predstаvljа povećаnje zа 0,4 km u odnosu nа rutu minimаlnog pređenog putа. Odnos između ukupne potrošnje gorivа rute optimizovаne po kriterijumu nаjmаnjeg pređenog putа i rute optimizovаne po kriterijumu nаjmаnje potrošnje gorivа je:

TFC2/TFC1 = 0.95 (4)

gde je:TFC1 – ukupnа potrošnjа gorivа

zа rutu optimizovаnu po kriterijumu nаjmаnjeg pređenog putа

TFC2 – ukupnа potrošnjа gorivа zа rutu optimizovаnu po kriterijumu nаjmаnje potrošnje gorivа

Rezultаt ukazuje na uštedu od 5 % u potrošnji gorivа zа drugu rutu, kao i da postoje slučajevi kada nаjkrаćа rutа nije nаjekonomičnа. Slikа 12 predstаvljа rutu dobijenu u ArcGIS–u optimizovаnu po kriterijumu minimаlne potrošnje gorivа. Treba napomenuti da je za defi nisanje klasa ulica i dobijenje verodostojnijih rezultata potrebno uraditi eksperimentalno ispitivanje potrošnje goriva za svaku od postojećih klasa ulica.

ZaključakGrad Kragujevac, na godišnjem nivou proizvodi oko 57.000 t čvrstog

Slika 11 Razvijeni model za optimizaciju

[133]

energija

otpada. Na osnovu dostupnih podataka iz JKP Čistoća, u toku 2010. godine angažovano je ukupno 20 komunalnih vozila. Za obavljanje poslova prikupljanja i transporta čvrstog otpada, vozni park ovog komunalnog servisa potrošio je oko 30.000.000 dinara na gorivo, ulje i održavanje.Na osnovu prikazanih istraživanja realno je očekivati da može da se ostvari ušteda od oko 20%. Konkretno, JKP Čistoća bi u tom slučaju ostvarila uštedu od oko 6 miliona dinara (60.000€) na godišnjem nivou.Takođe, ako se ima u vidu da je za tipično komunalno vozilo (sa Euro1 motorom) emisija CO2 na nivou oko 900g/km, dolazi se do zbirne cifre od 213.618 kg CO2 koji se emituje u atmosferu na godišnjem nivou. U skladu sa uštedom goriva doći će i do smanjenja emisije CO2 od 40 tona. Imajući u vidu da se u Kragujevcu nedeljno sakupi oko 1.000 tona otpada, u Novom Sadu i Nišu oko 1700-2000 t, a u Beogradu, čak preko 10.000 t., može se doći do zaključaka koji šire kvantifi kuju značaj prikazanih istraživanja i sprovođenja aktivnosti na podizanju ekološko-ekonomsko-energetske efi kasnosti komunalnih servisa u Srbiji.Kao što je već naglašeno, u Srbiji nisu evidentirana značajnija istraživanja na unapređenju i optimizaciji sistema za sakupljanje otpada. Otuda, razvoj i implementacija opšteg modela baze podataka o resursima komunalnog sistema za sakupljanje i deponovanje otpada predstavlja značajan doprinos

Slika 12 – Optimizovana ruta na unapređenju funkcionisanja jednog tipičnog gradskog servisa. Formiranje opšte metodologija za unapređenje energetske efi kasnosti procesa sakupljanja čvrstog otpada pružiće mogućnost svakom komunalnom preduzeću da na energetski-efi kasan način reši probleme, kao što su: 1) adekvatan raspored mesta za prikupljanje otpada u skladu sa gustinom stanovništva i stepenom urbanizovanosti

(unapređena ili optimizovana frekvenca pražnjenja kontejnera), 2) podela grada na reone u skladu sa karakteristikama voznog parka (unapređeno ili maksimizovano iskorišćenje kapaciteta komunalnih vozila) i 3) optimizacija putanja komunalnih vozila u okviru defi nisanih reona (smanjenje ili minimizacija energetskih rashoda voznog parka).

Literatura[1] Erdelez, A., Margeta, J.,

Knezić, S., Integralni pristup u upravljanju čvrstim otpadom, Građevinar, 59(2007), 6, pp. 505-516

[2] Kim, B., Kim, S., Sahoo, S., Waste collection vehicle routing problem with time windows, Computers & Operations Research, 33(2006), 12, pp. 3624-3642

[3] Karadimas, N., Loumos, V., GIS-based modelling for the estimation of municipal solid waste generation and collection, Waste Management Research, 26(2008), 4, pp. 337-346

[4] Lakshumi, A., Ramiya, A., Ssthya, R., Optimal Route Analysis for Solid Waste Disposal Using GIS, Proceedings, International Conference of Land Registration and Cadastre - MAP India, New Delhi, India, 2006

[5] Apaydin, O., Gonullu, M.T., Route Optimization for Solid Waste Collection: Trabzon (Turkey) Case Study, Global

NEST Journal, 9(2007), 1, pp. 6-11

[6] Karadimas, N., Doukas, N., Kolakathi, M., Defteraiou, G., Routing Optimization Heuristic Algorithms for Urban Solid Waste Transportation Management, WSEAS Transaction on Computers, 7(2008), 12, pp. 2022-2031

[7] Tavares G., Zsigraiova Z., Semiao V., Carvalho M.G., Optimisation of MSW collection routes for minimum fuel consumption using 3D GIS modelling, Waste Management, 29(2009), 3, pp. 1176–1185

[8] Carić, T., Unapređenje transporta korišćenjem heurističkih metoda, Doktorska disertacija, Univerzitet u Zagrebu, Hrvatska, 2006

[9] Jovičić, N., Kalinić, Z., Jovičić, G., Bošković, G., Locale Environmental Information System, Zbornik radova, 2. Nacionalna konferencija o kvalitetu života, Kragujevac, Srbija, 2007

[10] Ntziachristos, L., Samaras, Z., COPERT III – Computer Programme to Calculate Emissions from Road Transport, Methodology and Emission Factors (Ver. 2.1), European Environmetal Agency, Copenhagen, Denmark, 2000

[11] Ericsson E., Larsson H., Brundell-Freij K., Optimizing route choice for lowest fuel consumption – Potential effects of a new driver support tool, Transportation Research Part C, 14 (2006), 6, pp. 369–383

[12] Jovicic N., Boskovic G., Milasinovic M., Vujic G., Jovicic G., Improving effi ciency of municipal waste collection: the case of Kragujevac, ISWA BEACON 2010 Public Private Partnership and Hazardous Waste in Developing Countries in SEE, Middle East and Mediterranean Region, Proceedings (2010), pp. 195-205, Novi Sad, Srbija

[134]

energija

Srećko Ćurčić, Sandra Milunović, Snežana DragićevićTehnički fakultet, Čačak

UDC: 628.463: 662.756.3

Skladištenje i korišćenje biomasa od komunalnih sistema u energetske svrhe*

1.0 Uvodna razmatranjaJedan od prioriteta održivog razvoja je zamena fosilnih goriva obnovljivim izvorima energije medju kojima biomasa zauzima značajno mesto, pa se kao takva našla na prvom mestu prioriteta Strategije razvoja energetike Republike Srbije do 2015. Na sadašnjem nivou razvoja tehnologija za korišćenje obnovljivih izvora energije biomasa ima najveći potencijal i perspektivu, pre svega zbog postojanja energetske krize, ograničenih rezervi fosilnih goriva, kao i zbog zagađenja okoline pri korišćenju fosilnih goriva. Energija koja se dobija posredstvom čvrste biomase poseduje višestruke mogućnosti u različitim oblastima primene. Tehnologije korišćenja biomase u energetske svrhe usmerene su ka njenom direktnom sagorevanju ili na prethodnu gasifi kaciju, pa sagorevanje. Iz biomase određenim tehnologijama mogu da se proizvedu tečna goriva (biodizel, bio-etanol i dr.). Torefakcija, paletizacija i piroliza mogu pretvoriti biomasu sa umerenom energijom u nosioca koncentrovane energije koja je znatno lakša za transport i rukovanje. Dobro isplaniran lanac snabdevanja biomasom sa odgovarajućom pripremnom tehnologijom može značajno uticati na cenu proizvedene energije iz biomase.Za energetsko korišćenje biomase neophodno je da se raspoloživa biomasa prikupi, pripremi i transportuje na odgovarajuću lokaciju. Pripremni proces dobijanja energije iz biomase ima značajan uticaj na efi kasnost lanca korišćenja

bioenergije, posebno na logistiku. Neke države imaju manju gustinu naseljenosti u odnosu na druge, pa mogu biti čisti snabdevači obnovljive bioenergije. Troškovi proizvodnje energije iz biomase u takvim zemljama mogli bi biti niski, ali se ne mogu zanemariti dodatni logistički troškovi, iskorišćena energija i materijalni gubici. Istraživanja pokazuju da mogućnosti unapređenja pripremnih tehnologija i njihovi novi

uticaji na ukupni lanac bioenergije nisu detaljno ispitani.

2. 0 Skladištenje biomasa od komunalnih sistema

Skladište predstavlja prostor koji služi za zaštitu, čuvanje i ranžiranje zaliha u skladu sa zahtevima dopreme i otpreme, odnosno priliva i odliva. Ono se može smatrati trafo-stanicom logističke mreže preduzeća.Najvažniji zadaci skladišta se sastoje u:• obezbeđenju kontinuiteta procesa

proizvodnje i kontinuiteta snabdevanja potrošača,

• čuvanju i zaštiti robe od oštećenja i gubitaka,

SažetakBiomasa kao obnovljiv izvor energije u poslednjih desetak godina predstavlja praktičan i pouzdan način za dobijanje energije u većini zemalja EU. Brojna naučna i praktična istraživanja usmerena su upravo na mogućnosti upotrebe različitih oblika biomasa kao potencijalnog energenta. U radu su date osnovne smernice skladištenja biomasa za energetsko korišćenje, prikaz postrojenja za pirolotičko sagorevanje komunalnog otpada i analiza rada sistema za kombinovanu proizvodnju toplotne i električne energije koja kao gorivo koristi biomasu.Ključne reči: biomasa, skladištenje, energetsko korišćenje.

AbstractBiomass as a renewable source of energy in the last ten years is a convenient and reliable way of obtaining energy in most EU countries. Numerous scientifi c and practical research is aimed precisely at the possibility of using various forms of biomass as a potential energy source. The paper provides basic guidelines for the storage of biomass, plants for pyrolytic combustion of municipal waste and system analysis for combined heat and electricity production using biomass as fuel.Keywords: biomass, storage, energy usage.

∗ Rad je nastao kao rezultat rada na projektu pod nazivom: Istraživanje kogeneracionih potencijala u komunalnim i industrijskim energanama Republike Srbije i mogućnosti za regeneraciju postojećih i izgradnju novih kogeneracionih postrojenja, Evid. br. 42013, Ciklus istraživanja 2011-2014.

[135]

energija

sadržana je i u ekonomičnoj eksploataciji postojećih skladišta. Izbor vida i vrste skladišta i utvrđivanja njihovog kapaciteta vrši se u toku projektovanja procesa skladištenja. Izborom skladišta sa defi nisanim kriterijumima i vrstom skladišta dobija se optimalno skladište.Skladištenje biomasa od

komunalnih sistema treba da se odvija na najracionalniji mogući način, uzimajući u obzir zapreminu deponijskog prostora, zapreminu i stanje biomase i transportne staze. Osnovne funkcije skladišta za energetsko korišćenje biomasa date su na slici 1. Za otpatke biomase je karakteristično da su kabasti - imaju malu nasipnu gustinu pa zauzimaju veliku zapreminu prilikom skladištenja. U cilju lakšeg prikupljanja, skladištenja i eksploatacije biomase najčešće se vrši baliranje, briketiranje i sl. Time se značajno povećava skladišna gustina i gustina energije po m3, a isto tako i olakšava manipulisanje

prilikom doziranja u ložište.

3.0 Tehnologije korišćenja biomase od komunalnih sistema

Od nedavno u Srbiji postoji rаstući interes zа tehnologije sаgorevаnje biomаse, nаročito u pogledu sаgorevаnje čvrstog gorivа. Zbog velike dostupnosti biomаse, iskorišćenost se sistemаtski povećаvа, nаročito u rurаlnim područjimа Srbije. Veće interesovаnje zа korišćenje biomаse i kombinovanu proizvodnju energije slediće iz politike EU kojа imа zа cilj povećаnje udelа energije iz obnovljivih izvorа.Energija iz biomase se dobija iz sledećih procesa: sаgorevаnje na rešetci ili u fl uidizovanom sloju, ko-sagorevanje sа drugim gorivimа, gаsifi kаcija i piroliza. Sаgorevаnje biomаse je nаjpopulаrnijа tehnikа zа proizvodnju energije pa su rаzvijene različite konstrukcije peći zа sаgorevаnje čvrste biomаse. Uređаji zа sаgorevаnje čvrste biomase su različitih kapaciteta, u rаsponu od mаlih domаćih šporeta od 1 -10 kW do velikih kotlovа koji se koriste u kombinovanim postrojenjima (> 5 MW). Postoje različite vrste biomasa: ogrevno drvo, sečka, piljevina i drugi drvni ostaci bez bilo kakve pripreme, peleti, briketi, biogoriva koja se namenski proizvode povećavanjem njihove nasipne gustine i dr.Piljevina se obično javlja u pilanama i u drugim preduzećima drvne prerade. Krupnija piljevina može i namenski da se proizvodi za potrebe korišćenja kao gorivo za proizvodnju električne ili toplotne energije. Namenska proizvodnja je obično za potrebe domaćinstava. Tipične tehnologije za proizvodnju sečke su prikazane na slici 2. To su mašine različitog kapaciteta i različitih mogućnosti. Neke od njih su za sečenje tankih grana i za korišćenje za potrebe jednog domaćinstva (Slika 2a) sa kapacitetom od 6-10 m3/h, dok su druge namenjene za sečenje tanjih trupaca (Slika 2b) sa kapacitetom od 100 m3/h. Ove tehnologije za proizvodnju sečke, prema raspoloživim informacijama još nisu primenjene u Srbiji [1].Nedostatak informacija i promocija korišćenja goriva od biomase, posebno šumskih ostataka, verovatno je glavni razlog zašto se ova tehnologija malo u upotrebi.

Slika 1. Područja skladišta za biomase

• poboljšanju upotrebnih karakteristika proizvoda, (npr. sušenje biomase i td.),

• obezbeđenju ekonomičnosti nabavke i td.

Uspešnost izvršavanja ovih zadataka zavisi od više činioca, od kojih su najvažniji: lokacija skladišta, kapacitet skladišta, tehnologija skladišta i organizacija skladišnog poslovanja.Ekonomija samog skladištenja odražava se u pravilnom izboru vida skladištenja i vrste skladišta i u utvrđivanju kapaciteta i nivoa mehanizacije i automatizacije rada u skladištima. Ekonomija skladištenja

Slika 2 Mašine za pravljenje sečke [2]

a)

b)

[136]

energija

Proizvodnja peleta i briketa je u ekspanziji. Briketi su većih dimenzija, najčešće prečnika 60-100mm i dužine 20-200mm. Zbog svoje relativno velike dimenzije briketi, za razliku od peleta, nisu pogodni za male i srednje kotlove sa automatskim doziranjem. Briketi su pogodni za kotlove i ložišta sa ručnim loženjem. Zbog svoje težine i dimenzija briketi su skloniji lomljenju i mrvljenju od peleta. Iz tog razloga su peleti interesantniji kao gorivo. [3] U Srbiji danas postoje proizvodači briketa ali je obim njihove proizvodnje relativno mali, iako je proizvodnja drvenih peleta u ekspanziji.Peleti mogu biti proizvedeni iz drvnog otpada koji je čisto drvo, a mogu biti proizvedeni sa aditivima, pri čemu se mora voditi računa o maksimalnom sadržaju štetnih materija. Peleti treba da imaju deklaraciju sa specifi kacijom, pa je cena peleta na tržištu veća ako je sirovina za pelete čisto drvo. Međutim, uobičajena praksa je da se peleti proizvode bez dodatka vezivnog sredstva (lepkova ili smola). Tehnologija proizvodnje peleta treba da ispuni osnovne uslove kvaliteta proizvoda, a to je otpornost na lomljenje i trunjenje pri skladištenju i transportu. Neke evropske zemlje gde se peleti troše u velikoj količini, usvojile su vrlo detaljne standarde po pitanju kvaliteta peleta (Švedska, Austrija, Nemačka). U Srbiji se uglavnom primenjuju termoenergetska postrojenja u kojima se biomasa direktno sagoreva u ložištima sa ravnom nepokretnom rešetkom. Iako je bilo pokušaja da se takva postrojenja osavremene, pri čemu su građena postrojenja kod kojih su primenjivane tehnologije sagorevanja na kosoj i vertikalnoj rešetki, u ciklonskim ložištima ili u fl uidizovanom sloju, nijedno od takvih rešenja nije našlo širu primenu u praksi.

3.1 Pirolitičko sagorevanje biomase

Sagorevanje biomasnog otpada treba da se vrši se u specijalno, za tu namenu, konstruisanom kotlu sa pokretnom rešetkom (rostovi) i posebnim kanalima za cirkulaciju i recirkulaciju vazduha. Vazduh potreban za sagorevanje se dovodi ispod i iznad rešetke, a proces sagorevanja se odvija na jednom mestu i to kroz nekoliko, vremenski odvojenih faza [4]:

1. sušenje2. isparavanje,3. sagorevanje volatila (isparljivih),4. sagorevanje vezanog ugljenika,5. dogorevanje.Za razliku od klasičnog sagorevanja, pirolitičko sagorevanje biomasnog otpada karakterišu dve istovremene, ali prostorno odvojene faze rada. U tzv. pirolitičkoj komori koja sadrži celokupno smeće koje se spaljuje, odvija se proces nepotpunog sagorevanja. Uz nedovoljnu količinu vazduha, pri visokoj temperaturi dolazi do isparavanja volatila i otpada. Ovi gasovi, uz ostale produkte nepotpunog sagorevanja odlaze u tzv. plamenu komoru postrojenja gde, uz dovoljnu količinu vazduha, potpuno sagorevaju stvarajući dimne gasove još više temperature. Zbog delimične sličnosti sa poznatim postupcima hemijske pirolize (razlaganje, odnosno isparavanje goriva na visokoj temperaturi bez prisustva vazduha), ovaj način sagorevanja smeća je i dobio naziv: pirolitičko sagorevanje. Sledeća faza rada postrojenja obavlja se u izmenjivaču toplote gde se dimni gasovi hlade zagrevajući vodu ili paru i na taj

način oslobađaju korisnu toplotu [4].Na slici 3. data je detaljna šema postrojenja za pirolitičko sagorevanje smeća i korišćenje toplote dimnih gasova. Ova postrojenja su značajna zbog spaljivanja otpada, korišćenja energije i zaštite okoline od zagađivanja, kako vazduha tako i nadzemnih i podzemnih vodotokova. 3.2 Postrojenja za kombinovanu

proizvodnju toplotne i električne energije na biomasu

Uobičajen naziv za istovremeno generisanje korisne toplote i električne energije u jednom procesu je kogeneracija. Principi kogeneracije poznati su već duže vreme, a tehnologija se poboljšava i razvija već godinama. Primena kogeneracijskih sistema se prvenstveno razmatra zbog njihove visoke energetske efi kasnosti, i sa tim povezanim ekološkim i ekonomskim prednostima. Prednost postrojenja kombinovanih postrojenja je njihov visok ukupni stepen korisnosti (80%) u poređenju sa stepenima korisnosti odvojenih postrojenja za proizvodnju toplote (85%) i proizvodnju električne energije (35%). Viši stepen korisnosti znači manju potrošnju goriva, a manja potrošnja goriva za

Slika 3. Izgled pirolitičkog postrojenja [4]

1. Otvor i poklopac za prijem smeća2. Klizna vrata između prese i pirolitičke

komore3. Hidraulična presa za briketiranje4. Plamenik za potpalu5. Pirolitička komora6. Velika kotlovska vrata7. Ventilator primarnog vazduha8. Elektromotorni ventil za regulaciju

primarnog vazduha9. Ventilator sekundarnog vazduha10. Ručna regulacija količine sekundarnog

vazduha 11. Pilot plamenik za podržavanje procesa

sagorevanja12. Plamena komora

13. Vizuelna kontrola plamena14. Izmenjivač toplote15. Izlaz primarne vode16. Ulaz sekundarne vode17. Ventilator dimnih gasova18. Otvori za regulaciju podpritiska u sistemu 19. Vod za recirkulaciju dimnih gasova20. Ručna regulacija količine recirkulisanih

gasova21. Ventilator za hlađenje dimnih gasova22. Zatezni otvor za vazduh 23. Zatezni otvor za vazduh i dimne gasove 24. Odvod dimnih gasova u dimnjak25. Merno - regulacioni put26. Kontrola zagađivanja vazduha

[137]

energija

datu raspoloživu količinu drvnog otpada znači veću proizvodnju toplotne i elektricne energije. Električna energija proizvedena u preduzećima može biti iskorišćena za zadovoljenje sopstvenih potreba ili može biti predata mreži i prodata. Iz tog razloga su ova preduzeća u principu zainteresovana za što veću proizvodnju električne energije, posle zadovoljavanja svojih potreba za toplotnom energijom. Goriva koja se mogu koristiti u kombinovanim postrojenjima su različita: prirodni gas, ugalj, laka goriva ulja, čvrste i gasovite biomase i otpadna goriva. Biomasa, u smislu goriva za proizvodnju energije (električne i toplotne) jeste biorazgradljiva materija nastala u poljoprivredi, šumarstvu i pratećoj industriji i domaćinstvu i obuhvata: biljke i delove biljaka, ostatke i nusproizvode biljaka nastale u poljoprivredi (slama, kukuruzovina, granje, koštice, ljuske), ostatke životinjskog porekla nastale u poljoprivredi (izmet), ostatke biljaka u šumarstvu (ostaci pri seči šuma) i biorazgradljive ostatke u prehrambenoj i drvnoj industriji koji ne sadrže opasne materije.Kombinovana proizvodnja toplotne i električne energije iz biomase može se realizovati kroz sledeće procese:

• Direktnim sаgorevаnjem biomаse u kotlovima sa rešetkom ili u fl uidizovаnom sloju, koji su povezаni sа turbinom pare niskog pritiska;

• Proizvodnja drvnog gasa i njegovo sаgorevаnje u pаrnim kotlovimа koji su povezani sa parnom turbinom i generаtorom.

Druge tehnologije za kombinovanu proizvodnju obuhvataju sisteme koji koriste Stirling motore, sisteme direktnog sagorevanja biomase sa gasnim turbinama i regeneracijom toplote, i sisteme na biogas koji se i dalje istražuju. Kombinovаna proizvodnja toplotne i električne energije može se ostvаriti ne sаmo u velikim postrojenjа, već i u loklanim mаlim i srednjim sistemima. Veliki potencijali biomase, nove energetske politike i ekonomski problemi uzrok su povećanja interesovanja za korišćenje ne skupih, ali pouzdanih tehnologija za kombinovanu proizvodnju toplotne i električne energije na lokаlnom nivou.Primer korišćenjа biomаse zа kombinovаnu proizvodnju toplotne i električne energije dat je na sledećem primeru: pretpostavka je da će se proizvoditi energija koja je dovoljna da pokrije potrebnu energiju za region koji se prostire na 18060 hа, na kome živi 4000 stаnovnikа.

[5]. Nаjveći deo regionа je pokriven šumom površine 4620 hektаrа i ima visok prinos prirodne biomase: godišnji prinosi drvetа

(strugotinа, drvni otpаdа, i sl.) procenjeni na oko 10400 t. Ukupne energetske potrebe i kаrаkteristike energetskih potrošača i njihovih zаhtevа su glаvni fаktori koji utiču na izbor odgovаrаjuće biomаse za kombinovаnu proizvodnju toplotne i

električne energije. Pretpostavlja se da su potrebe električne energije 1,2 MWe a toplotne energije 6 MWt.Gorivo koje će se koristiti za kombinovanu proizvodnju je otpadna biomasa (ostaci od drveta). Ukupan stepen korisnosti kombinovane proizvodnje zavisi od tehnologije konverzije biomase, vrste biogoriva, efi kasnosti konverzije i tehno-ekonomskih faktora. Analizirani sistem za kogeneraciju dat je na slici 4.Proračun je sproveden za nominalne parametre turbine. Dobijena toplota primenjuje se zа grejаnje i pripremu tople vode, sa pretpostavkom da se 10% toplote koristiti zа pripremu tople vode. Dа bi se pojednostаvio prorаčun pretpostаvljeno je dа sistem rаdi sa efi kаsnošću koja odgovаrа srednjoj temperаturi grejnog periodа od 4 ºC. Izračunata srednja vrednost potrebne količine toplote za dati sistem je 3000 kW. Obzirom dа u toku grejne sezone oduzeta pаra nije dovoljna da pokrije potrebnu toplotu za grejanje sistem je opremljen sа reducir-rashladnom stanicom, koja se koristi za pokrivanje vršnih opterećenja. Uklupna efi kаsnost sistema je 76,4%, a toplotnа efi kаsnost 63,7%.Ako se pretpostavi da je cena biomase (ostаci od drvetа) 63 € / t, godišnja količina biomаse kojа će biti spаljenа u kogeneracijskom postrojenju 15750 tonа, ukupni troškovi eksploаtаcije biomаse iznosiće 992 250 €. Upoređujući sаgorevаnje biomаse sа sаgorevаnjem kаmenog ugljа čija je cena 175 € / t, može se zаključiti dа su ukupni godišnji troškovi eksploаtаcije uglja veći za 40% u odnosu nа sagorevanje

Slika 4. Kogenerativni sistem na biomasu

1-kotao, 2-turbina, 3-generator, 4-kondenzator, 5-hladnjak, 6-reducir-rashladna stanica, 7-kondenzator, 8-pumpa za kondenzat i 9-napojna pumpa

Tabela 1. Podsticajne tarife za proizvodnju električne energije iz biomase i biogasa

[138]

energija

biomаse. Podsticajne cene električne energije u Srbiji koja se proizvodi korišćenjem obnovljivih izvora energije i u kogenerativnim postrojenjima date su u tabeli 1.

4.0 Zaključna razmatranjaOstvarivanje redovnog energetskog snabdevanja je osnovni cilj svakog društva i zavisi od obezbeđivanja bezbednih i pouzdanih izvora energije. Intenzivniji i usmereniji razvoj obnovljivih izvora energije u Srbiji mogao bi poboljšati energetsku sliku i smanjiti troškove uvoza fosilnih goriva. Zahtevi za energentima su u Srbiji u potpunoj disproporciji sa stvarnim zalihama što uslovljava veliki uvoz. Ovaj problem je moguće delimično rešiti korišćenjem energije biomase na lokalnom nivou, uz uključivanje komunalnih sistema za organizovano sakupljanje i skladištenje. EU ubrzano sprovodi politiku sve većeg korišćenja obnovljivih izvora energije. Za energetsko korišćenje biomase neophodno je da se raspoloživa biomasa prikupi, pripremi i transportuje na odgovarajuće mesto za energetsko korišćenje. Obnovljiva energija iz biomasa obezbeđuje oko 4% primarne energije EU (Eurostat) i biće potrebne značajne količine biomase da bi se dostigli budući ciljevi postavljeni od strane EU. Planovi EU su da do 2020. godine obnovljiva energija učestvuje sa 20%, što čini 230-250 Mtoe bioenergije zavisno od raznih scenarija [6]. Pored toga, kao zamena transportnom gorivu, EU je postavila sebi minimalni obavezujući cilj korišćenja 10% biogoriva do 2020. godine. Bioenergija učestvuje sa 22% u snabdevanju zemalja u razvoju primarnom energijom i oko 10% globalnih energetskih potreba [7].U radu su dati neki aspekti skladištenja biomasa, analiza rada sistema za pirolitičko sagorevanje biomasa i kombinovanu proizvodnju toplotne i električne energije na biomasu. Na osnovu analize troškova korišćenja goriva u kogenerativnom sistemu nedvosmisleno je pokazana ekonomska opravdanost korišćenja biomase za dobijanje toplotne i električne energije.

Literatura[1] Energy Saving Group: Studija

opravdanosti korišćenja drvnog otpada u Srbiji, 2008.

[2] www.linddana.dk[3] World Energy Outlook 2006,

IEA 2006; See also: /http://www.worldenergyoutlook.org/2006. asps.

[4] Marković D.: Procesna i energetska efi aksnost, Univerzitet Singidunum, Beograd, 2010.

[5] Kozak, T., Majchrzycka, A., Application of biomass for combined heat and power production in the rural region, International symposium “Energetic Technologies – 2009”, Vrnjačka Banja, 22-23.5. 2009.

[6] European Commission Green Paper: European strategy for sustainable, competitive and secure energy, COM (2006), 105 fi nal.

[7] Wiesenthal T, Fernandez R, Taylor P, Greenleaf J.: Energy and environment in the European Union, EEA report, Copenhagen, Denmark, 2006, p. 1–56.

[139]

energija

Radinko Gligorijevic, Jeremija Jevtic, Djuro BorakIMR-Institute

UDC: 662.75.001/.004

Dependence of the Diesel Exhaust Emissions on Biodiesel Fuel Properties

IntroducingIt is absolutely clear that the reduction of energy consumption and the protection of environment – exhaust emissions reduction, i.e. cleaner air, will be one of the main tasks of automotive industry in the next decades of 21st century.The transportation sector is major consumer of mineral oils. In this sector, diesel engines which have become dominant drive for heavy-duty vehicles and agricultural mechanizations, consume approximately 30% fuels, orabout 11 million barrels/day worldwide and the growth of 2.5% per annum is expected to continue until 2020.The greatest problem in automotive design is not drastically to reduces the exhaust emission or the fuel consumption in isolation, but rather to achieve both-improve the fuel consumption and cut the exhaust pollutant emission to almost zero.In nowadays an automobile is declared to be nature’s enemy No.1 although this is pure discrimination without any justifi cation. On the other hand no society or individuals are willing to deprive themselves of automobile services. Since no adequate replacement for its power unit is to be seen in a foreseeable future, the development of an automobile will continue by evolution because revolutionary ideas will be prevented by business lobbies just as it is the case with pharmaceutical industry.The growth in the number of vehicles worldwide has led to in increase

global fuel consumptions (Figure1 and 2) and air pollution and lower percentage CO2 emission from the transport sector.While increasing traffi c is an implication for the growth of a region’s economy it also implies major challenges for industry, politics and society.

The growing global fuel consumption, the explosive growth in price of crude oil, limited sources and negative effect on environment by pollution and greenhouse effect has imposed increasingly use alternative sources globally, especially from lignocelluloses biomass.

AbstractDiesel engines are the most effi cient prime movers. Hence, diesel is being used extensively, but due to gradual depletion of fossil fuel reserves, it price keep changing, and the impact of environmental pollution of increasing exhaust emission there is an urgent need for suitable alternative fuels.Biodiesel is an alternative diesel fuel, defi ned as the mono-alkyl esters of vegetable oils or animal fats, is a renewable fuel which can be used as a direct replacement for mineral diesel fuel.The plant oil and alcohols can both be derived from biomass. Since the source of biodiesel varies with the location, it is important to possess data on how the varies fatty acid profi les of the diferent sourcees can infl uence biodiesel fuel properties which will be refl ected in the emissions.From this aspect this work deal with the effect of biodiesel fuel properties on exhaust emissions.

Figure 1. Future growth projected in motorization /1/

[140]

energija

The use of biofuels in diesel engine could reduce the two major crises, namely the fossil fuel depletion and environmental pollution.Biodiesel can be obtained from a variety of renewable sources such as vegetable oils and animal fats. Vegetable oils from crops as rape, sunfl ower, soyabeen, peanut, coconut, palm, karanja, cotton, mustard, jatropha, linseed, and coster have been evaluated in many parts of the world in comparison with other non-edible oils /3,4/.Use of biodiesel is catching up all over the world especially in developed countries. At present, USA uses more than 50 million gallons and European countries use > 350 million gallons of biodiese annually-mixed with fossil diesel.The energy content of biodiesel (100%) is 10-12% lower then conventional diesel. This leads to roughly 2% lower energy content in B20 blend biodiesel in mineral diesel. In general, B20 will cost $ o.20 to $ o.40 per gallon more than mineral diesel.There is interest in direct use of vegetable oils as straight or row vegetable oils (SVO or RWO), or of waste oils from cooking and other processes. Some researches

/3-5/ strongly indicates that the use of SVO will lead to reduce engine life. This reduced engine life is caused by the build up of carbon deposits inside the engine, as well as negative impacts of SVO on the engine lubricant. Both

carbon deposits and excessive buildup of SVO in the lubricant are caused by the very high boiling point and viscosity of SVO relative to the required boiling range for diesel fuel. The carbon buildup doesn’t necessarily happen quickly, but instead over a long period. Long-term operation results in operational and durability problems. The blends of vegetable oil with conventional diesel may mitigate the problems to some degree, but do not eliminate them entirely. Studies show that carbon build up continues over time resulting in higher engine maintenance costs and/or shorter engine life. Figure 3 shows how the tendency to form carbon deposits increases with blending of a vegetable oil into a diesel fuel /4/.

ExperimentalTests of the effect of biodiesel and mineral diesel mixture on diesel exhaust emissions have been performed on a three cylinder tractors DI diesel engine (THDM 33/T~ TD 3.152 Perkins) of rated power 40.5 kW, 2250 R.P.M. swept volume 2.5 dm3 , turbocharged KKK 14 with intercooler. The engine is an older design with an open combustion chamber in the piston, while nozzles have 4 holes with dia.0.28 mm each.

Injection pressure is 210 bar and injection angle 120 . It is well known that the majority of investigations relating to the effect of fuel quality on diesel emissions are performed on engines of modern design that having considerably higher injection pressures and that have nozzles with greater number of holes.Three types of diesel fuel have been used in this study: 1) regular diesel fuel (according En 590: ρ=0.84g/cm3, S=0.035%, CI=48.6, aromatics=26%) as

a reference (B0), 2) mineral diesel-biodiesel 20% (P1B20%) v/v blend of palma biodiesel-PME ( ρ=0.85 g/cm3 , CI=49.9) and a 3) mineral diesel-biodiesel 20% (P2B20%) v/v blend of palma biodiesel-PME (ρ=0.90 g/cm3, CI=48.7). It is observed that density of biodiesel –P1B20 and P2B20 is higher, while the mass-based energy content is lower then those of mineral diesel. Diesel engine emissions were measured in accordance with ECE R96 Regulation, 8-mode cycle.

Results and DiscussionThe value of specifi c emissions NOx and PM (g/kWh) for three types of diesel fuel are shown in Figure 4. They are the result of making an average value of an emission for each mode and basic parameters of engine functional characteristics.From Figure 4 it can be seen, that PM emissions levels of P1B20 and P2B20 fuel are lower by 18% and 7% respectively in relation to the reference regular diesel fuel, whereas NOx level is increased by 13% and 15% in relation to the reference regular diesel fuel. It is unknown exactly cause of the increased NOx emissions for biodiesel. However, a number of fuel properties -as cetane number, density, heating value and iodine number, as well as operating conditions have infl uence on NOx emissions. The higher oxygen availability in the combustion chamber could promote higher NOx emissions. NOx emissions of P1B20 fuel and P2B20 are insignifi cant different. As far as PM there are several factors that contribute in the reduction of its. The oxygen content of the bidiesel molecule, the absence of aromatics, the lack of sulfur, and the lower fi nal boiling point of biodiesel are the main factors that govern PM formation.It can be noticed that PM emissions level of P1B20 fuel is lower about 10% in relation to the P2B20 fuel. The difference between P1B20 and P2B20 particulate matter emissions may be because of difference content of fatty acids in these of two biodiesel fuels, since the source of biodiesel varies with location. Namely, palm oil biodiesel has contain within 50% saturated fat acid within the composition of 38-48% palmitic acid (16: 0), 5-6% stearic acid (18:0), 1-2% myristic acid (14:0) and 50% unsaturated fat acid in the composition of 38-44%

Figure 2. Future growth in World cars and fuel consumption /2/

Figure 3. The tendency to form carbon depo-sits as function of percent vegetable oil into diesel fuel

[141]

energija

oleic acid (18:1) and 9- 12% linoleic acid (18:2). It means that H/C relations can be different in these two biodiesel fuel. Also, it means that total unsaturated of these two biodiesel fuels is different. On this fact indicated different density of two biodiesel fuels. Thus, constant injection quantities of a lower density fuel results in leaner change mixtures and lower PM emissions.The degree of unsaturation of a biodiesel fuel, which is characteristic of the original oil have effect on the exhaust emission and combustion timing /8, 9/. This confusion could be solved if it was analyzed chemical composition of two biodiesel fuels.Fatty acids containing one double bond posses the lowest iodine number. Increasing the number of the double bonds, the iodine number, thus the aptitude for polymerization increases, and oxidation stability decreases. The number of the fatty acids also infl uence on the properties of the product.

ConclusionAccording to this investigation it can be said that:1. PM emissions level of P1B20 and

P2B20 fuels are lower by 18% and 7%% respectively in relation to the reference regular diesel fuel. The lower density biodiesel P1B20 fuel results in leaner change mixtures and lower PM emissions.

2. NOx level is increased by 13% and 15% in relation to the reference regular diesel fuel. NOx emissions of P1B20 fuel and P2B20 are insignifi cant different.

3. The density and cetane index of mineral diesel- biodiesel blends is increased compared to the density of the mineral diesel fuel.

4. The source of biodiesel varies with the location, and the varies fatty acid profi les of the diferent sourcees can infl uence biodiesel fuel properties which will be refl ected in the emissions.

AcknowledgmentsThis research has been fi nanced by Ministry of Science and Technology of the Republic Serbia and authors expressed their appreciation.

References/1/ Nierkauve, B., Alternative

Kraftstoffe- Principielle Moglihkeiten und Aktueller Stand, 5th International Colloquim Fuels 2005 TAE, Stuttgart-Esslingen 2005, Proceedings, p.637-641

/2/ Hagenov, G ., The Energy Supply for Road Traffi c in the Present and in the Future, 5th International Colloquium Fuels 2005 TAE, Stuttgart-Esslingen 2005, Proceedings, p.519-532

/3/ Gligorijevic, R., Jevtic, J., Borac, Dj., Automotive Industry: Technical Issues and Global Economic Crisis Nova Science publishers, Inc., New York 2010

/4/ Gligorijevic, R., Jevtic, J., Borac, Dj., Biomass into Biofuels as the Chance to Reduction of Energetic

Dependence and Increasing Work Jobs, Energija-Ekonomija-Ekologija, No.3/4, 2009, pp.110

/5/ Baby, K., Devardjane, G., Vegetable Oils and their Derivates as Fuels for CI Engines: An Overview. SAE Technical Paper No.2003-01-0767

/6/ Samuel, J., Charles, P., Joseph, T., Used Vegetable Oil Fuel Blend Comparisons Using Injector Coking in a DI Diesel Engine, ASAE Paper No. 2001-6051

/7/ Bruver,J., et al. Use of Sunfl ower Seed oil in Diesel Engine Tractors, IV- International Symposium on alcohol Fuels Technology, Guaruja 1980, Brazil

/8/ Knothe G., Dependence of Biodiesel Fuel Properties on the Structure of FattyAcid Alkyl Esters, Fuel Processing Technology, V.86, 2005, pp.1059

/9/ Lapuerta, M., Armas, O.,Rodriguez , J., Effect of the Degree of Unsaturation of Biodiesel Fuels on Nox and Particulate Emissions, SAE 2008-06-23

Figure 4. Specifi c PM and NOx emissions with three types of diesel fuels

[142]

energija

Svjetlana Dokić, dipl.el.ing., Tin Štula Vukušić, dipl .pol.JP Srbijagas

UDC: 662.76 : 504.75.05/.06

Ekološki aspekti primene prirodnog gasa kao energenta

1.UvodNaučno-tehnički progres izazvao je ubrzani ekonomski razvoj, ali i mnoge ekološke posledice. Tradicionalni koncept razvoja orijentisanog na rast proizvodnje, a ujedno i rast potrošnje u svim sferama, pogotovo u potrošnji prirodnih resursa, došao je do svojih krajnjih granica. Takozvani eksterni (marginalni) troškovi zbog zagađivanja životne sredine počinju nadmašivati fi nansijsku dobit. Zato se kapital u razvijenim zemljama sve više ulaže u energetsku efi kasnost, razvoj i primenu obnovljivih resursa u svim sektorima industrije i implementaciju ekološki čistih tehnologija proizvodnje.Paradigma održivog razvoja obuhvatila je ceo svet, ali posledice prethodnog tradicionalnog prilaza ekonomskom razvoju teško je prevazići. Dokaz toga je pre svega još uvek uzlazna kriva koncentracije gasova sa efektom staklene bašte u atmosferi.

2. Efekat staklene bašte – uzrok i posledice

Kao što znamo, gasovi, koji su inače u sastavu atmosfere malo zastupljeni, glavni su uzrok klimatskih promena. Određeni gasovi zadržavaju se u atmosferi obrazujući štit koji propušta sunčeve zrake koji zagrevaju i površinu i atmosferu. Kao posledica zagrevanja sa površine zemlje emituje se infracrveno zračenje. Deo zračenja prolazi kroz atmosferu, deo biva refl ektovan od strane gasova staklene bašte a deo biva apsorbovan. Zbog apsorpcije zračenja od strane gasova staklene bašte dolazi do ponovnog

emitovanja zračenja prema zemlji. Ova pojava poznata je kao efekat staklene baste a njena posledica je zagrevanje površine Zemlje i nižih slojeva atmosfere.Naučnici tvrde da će sa povećanjem efekta staklene bašte doći do povećanja temperature širom sveta, što bi rezultiralo mnogim katastrofalnim ekološkim efektima. Međuvladin panel o klimatskim promenama (IPCC) predviđa u svom

“Četvrtom Izveštaju” objavljenom u 2007. godini da će tokom 21. veka globalne prosečne temperature porasti za između 2,0 i 11,5 stepeni Farenhajta. Peti Izveštaj je trebalo da bude objavljen negde između 2010 i 2015. Globalno zagrevanje, odnosno “efekat staklene bašte” je pitanje zaštite životne sredine koja se bavi globalnim klimatskim promenama zbog povećanog nivoa atmosferskih “gasova staklene bašte”.

SažetakInfrastrukturne mreže „najodgovornije“ za negativne efekte širenja ljudske civilizacije su one energetskog i saobraćajnog tipa. Štetni uticaji energetike i saobraćaja na životnu sredinu sve su izraženiji, posebno kroz efekte „staklene bašte“ i „kiselih kiša“, tako da poprimaju problem planetarnih razmera. Najbolji način za smanjenje njihovog štetnog uticaja na okolinu jeste prelazak na tipove energenta sa manjim stepenom zagađenja. Posmatrano i sa stanovništa eksploatacije i sa stanovništa korišćenja, prirodni gas se nameće kao jedno od najpovoljnijih rešenja za oba slučaja.Prirodni gas zahvaljujući hemijskom sastavu i karakteristikama , postao je bitan faktor zaštiteživotne sredine.Ključne reči: prirodni gas, životna sredina,CO2

Abstract Infrastruction networks “most responsible” for negative effects of the spread of human civilization are those dedicated to energy and transport. Harmful effects of energy production and traffi c upon the environment are becoming ever more evident, especially in the form of the greenhouse effect and acid rains, and the problems caused thereby are gaining global importance.The best way to decrease their damaging infl uence on the environment is transfer to the types of fuels that cause less pollution. From the points of exploitation and use, natural gas imposes as one of the best solutions.Natural gas, due to its chemical composition and its properties, has become an important element of the protection of the environment. Key words: natural gas, environment, CO2

[143]

energija

Smanjenje emisije gasova sa efektom staklene bašte je postao primarni fokus programa zaštite životne sredine u zemljama širom sveta. Zbog toga se čini napor da se pojave i procesi koji izazivaju taj efekat na neki način stave pod kontrolu.

Činjenica je da u toku proteklih 20 godina više od 50% ukupne emisije ugljendioksida prouzrokovano čovekovom aktivnošću potiče od sagorevanja fosilnih goriva za zadovoljenje energetskih potreba.Kao najpovoljnije fosilno gorivo u smislu ekološke pogodnosti nameće se prirodni gas koji ima najmanji koefi cijent emisije ugljen dioksida za isti toplotni efekat. Svetski savez za energiju (WEC) izvršio je analizu predviđenog porasta koncentracije ugljendioksida na osnovu više razrađenih scenarija sa različitim učeščem energenata. Prema toj analizi najpovoljnija varijanta, u smislu smanjenja emisije ugljendioksida

je varijanta C- ekološka varijanta koja podrazumeva povećanje učešća novih obnovljivih izvora energije. Takođe povoljna je i varijanta A3 koja predviđa veće učešće prirodnog gasa. Spaljivanje gasa na mestu drugih

fosilnih goriva emituje manje štetnih zagađujućih materija, pa samim tim povećano oslanjanje na prirodni gas potencijalno može da smanji emisiju štetnih zagađivača. Prirodni gas se sastoji uglavnom od metana i hemijski proces sagorevanja sastoji se od reakcije između metana i kiseonika pri čemu se oslobađa ugljen-dioksid (CO 2), voda (H 2 O), i mnogo energije. Sagorevanje metana može se predstaviti sledećom jednačinom: CH4 [g] + 2 O 2 [g] -> CO 2 [g] + 2 H 2 O [l] + 891 kJ Kao što je poznato ugalj i nafta se sastoje od mnogo složenijih molekula, sa višim sadržajem ugljenika, azota i sumpora. To znači da kod sagorevanja uglja i nafte oslobađa se više štetnih materija, uključujući i veći koefi cijent emisije ugljenika, azotnih oksida (NOx) i sumpor-dioksida (SO2). Pri sagorevanju uglja i lož ulja oslobađaju se čestice pepela u životnu sredinu, supstance koje ne sagorevaju već se sprovode u atmosferu i doprinose zagađenjuProcentualno gledano, sagorevanje prirodnog gasa emituje skoro 30 odsto manje ugljen-dioksida od nafte, a nešto manje od 45 procenata manje ugljen-dioksida od uglja. Pri sagorevanju prirodnog gasa, s druge strane, oslobađa se veoma mala količina sumpor-dioksida i azotnih oksida, praktično nema pepela i čestica, kao i niži nivo emisije ugljen-dioksida, ugljen-monoksida i drugih reaktivnih ugljovodonika. Naredna tabela jasno oslikava nesumnjivu ekološku prednost prirodnog gasa u odnosu na sva ostala fosilna goriva, naročito ugalj i mazut. Uticaj na čistoću ljudskih i životinjskih habitata, te smanjenje enviromentalnih oštećenja koja prate eksploataciju uglja i koksa, ne može biti mjeren nikakvim energetskim, ekonomskim ili drugim parametrima.

3. Natural Gas STAR inernational Program

Jedno pitanje koje je nastalo u vezi sa prirodnim gasom i efektom staklene bašte je činjenica da je metan, glavna komponenta prirodnog gasa, i sama moćan gas staklene bašte. Metan ima sposobnost da zadrži toplotu skoro 21 put efi kasnije nego ugljen-dioksid i samim tim daleko opasniji za efekat staklene bašte nego ugljen-dioksid. Poređenja radi, 1 tona emisije metana ekvivalent je 23 tone emisije CO2 u vremenskoj skali od

Slika 1 Efekat staklene bašte

Slika 2 Prikaz globalnih promena koje su posledica global-nog zagrevanja. Povećane emisije štetnih materija odražava se na klimatske promene:porast tempera-ture, porast nivoa mora, topljenje ledene kape

Slika Struktura gasova staklene bašte prema podacima Energy Information Admi-nistration

[144]

energija

100 godina. Prema tome postavlja se pitanje koliko povećanje korišćenja prirodnog gasa utiče na povećanje emisije metana usled curenja metana iz bunara, cevovoda, ventila , prirubničkih spojeva i slično.U skladu sa tim, Environmental Protection Agency (EPA) i Gas Research Institute (GRI ) 1998. godine uradilo je Studiju kojom se nastojalo utvrditi da li će smanjenje emisije ugljen-dioksida, povećanjem korišćenja prirodnog gasa, biti nadoknađeno mogućim povećanim nivoom emisije metana. Studija zaključuje da smanjenje emisije povećanjem upotrebe prirodnog gasa nadmašuje efekte povećane emisije metana. Međutim zabrinuti konstantnim povećanjem gasova staklene bašte godine 1993, EPA je pokrenula Natural Gas STAR Program, dobrovoljno partnerstvo naftnih i gasnih kompanija, u cilju smanjenja emisija metana. Kroz 17 godina saradnje naftnih i gasnih kompanija EPA je izgradio sveobuhvatan paket tehničkih informacija u cilju ublažavanja emisije metana koji su uspešno implementirani od strane kompanija članica. Primera radi, paket sadrži tehničku dokumentaciju koja opisuje više od 150 tehnologija i praksi koji mogu da dovedu do značajnog smanjenja štetnih emisija.Natural Gas STAR International Program broji više od 130 naftnih i gasnih kompanija.Slika 6:Države partneri programa

Prema poslednjim objavljenim podacima Environmental Protection Agency za 2009. godinu postojeći partneri Natural gas Star International Programa samo u 2009. godini izvestili su smanjenje emisije metana za 13,1 BCF, što čini ukupno 78,7 BCF od prihvatanja programa, što je ekvivalentno sagorevanju 5,3 miliona tona ugljen dioksida ili sadnji 1,1 milion hektara borove šume. Slika 7:Dijagram smanjenja emisije metana zemalja članica Star Programa

Republika Srbija takođe je pokazala zainteresovanost za smanjenje emisije metana i 20 jula 2010. god. i sama pristupila Natural gas Star International Programu.

4. ZaključakJasno je da je zbog ekoloških, pa i ekonomskih razloga neophodno kontrolisati emisije metana u atmosferu. Povećanim naporima u tom cilju može se postići znatan

Slika 4 Nivo ugljen-dioksida: levo: jul 2003, desno: jul 2007. Credit: NASA/JPL.

Slika 5 Koncentracija ugljendioksida u atmosferi za scenarij: A1-veće učešće nafte, A2-veće učešće uglja, A3-veće učešće prirodnog gasa

Tabela 1 : Specifi čne emisije štetnih materija u procesima sagorjevanja u g/GJ

[145]

energija

boljitak u stanju životne okoline, ne samo zbog smanjenja procesa globalnog zagrevanja, već i zbog očuvanja određenog nivoa (neobnovljivih) energenata.

5. Literatura1. Wilcox, Bruce A. 1984. In situ

conservation of genetic resources: determinants of minimum area requirements. In National Parks, Conservation and Development, Proceedings of the World Congress on National Parks,, J.A. McNeely and K.R. Miller, Smithsonian Institution Press;

2. Intergovernmeental Panel on Climate change:Climate change 2007. Synthesis report, 2008, http://www.ipcc.ch/pdf/assessment-report/ar4/syr/ar4_syr.pdf

3. http://www.epa.gov/climatechange/indicators/pdfs/CI-greenhouse-gases.pdf

4. http://www.nasa.gov/5. http://www.planete-energies.com/

content/oil-gas/companies/world/future.html

6. Raspoloživi podaci JP Srbijagas7. Prof. dr Kolomejceva-

Jovanovic,Hemija i zaštita životne sredine, Savez inženjera i tehničara Srbije,Beograd 2010. god.



[146]

energija

Milorad M. Kuraica, Bratislav M. Obradović, Goran B. SretenovićFizički fakultet, Univerzitet u Beogradu, Beograd, Srbija

UDC: 621.43.06 8.004

Koja je bolja tehnologija za odsumporavanje dimnog gasa – ona koja proizvodi gips ili veštačko đubrivo?

Poređenje dva postupka za uklanjanje SO2 iz emisionog gasaU Srbiji se trenutno više od 60% električne energije dobija iz uglja. Korišćenje uglja u proizvodnji električne energije dovodi do emisije sumpor dioksida (SO2) i azotovih oksida (NOx) u atmosferu. Ti gasovi su glavni uzroci pojave kiselih kiša i vazdušnog zagađenja. Za uklanjanje SO2 iz velikih stacionarnih izvora često se koristi klasični postupak sa krečom/krečnjakom u kome se kao krajnji proizvod dobija gips - kalcijum sulfat (CaSO4). Osim ovog postupka postoji i amonijum sulfat mokri postupak za odsumporavanje dimnog gasa (eng. skraćenica AS WFGD) koji je veoma sličan mokrom postupku krečnjak-gips. Kao što se može videti na sl. 1, ova dva tehnološka postupka imaju identičan ključni element, apsorber u vidu otvorene kule sa pratećim pumpama za recirkulaciju i sistemom mlaznica raspoređenih na nekoliko nivoa koje služe za raspršivanje reagensa u struju dimnog gasa. U suštini, jedina razlika je u reagensima koji se koristi. Naravno, zbog toga se pojavljuje i razlika u konačnim produktima procesa odsumporavanja. Kod tehnologije krečnjak-gips, kao reagens se koristi vodeni rastvor krečnjaka, pri čemu u apsorpcionoj kuli dolazi do hemijske reakcije između SO2 iz dimnog gasa i CaCO3 iz kapljica vode po sledećoj shemi:

U stvari, dolazi do supstitucije jednog molekula CO2 u krečnjaku pomoću jednog molekula SO2 iz dimnog gasa, tako da u kapljici vode nastaje jedinjenje CaSO4 – gips, koje pada u rezervoar na dnu apsorbera, a u atmosferu odlazi CO2. Zbog toga je u ovom tehnološkom procesu odsumporavanja neizbežna dodatna emisija CO2; za svaku uhvaćenu tonu SO2 iz dimnog gasa u atmosferu se emituje 0,7 tona CO2. Kod AS WFGD tehnologije kao reagens se koristi vodeni rastvor amonijaka (NH3), koji se u struju dimnog gasa ubacuje

pomoću identičnog sistema dizni. SO2 iz dimnog gasa u kontaktu sa kapljicama amonijačne vode direktno gradi so, amonijum sulfat, (NH4)2SO4, po sledećoj shemi

SO2 + 2NH3 + H2O → (NH4)2SO3

(NH4)2SO3 + ½O2 → (NH4)2SO4

koja zajedno sa kapljicama pada u rezervoar na dnu apsorbera. Zbog toga nema dodatne emisije CO2 u atmosferu, kao konačan proizvod se dobija amonijum sulfat (jednokomponentno veštačko

SažetakU radu su upoređene dve tehnologije za uklanjanje SO2 iz emisionog gasa: tehnologija sa upotrebom krečnjaka (krajnji proizvod je gips) i tehnologija sa upotrebom amonijaka (krajnji proizvod je amonijum sulfat). Istaknuta je prednost tehnologije sa amonijakom, jer ona ne povećava količinu ugljen dioksida, nema problema sa odlaganjem krajnjeg proizvoda i ima daleko manje otpadne vode. U drugom delu rada je prikazana hemijska analiza uzoraka amonijum sulfata dobijenog u jednom industrijskom postrojenju u SAD i u eksperimentalnom postrojenju na TENT-u. U oba uzorka je količina teških metala ispod vrednosti dozvoljene za veštačko đubrivo. Na kraju je data kratka tehno-ekonomska analiza opravdanosti upotrebe tehnologije sa amonijakom u TENT-u.

AbstractThe paper compares two technologies for removing SO2 from emission gas: technology which uses limestone (the end product is gypsum) and technology which uses ammonia (the end product is ammonium sulfate). It is emphasized the advantage of technology with ammonia, because it does not increase emission of carbon dioxide, has no problem with the disposal of the fi nal product and has far less waste water. In the second part of the paper the chemical analysis of samples of ammonium sulfate obtained in an industrial plant in the U.S. and the experimental plant in TENT is presented. In both samples the amount of heavy metals are below the permissible values for fertilizer. Finally, the short techno-economic feasibility of use of technology with ammonia in TENT is presented.

SO2+ H2O ↔ H2SO3

CaCO3+ H2SO3 → CaSO3+ CO2+ H2O CaSO3+ ½O2 → CaSO4

[147]

energija

đubrivo koje ima daleko veću tržišnu vrednost od gipsa), a sve to samo zahvaljujući drugačijem reagensu. Kao što se sa slike 1. može videti značajne razlike između ova dva tehnološka procesa se pojavljuju u fazi pripreme reagensa i sušenja konačnog proizvoda. Pri tom je kod tehnologije krečnjak gips postupak pripreme reagensa, krečnog mleka (sitnih čestica CaCO3 pomešanih sa vodom), izuzetno komplikovan i zahteva posebnu fabriku u postrojenju za odsumporavanje. U toj fabrici mora da se nalazi silos za krečnjak, sistem za dodavanje, mlin sa kuglama za mokro mlevenje krečnjaka i prateća oprema, ciklon za separaciju, rezervoar samlevene frakcije sa mešačem, pumpe za prepumpavanje u rezervoar krečnog mleka, pumpe za raspršivanje pomoću mlaznica. U ovom procesu pripreme troši se velika količina električne energije. (Npr. za postrojenje od 305 MW koje za rad koristi ugalj sa 5% sumpora potrebno je oko 16 MW). Kod AS WFGD tehnološkog procesa kao reagens se koristi amonijak, a sistem za pripremu i dozirenje je neuporedivo jednostavniji. Sastoji se samo od rezervoara za amonijak i pumpe (ponekad se koristi i isparivač), a električna energija se troši samo za rad pumpe. (Treba napomenuti da se u Srbiji amonijak

proizvodi u dovoljnoj količini za potrebe odsumporavanja TENT-a, ali bi se po potrebi mogao proizvoditi i na licu mesta.) Konačni produkti i jednog i drugog postupka odsumporavanja, gips i amonijum sulfat, se skupljaju u rezervoaru na dnu apsorbera. Nakon toga sledi postupak ceđenja i uparavnja, pri čemu se u tehnološkom postupku krečnjak-gips posle ceđenja u bateriji hidrociklona na izlazu iz postrojenja pojavnjuje oko 6m3/h otpadne vode koja zahteva dalji tretman pre ispuštanja. Nastali gips se obično transportuje na deponije.Kod AS WFGD tehnološkog procesa količina otpadne vode je zanemariva, a posle ceđenja, uparavanja, presovanja i granuliranja nastali amonijum sulfat se pakuje u vreće i transportuje za prodaju kao jednokomponentno veštačko đubrivo. Godišnja proizvodnja ovakvog đubriva u referentnom postrojenju Sinfuels Plant u Severnoj Dakoti je oko 145 000 tona godišnje. U tabeli 1 su uporedno prikazane karakteristike dve tehnologije za uklanjanje SO2 iz emisionog gasa. Tehnologija zasnovana na AS WFGD tehnološkom procesu je novija u odnosu na tehnologiju krečnjak-gips koja je počela široko da se primenjuje od 70ih godina prošlog

veka. Iako nova, tehnologija AS WFGD je već demonstrirala svoju pouzdanost u radu i efi kasnost (>98% ) na više postrojenja snage veće od 100 MW. To su postrojenja:350 MW Sinfuels Plant, Severna Dakota, SAD, (1996. god.)

315MW UE-1 Expansion Plant, Alberta, Kanada, (2006. god.)4x100 MW SINOPEC Qilu Thermal Plants 1 – 4, provincija Šandong, Kina (2008. god.)4x170MW Zaklady Azotowe „Pulawy” S.A., Poljska (u fazi izgradnje)

Treba napomenuti da nijedna od navedenih tehnologija ne može obezbediti istovremeno uklanjanje SO2 i NOx iz emisionog gasa, pa se za to koriste napredne metode oksidacije u vidu niskotemperaturne plazme [1]. Tokom rada na projektu laboratorijskog ispitivanja smanjenja emisije gasova SO2 i NOx nastalih sagorevanjem kolubarskih lignita u TENT-u korišćenjem niskotemperaturne plazme, u toku 2007. godine, autorima ovog rada su postavavljena dva zadatka:• Pokazati da je moguće ukloniti

SO2 i NOx iz dimnog gasa korišćenjem amonijaka i tako i dobiti amonijumumove soli (amonijum sulfat i amonijum nitrat).

• Pokazati da dobijene soli sadrže teške metale u količinama koje su manje od zakonom propisanih za veštačka đubriva.

Oba zadatka su uspešno izvršena i predviđen je dalji nastavak rada izgradnjom prototipnog postrojenja sa protokom od 20 000 Nm3/h - 100 puta većim od postojećeg laboratorijskog. Na žalost, do realizacije prototipnog postrojenja nije došlo, jer je, između ostalog, postavljeno pitanje: Gde je u Svetu primenjena tehnologija za uklanjanje SO2 korišćenjem amonijaka, na postrojenjima snage veće od 100 MW?Prvi deo ovog rada je odgovor na to pitanje. Drugi deo rada je posvećen poređenju dobijenih proizvoda (smeše amonijum sulfata i čestica pepela) nastalih uklanjanjem SO2 iz emisionih gasova u postrojenju Sinfuels Plant iz Severnea Dakote i u našem ekperimentalnom postrojenju instaliranom na bloku A1 TENT-a.

Slika 1 Poređenje amonijum sulfat i krečnjak-gips mokrog postupka za odsumpo-ravanje dimnog gasa

Tabela 1 Poređenje dve tehnologije za odsumporavanje gasa

[148]

energija

Opis eksperimentalnog uređaja za uklanjanje SO2 iz dimog gasaZa potrebe ekperimenta je bila izgrađena laboratorija u TENT-u A i postavljena u neposrednoj blizini prvog dimnog kanala bloka 1, snage 200 MW. Shema oglednog postrojenja je prikazana na slici 2. Esperimentalno postrojenje je projektovano za protoke dimnog gasa do 200 Nm3/h. Deo dimnog gasa iz dimnog kanala, posle prolaska kroz elektro-fi lter, je sproveden

kroz eksperimentalni uređaj koji se sastoji od izmenjivača toplote, plazma reaktora zasnovanog na dielektričnom barijernom pražnjenju (eng. Dielectric Barrier Discharge – DBD) i sekundarnog elektro fi ltra. Deatljniji opis celog uređaja se može naći u [2]. Plazma reaktor je prvenstveno namenjen oksidaciji NO u NO2, što se na temperaturama do 200oS jedino može efi kasno ostvariti korišćenjem niskotemperaturne plazme. Oksidacija NO u NO2 je neophodna, jer se NO ne može

ukloniti iz dimnog gasa, a da se prethodno ne oksiduje u NO2. Dobijeni NO2 reaguje sa amonijakom i dobija se so amonijum nitrat, koja se taloži u sekundarnom elektro fi lteru. Korišćenjem plazma reaktora omogućava izdvajanje NO iz dimnog gasa. Za izdvajanje SO2 iz dimnog gasa nije nephodno koristiti plazma reaktor. Kao što je već rečeno, u termalnoj reakciji SO2 reaguje sa amonijakom (u prisustvu vlage i kiseonika) stvarajući so amonijum sulfat. Za razliku od predstavljenog dobijanja amonijum sulfata u mokrom taložniku, gde se koristi amonijačna voda (rastvor amonijaka u vodi), u postupku koji smo primenili u našem ekperimentalnom postrojenju koristili smo gas amonijak i elektrostatički fi lter kao suvi taložnik. Amonijak je uvođen u dimni gas posle plazma reaktora kao što se vidi na slici 2. Za prikupljanje amonijumovih soli je konstruisan i izgrađen sekundarni elektrofi lter postavljen tri metra posle plazma reaktora i mesta uvođenja amonijaka u dimni gas. Elektrofi lter je tipa žica-ploča, zapremine 0,7 m3 i sastoji se od devet čeličnih ploča, dimenzija 700 x 1500 mm. Rastojanje između ploča je 76 mm; rastojanje od žice do ploče je 38 mm; rastojanje između žica - 100 mm; prečnik žice 0,8 mm i ukupna dužina žice 67 m. Elektrofi lter koristi pri radu jednosmerni napon od 18 kV.

Karakterizacija izdvojenog amonijum sulfataNakon što je SO2 uklonjen iz dimnog gasa, konačni proizvod, aerosoli amonijum sulfata, su prikupljeni u obliku praha u sekundarnom elektrostatičkom taložniku (eng. ESP). Većina čestica je odrstranjena iz dimnog gasa u glavnom ESP-u. Čestice pepela malih dimenzija, koje nisu nataložene u glavnom ESP-u, zajedno sa česticama aerosola amonijum sulfata, talože se u sekundarnom ESP-u. Talog izdvojen na elektrodama sekundarnog ESP-a je u obliku praha. U malim česticama letećeg pepela nastalih sagorevanjem uglja koncentrišu se teški metali kao arsen, kadmijum i olovo. Navedene čestice se talože u sekundarnom ESP-u zajedno sa solima amonijum sulfata i zato predstavljaju izvor teških metala u dobijenom prahu. Imajući u vidu toksičnost navedenih metala, od posebne važnosti je bilo odrediti njihovu koncentraciju u dobijenom

Slika 2 Shematski prikaz eksperimentalnog postrojenja za uklanjanje SO2 i NOx iz dimnog gasa

Tabela 2 Rezultati ocene kvaliteta ‘’veštačkog đubriva’’ dobijenog u dva postroje-nja, uklanjanjem SO2 iz emisionih gasova.

[149]

energija

prahu. Njihovo postojanje u prahu koji sadrži amonijum sulfat u količinama koje su veće od dozvoljenih za veštačko đubrivo bi kompromitovalo predloženi metod uklanjanja SO2. Dobijeni prah je dat na analizu referentnoj laboratoriji za ispitivanje sastava i kvaliteta veštačkih đubriva i rezultati dobijenog izveštaja su predstavljeni u Tabeli 2. U istoj tabeli su prikazani i dezultati izvešaja analize uzorka ‘’veštačkog đubriva’’ iz postrojenja DGC Synfuels Plant iz Severne Dakote. Nešto niži sadržaj azota od 19,1% u prahu dobijenom u TENT-u (za đubrivo je potrebno 20 –21% ) i niska pH vrednost od 2,74 (obično je 4 -5) zahtevaju malu korekciju tehnološkog postupka za dobijanje ovog tipa ‘’veštačkog đubriva’’. Ova neznatna odstupanja od standarda su razumljiva ako se ima u vidu da je naš laboratorijski eksperiment imao za cilj da bude tzv. test koncepta, a ne konačno rešenje. Izuzetno je važno što je dokazano da je koncentracija teških metala znatno ispod maksimalno dozvoljenih količina za mineralna đubriva. Sa druge strane izveštaj referentne laboratorije potvrđuje da je veštačko đubrivo dobijeno u DGC Synfuels Plant-u ‘’prosto azotno neorgansko đubrivo – amonijum sulfat’’. Na slici 3 su predstavljeni uzorci veštačkog đubriva dobijeni u DGC Synfuels Plant- u i u TENT-u. Može se primetiti da je u TENT-u dobijen prah, dok je drugi uzorak u obliku granula. I u DGC Synfuels Plant-u se kao posledica uklanjanja SO2 iz emisionog gasa postrojenja za gasifi kaciju uglja dobija prah amonijum sulfata izmešan sa česticama iz uglja (otuda siva boja granula na slici), ali se za potrebe tržišta veštačkog đubriva taj prah granulira.

Opravdanost tehnologije odsumporavanja upotrebom amonijakaNa kraju navedimo kratku tehno-ekonomsku analizu procesa dobijanja amonijum sulfata iz dimnog gasa termoelektrane TENT, blokova A i B. U tabeli 3 su navedeni podaci o godišnjoj količini emitovanog SO2, dobijenog amonijum sulfata, potrošlji amonijaka i ukupnim cenama upotrebljenog amonijaka, električne energije i dobijenog veštačkog đubriva. Analizirajući tabelu može se zaključiti da je očekivana godišnja dobit TENTA A i B koja će se ostvariti prodajom veštačkog đubriva ~ 20 miliona evra. Da je ovo moguće ostvariti govore podaci da je godišnja proizvodnja amonijaka u Azotari u Pančevu 300 000 tona, što znači da ga ima dovoljno za potrebe TENT-a. Minimalne godišnje potrebe Srbije za azotnim đubrivima su 600 000 tona, a to znači da se može plasirati samo na domaće tržište. Tabela 3. Godišnja emisija SO2 iz TENT-a A i B i količina proizvedenog amonijum sulfata sa odgovarajućim cenama.Napomenimo da će primenom tehnologije krečnjak - gips u TENT-u biti godišnje proizvedeno oko 280 000 tona gipsa (anhidrovanog) i emitovano pritom oko 90 000 tona CO2.

ZaključakU ovom radu su upoređene dve tehnologije za uklanjanje SO2 iz emisionog gasa: tehnologija sa upotrebom krečnjaka (pri kojoj se kao krajnji proizvod dobija gips) i tehnologija sa upotrebom amonijaka (krajnji proizvod je amonijum sulfat – jednokomponentno azotno đubrivo). Iako je tehnologija krečnjak – gips najšire primenjena

Slika 3 Slike ‘’veštačkog đubriva’’ dobijenog u a) DGC Synfuels Plant- u i b) u TENT-u. u Svetu, smatramo da je tehnologija amonijak – amonijum sulfat bolje rešenje za termoelektrane u Srbiji. Tom tehnologijom se eliminiše problem stvaranja deponija gipsa, a dobija se kvalitetno veštačko đubrivo za koje postoji tržište u Srbiji.

Literatura[1] H. H. Kim, Nonthermal Plasma

Processing for Air-Pollution Control: A Historical Review, Current Issues, and Future Prospects, Plasma Process. Polymer, 1 (2004) 91–110.

[2] B. M. Obradović,G. B. Sretenović, M. M. Kuraica, A dual-use of DBD plasma for simultaneous NOx and SO2 removal from coal-combustion fl ue gas, Journal of Hazardous Materials, 185 (2011) 1280–1286

[150]

energija

Akademik AIIN prof. dr Rade BiočaninCentar za strateška istraživanja nacionalne bezbednosti Beograd ms Mirsada BadićDepartman za pravno-ekonomske nauke Državnog univerziteta u Novom PazaruAlma Isović dipl. inž. inf.Republički zavod za zdravstveno osiguranje, Filijala Kraljevo

UDC: 504.75.06.001 : 65.012.3

Ekspertsko ocenjivanje projekata i programa razvoja u sistemu eko-bezbednosti

[151]

SažetakKrajem XX veka, zabrinutost čovečanstva za očuvanje životne sredine uticala je na sve veću potražnju ekološki podobnih proizvoda i usluga. Intenzivnim razvojem moderne tehnologije i medicine posljednjih nekoliko decenija postignut je ogroman napredak u mogućnostima ranog otkrivanja- dijagnostike i lečenja brojnih opakih bolesti. Zahvaljujući modernoj tehnologiji, danas je na poprilično jednostavan način (za pacijenta i lekara) moguće stvoriti kompletan prikaz unutrašnjosti organizma i na temelju toga postaviti odgovarajuću dijagnozu. E-zdravstvo je savremeni alat za veću produktivnost, istovremeno je i sutrašnji instrument za preformiranje sistema zdravstvene zaštite i u isto vrijeme poštujući multi-kulturnu, multi-jezičnu i zdravstvenu zaštitnu tradiciju Evrope. E-zdravstvo se odnosi na korišćenje moderne informaciono-komunikacione tehnologije u zadovoljavanju potreba građanja, pacijenata, zdravstvenih radnika, zdravstvene industrije kao i kreatora politike u zdravstvu. U dosadašnjem razvoju društva i naučno-tehnološkgm progresa, primena znanja na različita područja ljudske delatnosti dovela su do revolucionarnih promena. Znanje, kreativnost i veština predstavljaju “trojstvo” jedne profesije. Ako struka nije elementarno zasnovana na rezultatima nauke, ne uvažava potrebe njenog postojanja i potrebe primene rezultata naučno-istraživačkog rada u praksi, ona će stagnirati i uvek biti struka prošlosti. Otuda svaka država pa i naša treba da afi rmiše naučnu misao i vrednuje je kao najviše nacionalno dobro, a naša zemlja za to poseduje kreativne predispozicije, naučni potencijal, materijalnu bazu i ostale naučnostručne osnove. Upravljanje organizacionim promenama u uslovima turbulentnog okruženja je jedan od najznačajnijih zadataka sa kojima se planeri danas susreću. U središtu našeg interesovanja svakako se nalaze problemi odbrane i bezbednosti od NHB opasnosti u okviru obezbeđenja od NHB udesa u miru, neposrednoj ratnoj opasnosti i u ratnim dejstvima. Široka mreža naučno-istraživačkih vojnih ustanova i laboratorija fi zike, hemije i preventivne medicine nalazi se u funkciji ranog otkrivanja bolesti od brojnih uzročnika i porekla. Većina naučnika i stručnjaka je prilično pesimistična u pogledu odbrane od terorističkog dejstva nuklearnim terorizmom. Savremeno odlučivanje se odvija u uslovima kratkih vremenskih termina, sa nedovoljno pouzdanim podacima. To su okolnosti visokog rizika, posebno u oblasti upravljanja osiguranjem i u organizaciji sistema zaštite. Potrebno je pronaći načine za brže, lakše i kvalitetnije donošenje poslovnih odluka u procesu planiranja, organizacije, sprovodjenja i kontrole osiguranja. Kao naučna podrška, u tome ekspertsko ocenjivanje naučnih projekata i programa razvoja ima poseban značaj.Ključne reči: životna sredina, marketinški zahtevi, društvo znanja, projekt, program razvoja, ekspertsko ocenjivanje, ekspert, održivi razvoj.

EXPERT EVALUATION OF PROJECTS AND DEVELOPMENT PROGRAMES IN SYSTEMS OF ECO-SECURITY At the end of XX-th century, environmental concerns resulted in in creasing demand for ecologically sound products and services. Knowledge, creativity and abilities represents basic parts of military profession. The intensive development of modern technology and medicine in the last few decades, an enormous progress has been achieved in the possibility of early detection-diagnosis and treatment of many deadly diseases. Thanks to modern technology, today its quiet simple (for both patients and doctors) to create a detailed view of the human body and internal organs, and on that basis of that, set the appropriate diagnosis. E-health is a modern tool for greater productivity, and at the same time an instrument for tomorrow in reforming the system of health care, and also at the same time respecting the multi-cultural, multi-language and also health and safety traditions of Europe. E-health refers to the use of modern Information-communication technology in meeting the needs of citizens, patients, healthcare professionals, the health industry and also the creator of politics in the health care system. If that is not elementary based on science results, don’t respect her existence reqirements and science and researching work in practice, she will stagnate and became a part of past time. Every country must assert science mind and value it like the highest national value. Our country has creative predispositions, science potential, material base and other elements. There are four

energija

[152]

Uvod Posledica brzih promena - nove tehnologije u svetu i kod nas su informatičke, komunikacione, energetske, biotehnologije, superprovodljivost , energetski inženjering, bionika (stvaranje delova ljudskog tela), novi materijali i nanotehnologije (manipulacije molekulima, atomima). Kao ilustraciju novih tehnologija navešćemo: ljudski gen, kvantne računare, internet, digitalne komunikacije, laserske uređaje, kosmička istraživanja. Razvoju novih tehnologija značajno su doprinela nova saznanja, a posebno teorija relativiteta (Albert Einstein), kvantna teorija (Werner Heisenberg) i integralna teorija (Stephen Hawking). Promene su prisutne u kulturi, komuniciranju, načinu života, rešavanju konfl ikata u svetu. Svedoci smo sveukupne gloalizacije koja se odvija pred našim očima, a treba uočiti da je karakteristika vremena sadašnjeg “zgušnjavanje” vremena i prostora, pri čemu je Zemlja postala jedno malo selo. Voda, vazduh i zemljište su sve više zagađeni kod nas i u svetu. Naravno, svaki razvoj civilizacije ima i svoje prateće pojave, koje se u ovom slučaju ogledaju u postojanju limitirajućih faktora kao što su povećanje broja stanovnika, problem ishrane i pitke vode, ograničeni resursi sirovina, problemi sa energijom, zaštita životne sredine, potrebe za novijim tehnologijama itd. U procesu menadžmenta kvaliteta zaštite životne sredine, dolazi do takvih situacija kada se pojavljuju dileme: Kako i kojim putem krenuti? Postavlja se i fundamentalno pitanje: Da li uopšte krenuti u odvijanju nekog procesa koji zahteva rizik?. Upravljaču - nalogodavcu, očito, u ovom trenutku, nedostaju kvalitetne informacije, da bi doneo najbolju

ili najoptimalniju odluku. Što je ulog veći (relevantnost sistema, angažovana sredstva, kadrovi), to je i dilema veća. Rizikovati ili ne? Da li će realizacija biti na nivou zacrtanog plana? To su zaista velike dileme vezane, pre svega, za nivo rizika i odlučivanja realizacije istraživačkog zadatka. Za donošenje relevantnih odluka pri upravljanju i odlučivanju razvijani su različiti metodi rešavanja, koji zavise od naučne oblasti, podoblasti, grane, discipline, vrste objekta i sistema upravljanja. Rešenja se traže kroz korišćenje egzaktnih matematičkih i drugih metoda, koje su se u mnogim konkretnim situacijama pokazale kao nedovoljno efi kasne. Sledile su razne simulacije, kompilacije i modeli.Razvijeni instrumentarij (u pojedinim fazama predstavlja različite sisteme, usmerene istom cilju, suskcesivno integrisani u efi kasniju celinu kao podsistem) vremenom se razvio u nov složen i dinamički sistem. Vreme je pokazalo da takvi sistemi nisu dovoljni bez uključivanja čoveka-eksperta kao osnovne spone ili integrišućeg faktora kao podsistema sistema ekspertskog ocenjivanja naučnih projekata i programa razvoja. Ekspert sa znanjem i neophodan kvantum naučnistraživačkih dostignuća postali su “siva mozgovina” za potrebe savremenog društva. Sistem ekspertskog ocenjivanja razvio se, pre svega, iz oblasti veštačke inteligencije, ali je tokom vremena integrisao u svoje okvire sva neophodna naučna dostignuća.Te oblasti su: operaciona istraživanja, prognoziranje, informatika,

primenjena matematika, teorija verovatnoće, statistika, kibernetika, višekriterijumsko odlučivanje, višekriterijumska analiza, analiza rizika, odlučivanje, višeatributna teorija i druga neophodna naučnoistraživačka dostignuća.

1. Globalni problemi opstanka

Ekološki poremećaji mogu biti veći ili manji (variraju u trajanju od nekoliko meseci do nekoliko miliona godina). Mogu biti biti uzrokovani prirodnim ili ljudskim faktorima. Takođe, mogu zahvatiti jednu vrstu ili manji broj njih, a mogu pogoditi i velik broj njih. Na kraju, ekološki poremećaj može biti lokalni (kao kod izlivanja nafte) ili globalni (porast nivoa mora povezan za globalnim zagrevanjem).U skladu sa navedenim stepenima ograničenosti, lokalni poremećaj može imati značajne ili manje značajne posledice koje idu od ugibanja većeg broja jedinki pa do potpunog uništenja vrsta. Kakav god bio uzrok, nestajanje jedne ili više živih vrsta redovno uzrokuje poremećaj u lancu ishrane sa dalekosežnim posledicama na opstanak ostalih vrsta. Naravno, mora se napomenuti da je nestanak određenih vrsta (kao što su

different conceptions in society development, starting from agriculture society, over industrial to informational and knowledge society. In the center of our interests, there are defi nite problems with the defense and the security of nuclear terrorism in the framework of security from NHB accidents in peace, immediate war danger and also war activities. An extensive network of scientifi c military research institutions and laboratories for physics, chemistry and preventative medicine are there to function as a center for early detection, cause and origin. Most scientists and experts are quite pessimistic in terms of defense from terrorist activities and NHB terrorism. Management of the organisation transformation under the turbulent surrounding conditions is one of the most important tasks of the nowadays planners. Modern times decision making is characterised by short decision time, especially if we talk about insurance bussnies, and organisation of the protection systems. We essentialy need discoverin faster, easier and making bussnies decisions of high quality, during the planning, organisation, realisation and controling insurance activities. As a scientifi c support, expertizing is of essential importance.Key words: human environment, marketing claim, knowledge society, insurance, project, development program, expertising, expert, asustainable development.

Slika 1 Glavni eko-problemi u održivom razvoju

energija

[153]

dinosauri) doveo do oslobađanja određenog staništa omogućivši pojavu i diversifi kaciju sisara. Ovde je ekološki poremećaj, paradoksalno, pospešio beodiversifi kaciju.Promene, koje su se desile u tehničko-tehnološkoj sferi u tom periodu su takve da iziskuju fundamentalno nov – koncepcijski u osnovi izmenjen pristup – u mnogim domenima i oblastima života i rada čoveka, pa i u domenu zaštite životne sredine. Istraživanja, čiji je zadatak da se poboljšaju radi i životni uslovi čoveka i iznađe optimalniji oblik održivog razvoja, čak i pomoću savremenih sistema (ekspertni sistemi) ili metodama (genetski algoritam) u sadašnjem vremenu postala su besmislena i za odgovorne i ozbiljne istraživače i naučne poslenike nedopustiva, jer tehnike i tehnologije razvijene na zabludama iz početka XX veka i principi njihove gradnje, kao i daljeg razvoja istih, vode ovu civilizaciju u katstrofu koja se završava prestankom života na planeti Zemlji. Tragika utopističkih shvatanja pojma kvaliteta života i postojećih strategija obezbeđivanja mogu se sagledati analizom dosadašnjeg tehničko-tehnološkog razvoja i kroz razvoj globalnih problema opstanka. Dosadašnji tehničko-tehnološki razvoj bazirao se na zabludama da su prirodni resursi gradivnih i energetskih materijala neiscrpni i da čovekova ostvarenja ne mogu ugroziti planetu Zemlju kao jedinstven ekološki sistem u kome pulsira život, na parcelizovanim, odn. segmentiranim naukama i na čisto tehničko-ekonomskim kriterijumima vrednovanja svega ostvarenog od strane čoveka, tj. da parametar profi ta fp bude što veći od jedinice, i da parametar ostvarenja željenih i defi nisanih performansi ft što približniji jedinici. Pri tome parametar profi ta se izračunava po formuli:

a parametar ostvarenja željenih i defi nisanih performansi po formuli:

Fd – dobijena fi nansijska sredstvaFu – uložena fi nansijska sredstvafoi – ostvarena i-ta performansa ifzi – zamišljena i defi nisana i-ta

performansa.

Posledice ovakvog razvoja su iscrpljivanje prirodnih resursa vratolomnom brzinom, tako da već sredinom ovog veka oko 70-80 % poznatih će nestati i sve progresivnije zagađivanje prirodnog ambijenta Zemlje.Istorijski posmatrano, večita borba čoveka sa prirodom može se podeliti u dva perioda:- prvi period (niski civilizacijski

nivo), u kome se čovek borio za svoj opstanak i

- drugi period (razvijena i visoka civilizacija), u kome su sve delatnosti usmerene na stvaranje povoljnih uslova življenja.

U prvom periodu (niski civilizacijski nivo) globalni problemi opstanka su bili:KK – kosmičke kataklizme (večite pretnje odraza promena kretanja materije i energije u Sunčevom sistemu i Galaksiji)PK – planetarne stihijske nepogode i katastrofe (potresi, erupcije vulkana, poplave,)GL – glad (izazvana nestašicom hrane u širim područjima) RT – uništavanje čoveka od strane čoveka (pretnja međusobnog uništenja ljudi kao posledica ratovanja)EP – teže bolesti ( epidemije i –pandemije) ŽS – uništavanje čoveka (od strane životinjskog sveta, insekata i ptica i elementarnih nepogoda) U drugom periodu (visoki civilizacijski nivo) započelo je intenzivno osvajanje prirode i eksploatacija materijalnih i energetskih resursa. Zbog toga, što je čovek stvorio moćna oruđa, oružja, mašine i razne naprave, stvoreni su novi dodatni globalni problemi:

EK – ekološki problemi koji su se pojavili kao posledica dejstva stvorenih tehnologija na prirodu,MA – problem materijala, jer se spoznaje nepovoljan odnos između prekomerne potrošnje i ograničenih izvora neobnovljivih materijala, EN – energetski problem zbog geometrijskog porasta utroška energije i ograničenih rezervi energetskih materijala, DE – demografski problem zbog nekontrolisanog i sve bržeg porasta broja ljudi na zemlji MO – moralna degradacija koja zahvata vrlo široko i masovno prostranstvo.

2. Odlučivanje u konfliktnim situacijama

U procesu planiranja i upravljanja sistemima dolazi do takvih situacija kada se pojavljuju dileme: kako i kojim putem krenuti? Postavlja se i fundamentalno pitanje: da li uopšte krenuti u odvijanju nekog procesa koji zahteva rizik ? Pitanje i odgovore treba potražiti na ovom naučno-stručnom skupu, gde se raspravlja o stanju i tendenciji razvoja proizvodnog mašinstva-novih tehnologija i upravljanja proizvodnim sistemima. Upravljaču - nalogodavcu, očito, u ovom trenutku, nedostaju kvalitetne informacije, da bi doneo najbolju ili najoptimalniju odluku. Što je ulog veći (relevantnost sistema, angažovana sredstva, kadrovi), to je i dilema veća. Rizikovati ili ne? Da li će realizacija biti na nivou zacrtanog plana? Za donošenje relevantnih odluka pri upravljanju i odlučivanju razvijani su različiti metodi rešavanja, koji zavise od naučne oblasti, podoblasti, grane, discipline, vrste objekta i sistema upravljanja.Proces odlučivanja po metodologiji

O3, podeljen na tri faze sa odgovarajućim aktivnostima. Jedan od prvih koraka pri odlučivanju jeste formalizacija samog problema odlučivanja. Savremeni pristup ovom zadatku, formalizuje odlučivanje petorkom (A, S, ϕ, X, ≥), pri čemu je:A- skup alternativa, od kojih se bira jedna.S- skup mogućih (neizvesnih) stanja okoline I njihov opis.

Slika 2 Globalni problemi opstanka u periodima civilizacije

energija

ϕ - preslikavanje odluke u ishod.X- ishod odluke ili plaćanje.≥- relacija preferentnosti koja implicitno uključuje funkciju korisnosti DOFaza odlučivanja u metodologiji O3 predstavlja proces donošenja odluke i obuhvata sledeće aktivnosti: analizu zadatka i defi niciju ciljeva, analizu rizika, razradu strategija, razradu modela i simulacija ponašanja i donošenje odluke i njeno prenošenje na potčinjene. U ovoj fazi optimalno donosenje odluka zahteva primenu operacionih istraživanja i ekspertskog ocenjivanja, čije metode treba klasifi kovati.

3. Evolucija tehnološkog progresa

Promene u dinamici znanja tokom vremena dovode do sve bržih promena i razvoja različitih koncepcija naučno-tehnološkog progresa. U dosadašnjem razvoju društva (naučno-tehničkim progres), primena znanja na različita područja ljudske delatnosti dovela su do revolucionarnih promena, tako da se razlikuju četiri koncepcije u razvoju društva:- I koncepcija razvoja društva –

poljoprivredno društvo (znanje

primenjeno na sredstva za pojačavanje fi zičke snage čoveka);- I I koncepcija razvoja

društva – industrijsko društvo (znanje primenjeno na proizvodne procese i proizvode);

- III koncepcija razvoja društva – informatičko društvo (znanje primenjeno na znanje, odn. na sredstva za umnožavanje snage ljudskog uma) i

- IV koncepcija razvoja društva – društvo znanja (znanje u funkciji kreativnosti).

Fazni razvoj društva sagledan prema konkretnim podacima u vremenskoj dimenziji prostora, zadnjih 300 godina, sada teži novom talasu “društvo znanja”. Automatizacija obrade informacija i razvoj računara u zadnjih pola veka dovodi do smanjenja trenda porasta zaposlenih u obradi informacija. Tako se kao početak tzv. društva znanja ili naučnog društva označava početak III milenijuma. Osnov društva znanja će biti razvoj tehnologija na bazi obnovljivih izvora energije i način na koji će čovek pravilnije iskoristiti znanje – bogatstvo koje je najvažnije i najrasprostranjenije. U tom društvu čovek će moći više nego ikad do sada da se ponovo vrati sebi, da se bavi naukom, sportom, ekologijom, kulturom, ali i sopstvenim duhovnim uzdizanjem.Društvo znanja predvideli je Arthur Harkins sa Minnesota univerziteta iz Mineapolisa (SAD) još krajem 1980-ih i početkom 1990-ih godina, predviđajući da će zameniti informatičko društvo. Tokom 1990-ih godina mnogi autori iz razvijenih i zemalja u razvoju (Allee, Amidon, Mansell i When, Geuna,

Drǎgǎnescu, Dašić, Ječmenica i Nedić, Biocanin, Vasović, Popović), pokušali su da defi nišu društvo znanja, njegove ciljeve i trendove razvoja u različitim oblastima.Prema ovim predviđanjima 2015. godine biće osam milijardi stanovnika. Glavni pravac ljudskih civilizacija išao je od Mesopotanije na

obale Sredozemnog mora, pa u Grčku i Rim, a zatim u Aziju. Zatim je nastupio jedan hiljadugodišnji zastoj do pojave prve industrijske revolucije u Evropi. Zatim se težište industrijske revolucije seli u SAD, koja postaje vodeća industrijska zemlja. A takođe i ono što se sada dešava započelo je u SAD. Ovaj talas je delimično ponovo stigao u Aziju, tačnije u Japan, jednoj od vodećih informatičkih zemalja, koja najbrže implementira informatičke inovacije u proizvodnji.

4. Sistem ocenjivanja u naučnim oblastima

Sistem ekspertskog ocenjivanja projekata i programa razvoja (SEOPP) predstavlja koegzistentnu celinu koja počiva na naučnoj osnovi, deo je te osnove i u međusobnoj su zavisnosti. To je multidisciplinarna naučno-istraživačka oblast koja se oslanja na mnoge naučne oblasti, grane i discipline koje se nalaze u uskoj povezanosti i interakciji. On počiva na savremenim dostignućima nauke i tehnike, velikim delom na praktičnom iskustvu, gde dolazi do izražaja primena savremenih naučnih dostignuća. Sistem ocenjivanja bazira na teorijskim i primenjenim dostignućima više naučnih oblasti, grana i disciplina, praktičnim iskustvima, komunikacijama, sa savremenom jakom hardverskom i softverskom podrškom, korisničkim interfejsima, razvijenom bazom podataka i aplikativnim metodama, kadrovima za razvoj i upravljanje sistemima. U jedinstven sistem su integrisani kvantum primenjenih naučnih i tehničkih dostignuća, ekspertski sistem, informacioni sistem, objekti ocenjivanja i čovek-ekspert (u specifi čnoj i višeznačnoj ulozi - kao upravljač sistema). Pri ovom ne treba zaboraviti da su i podsistemi veoma složeni i po karakteru dinamički i svaki za sebe predstavlja celoviti sistem. Sve naučnoistraživačke ustanove i instituti podležu ekspertskom ocenjivanju tj. ocenjuje se njihova osposobljenost u realizaciji programskih zadataka. Instituti su podeljeni u dve kategorije: nacionalni istraživački centri i tzv. instituti sa «plave liste». Nacionalni centri su udruženi u asocijacije i podležu ocenjivanju po potrebi i po posebnoj metodologiji. Ostali instituti mogu se udruživati sa

Slika 3 Odlučivanje u uslovima ratnog haosa

Slika 4 Konvergencija naučnih grana u nano skalu

[154]

energija

univerzitetima ili fakultetima, ali nisu njihov sastavni deo. Najrazvijenije zemlje sveta SEOPP intenzivno razvijaju, usavršavaju i koriste. To se može jednostavno objasniti. U eri energetskih kriza, recesija, nezaposlenost i rasa infl acije uzdrmaju i najrazvijenije zemalje sveta. Onda se to refl ektuje u funkciji vremena i na ostale razvijene zemlje i to ide dalje po sistemu „pada domina”. Zbog toga se rigorozno i kritički preispituju svi relevantni projekti i programi razvoja, izvori fi nansiranja, pravilan izbor ciljeva, identifi kacija aktivnosti koje treba podržati ili odbaciti, informacije o rizicima u pojedinim fazama realizacije programskog zadatka, od posebnog značaja i važnosti. Danas, za ekspertsko ocenjivanje koriste se moćni računarski sistemi sa razvijenim inteligentnim programima, koji ne baziraju na raspoznavanju, prikazivanju i zaključivanju već na naučnim znanjima. Specifi čni programi, specijalne namene i sa visokim nivoom inteligencije imaju funkciju eksperta u određenoj oblasti. Ovi programi nazivaju se ekspertski sistemi i predstavljaju osnov savremenih informatičkih tehnologija i osnovno oruđe za uspešno izvođenje ekspertskog ocenjivanja koje u razvijenim zemljama sveta eksponencijalno raste. Razvoj ovog sistema je proces koji zahteva znanje, vreme i metodološku proceduru za razvoj i upravljanje. Metodološki postupak za razvoj i upravljanje ekspertskim sistemima ima višea faza ali najvažnije su: idejna postavka, preliminarna analiza, dizajn, analiza i kontrola, razvoj prototipa, razvoj sistema, testiranje, implementacija, usavršavanje i održavanje sistema. Ekspertski sistem ne može zameniti eksperta, u pravom smislu te reči, jer inteligentne programe za ocenjivanje osmišljava ekspert. Ekspert „hrani” računarski sistem svojim znanjima a ne obratno. On može da daje objašnjenja iz ocenjivanja programa i projekata i da to prilagođava nivoima znanja različitih korisnika ili naručioca, a sistem to ne ume, jer svoja objašnjenja zaključaka daje na sposobnosti da povezuje lanac zaključivanja sa osnovnim principima u znanjima. ES (Expert System - ekspertni sistem) je softverski sistem koji omogućuje stručno rešavanje problema u datom polju ili

primenjenoj oblasti izvođenjem zaključaka iz baze znanja, razvijene veštinom nekog stručnjaka - eksperta, u određenoj usko stručnoj oblasti. Oni uspostavljaju unutar računara deo veštine nekog eksperta - stručnjaka, u određenoj usko stručnoj oblasti, koja bazira na znanju. Znanje eksperta je u takvom obliku da računar može da ponudi, ne samo rešenje problema već i, objašnjenje kako se došlo do rešenja i/ili inteligentan savet i/ili da preduzme inteligentnu odluku o funkciji koja je u postupku. Baze podataka ekspertnog sistema se ocenjuju analizom koncepta, kojim se vrši unošenje znanja eksperata u računarski algoritam tj. predstavljanjem znanja eksperata u obliku programa (ili programskih paketa) za rad. Time ovaj sistem postaje vrhunsko profesionalno sredstvo za rad. Znanje u ekspertnom sistemu se sastoji iz: činjenica, mišljenja i heuristike. Opšta struktura ekspertnog sistema novije generacije, kao softverskog proizvoda, sadrži šest elemenata i to: bazu znanja, radnu memoriju, mehanizam za zaključivanje, modul za učenje, komunikacioni interfejs i ulazno/izlazni modul.Baza znanja (knowledge based) sadrži, na određen način predstavljena, znanja eksperata o samoj oblasti primene. Znanje eksperata je smešteno u bazi podataka (zbirka činjenica i odnosa među njima) kojoj je pridodat skup algoritama ili pravila koji omogućavaju rukovanje bazom podataka radi dobijanja novih činjenica i odnosa koji nisu u njoj eksplicitno pothranjeni.

5. Objekti koji se podvrgavaju ekspertizi

Osnovni objekti koji se podvrgavaju ekspertskom ocenjivanju su razvojni i naučnoistraživački projekti i programi razvoja državnog, vojnog, republičkog ili regionalnog značaja. saveznih i republičkih institucija kao i programi i projekti iz privrede. Kupoprodaja objekata i sredstava od državnog ili vitalnog značaja, kooperacije u razvojnim programima sa domaćim i inostranim partnerima i sa velikim ulaganjima, moraju se podvrgavati ekspertskom ocenjivanju. Na

osnovu nekih iskustava iz evropskih zemalja, u ovoj oblasti se dešavaju veliki promašaji, pre svega, zbog mistifi kacije ovih poslova i tajnosti sklapanja ugovora, koji to u suštinii nisu.Primena ekspertskog ocenjivanja na relevantne naučno-razvojne i naučno-istraživačke projekte i programe razvoja odnosi se na sve delove, bez obzira na naučnu oblast, granu ili disciplinu. Ovi programi i projekti su multidisciplinarni i kao takvi zahtevaju odgovarajuće profi le eksperata i primenu odgovarajućih kriterijuma i metodologije rada.Osnovne oblasti primene ekspertskog ocenjivanja su privredni razvoj zemlje, istem odbrane i bezbednosti, istraživanje i razvoj mašinogradnje i tehnologije, rukovođenje i komandovanje, komandno-informacioni sistemi, logistička podrška, medicinske nauke, ekonomija, zaštita životne sredine, obuka i školstvo, ocena kvaliteta proizvoda, društveno-političke nauke, prirodno-matematičke nauke i sl. Ekspertsko ocenjivanje ima svoje puno opravdanje jer je cilj pružanje relevantnih informacija najvišem rukovodstvu za kvalitetnije donošenje odluka po pitanju istraživačko-razvojnih zadataka, koji su od posebnog interesa za privredu, odbranu i prosperitet jedne zemlje. Ne postoje programi, projekti i zadaci koji se ne mogu podvrgnuti ekspertskom ocenjivanju, a postavlja se samo pitanje celishodnosti i opravdanosti takvog pristupa. Primenom naučnih kriterijuma utvrđuje se na koje programe i projekte je opravdano primeniti ekspertsko ocenjivanje, ukoliko ne postoji drugojačiji zahtev najvišeg nivoa odlučivanja.Primeni stavova kriterijuma prethodi utvrđivanje nivoa značajnosti i

Slika 5 Prikaz interakcije privrede i životne sredine

[155]

energija

troškova, a ispod određene ocene za dati nivo nije opravdano ići u ekspertizu. Donete konačne ekspertske ocene su nepromenljive. Niko po naređenju, sugestiji ili autoritetom ne može menjati zaključne ekspertske ocene. Svaka izmena konačnih ocena je ništavan čin, a lice koje je to učinilo ili bilo podstrekač takvog čina podležu odgovornosti u skladu sa zakonom. Ekspertska ocena, bila ona pozitivna ili negativna, sama po sebi je pozitivan čin, jer je od velike koristi pri donošenju konačne odluke. U slučaju kada program ili projekat dobiju pozitivnu konačnu ocenu, a neka od oblasti ili podoblasti dobije negativnu ocenu, onda je obavezujuće da nosilac zadatka razmotri detaljno oblast (podoblast) koja je dobila negativnu ocenu, izvrši analizu, razmotri primedbe, sugestije, predloge i da u skladu sa tim izvrši određene korekcije.

6. Kriterijumi za izbor eksperata

Ekspert je visokoškolovana osoba, sa visokim stepenom znanja, veštine i iskustva u naučnoj oblasti a sistem je skup uzajamno delujućih, povezanih i međusobno zavisnih elemenata, koji čine celinu. Ova dva termina (ekspert + sistem) obuhvataju i objašnjavaju prirodu ekspertskog sistema. Ekspert je naučno-istraživački radnik ili stručnjak - specijalista, sa visokim stepenom znanja, veštine i iskustva u naučnoj oblasti, u kojoj je već učestvovao u ekspertskom ocenjivanju projekata ili programa razvoja. Visok stepen znanja i iskustava su neophodni, jer imaju osnovni zadatak u iznalaženju objektivne i materijalne istine u realizaciji zadataka. Ekspert je profesionalno opredeljen za probleme privrednog, društvenog, vojnog, naučnog, tehničko-tehnološkog, ekonomskog, socijalnog, ekološkog, političkog, sportskog i kulturnog razvoja, od značaja za privredu, uredjenost,odbranu i bezbednost jedne zemlje. Pored široke informisanosti i ukupnog fonda znanja iz određene naučne oblasti, stvaralaštva i delatnosti, ekspert treba da poseduje i specijalistička znanja iz konkretnog područja, koja ga kao renomiranog specijalistu (dokazan i potvrđen), nedvosmisleno kvalifi kuju da može učestvovati u procesu ispitivanja, vrednovanja, arbitraže- pri ekspertskom ocenjivanju projekata i programa razvoja. Za eksperta može biti

izabrano lice sa visokim stepenom znanja, iskustva ili veštine u naučnoj oblasti, u kojoj je dostigao visoki rejting, kroz priznate rezultate naučno-istraživačkog rada i koji ispunjava opšte i posebne kriterijume za izbor. Opšti kriterijumi za izbor u kandidate za eksperte: visoka stručna sprema, verifi kovan naučni doprinos, od posebnog značaja za nauku, da ima naučno zvanje (istraživač-saradnik, naučni saradnik, viši naučni saradnik, naučni savetnik), da ima naučni stepen (specijalista, magistar, doktor nauka), da ima nastavno-naučno zvanje (docent, vanr.rofesor, red.profesor), ranije uspešno učešće u ekspertskim timovima za ocenjivanje relevantnih projekata i programa razvoja, da ima visok koefi cijent naučne kompetentnosti. Posebni kriterijumi za izbor u kandidate za eksperte su: da je uspešno obavljao dužnosti (rukovodeće, komandne, nastavničke, načelničke), da ima priznate rezultate iz oblasti naučnoistraživačkog rada, naučni doprinos, dostignuća i rezultati u naučnim i istraživačko-razvojnimim zadacima, na temelju meritorne valorizacije, gde je nedvosmisleno dokazano da se radi o eminentnom naučniku ili stručnjaku – specijalisti, širina naučnog horizonta i područja aktivnosti, odnosno visok stepen poznavanja šireg korpusa znanja iz odgovarajuće naučne oblasti, da je kompetentan za oblast ocenjivanja, da je kreativan, intuitivan, nepristrasan i motivisan, potvrđeno poštovanje naučne objektivnosti i etike, da je u Registru naučno-istraživačkog kadra.Specijalizovane (namenske) naučnoistraživačke i razvojne institucije i ustanove mogu biti kolektivni ekspertski tim, za relevantne projekte i programe razvoja iz pojedinih naučnih oblasti. Kandidate za kolektivni ekspertski tim predlaže naučno-nastavna ustanova, posle analize projekta ili programa, odobrenih za ekspertsko ocenjivanje. Broj eksperata u ekspertskom timu ili grupi, koja vrši ocenjivanje, zavisi od vrste, obima, složenosti, aktuelnosti, rokova, materijalno-fi nansijskih ostalih uslova, a predlaže ga Odsek za naučnu delatnost

u saglasnosti sa rukovodiocem ekspertskog tima. U toku pripreme i izvođenja ekspertskog ocenjivanja može doći do naknadne popune ekspertskog tima novim članovima (privremena sprečenost, bolest, složeni i novi momenti u dekompoziciji i dr.). Popuna se vrši na isti način kao i izbor članova ekspertskog tima, ali po skraćenom postupku i proceduri. U ekspertski tim za ocenjivanje konkretnog projekta ili programa mogu biti izabrani eksperti koji pored opštih i posebnih kriterijuma, treba da zadovolje potrebne uslove. Rukovodilac ekspertskog tima određuje svog zamenika iz redova eksperata, a za svaku grupa eksperata (3-5 eksperta) određuje se vođa, zadužen za organizaciju rada grupe i koordinaciju po pojedinim oblastima.Ekspert ne može biti izabran u ekspertski tim za konkretni projekat ili program, ako je iz organizacije naručioca, predlagača, realizatora zadatka, ili da ima bilo kakvih veza ili interesa sa objektom ocenjivanja . Po ovom pitanju ne može biti naređenja «odozgo» ili zahteva «sa strane». Pravilan i stručan izbor eksperata je osnovni preduslov validne i objektivne ekspertske ocene, koja je krajnja svrha ekspertskog ocenjivanja i koja uspostavlja odgovarajuću ravnotežu između struke i specijalnosti u naučnim oblastima.Ekspertsko ocenjivanje najvećim delom se primenjuje na istraživačko-razvojne programe, a u manjoj meri na naučnoistraživačke projekte. Za potrebe civilnih institucija, ova situacija može biti obrnuta, tj. u korist naučnoistraživačkih projekata. U tom slučaju, predloge razmatra i predlaže Nadležno resorno ministarstvo, a daje odobrenje najviši nivo odlučivanja. Kriterijumi

Slika 6 Model ekspertskog ocenjivanja

[156]

energija

ekspertskog ocenjivanja predstavljaju utvrđene i merno poznate vrednosti za vrednovanje rešenja programskog zadatka i oni odražavaju vrstu istraživačkog rada i oblast naučnog delovanja. Kriterijumi mogu izlaziti i izvan prvobitno postavljenih ciljeva i obuhvatiti opcije realizacije različitih ciljeva..Prilikom ocene projekta, ekspertski tim najčešće daje brojne i/ili opisne ocene o projektu, koje su optimalne sa stanovišta datog zahtevom. Ovi principi su zasnovani na naučnim metodama i „nove tehnologije” u procesu izrade i/ili ocene. Metode i tehnike koje se koriste u ekspertskom ocenjivanju projekata su: HIPO, pristup sa vrha na dole i tabele odlučivanja. Za uspešnu ocenu i korišćenje navedenih metoda i tehnika u ocenjivanju neophodan je timski rad.HIPO metoda (Hierarchy Input Process Output - hijerarhija-ulaz-obrada-izlaz), pre svega se odnosi na hijerarhijsku izradu projekta i pojedinih njegovih faza ili modula i njihove veze, njihove parametre i funkcije izlaza projekta. HIPO metoda najviše se bavi fazom ocene projekta, dok su ostale faze vezane za druge metode.Razvoj i ocena projekta tehnikom sa vrha na dole (top-donjn development) bazira se na razbijanju projekta na faze i/ili module, čija organizacija i hijerarhija odgovaraju strukturi tipa stabla, pri čemu se zahteva izrada, testiranje i ocena faza i/ili modula od više ka nižoj hijerarhiji.Tabele odlučivanja su jedan od najedakvatnijih načina ocene projekta. Formira se dvodimenzionalna matrica u kojoj se upisuju faze projekta ili aktivnosti i efekti ili ciljevi projekta, a u preseku tih polja upisuju se brojčane vrednosti pojedinačnih ocena. Zbir svih pojedinačnih ocena daje ukupnu brojnu vrednost projekta ili ocenu projekta. Na ovaj način može se realizovati ocena projekta, ocena istraživača u projektu, ocena efekata projekta, ocena pojedinih faza projekta itd. Ukupna brojna vrednost ocene projekta u tabeli odlučivanja, izračunava se po obrascu:

dok se brojna vrednost ocene projekta, u tabeli odlučivanja, izračunava po obrascu:

gde je:Ouv – ukupna brojna vrednost ocene

projektaOsred – brojna vrednost ocene

projektaAij – brojne vrednosti pojedinačnih

ocena u tabeli odlučivanja (od 1 do 5, ili od 5 do 10)

n, m – dimenzije tabele.Timski rad je organizovana raspodela posla na više ljudi, pri čemu broj ljudi u timu uglavnom, zavisi od obima posla, a najveši efekti se postižu timom do desetak osoba. On objedinjuje sve napred navedene metode i zahteve za njegov uspešan rad, uvedene standarde u procesu izrade i ocene projekta.U fazi ocene projekta ocena projekta ne može biti apsolutno tačna, rezultat ma koje ocene je samo približno tačan. Bilo kojom ocenom neizbežno nastaje veća ili manja greška kao razlika ocenom dobijenog podatka i njegove tačne vrednosti, odnosno prave vrednosti projekta. Greške su neminovne, zato što i ljudi i mašine imaju odredjenu tačnost. Uzroci pojave grešaka pri oceni projekta su raznoliki: subjektivne greške eksperata, psihičko i fi zičko stanje eksperata, nedovoljno poznavanje faktora koji utiču na izlaz iz projekta, greške i nedostaci uredjaja za računanje.Na osnovu opštih i posebnih kriterijuma, kao i naučno-nastavne kompetentnosti, vrši se izbor eksperata za ocenjivanje projekata ili programa razvoja. U procesu izbora eksperata, uzimaju se u obzir samo naučni i tehnološki rezultati i iskustva eksperata, relevantni za davanje pojedinačne ili grupne ocene konkretnog projekta ili programa razvoja. Na osnovu indikatora naučne kompetentnosti (pregled podataka o ekspertu) nadležno resorno ministarstvo ili institucija (Odsek za ekspertsko ocenjivanje) vrši predlaganje rukovodioca ekspertskog tima. U tome ima u vidu njegovo poznavanje konkretne naučne oblasti - grane - discipline, ličnu sposobnost, naučnu i stručnu

zainteresovanost, praktično iskustvo i načelan pristanak. Po dobijanju predloga, imenuje se rukovodioc tima za ekspertsko ocenjivanje.Indikatori naučne kompetentnosti su utvrđene vrednosti za objavljivanje naučnih i stručnih radova, na osnovu čijih iznosa se biraju članovi ekspertskog tima. Njih defi nišu ostvareni rezultati u naučnoistraživačkom radu (objavljeni naučni i stručni radovi, učešće na naučno-stručnim skupovima, predavanja po pozivu, naučni izveštaji, monografi je, studije, inovacije, učešće u realizaciji nekog projekta ili programa razvoja, učešće u ekspertskom ocenjivanju, izrada naučno-informativne dokumentacije, prevodi naučnih inostranih radova i ostali rezultati od posebnog naučnog značaja).U eksperttski tim se uključuju i tehnički, pravni, ekonomski i drugi saradnici, po zamisli rukovodioca ekspertskog tima, potrebni u procesu pri preme, izrade, pravne i stručne verifi kacije projekata i programa razvoja.Pod naučnostručnim časopisima i skupovima međunarodnog karaktera i nacionalnog značaja podrazumevaju se oni za koje je nadležn resorno ministarstvo, visokoškolska ili naučna ustanova, istraživačko -razvojna jedinica, institut u zemlji ili u inostranstvu. Radove objavljeni u časopisima i zbornicima moraju da recenziraju i odobre za objavljivanje naučnostručnih redakcijski (uređivački) odbori. Vrednost (»K«) izračunava se na osnovu sledećih vrednosti - pokazatelja (recenzirani, valorizovani i objavljeni rezultati) koje je kandidat ostvario poslednjih 10 godina).Vrednost koefi cijenta (»K«) izračunava se po obrascu:

Slika 7 Menadžment u sistemu kvaliteta odbrane

[157]

energija

gde je: ni - broj - oznaka grupe

publikovanih radova ki - broj poena po jednom

publikovanom raduΣ - zbir svih objavljenih radova.

Vrednovanje internih naučno-stručnih radova (elaborati, izveštaji, standardi, tehničke preporuke, uputstava, propisi) u ministarstvu je osnova za sticanje naučnih, nastavnih i istraživačkih zvanja, određivanje naučne kompetentnosti za potrebe ekspertskog ocenjivanja. Određivanje koefi cijenta kompetentnosti koautorima rada ( nS ) se izračunava prema doprinosu na izvršenju zadatka, tako da rukovodilac radnog tima (grupe) ima rang r1, njegov zamenik rang r2 i tako dalje, do poslednjeg učesnika na zadatku, koji treba da ima rang rn (n= 1, 2, ...).Kada se saberu sve recipročne vrednosti rangova ri ; i = 1, 2, ..., n, dobija se

Za učesnike u izradi projekta, studije, elaborata, izveštaja ili standarda uračunavaju se svi autori i davaoci saglasnosti i overavači, osim onih koji su vršili tehničku obradu. Imena lica koja se pojavljuju više od jedanput na „Autorskom listu” ili „Listi radnog tima” uračunavaju se samo jedanput i to na povoljnijoj poziciji za koju se dobija bolji rang. Koefi cijent naučne kompetentnosti za elaborat, izveštaj ili standard, izračunava se prema obrascu za izračunavanje koefi cijenta naučne kompetentnosti, a verifi kuje naučno-nastavno ili naučno veće, Odbor za naučnu delatnost ili nadležna komisija organizacijskih jedinica. Oni preispituju i kontrolišu određivanje koefi cijenta i potvrđuje tačnost vrednosti jednom godišnje.

Ocenjeni naučno-stručni radovi, sa imenima autora (učesnika), vrednošću koefi cijenta kompetentnosti, oznakama dokumenata na kojima je stečen koefi cijent i datumom izdanja dokumenta, vode se u Registru NIK-a. Ovaj kriterijum treba koristiti u vođenju kadra u ministarstvu, određivanju formacijskih dužnosti, sticanju naučnog zvanjа (istraživač-saradnik, naučni saradnik, viši naučni saradnik, naučni savetnik), sticanju nastavno-naučnoг zvanjа (docent, van. prof., red. prof). Koefi cijent (»K«) određuju pojedinci, katedre, komisije i odbori organizacijskih jedinica ministarstva, a verifi kuju naučno-nastavna veća vojnonaučnih i istraživačkih ustanova, istraživačko razvojnih jedinica i visokih vojnih škola. Na osnovu pokazatelja u Registru naučnoistraživačkog kadra i Registru eksperata, u okviru realizacije godišnjeg plana naučne delatnosti, Odsek za naučnu delatnost vrši kontrolu, daje sugestije i predlaže mere za otklanjanje nedostataka i unapređenje rada. Podaci o NIK-u (ekspertima) ažuriraju se i prate neprekidno, a koefi cijent (»K«) određuje se na kraju kalendarske godine. Rezultati rada se prate u okviru jedinstvenog AIS-a u ministarstvu, koji se vodi u nadležnoj Upravi za planiranje.

ZaključakMisija socijal-ekonomske i ekološke paradigme podrazumeva uspostavljanje sklada između ljudskog bića i prirode kroz radikalnu izmenu vladajućeg sistema vrednosti i preblikovonje antropocenrične svesti i etike u ekocentrične forme i sadržaje. Naučno-tehnološki progres počinje kad i razvoj materijalne kulture ljudi. Osposobljavanje rukovodioca za ispravno i pravovremeno reagovanje

u donošenju značajnih upravljačkih odluka stvar je znanja, iskustva i treninga. Ako naučna elita, koja stvara podloge za kreiranje i planiranje razvoja naše civilizacije u najskorijem vremenu ne bude ozbiljno i odgovorno shvatila opasnosti koje se apokaliptično nadnose nad ovim svetom i ako ne bude energično upozorila realizatore razvoja, tada će se vrlo

brzo civilizacija naći pred svojim nestankom. Naučnoistraživački kadar - eksperti za metodološka, organizaciona, fi nansijska i druga pitanja funkcionisanja i razvoja naučne delatnosti primaju na sebe odgovorne zadatke. Oni svojim znanjem i iskustvom treba da obezbede naučno-stručnu i objektivnu bazu za najviši nivo odlučivanja, o korišćenju i usmeravanju potencijala privrednom razvoju zemlje, materijalnom bogatstvu, socijalnoj i zdravstvenoj egzistenciji, ekološkoj i obrazovnoj kulturnoj i sl. Naučno-stručni doprinos i rezultati u primeni naučnih i tehnoloških dostignuća u SEOPP ocenjuju se na osnovu indikatora naučne kompetentnosti i pokazatelja sposobnosti primene rezultata i metoda i na temelju kvalitetnog suda o doprinosu pojedinca razvoju nauke i rešavanju praktičnih problema. Sva druga organizaciona pitanja kao i uputstva, smernice, kriterijume i metodologiju za efi kasan rad SEOPP donosi se u zahtevanom roku, kroz zvaničnu proceduru na usvajanje i stupanje na snagu. Neophodno je temeljno i sveobuhvatno razumevanje i defi nisanje nove uloge svih učesnika i aktera u kreiranju politike i strategije svih istraživačko-razvojnih procesa, pre svega, u sferi proizvodnih tehnologija. potrebno je temeljno i sveobuhvatno, izraženo kritički i pojmovno preispitivanje koncepta i fi lozofi je razvoja, koji će realno osvetliti ulogu nauke i pravce daljneg istraživanja i očuvanja radne i životne sredine. Ovaj pristup u nauci podleže stalnom usavršavanju i dogradnji, na osnovu dostignuća u naučnim oblastima, granama i disciplinama, na kojima se zasniva sistem i realizuje ocenjivanje projekata i programa razvoja. Ova problematika ima primenu u privrednom razvoju zemlje, a kao »živa materija« podleže kritici, a na ovom naučno-stručnom skupu ima mesta za to.

Literatura1. Biočanin R. Ekspertsko

ocenjivanje u funkciji odlučivanja, Vojni informator, br. 1, NIC “VOJSKA”, Beograd, 2004 .

Slika 8 Faktori rizika i eko-bezbednosti

[158]

energija

2. Biočanin R. Ekspertsko ocenjivanje naučnih projekata i programa razvoja, XXX Jubilarno savetovanje proizvodnog masinstva SCG sa medjunarodnim ucescem, 01-03. septembar 2005. Vrnjacka Banja.

3. Biočanin R., Suša B. Razvijanje komunikacione kompetentnosti u sistemu visokog vojnog školstva , Naučna Konferencija “Tehničko-tehnološko obrazovanje u Srbiji”, 13-16. april 2006. Čačak.

4. Kundačina M., Biočanin R. Ekološko obrazovanje i vaspitanje kao stra tegijski doprinos zaštiti i unapređenju životne sredine, IX Kongres preventivne medicine Jugoslavije sa međunarodnim učešćem, 4-7.10. 2000. D.Milanovac.

5. Dašić, P. Razvoj međunarodnih i nacionalnih standarda za sistem kvaliteta. časopis Kvalitet, Beograd, 2005.

6. Mučibabić .S. Odlučivanje u konfl iktnim situacijama, GŠ VSCG, Beograd, 2003.

7. Vujošević M. Operativni menadzment, DOPIS, Beograd, 1997.

8. Drǎgǎnesc M. Broadband Internet and the knowledge society. Studies in Informatics and Control Journal, 2002.

9. Boguski, T. K., Hunt, R. G., Cholakis, J. M., Franklin, W. E. (LCA Methodology). In Curran, M.A., Ed., Environmental Life Cycle Assessment, McGraw-Hill Companies, New York, 1996.

10. Drǎgǎnescu, M.: Broadband Internet and the knowledge society. Studies in Informatics and Control Journal, 2002.

11. Frank, D.: “The ‘concept’ of communication. Journal of Communication, 1970.

12. Biočanin R., Amidžić B. Zaštita radne i životne sredine - Crne prognoze, Vojni informator br. 4-5, “VOJSKA”, Beograd, 2004.

13. Kundačina M.,Biočanin R. Metodološki pristup u istraživanju ekološke svesti, XXVIII SIMOPIS, 2-.5. oktobar 2001. Beograd.

14. Đukić P. Pavlovski M. ’’Ekologija i društvo’’, Ekocentar, Beograd 1999.

15. Redclift M.Benton T.’’Sociology and the Environment:Discordant Discourse?’’in Social Theory and

the Global Environment, London, 1994.

16. Biočanin R. Naučna podrška upravljanju, Vojni informator br. 1-2, NIC “VOJSKA”, Beograd, 2004.

17. Biočanin R., Rakić G., Dašić P. U lavirintu rizicnog drustva i put ka znjanju, uz pracenje trendova u sistemu kvaliteta izvrsnosti, X Savetovanje SQM 2006. sa medjunarodnim učešćem, 12-14. septembar 2006.Miločer, Crna Gora.

18. Biočanin R., Vasović V. Unapređenje komunikacione kompetentnosti u visokim vojnim školama, IMK-14 Istraživanje i razvoj, br. 1-2/2006. Kruševac.

19. Dašić P., Biočanin R., Radovanović M. U lavirintu rizičnog društva i put ka znanju, Časopis za Jugoistočnu Evropu “SVET RADA”, br. 4/2006, Eko-centar Beograd.

20. Amidžić B., Biočanin R., Rakić G. Environment pollution-risk and protection in defence system, IMK-14Istraživanje i razvoj, 2007.

[159]

energija

Branko Leković, Vesna Karović Maričić, Dušan DanilovićUniversity of Belgrade, Faculty of Mining and Geology, Belgrade, Serbia

UDC: 662.756.2:(504.75:504.3.054)

Korišćenje alternativnih goriva u cilju smanjenja emisije CO2

1. UvodGlobalna potrošnja primarne energije iznosila je 8,38 biliona tona ekvivalentne nafte u 1996 a udeo fosilnih goriva je 7,54 biliona tona sa tendencijom porasta. Korišćenje energije fosilnih goriva je proizvelo 23,8 milijardi tona ugljen-dioksida 1996. u čemu su nafta i gas učestvivali sa oko 60%. Pretpostavlja se da nastavljanje upotrebe fosilne energije vodi ka povećanju prosečne globalne temperature za 1,0-3,5°C u narednih 50-100 godina. U poređenju sa globalnom temperaturom budući trend koncentracije CO2 u atmosferi je izvestan. Sagorevanje fosilnih goriva neće opasti narednih 20 god. a veći su izgledi da će neznatno porasti. Podaci prikupljeni do 2009. god. (387 ppm) pokazuju da koncentracija CO2 nastavlja prosečni godišnji porast od 2 ppm (slika 1). To znači da će atmosfera sadržavati najmanje 390 ppm 2010. i 410 ppm do 2020. Protokol iz Kjota (1997), kao dodatak Konvenciji o klimatskim promenama, usvojenoj na II Konferenciji UN o životnoj sredini i razvoju - Rio De Žaneiro (1992), prvi je zakonski obavezujući međunarodni ugovor o zaštiti okoline koji je stupio na snagu 15. februara 2005.Sporazum predviđa da razvijene zemlje smanje emisiju gasova efekta staklene bašte (prosečno 5,2%) do obavezujućeg perioda 2008-2012. a prema 1990. god. kao osnovnom nivou. Implementacija strategije redukcije emisije CO2 je dovela i do Direktive 2003/30/EC koju su Evropski Parlament i Savet usvojili 8. maja

2003. godine. Cilj je da se promoviše upotreba alternativnih goriva u saobraćaju tako što bi se do 2020. godine 20% konvencionalnih goriva zamenilo alternativnim gorivima.Emisija CO2 raste brže u nekim delovima sveta nego u drugim (slika 2).

2. Transport kao izvor emisije CO2

Emisija CO2 koja potiče od transporta raste brzo u članicama

Organizacije za ekonomsku saradnju i razvoj (Organisation for Economic Cooperation and Development - OECD). Mada je sektor transporta već »odgovoran« za trećinu ukupne emisije iz sagorevanja fosilnih goriva, do sada je manje pažnje posvećeno smanjenju emisije u ovom nego u drugim sektorima.Evropska Ekonomska Komisija (EEC) u okviru nadležnosti pojedinih direktorata razmatra strateški pristup i stvaranje dugoročne politike u

SažetakFosilna goriva koja su osnovni izvor energije u sektoru transporta istovremeno predstavljaju i najveći izvor emisije CO2.Zamena postojećih konvencionalnih mineralnih goriva sa alternativnim pogonskim gorivima iz obnovljivih izvora omogućiće smanjenje potrošnje ukupne energije i efi kasniju redukciju štetnog uticaja na životnu okolinu.Smanjenje emisije štetnih polutanata i CO2 iz motora sa unutrašnjim sagorevanjem biće u središtu pažnje u narednom periodu jer su Evropski parlament i Savet usvojili program da se u periodu do 2020. godine 20% konvencionalnog goriva (dizel) postepeno supstituira sa alternativnim gorivima (biodizel, vodonik, metanol itd).Ključne reči: alternativna goriva, emisija CO2, fosilna goriva, globalno zagrevanje.

ALTERNATIVE FUELS USE FOR REDUCTION CARBON DIOXIDE EMISSIONMain energy source in transport sector are fossil fuels but in same time they are responsible for most of CO2 emission. Substitution of conventional fossil fuels with alternative fuels from renewable sources will make reduction in energy consumption and environmental poluttion.Reduction in toxic poluttant emissions and carbon dioxide from transport will be on focus in next period, because of European Parliament and Council implement program for period to 2020 of substitution 20% conventional mineral fuels (diesel) with alternative fuels (biodiesel, hidrogen, methanol etc).Key words: alternative fuels, CO2 -emission, fossil fuels, global warming.

[160]

energija

oblasti saobraćaja radi efi kasnijeg smanjivanja štetnog uticaja na životnu sredinu i za smanjenje emisije CO2 iz transporta kroz opcije koje se mogu grupisati u četiri glavne oblasti: - Bolje upravljanje saobraćajem i

poboljšani javni prevoz.- Integrisani pristup i planiranje

transporta.- Poticaji za poboljšanje efi kasnosti

vozila.- Alternativna goriva.

2.1 Trendovi emisije CO2

Međunarodna agencija za energiju (International Energy Agency - IEA)

u svom predviđanju koje se proteže do 2012 (slika 3) daje projekciju za emisiju CO2 od sagorevanja fosilnih goriva, što je period u kojem treba da se ispuni cilj iz Kjota. Ovaj scenario pretpostavlja postepeno povećanje cena nafte. Cilj smanjenja emisije – prema protokolu iz Kjota je označen na grafi ku. Projekcija za emisiju koja potiče od transporta je teško spojiva sa ciljevima i transport je grana gde treba planirati i preduzeti određene mere za smanjenje emisije CO2.Transport je odgovoran za 27% ukupne emisije iz sagorevanja fosilnih goriva u 1990. i 1998 je cifra je već oko 30% OECD emisije. Ako se nastavi sa ovakvom emisijom CO2 od transporta do 2012. on će biti odgovoran za oko 40% ukupne emisije. Teško je zamisliti da OECD zemlje postignu bilo koji od ciljeva dogovoren u Kjotu bez redukcije ugljen-dioksida koji se stvara u transportu.

Prvo, transport je dispergovani izvor emisije, koji čini mnogo težim donošenje mera i kvantifi kovanje uticaja nego, npr. u energetskom sektoru. Šta više, fi nansijski najefi kasnije mere za smanjenje CO2 emisije nalaze se u drugim sektorima, posebno u energetici i industriji, tako je pažnja prvo posvećena tim oblastima.Međutim, transport se ubrzo pojavljuje kao ključni sektor - uzročnik klimatskih promena. Strukturne promene u zemljama EU vode velikom intenzitetu stvaranja CO2 usled automobilskog i teretnog saobraćaja (najintenzivnijeg izvora ugljenika). To je povećalo njihov udeo u uslovljenoj podeli, za razliku od industrije, gde je intenzivnost energetskog sektora u opadanju.Putnički saobraćaj automobilima (meren u putnik-kilometrima) je više nego udvostručen u periodu posle 1970. godine. Prevoz robe putevima (meren u tona-kilometrima) je utrostručen u periodu posle 1970. godine. Deregulacija je povećala konkurentnost drumskog teretnog saobraćaja jer je bila brža u ovom (i vazdušnom) sektoru nego u železničkom i vodenom.Najbrži rast je ostvario međunarodni teretni saobraćaj sa porastom od 5 do 6% godišnje.

3 Alternativna gorivaPo američkim klasifi kacijama svi nenaftni energenti pa i gorive ćelije spadaju u grupu alternativnih goriva. U tu grupu mogu se svrstati: metanol, etanol, prirodni gas, biodizel, sintetska goriva, elektricitet i vodonik koji mogu smanjiti emisiju izduvnih gasova, onih sa efektom staklene bašte i toksičnih polutanata. Nažalost, u različitom stepenu prelaz na jedno ili više od ovih goriva može smanjiti domet vozila i povećati ukupnu cenu sistema transporta posebno tokom tranzicije kada je neophodna modifi kacija infrastrukture.

3.1 BiodizelDr Rudolf Dizel je 1895. razvio »dizel« motor sa intencijom da za pogon koristi različita goriva uključujući i biljno ulje. U stvari kada je Dizel prikazao svoju mašinu na Svetskoj izložbi u Parizu 1900. koristio je ulje kikirikija kao gorivo. Međutim, od tada, dizel motor je modifi kovan da koristi gorivo dobijeno iz nafte zato što je to bilo najjeftinije dostupno gorivo.

Slika 1 Globalna koncentracija CO2 u atmosferi tokom vremena

Tabela 1 Ciljevi EU u korišćenju alternativnih goriva

Slika 2 Globalna emisiji CO2 po regionima, 1990–2005

[161]

energija

Dizel motori su i danas sposobni da koriste »biodizel« gorivo koje može biti proizvedeno od različitih sirovina - obnovljivih izvora, uključujući soju, suncokret, uljanu repicu, palmino ulje, pamukovo seme i masnoće životinjskog porekla. Biodizel je moguće koristiti u njegovom čistom obliku, poznatom kao B100. Pored toga, on je dostupan u različitim mešavinama sa petrodizelom a najčešća je B20 (20 procenata biodizel i 80 procenata petrodizel). Takođe se koristi u manjem procentu kao aditiv gorivu sa ulogom podmazivanja.Proizvodnja biodizela u Evropskoj Uniji je počela 1992. a najveći proizvođači su Nemačka, Francuska i Italija.Ukupna proizvodnja zemalja Evropske Unije je 2002. iznosila 1065000 tona biodizela a 2003. već je dvostruko veća 2048000 t. Biodizel je jedino alternativno gorivo upotrebljivo u svakom konvencionalnom dizel motoru bez ili sa neznatnom modifi kacijom motora ili sistema za gorivo.Većina glavnih prozvođača dizel motora potvrđuje da upotreba B20 u njihovoj opremi neće ugroziti garanciju. Prednost koje pruža mešavina biodizela (B20) i čisti biodizel (B100) u odnosu na konvencionalni dizel je: - Smanjenje emisije ugljen-

monoksida od 10 % (B20) i 50 % (B100).

- Smanjenje emisije čestica za 15 % (B20) i 70 % (B100).

- Smanjenje ugljovodonika u ukupnoj emisiji od 10 % (B20) i 40% (B100).

- Smanjenje emisije sulfata od 20% (B20) i 100% (B100).

- Povećanje emisije azotovih oksida 2% (B20) 9% (B100).

- Nema promene emisije metana korišćenjem bilo B20 ili B100.

Biodizel ima viši cetanski broj od konvencionalnog dizela što povećava performanse motora. On takođe povećava mazivost i može produžiti vek teškim motorima.Biodizel je biorazgradljiv što znači da se razlaže brzo posle izlivanja. On ima visoku temperaturu paljenja i nisku isparljivost što povećava granicu sigurnosti pri rukovanju gorivom. U stvari on se raspada četiri puta brže od petrodizela i nije posebno rastvorljiv u vodi. On nije otrovan što ga čini sigurnim za rukovanje, transport i skladištenje. Biodizel se ponaša kao rastvarač nekih premaza koji služe kao zaštita sistema za gorivo i rezervoara. Osim toga rastvara taloge nakupljene na zidovima rezervoara i vodovima (nastale korišćenjem prethodnog dizel goriva) što može izazvati začepljenje fi ltera za gorivo.Pored toga biodizel omekšava i deluje negativno na zaptivke, plastične materijale i komponente od prirodne gume, ubrzavajući njihovo starenje što može imati uticaj na delove kao što su creva za gorivo i zaptivači pumpe za gorivo. Ovo je manje izraženo sa mešavinama biodizela nego sa B100. Proizvođači preporučuju zamenu ovih delova sa odgovarajući elastomerima a neka nova vozila imaju biodizel-kompatibilne delove.

3.2 EtanolVozila koja koriste etanol kao gorivo poznata su od 1880. kada je Henri

Ford konstruisao automobil koji koristi isključivo etanol. Kasnije je i popularni model T konstruisan tako da može koristiti etanol ili benzin. Četiri generacije kasnije mešavina etanola i benzina čini više od 10% ukupne prodaje benzina u SAD.Etanol se proizvodi fermentacijom šećera iz biljaka. Može se dobiti iz kukuruza, krompira, drveta, papirnog otpada, pšenice, otpada iz pivara, i mnogih drugih poljoprivrednih proizvoda i otpada hrane. Bilo šta što sadrži šećer, skrob, ili celulozu može se fermentisati i destilovati u etanol. Više od 90% proizvodnje etanola u SAD potiče iz kukuruza.Čist etanol se retko koristi u transportu; obično se meša sa benzinom. Najpopularnija je mešavina za laka vozila poznata kao E85, što je 85% etanola i 15% benzina. Teški kamioni obično koriste E95 (etanol pomešan sa 5% bezolovnog benzina) i E93 (etanol pomešan sa 5% metanola i 2% kerozina). Godinama je etanol je korišćen kao 10 procentna mešavina sa benzinom zvana »gasohol« ili E10 u cilju smanjenja emisije ugljen-monoksida tokom zimskog perioda. Pored ove primene, etanol se često meša sa benzinom kao oksigenator u cilju postizanje propisa o čistom gorivu.Korišćenje etanola E10 je pokriveno garancijom svakog proizvođača automobila u SAD. Američki prozvođači takođe proizvode različite automobile, lake kamione, kombije poznate kao vozila na više goriva (Flexible Fuel Vehicles-FFV). Ova vozila mogu koristiti bilo koju kombinaciju etanola i benzina automatskom detekcijom procenta alkohola u rezervoaru za gorivo i podešavanjem parametara rada motora prema tome.Upotreba etanola ima određene prednosti, jer ima višu oktansku vrednost od benzina što smanjuje »kliktanje« motora i može rezultirati u višoj energetskoj efi kasnosti. Pored toga, metanol ima neke osobine deterdženta koje smanjuju stvaranje naslaga, što omogućava miran rad motora i čist sistem za ubrizgavanje uz bolje performanse.Sa druge strane, vozila koja koriste etanol imaju oko 75-90 procenata dometa u poređenju sa benzinskim vozilima i treba im češće dolivanje goriva. Neki proizvođači automobila ugrađuju veće rezervoare za gorivo u E85 vozila da bi sprečili ovu nepogodnost. Etanol je isparljivije

Slika 3 Emisija CO2 zemalja članica OECD

[162]

energija

gorivo od benzina, sa niskom isparljivošću zimi i visokom isparljivošću leti.Pored toga, etanol se ne meša dobro sa dizel gorivom. Vozači sa dizel vozilima koji žele da koriste etanol treba potpuno da zamene dizel gorivo sa čistim etanolom ili da koriste poseban injekcioni metod.Karakteristika emisije koju pruža etanol (E85) u poređenju sa konvencionalnim benzinom je:- Manje ukupnih toksičnih materija.- Smanjenje isparljivih organskih

komponenti koje stvaraju ozon za 15 %.

- Smanjenje ugljen-monoksida za 40 %.

- Smanjenje emisije čestica od 20 %.- Smanjenje emisije oksida azota za

10 %.- Smanjenje emisije sulfata za 80 %.- Niža reaktivnost emisije

ugljovodonika.- Viša emisija etanola i

acetalaldehida.Etanol se ne smatra toksičnim zagađivačem u iznosima koji se mogu udisati kada se koristi kao motorno gorivo. Manje je zapaljiv od benzina, stoga je pojava požara ređa i manje opasna pri nastanku izlivanja ili oslobađanju para. Skladištenje, transport i punjenje je sigurnije od benzina. Izlivanja na kopnu i vodi su obično bezopasna zato što je etanol biorazgradljiv i rastvorljiv u vodi.FFV vozila su posebno konstruisana za nešto korozivnije osobine etanola. Potrošači koji žele da prilagode postojeća vozila za mešavinu benzina sa etanolom iznad E10 mogu da modifi kuju motore i sistem za gorivo.

3.3 MetanolVeć više od 30 godina metanol je gorivo koje se koristi na trci 500 milja Indijanapolisa. Danas i vozači kola koji ne učestvuju na trkama mogu imati koristi od visokih performansi ovog goriva. Većina vozila na metanol koriste M85, mešavinu 85% metanola i 15% bezolovnog benzina. Metanol je takođe dostupan kao M100 (čist metanol), obično zamena za dizel. Većina vozila koja koriste metanol za pogon su fl eksibilna u smislu da mogu koristiti 100 procenata benzina ako metanol nije dostupan.Metanol je hemijski najjednostavniji alkohol, koji sadrži jedan atom ugljenika po molekulu. Uobičajeno poznat kao »alkohol iz drveta« on

je otrovan, bezbojan, bez ukusa, tečnost sa veoma slabim mirisom. Sa metanolom se postupa kao sa benzinom i tako se skladišti. Veći deo metanola se proizvodi iz prirodnog gasa ali takođe se može proizvoditi iz širokog raspona obnovljivih izvora kao što je drvo ili otpadni papir.Metanol takođe pruža važne prednosti emisije u poređenju sa benzinom – on može smanjiti emisiju ugljovodonika za 30-40 procenata sa M85 i do 80 procenata sa M100 gorivima.Metanol i mešavina metanola imaju višu oktansku vrednost od benzina što smanjuje »kliktanje« motora i može dati višu efi kasnost motora. Viša oktanska vrednost takođe daje vozilima na metanol više snage i bolje ubrzanje. Vozila koja koriste M100 teže startuju pri hladnom vremenu, ali to nije problem za vozila sa M85 zbog prisustva benzina. Međutim, zbog korozivne prirode metanola potreban je poseban sistem za gorivo.Potrebne su određene sigurnosne mere jer metanol gori skoro nevidljivim plamenom čineći otkrivanje plamena teškim. Metanol je manje zapaljiv od benzina i rezultuje slabijom vatrom ukoliko dođe do paljenja. U slučaju izlivanja metanol je biorazgradljiv i razlaže se brzo u velikoj količini vode. Pored toga toksični uticaj na okolinu posle izlivanja metanola je kraći po trajanju od onih izazvanih izlivanjem nafte.Karakteristike emisije metanola prema konvencionalnom benzinu:- Potencijalno niža emisija oksida

azota. - Ne stvara emisiju čestica pri

sagorevanju.- Niži ukupni isparljivi organski

sastav emisije.- Potencijalno viša direktna emisija

formaldehida.- Manje stvaranje indirektnih

formaldehida zbog niže reaktivnosti emitovanih ugljovodonika.

3.4 Prepravljeni benzin (Reformulated Gasoline)

Prepravljeni benzin (RFG) je benzin sa dodacima u cilju čistijeg sagorevanja i smanjenja stvaranja smoga i toksičnih polutanata u vazduhu koji udišemo.Jedan od načina smanjenja zagađenja vazduha od automobila i

kamiona je upotreba benzina koji je koncipiran da čistije sagoreva. Ovaj benzin, nazvan prepravljeni benzin (Reformulated Gasoline – RFG) je u SAD u upotrebi od 1995; koristi se u 17 država i u Distriktu Kolumbija (DC). Oko 30% benzina koji se prodaje u SAD je prepravljeno. Svaka naftna kompanija koristi svoju formulu koja mora odgovarati federalnom standardu o smanjenju emisije. Primena prepravljenog benzina podrazumeva smanjenje zagađenja vazduha koje izaziva smog, a takođe smanjuje emisiju toksičnih zagađivača vazduha kao što je benzen, poznati karcinogeni ugljovodonik.Zamena konvencionalnog benzina sa prepravljenim benzinom koji je oksigenisan (pomešan sa kiseonikom), rezultuje u smanjenju ekonomičnosti goriva za jedan do tri procenta.Prepravljeni benzin sadrži kiseonik – dva procenta težinski. MTBE (methyl tertiary butyl ether) i etanol su dve najčešće korišćene supstance koje dodaju kiseonik benzinu. Naftne kompanije odlučuju koju će supstancu koristiti da postignu zakonske odredbe.Mnoge hemikalije u benzinu uključujući MTBE – mogu biti škodljive u vodi. MTBE je veoma rastvorljiv u vodi rasprostire se brže i dalje od drugih sastojaka benzina.3.5 Sintetska goriva (Fischer-Tropsch)Mada je u nekom stepenu u upotrebi od 1920-ih Fischer-Tropsch (FT) goriva nisu široko korišćena danas - ali to se može promeniti.Širom sveta vrše se ekstenzivna istraživanja i razvoj u cilju komercijalizacije goriva za upotrebu u vozilima. Više proizvođača vozila navodi FT goriva kao moguće alternativno gorivo za dizel motore bez kompromisa u efi kasnosti goriva ili uticaja na infrastrukturu i troškove punjenja.FT tehnologijom se konvertuje ugalj, prirodni gas i rafi nerijski produkti niske vrednosti u visoko-vredno gorivo čistog sagorevanja. Dobijeno gorivo je bez boje, mirisa i sa niskom toksičnošću. Pored toga može se mešati sa konvencionalnim dizel gorivom u bilo kom odnosu. FT goriva pružaju važan doprinos zaštiti životne okoline u poređenju sa dizelom smanjujući emisiju NO, CO i čestica.

[163]

energija

Posebno je interesantna tehnologija prevođenja prirodnog gasa u ultra-čiste destilatne proizvode kao što je dizel, benzin i neki specijalni proizvodi. Tehnologija Gas to Liquids (GTL), je kombinacija Fischer-Tropsch sinteze i specijalnog hidrokonverzionog procesa. Proizvod je dizel visoke cetanske vrednosti, male gustine i praktično bez sumpora i aromata.Pored toga dok mnoga alternativna goriva zahtevaju potpuno odvojeni sistem za distribuciju, FT goriva mogu koristiti postojeću infrastrukturu za distribuciju. To znači da gorivo može da se transportuje istim brodovima i cevovodima kao sirova nafta.Nema značajnih razlika u performansama FT goriva prema petrodizel gorivima. U stvari viši cetanski broj FT dizel goriva može rezultovati u poboljšanom sagorevanju. Pored toga, mnoga alternativna goriva zahtevaju velike promene u motoru vozila, ali FT goriva ne zahtevaju modifi kaciju motora. FT goriva su neznatno manje energetske gustine od petrodizela što može imati za rezultat nižu ekonomiku goriva i snage.Karakteristike emisije u odnosu na konvencionalni dizel:- Smanjenje oksida azota usled višeg

cetanskog broja.- Malo ili bez čestica usled niskog

sadržaja sumpora i aromata.- Smanjenje emisije ugljovodonika i

ugljen-monoksida.

4. ZaključakCena razvoja i primene tehnologija proizvodnje alternativnih goriva je velika i može biti ograničavajuća. Međutim postoji obaveza industrijalizovanih zemalja što je i u njihovom interesu da razviju i učine dostupnom ove tehnologije gde god da su potrebne. Odnos između cene i efi kasnosti upotrebe goriva sa manjom emisijom CO2 mora biti presudan kriterijum za njihovu primenu uz razvoj poreskog i fi skalnog okvira koji bi pomogao njihovo korišćenje.Primena alternativnih goriva nema efekta samo na zaštitu životne okoline tj. smanjenje emisije štetnih materija već korišćenje energije iz obnovljivih izvora omogućava racionalnije trošenje fosilnih-neobnovljivih goriva.

Literatura[1] European Conference of

Ministers of Transport, CO2 Emission from Transport, Paris, 1997.

[2] IEA, World Energy Outlook, Paris, 1997.

[3] Kyoto Protocol to the United Nations Framework Convention on Climate Change, 1997.

[4] Kessel, D.: Global warming-facts, assessment, countermeasures, Journal of Petroleum Science and Engineering, Vol.26, pp.157-168, Amsterdam 2000.

[5] www.epa.gov/otaq/cosumer/fuels/altfuels.htm

[6] www.esrl.noaa.gov/gmd/aggi.

[164]

energija

Marko M. NinkovićInstitut za nuklearne nauke – Vinča , Laboratorija za zaštitu od zračenja i zaštitu životne sredine

UDC: 621.311.25.001.6 : 504.75.06

Renesansa nuklearne energije i zaštita od zračenja

1. UvodPrvi kilovati električne energije proizvedeni su iz nuklearne 20 decembra 1951. na reaktoru EBR-1 u mestu Arko u državi Ajdaho u SAD. Proizvedena energija poslužila je za napajanje četiri sijalice, kao što se vidi na slici 1. Međutim, osnovna namena ovog reaktora bila je druge vrste – za ispitivanje koncepta novih, oplodnih reaktora.Prva nuklearna elektrana (slika.2), izgrađena je u gradu Obninsku u bivšem SSSR-u . Gradnja elektrane započeta je 1 januara 1951, a na električnu mrežu je priključena 27. juna 1954. godine. Elektrana je nosila oznaku AM-1 (Atom Mirnij) i imala je projektovanu snagu 6, a proizvodnu 5 MW. Reaktor je bio prototip kasnije poznatih sovjetskih grafi tno-vodenih reaktora RMBK tipa. Elektrana je bila u pogonu do 29. aprila 2002. godine, kada je konačno ugašena [1]. Prva komercijalna nuklearna elektrana (slika 3), priključena je na električnu mrežu avgusta 1956. godine u Velikoj Britaniji. Elektrana je poznata pod imenom Calder Hall 1 i imala je snagu od 50 (kasnije 200) MW.Početkom oktobra meseca 2010 godine u 31 zemlji sveta radilo je ukupno 441 elektrana integralne snage 375 GW, a u izgradnji je bilo ukupno 60 elektrana ukupne snage 59 GW, u 17 zemalja.Zaštita od jonizujućih zračenja počela se razvijati praktično od kraja devetnaestog veka, neposredno po otkriću H zračenja i radioaktivnosti. Poseban uticaj na njen razvoj imalo

SažetakUvođenje nuklearne energije u tekuću praksu imalo je značajnog uticaja na razvoj zaštite od zračenja. Naprimer, ALARA princip, koji čini osnovu savremenih koncepcija zaštite, usvojen je upravo sedamdesetih godina prošlog veka uporedo sa intenzivnom gradnjom nuklearnih elektrana. Nakon prvih ozbiljnjijih akcidenata na novoizgrađenim elektranama (Ostrvo tri milje, 1979 i Černobil, 1986), nastupio je zastoj u gradnji. Čak su neke zemlje, kao Švedska, referendumom odlučile da prestanu sa grdnjom novih elektrana. Praktično gradnja je prestala u Evropi i Americi a nastavljena je smanjenim tempom samo na Dalekom istoku. Međutim, nakon usvajanja Kjoto protokola sve više je bilo jasno da se bez povratka nuklearnoj energiji, njegovi zahtevi ne mogu ispuniti. Nagoveštaji renesanse pojavili su se u SAD nakon problema sa električnom strujom u Kaliforniji početkom ovog veka, ali su brzo utihnuli. Konačno tokom 2008 i 2009 godine, reklo bi se da je renesansa počela. U međuvremenu na polju zaštite od zračenja usvajane su nove preporuke 1990 i 2007 godine. Iako su njima uvedene značajne novine u tekuću praksu zaštite, one se po efektima koje su izazvale ne mogu uporediti sa efektima ALARA-principa. Treba očekivati da će predstojeća renesansa nuklearne energije značajnije ponovo uticati na unapređenje i razvoj zaštite od zračenja u narednom periodu

NUCLEAR POWER RENAISSANCE AND RADIATION PROTECTIONIntroduction of nuclear energy as a commercial source for electric power production during seventies of last century, had a strong infl uence on the new radiation protection concept development. The using of ALARA – principle in everyday radiation protection and safety of radiation sources practicies, could be mentioned as example. On the other side construction of the new commercial power plants, after fi rst two nuclearr accidents at Three Mile Islands and Chernobyl especially, have been stoped in Europe and North America, practically. But, upon Kyoto Protocol acceptance, it was shown by many analisies all over the world, that indulgence of its fundamental requirements should not be achivied without return to nuclear energy as a source of electric power. In the meantime two new ICRP radiation protection recommedations, of 1990 and 2007, have been accepted, but not as a completly new, already completition of former recomendations with LET- hypotesies and ALARA – principle. Renaissance of nuclear power, alredy started, will give a strong infl uence on reshape radiation protection at nuclear power plants to achieve signifi cant improvements in safety performance and coste-effectiveness.

je otkriće fi sije i njena primena u vojne i kasnije mirnodopske svrhe. Najznačajnije unapređenje zaštite od

zračenja postihnuto je usvajanjem ALARA principa, što je učinjeno sedamdesetih godina, upravo u

[165]

energija

vreme kada je gradnja nuklearnih elektrana bila u najvećem razmahu.Gradnja velikog broja nuklearnih elektrana tokom sedamdesetih godina bila je direktna posledica naftne krize sa početka te decenije. Međutim, pojavom prvih akcidenata na ovim postrojenjima (na elektranama na Ostrvu tri milje i posebno Černobilu) došlo je do praktične obustave gradnje. Švedska, koja je do tada bila već izgradila i pustila u rad šest nuklearnih elektrana, na referendumu odražanom 1980., godinu dana po akcidentu na Ostrvu tri milje, donela je odluku o prestanku gradnje novih i korišćenja izgrađenih najkasnije do 2010. godine. Prestala je potpuno

nuklearne, kao jednog od osnovnih izvora energije. Usvajanje protokola, o potrebi nezaobilazne zaštite atmosfere od zagađenja štetnim gasovima - Kjoto protokola, bio je jedan od najozbiljnijih

nagoveštaja nužnosti povratka korišćenju nuklearne u proizvodnji električne enrgije.2. Kjoto protokol i njegovi

zahteviU gradu Kjoto u Japanu 11.12.1997. godine usvojen je međunarodni dogovor (protokol) [2], na osnovu Konvencije Ujedinjenih nacija iz 1992. o klimatskim promenama [3]. Protokol je stupio na snagu 16.02.2005. , a do kraja 2009. ratifi kovalo ga je 187 članica UN. Protokolom se taksativno obavezuje 37 industrijalizovanih zemalja sveta i Evropska Unija, da snize emisiju GHGs (Green Hause Gases ) u atmosferu, najkasnije do perioda 2008/2012. Zahtevano smanjenje je 5,2% u proseku , u odnosu na kolektivnu emisiju iz 1990. Na osnovu toga izvedene su konkretne granice smanjenja za pojedine zemlje ili grupacije zemalja i to: 8%, za Evropsku uniju i druge; 7%, za SAD; 6%, za Japan, i 0%, za Rusiju. Nekim zemljama dozvoljeno je čak povećanje, kao naprimer: Australiji – 8%, Islandu – 10% itd. Imajući u vidu da su elektrane na fosilna goriva, kao što se može videti na slici 4[4], najveći zagađivači atmosfere GHG gasovima, jedini put za smanjenje zagađenja i ispunjenje osnovnih zahteva Kjoto protokola,jeste smanjenje korišćenja fosilnih goriva kao izvora energije uopšte i posebno električne. Mađutim, prema podacima prikazanim na slici 5, to nimalo nije jednostavno. Na ovoj slici dati su podaci o učešću pojedinih vrsta izvora u proizvodnji energije, kao činjenično stanje od 1970. godine do danas i sa projekcijom do 2030, pod pretpostavkom da se nastavi isti

Slika 1 Prva proizvodnja elektriciteta iz nuklearne energije, ostvarena 20 decembra 1951.,u SAD

Slika 2 Prva u svetu nuklearna elektrana AM-1, puštena u rad 27 juna 1954 u gradu Obninsku u bivšem SSSR-u.

Izgled spolja Kontrolna soba

Slika 3 Calder Hall, prva komercijalna nuklearna elektrana u svetu, puštena u rad 1956. godine u V. Britaniji

gradnja u Evropi i Severnoj i Južnoj Americi. Od nuklearnih elektrana nisu se odrekle samo dalekoistočne zemlje (Južna Koreja i Japan). Ipak razvoj nuklearnih postrojenja, usavršenijih od podtojećih, nije prestajao. Analize su pokazivale da se dalji napredak čovečanstva teško može nastaviti bez korišćenja

Slika 4 Emisija GHG iz različitih izvora el. energije data u /g(CO2 ekv.) / kWh/ [4]

[166]

energija

trend učešća. Prema podacima Međunarodne agencije za energiju, procentualno učešće pojedinih izvora u proizvodnji električne energije u svetu 2007. godine. bilo je: ugalj (41,6%), gas(20,9%), hidro(15,6%), nuklearni (13,8%), biomasa i otpad (1,3%), vetar (0,9%) i ostali ( geotermalni, sunce, plima i oseka i talasi)(0,3%).U literaturi se inače, mogu naći različiti podaci o emisiji SO2 iz nuklearnih elektrana. Ponekad se tvrdi da nuklearne elektrane ne emituju SO2 , što se odnosi samo na pogon nuklearne elektrane. Međutim, ako se želi dati pravilna procena doprinosa nuklearnih elektrana emisiji SO2 u atmosveru, mora se analizirati ceo životni ciklus elektrane počev od: vađenja i prerade rude urana, proizvodnje goriva, izgradnje, pogona i održavanja sve do dekomisije nuklearne elektrane. U tom slučaju, kao što se vidi na slici 4, emisija SO2 nije zanemarljiva, iako je znatno manja nego emisija iz elektrana na ugalj, naftu ili gas. Istovremeno je znatno veća nego emisija iz nekih obnovljivih izvora. Prema podacdžima datim u referenci [4] , po 1 kWh električne energije, proizvedenom u nuklearnoj elektrani, emituje se 66 gCO2ekv., što je oko 15-puta manje nego pri koršćenju uglja (1050 gCO2ekv), ali istovremeno i 7-puta više nego pri korišćenju vetra (9 gCO2ekv), kao najboljeg obnovljivog izvora eneregije. Iz tih razloga sledi logičan podatak, koji je eksplicitno dat u referenci [5], da nuklearna elektrana snage 1000 MWe emituje istu količinu SO2 kao i elektrana na ugalj snage 45 MWe. Analize takođe pokazuju, da najveći doprinos emisiji SO2 , u nuklearnom gorivom

ciklusu, potiče od potrošnje energije u procesu obogaćivanja uranijuma metodom gasne difuzije. Prelazak na postupke obogaćivanja metodama gasnog centrifugiranja ili laserske separacije izotopa, značajno bi se smanjila emisija SO2 iz nuklearnog gorivnog ciklusa [6].

3. Nuklearna energija i zaštita od zračenja

Nakon izgradnje prvih nuklearnih elektrana, pedesetih godina prošlog veka, sledi postepena gradnja novih elektrana u Evropi i Severnoj i Južnoj Americi. Građene su elektrane sve veće i veće snage, koja dostiže standardnih 1000 MW, početkom sedamdesetih. Upravo u to vreme, kao što je pokazano na slici 6, dolazi do naglog skoka (više od trostrukog) cena nafte na svetskom tržištu. To je snažno uticalo na ubrzanu gradnju nuklearnih elektrana, kao novorazvijenih izvora energije, radi smanjenja zavisnosti od nafte. Sve do kraja sedamdesetih godina gradilo se godišnje, na desetine ovih postrojenja širom sveta. Međutim, marta meseca 1979 došlo je do prvog ozbiljnjijeg akcidenta na jednoj od novoizgrađenih nuklearnih elektrana na Ostrvu tri milje u SAD. Iako je tom prilikom kontaminirana okolina elektrane, kontaminacija je bila neznatna, ali je sama šteta na

Slika 5 Udeo pojedinih izvora u proizvodnji energije od 1970 sa projekcijom do 2030, u odsustvu značajnijeg povećanja doprinosa nuklearne energije

Slika 6 Cena nafte ($(2008)/barelu), na svetskom tržištu, od 1869. do avgusta 2009.godine[7]

Slika 7 Modeli rizika od izlaganja malim dozama zračenja (<0,1Sv):----hiperosetljivost;-----LNT;- - - prag; ----- hormezis; • • • najnoviji epidemi-ološki podaci[9]

[167]

energija

postrojenju bila veća od milijardu dolara.Bilo je to prvo ozbiljnjije upozorenje o potrebi preispitivanja sigurnosti ovih objekata i usporavanju gradnje. Šta više, Švedska je na referendumu 1980. godine donela odluku o prestanku gradnje novih i postepenom isključivanju iz upotrebe već izgrađenih elektrana, najkasnije do 2010. godine. Sticajem okolnosti ubrzo dolazi i do katastrofalnog akcidenta u Černobilu, što je izazvalo odricanje od gradnje novih nuklearnih elektrana u svim do tada zainteresovanim zemljama u Evropi i Severnoj i Južnoj Americi. Gradnja je nastavljena samo u dalekoistočnim zemljama.Paralelno sa gradnjom velikog broja nuklearnih elektrana sedamdesetih, Međunarodna komisija za zaštitu od zračenja (ICRP) usvaja nove koncepcije, bitno različite od prethodnih, zasnovane na linearnoj bez praga zavisnosti efekata od doze zračenja ( LNT-hipoteza), kao što je ilustrovano na slici 7[8,9]. Kao neposredna posledica ovakve hipoteze proističe primena ALARA-principa (As Low As Reasonable Achiviable principle) u tekućoj praksi zaštite. Bila je to u pravom smislu revolucionarna promena u odnosu na model «maksimalno dozvoljenih doza», koji je korišćen u prethodnoj pedesetogodišnjoj praksi. Ovim su uvedena dva referentna nivoa zaštite: podnošljiv nivo, koji odgovara maksimalno podnošljivoj granici izlaganja i prihvatljiv nivo, ili ALARA-nivo, koji sleduje iz optimizacije primenom ALARA-principa. Prihvatljivi ili ALARA-nivo dobija se kao ekstremna vrednost zbira funkcija:

X(S) + Y(S) = Const, odnosno: dX(S)/dS = - dY(S)/dS

gde su: X(S) i Y(S) – funkcije cena ulaganja u mere dodatne zaštite i odgovarajućeg smanjenja štetnosti respektivno, a S – kolektivna doza. Izborom novčane vrednosti za štetnost po jedinici kolektivne doze, defi niše se i nivo neophodnog dodatnog ulaganja u mere zaštite, da bi se od podnošljivog dostigao ALARA-nivo izlaganja. Izbor veće vrednosti za ovu veličinu zahteva veća ulaganja u mere zaštite i obratno. Efekat primene novih koncepcija zaštite od zračenja iz 1977. godine, posebno ALARA-principa, više je nego očigledan, kao što se može videti na slici 8. Na ovoj slici , data je analiza srednjih individualnih godišnjih doza radnika na svim nuklearnim elektranama PWR i BWR tipa u SAD[10]. Očigledno je neprekidno smanjenje ovih vrednosti, koje je izrazito početkom osamdesetih godina, ali se i dalje nastavlja, što je i bio osnovni cilj primene ALARA-principa.

4. Nagoveštaji renesanse nuklearne energije

Iako je većina zemalja u svetu prestala da gradi nuklearne elektrane, već sredinom devedesetih godina prošlog veka pojavile su se tvrdnje da je povratak nuklearkama neminovan. Na to je posebno ukazano, kao što je rečeno, nakon usvajanja Kjoto protokola. No i pre usvajanja ovog protokola bilo je naučnika u svetu koji su verovali u popvratak nuklearne energije. Među njima posebno se isticao Alvin Vajnberg (Alvin Weinberg) [11], koji je inače još 1946, u vreme

kada su velike zemlje bile okupirane gradnjom atomskih bombi, patentirao ideju o lakovodnim nuklearnim reaktorima za nuklearne elektrane. Sredinom devedesetih godina prošlog veka Vajnberg je u jednom intervjuu, datom u američkoj nacionalnoj laboratoriji u Ouk Ridžu rekao: «Sumnjati danas u renesansu nuklearne energije je isto što i sumnjati u dalji napredak ljudskog društva. Tokom svog života bio sam svedok neverovatnih podviga ljudskog uma. Verujem da će ta ljudska osobina biti sposobna da kreira Drugu nuklearnu eru odnosno, da vaskrsne nuklearnu energiju. Zato, prihvatimo se lista papira i konstruišimo novi tip, inherentno sigurnih nuklearnih reaktora». Vajnberg je nažalost umro 2006. godine u svojoj 91. godini, tako da nije doživeo da vidi vaskrs nuklearne energije, za koji je bio tako siguran da će doći.Sledeći nagoveštaj renesanse nuklearne energije potekao je od Džordža Vojinivića (George V. Voinovich), američkog senatora, poreklom iz naših krajeva. Naime, američko Društvo za zaštitu od zračenja (Health Physics Society (HPS)), pozvalo je senatora Vojinovića, kao člana potkomiteta Senata SAD za «Čistu atmosferu i nuklearnu sigurnost», da na 46. konferenciji Društva, održanoj juna meseca 2001. godine, iznese svoj stav o budućnosti nuklearne energije. Senator se odazvao i održao jedno od uvodnih predavanja, čiji je rezime sledeći [12] : «Moraju se harmonizovati potrebe za čistom atmosferom i energijom. Zato je potrebno obezbediti pouzdane i dostupne izvore energije. Nuklearna energija ispunjava oba ova kriterijuma, te treba prihvatiti njenu ulogu kao osnovnog izvora energije». Istovremeno je izneo zanimljiv podatak, da je korišćenjem nuklearne za proizvodnju električne energije od 1973. do 2000. godine u SAD, sprečena emisija u atmosferu štetnih oksida, i to: ugljenika - više od 2,6 Gt; sumpora – oko 60 Mt i, azota – više od 32 Mt. Posle ovakvih izjava jednog visokog zvaničnika, očekivao se brži povratak nukearnoj energiji u SAD, pa i širom sveta. Međutim, toga nije bilo. U SAD se trenutno gradi samo jedna nuklearna elektrana, mada je do sada već planirano 26 lokacija [13], za izgradnju novih. Sledeći podsticaj povratku nuklearne energije stigao je pre dve godine

Slika 8 Evolucija srednjih individualnih godišnjih doza (cSv/a), na nuklearnim postrojenjima u SAD, od 1973. do 2006.godine [10]

[168]

energija

iz Švedske [14] . Petog februara 2009. godine, Vlada Švedske donela je odluku da se nastavi korišćenje postojećih i započne planiranje i gradnja novih nuklearnih elektrana, da bi se smanjila emisija CO2 u atmosferu do 2020. godine, na 40% nivoa iz 1990. Ovakva odluka Švedske odjeknula je u svetu, jer je Švedska bila prva zemlja, kao što je već rečeno, koja je godinu dana po akcidentu na ostrvu Tri milje (1979), odlučila da zabrani izgradnju novih i postepeno da prestaje sa korišćenjem postojećih nuklearnih elektrana, najkasnije do 2010. godine. Konačno na skupu «International Ministerial Conference on Nuclear Energy» održanom u Pekingu, 20.aprila 2009. godine, M.ElBaradei, u tom trenutku još uvek aktuelni generalni direktor IAEA, izrekao je veoma zanimljivu tvrdnju: «2008. je bila paradoksalna godina za nuklearnu energiju: to je prva godina od 1955, tokom koje nije pušten u rad nijedan nuklearni reaktor, dok je istovremeno započeta gradnja više od deset novih reaktora, što pretstavlja najveći broj od 1985. godine» [15]. Ta činjenica nesumnjivo govori o kraju jedne i istovremenom početku nove ere nuklearne energije. U ovom trenutku se može reći da je renesansa nuklearne eneregije nesumnjiva. To jasno sledi iz upoređenja broja nuklearnih elektrana, datih na slici 9, čija je gradnja bila u toku, septembra 2008 i februara 2010. godine. Kao što se na slici može videti zemlje koje trenutno grade najveći broj nuklearnih elektrana su Kina, Rusija i Južna Koreja. Naročito se ističe Kina, koja je od septembra 2008 do oktobra 2010 započela da gradi 17 novih elektrana.

5. Inherentno sigurni reaktori za nove elektrane

Jedan od efekata akcidenta u Černobilu bio je i odustajanje od probabilističkog pristupa zaštiti od svih tipova akcidenata na nuklearnoj elektrani. Ovaj koncept razvijen je u poznatom Rasmusenovom izveštaju[16] iz 1975. Saglasno ovom konceptu svi akcidenti na nuklearnim reaktorima, pa i oni sa kontaminacojom okoline, su prihvatljivi, s tim što se tehničkim i drugim merama zaštite, verovatnoća pojave akcidenata sa većim posledicama mora sniziti proporcionalno veličini posledica.Na slici 10 šematski je prikazan koncept zaštite po dubini, koji podrazumeva postojanje nekoliko (pet ili više)uzastopnih tehničkih zaštitnih barijera. Na-mena ovih barijera je da se minimizira verovatnoća (probabilistički pristup) događanja i umanji stepen posledica najtežih akcidenata na nuklearnim reaktorima, kao što su akcidenti sa kontaminacijom okoline.Međutim, prvi akcidenti na nuklearnim elektranama posebno černobilski, pokazali su da se zaštiti od nekih akcidenata, kao što su akcidenti sa kontaminacijom okoline, ne može pristupiti proba- bilistički, već da oni projektno, deterministički moraju biti isključeni. Drugim rečima savremeni nuklearni reaktori moraju posedovati inherentno ugrađene barijere za sprečavanje takvog tipa akcidenata.Ideja o konstrukciji inherentno sigurnih reaktora pojavila se već sredinom sedamdesetih i početkom osamdesetih godina prošlog veka. Bilo je to u trenutku kada

se počelo razmišljati o gradnji nuklearnih toplana, za zagrevanje velikih gradova. Da bi toplana bila ekonomičnija trebalo ju je locirati u samom gradu ili na njegovoj periferiji, dakle suprotno jednom od do tada važećih osnovnih kriterijuma za lokaciju nuklearnih elektrana – što dalje od velikih naselja da bi u slučajevima akcidenta, sa kontaminacijom okoline, što manji broj ljudi bio izložen opasnosti. Zanimljivo je istaći da je jedan od prvih idejnih projekata nuklearnih toplana razvijen u Švedskoj pod nazivom: «Secure, nuclear district heating plant» [17]. Kako se na slici 11, može videti inherentna sigurnost nuklearnog reaktora toplane postiže se na sledeći način: reaktor je uronjen u podzemni

Slika 9 Uporedni prikaz broja nuklearnih elektrana u gradnji u svetu, u sptembru 2008 i oktobru 2010.

Slika 10 Koncept zaštite po dubini, od akcidenata na nuklearnim reaktorima, pomoću pet uza-stpnih zaštitnih barijera

(1).Inertna(keramička) struktura goriva od oksida uranijuma;(2).Košuljica goriva od legure cirkonijuma;(3).Čelični sud reaktora debljine više od 10cm; (4).Unutrašnji zid kontejmenta otporan na pritisak, i (5).Zaštitna zona oko reaktorskog kontejmenta (faktor rastojanja), ili zgrada reaktora ili drugi spoljni, zid kontejmenta.

[169]

energija

bazen sa boriranom vodom; na vrhu reaktora se nalazi membrana, koja puca pri porastu pritiska u reaktoru usled porasta snage u neregularnim uslovima; u tom trenutku, bez ikakvih delovanja spoljnjih sistema, reaktor se gasi pod dejstvom borirane vode iz bazena koja u njega dospeva saglasno osnovnim zakonima termodinamike; dimenzije bazena su projektovane tako da može da prihvati celokupnu toplotu razvijenu u reaktoru a da ne dođe do ključanja vode u njemu tokom narednih osam sati. U međuvremenu, koje je dovoljno dugo, započinje se sa hlađenjem vode u bazenu pomoću spoljnjih sistema; na taj način se sprečava katastrofalni razvoj akcidenta i kontaminacija okoline, jer celokupna radioaktivnost oslobođena iz reaktora zadržava se u bazenu.

Nuklearna toplana u podnožju Kalemegdana Početkom sedamdesetih godina prošlog veka, Privredna komora Beograda organizovala je izradu studije o potencijalnim izvorima energije za potrebe Beograda, tokom narednih trideset godina. U studiju je uvršćen i prilog Dragomira Malića, profesora Tehnološko-metalurškog fakulteta Univerziteta u Beogradu, u kome je obrazložena mogućnost izgradnje nuklearne toplane na desnoj obali Save, ispod zidina Kale-megdana[18]. Bila je to, u tom trenutku, veoma smela za mnoge i nerazumna ideja, koja se graničila sa naučno-tehničkom fantastikom. Međutim, danas posle četrdeset godina, sa razvojem deterministički, inherentno sigurnih nuklearnih reaktora, realizacija ove vizionarske ideje profesora Malića u budućnosti, čini se sve verovatnijom.

6. Nuklearne elektrane u radu i gradnji danas

Nuklearno energetski reaktori koji su u radu ili se grade spadaju u jednu od

Slika 11 Šematski prikaz «SECURE» tipa inherentno sigurnog reaktora u nuklearnoj toplani

Tabela 1 Broj energetskih reaktora u svetu januara 2010, u radu i izgradnji, razvrstan po tipovima

Tabela 2 Broj energetskih reaktora u svetu oktobra 2010, u radu i izgradnji, razvrstan po zemljama

četiri generacije: generacija-1, 2, 3 i 3+. Prva generacija reaktora građena je do sredine šestdesetih godina

i uglavnom se radi o reaktorima. nestandardnih karakteristika. Najveći broj reaktora koji je danas

[170]

energija

u eksploataciji spada u drugu generaciju reaktora, koji su građeni od početka sedamde-setih do sredine osamdesetih godina prošlog veka. To su uglavnom visokostandardizovani reaktori građeni po kriterijumima sistema osiguranja kvaliteta, koji je u nuklearnoj industriji počeo da se koristi početkom sedamdesetih godina. Nakon akcidenata na nuklearnim elektranama u drgoj polovini osamdesetih godina započeo je razvoj treće, a nešto kasnije i treće plus generacije energetskih reaktora. Radi se o unapređenim tipovima reaktora druge generacije. Unapređenje se odnosi prvenstveno na poboljšanje stepena sigurnosti uvođenjem elemenata inherentne sigurnosti, radi determinističkog sprečavanja akcidenata sa kontaminacijom okoline. Kod reaktora treće plus generacije akcenat je bačen i na poboljšanje ekonomije u procesima pogona i održavanja. Danas se u svetu grade reaktori treće i očekuje se početak gradnje i reaktora treće plus generacije. U tabeli 1, prikazan je ukupan broj reaktora u svetu, na dan 1 januara 2010, u radu i izgradnji razvrstan po tipovima, a u tabeli 2, po zemljama. Kako se u tabeli 1 vidi među reaktorima u radu dominiraju lakovodni reaktori PWR i BWR tipa, dok su među reaktorima u izgradnji dominantni reaktori PWR tipa. Kako se iz podataka datih u tabeli 2 vidi, zemlje sa najvećim brojem reaktora u radu po redosledu su: SAD, Francuska, Japan, Rusija itd.. Među zemljama koje trenutno grade nove nuklearne elektrane, po broju se ističu Kina posebno i zatim Rusija, Južna Koreja i Indija.

7. Energetski fisioni i fuzioni reaktori u budućnosti

Fisioni reaktori četvrte generacijeNuklearne elektrane koje su danas u eksploataciji ili izgradnji zasnivaju se na termičkim nuklearnim reaktorima. Kao što je poznato u ovim reaktorima osnovni fi sioni materijal je siromašniji izotop urana 235U. Kako je prinos ovog izotopa u rudi uranijuma svega 0,7%, analize pokazuju da bi njegova raspolživost za korišćenje u termičkim reaktorima bila iscrpljena za oko 150 godina. To je bio jedan od osnovnih razloga za razvoj brzih-oplodnih reaktora, u kojima se kao osnovno gorivo koristi masivniji izotop urana - 238U, koga u rudi uranijuma ima 99,7%. Na taj

način bi se raspoloživost uranijuma kao nuklearnog goriva produžila za oko 10-puta, na oko 1500 godina. Danas je u toku razvoj nekoliko tipova ovih reaktora , od kojih je šematski prikaz jednog dat na slici 12. Prema procenama reaktori četvrte generacije treba da budu raspoloživi za ugradnju najranije za sledećžih deset , a najverovatnije za dvadeset godina.

Fuzioni – termonuklearni reaktoriKontrolisana fuziona reakcija kao potencijalni izvor električne energije postala je predmet istraživanja već sredinom prošlog veka. Sredinom druge polovine prošlog veka verovalo se da će se kontr-olisana fuzija, sa generisanom energijom na izlazu većom od uložene, ostvariti krajem prošlog veka. Iako se to nije postiglo, nade nisu izgubljene. Već više od trideset godina u svetu (Evropa, Amerika, Rusija, Japan . .) radi se na nekoliko razvojnih projekata koji kao cilj imaju izgradnju eksperimentalnog termonuklearnog reaktora. Među najpoznatijim je projekat ITER (International Termonuclear Experimental Reactor)[19,20]. Realizacija ovog projekta započeta je 1985 dogovorom između

Sovjetskog Saveza, Evropske Unije, Sjedinjenih Američkih Država i Japana. Kasnije su se pridružile Kina, Južna Koreja i Indija. Sredinom 2005. godine učesnice na projektu odlučile su da se eksperimentalno postrojenje izgradi u Evropskoj Uniji odnosno, u Kadarašu – Istraživačkom nuklearnom centru

Slika 12 Šematski prikaz natrijumom hlađenog brzog reaktora (SFR), jednog od reaktora 4-generacije

Tabela 3 Neki od značajnijih produkata aktivacije u fuzionim postrojenjima

Slika 13 Šematski prikaz elektrane sa termonuklearnim reaktorom

[171]

energija

na jugu Francuske. Očekuje se da će se na ITER-u ostvariti faktor multiplikacije uložene energije od najmanje deset puta. Na većini raspoloživih fuzionih sistema taj faktor je još uvek manji od 1. Prema današnjim procenama (mart 2010) [20], ITER bi trebalo da bude pušten u rad krajem 2019. Ceni se da će se najkasnije do sredine ovog veka, raspolagati sa komercijalnim termonuklearnim reaktorima. Fuzioni reaktori imaju preimućstvo u odnosu na fi sione u pogledu goriva, sigurnosti i otpada. Osnovno gorivo za fuzione reaktore su deuterijum i tricijum, koji su dostupni širom zemaljske kugle. Deiterijuma ima u morskoj vodi u količinama koje su dovoljne za pogon termonuklearnih reaktora tokom miliona godina. Tricijuma za ove svrhe nema u prirodi, ali se on može proizvesti od litijuma, koga ima u zemljinoj kori za korišćenje tokom hiljada godina.U pogledu sigurnosti, fuzioni reaktori su praktično inherentno sigurni jer se na njima ne može razviti katastrofalni akcident. To je posledica činjenice da se u reaktoru nalazi mala količina goriva, samo za nekoliko sekundi sagorevanja.Konačno, kada je radioaktivni otpad u pitanju, pri radu fuzionih reaktora ne stvaraju se visokoaktivni dugoživeći produkti, koji su osnovni problem kod fi sionih reaktora. Nastaju samo, pod dejstvom neutrona, produkti aktivacije, kao što se vidi u tabeli 3 [21,22], čija se ukupna aktivnost značajno smanjuje u vremenu kraćem od 100 godina Na slici 13, dat je, kao ilustracija, šematski prikaz osnovnih komponenti jedne ter- monuklearne elektrane.

8. Zaštita od zračenja danasMeđunarodna komisija za zaštitu od zračenja usvojila je pre oko tri godine najnovije preporuke [23]. Rad na ovim preporukama započet je 1999 godine na inicijativu britanaca Rodžera Klarka (Roger Clarke), predsednika ICRP u to vreme. Cilj je bio da se smanji broj osnovnih granica izlaganja zračenju, kojih je u tom trenutku bilo oko tridesetak, za različite uslove rada. U tome se i uspelo, kao što se može videti na slici 14. Defi nisane su četiri osnovne granice maksimalnog godišnjeg izlaganja pojedinaca: 0,01, 1, 20 i 100

mSv/a, za četiri specifi čne životne i radne situacije u kojima se čovek može naći u poljima zračenja. U najnovijim preporukama zadržan je osnovni koncept (LNT-hipoteza, ALARA-princip, optimizacija zaštite) preporuka iz 1977. godine, kao i vrednosti osnovnih granica izlaganja zračenju koje su usvojene u prethodnim prepoprukama iz 1990. Date su nove vrednosti radijacionih težinskih faktora za protone i neutrone, kao i nove vrednosti pojedinih tkivnih težinskih faktora. Ono što pretstavlja poseban doprinos ovih preporuka jeste naglašavanje potrebe zaštite ne samo humanih, već i nehumanih jedinki (fl ore i faune) u prirodi. Nisu date nikakve konkretne preporuke, već je samo pokrenut proces iznalaženja reprezentativnih jedinki u prironi i razradi graničnih nivoa izlaganja zračenju za njih.Ubrzo nakon usvajanja novih ICRP-preporuka, Međunarodna agencija za atomsku energiju - IAEA, u zajednici sa brojnim međunarodnim organizacijama (FAO, ILO, OECD/NEA, PAHO, WHO, EC, UNEP IRPA ) koje se bave problemima zaštite od zračenja, pokrenula je početkom 2008. godine proces revizije dokumenta «International Basic Safety Standards (BSS) for Protection against Ionizing Radiation and for the Safety of Radiation Sources», radi njegovog usaglašavanja sa novim preporukama. Početkom ove godine treća verzija ovog dokumenta [24], upućena je državama članicama IAEA na konačno razmareanje i dostavljanje eventualnih, primedaba. Pretpostavlja se da će ovaj dokument

biti spreman za konačno usvajanje na godišnjoj konferencija IAEA, koja se održava redovno septembra meseca tekuće godine. To znači da će novi BSS standardi biti na raspolaganju, najkasnije početkom 2012. godine, za ugradnju u regionalne preporuke odnosno, nacionalnu nuklearnu regilativu. Treba očekivati da će se u narednom periodu nastaviti sa daljim unapređenjem koncepcija zaštite od zračenja i radijacione sigurnosti posebno u domenu, korišćenja nuklearne za proizvodnju električne energije. Za to nesumnjivo postoji potreba [25] kao i neophodni preduslovi koji prate započetu renesansu nuklearne energije.

9. ZaključakIz izloženog se može zaključiti da je početak korišćenja nuklearne za proizvodnju električne energije, sedamdesetih godina prošlog veka, izvršio značajan uticaj na razvoj i unapređenje osnovnih koncepcija zaštite od zračenja. Kao primer navedeno je da je uvođenje ALARA principa, zasnovanog na novo prihvaćenoj LNT-pretpostavci odnosa štetnih efekata i doze zračenja, u tekuću praksu zaštite, pretstavljalo ogroman napredak u odnosu na prethodni skoro pedesetogodišnji period korišćenja koncepta maksimalno dozvoljenih doza. Sa druge strane pokazano je da je intenzivna gradnja nuklearnih elektrana ubrzo splasnula nakon prvih akcidentata na njima – na Ostrvu tri milje i Černobilu posebno. Praktično, gradnja je prestala u Evropi i Americi a nastavljena

Slika 14 Osnovne maksimalno podnošljive granice izlaganja zračenju saglasno najnovijim ICRP- preporukama

[172]

energija

je smanjenim tempom samo na Dalekom istoku. Međutim, nakon usvajanja Kjoto protokola, sve analize raspoloživih izvora energije u svetu, pokazivale su da se bez povratka nuklearnoj energiji, njegovi zahtevi ne mogu ispuniti. Konačno, pri kraju prve decenije ovog veka, kao što je pokazano u tekstu, povratak nuklearnoj energiji, u celom svetu je očigledan. U međuvremenu na polju zaštite od zračenja usvajane su nove preporuke 1990 i 2007. Iako su njima uvedene značajne novine u tekuću praksu zaštite, one se po efektima koje su izazvale ne mogu uporediti sa efektima ALARA-principa. Treba očekivati da će se u narednom periodu nastaviti sa daljim unapređenjem koncepcija zaštite od zračenja i radijacione sigurnosti posebno u domenu, korišćenja nuklearne za proizvodnju električne energije. Za to nesumnjivo postoji potreba, kao i neophodni preduslovi koji prate započetu renesansu nuklearne energije.

Literatura[1] V.V. Artisyuk, Potential of

Technical University Education in Nuclear Knowledge Preservation - The Case of Obninsk, Regional Workshop on Managing Nuclear Knowledge, Sevastopol, Ukraine, 19 -23 June 2006

[2] UNFCCC2008(United Nations Framework Convention on Climate Change), Kyoto Protocol,Reference Manual on acounting of emission and assigned amount, Climate Change Secret-ariat (UNFCCC), Bonn, Germany,2008.

[3] UN1992, United Nation Framework Convention on Climate Change, New Yourk, 9 May 1992.

[4] B.K.Sovacool, Valuing the greenhouse gas emission from nuclear power: A critical survey, Energy Polisy 36, 8, pp. 2950-2963, 2008.

[5] NRC 2009, Environmental protection regulation for domestic licensing and related regulatory functions, U.S.Nuclear Regulatory Commission, Washington DC, U.S.Government Printing Offi ce, Code of Federal Regulations, Title 10, Energy, Part 51, 2009.

[6] D.J.Strom, Greenhouse gas emissions from the nuclear fuel cycle, Health Physics News, March 2010.

[7] J.L.Williams, Oil price history and analyses, Energy Economics Newsletter, /www.wtrg.com/prices.htm/, March 2010.

[8] ICRP (1977), ICRP Publication 26, Annals of the ICRP, 1, 3, (1977).

[9] D.T.Goodhead, Rad.Prot.Dosimetry 137, 109/117,2009.

[10] R.Andersen, The resurgence of nuclear power – Impact on the health physics profession, Health Physics News, XXXVI, 7, pp. 1-9, July 2008.

[11] A.Weinberg, An Interview, Oack Ridge National Laboratory (ORNL), Oak Ridge, Tennessee, USA, 1995.

[12] G.V.Voinovich, 46th HPS Annual Meeting, Cleveland, Ohio, USA, 10-14 June, 2001.

[13] R.Andersen, Resurgence of NE in the US and RP, 54. HPS Annual Meeting, July 2009

[14] Sweden reverses its nuclear phase out, World Nuclear News, 05 February, 2009.

[15] M.ElBaradei, Global demand for nuclear will continue to rise,Nu–Power- An International Journal of Nuclear Power, Vol.22-4, pp.16, 2008(Issued in June 2009) .

[16] N.C.Rasmussen et al., The reactor Safety Study Report, WASH- 1400 (NUREG – 75/014) Rockwille, MD, USA, 1975.

[17] L.Nilsson, Secure, nuclear district heating plant, ASEA ATOM, Sweden, 1980.

[18] D.Malić, Prilog u Studiji o izvorima energije za potrebe grada Beograda u budućnos- ti, Privredna komore Beograda, 1972(?).

[19] C.H.Scinner, Atomic Physics in the quest for fusion energy and ITER, Phys. Scr. T134, pp. 1-4, 2009.

[20] S.Griffi t, Technical credible and achievable, ITER Newsline # 122, March 2010.

[21] J.Gruber, High-level radioactive waste from fusion reactors, Environ. Sci. Technol., 17, 425-431, 1983.

[22] R.S.Pavlović, M.M.Ninković, Radionuklidi i njihova

ispuštanja iz fuzionih energetskih postrojenja, Zbornik radova XV jugoslovenskog simpozijuma za zaštitu od zračenja, Priština, 6. – 9.juna, 1989.

[23] ICRP(2007), The 2007 Recommendation of the International Commission on Radiological Protection, ICRP Publication 103, Ann. ICRP 37(2-4), 2007

[24] IAEA(2010), International Basic Safety Standards for Protection against Ionizing Radiation and for the Safety of Radiation Sources, Draft 3, Draft Safety Requirements DS379, IAEA Safety Standards, January 2010.

[25] R.Andersen, New nuclear build and evolving radiation protection challenges – the U.S. perspective, Supp.to Health Physics, 97, 1, S45, July 2009.

[173]

energija

Dr Vanja Šušteršič, Nemanja Janković, dr Milun Babić, dr Dušan GordićMašinski fakultet, Kragujevac

UDC: 621.57 : 662.986.001/.004 : 631.23

Projektovanje grejanja plastenika korišćenjem toplotne pumpe

1. UvodUpotreba tla zemljišta kao izvora toplote za toplotne pumpe omogućava korišćenje obnovljivih izvora energije koji se nalaze u zemlji. U ovom slučaju zemlja služi kao sezonsko skladištenje solarne energije. Na dubini od 0,9-1,5 m amplituda promene temperature usled promene spoljne temperature je veoma mala. To rezultuje izuzetno povoljnim uslovima za rad toplotne pumpe koja izdvaja energiju iz tla. Takođe, u toku letnjih meseci zemlja može dodatno da se koristi za hlađenje [1]. Produkcija poljoprivrednih proizvoda u zaštićenom prostoru spada u najintenzivnije u biljnoj proizvodnji. Zaštićeni prostor obezbeđuje smanjenje rizika usled uticaja nepovoljnih klimatskih uslova tokom jesenjeg, zimskog i prolećnog perioda, ali i vrlo uspešnu zaštitu od visokih temperatura u letnjim mesecima. Rezultat upravljanja mikroklimatskim uslovima tokom čitave godine, shodno biološkim zahtevima gajene biljke, je značajno povećanje prinosa po biljci, samim tim i po jedinici površine.Najveće površine pod zaštićenim prostorom od 141.200 ha, nalaze se u Aziji, i to uglavnom u Japanu, od čega su 138.200 ha plastenici. U severnoj Evropi od ukupno 42.500 ha, plastenici zauzimaju 16.700 ha. Na Mediteranskom području dominiraju plastenici i visoki tuneli na 67.700 ha. Trenutno u Srbiji registrovano je 64 ha pod staklenicima i 8 ha pod plastenicima. U poslednjih pet godina podignuto je još oko 15 ha pod visokim

SažetakVećina zemalja širom sveta suočava se sa ozbiljnim nedostacima energije ili će se suočiti u bliskoj budućnosti. Velika potrošnja energije i porast broja stanovnika u svetu primorava nas da se suočimo sa problemom kritičnog smanjenja zaliha fosilnih energetskih izvora, kao i hrane. Trenutna energetska zavisnost od nafte i njenih derivata zahteva i znatne ekonomske izdatke, a u budućnosti nagoveštava negativne efekte na nacionalne ekonomije, kao i na međunarodnu bezbednosnu situaciju.Takođe, proizvodnja zdrave hrane predstavlja imperativ današnjice. Uzgajanjem u staklenicima i plastenicima, sa poboljšanim uslovima zagrevanja, ne samo da se dobija bolji kvalitet hrane, već se ostvaruju i veći prinosi, bolja zarada, a smanjuju troškovi za energiju koja je neophodna za zagrevanje i klimatizaciju.U okviru ovog rada izvršen je proračun toplotnih gubitaka u plasteniku na osnovu kog se vrši odabir toplotne pumpe, zatim proračun dubina bušotina, dužina sondi i cevovoda za grejanje plastenika i urađen je 3D virtuelni model plastenika.Ključne reči: obnovljivi izvori energije, toplotna pumpa, U-cev, plastenik.

DESIGNING HEATING IN PLASTIC GREENHOUSES USING HEAT PUMPSMost countries around the world are faced with a serious lack of energy or will face it in the near future. High energy consumption and an increase in population in the world will force us to face with the problem of critical reduction of domestic supplies of fossil energy sources, as well as food. Current energy dependence on oil and its derivatives requires considerable economic costs, and implies to a negative effect on national economies and the international security situation in the future.It could be also said that the producing healthy food has big signifi cance in today’s world. By growing plants in plastic greenhouses, with improved heating condition, not only the food of better quality is produced, but also bigger amount of yields are obtained, as well as higher profi t. Moreover, the expenses of energy producing, that is essential for heating and air conditioning, are reduced.In this paper the heat loss in a greenhouse, which is a base for selection of the heat pump, is calculated. Furthermore, the calculation of the depth of wells is made, as well as the length of the boreholes, pipes for heating greenhouses, and as an addendum, a 3D virtual model of a greenhouse is made.Key words: renewable energy sources, heat pump, U-tube, plastic greenhouse.[174]

energija

plastenicima. Od ukupne površine više od 70 % je van upotrebe, na 20 % odvija se proizvodnja na rubu ekonomske opravdanosti, a na preostalih 8% (5,2 ha staklenika) u toku je revitalizacija tehnologije proizvodnje i grejanja.

2. Tipovi plastenikaŠirom sveta primenjuju se brojni tipovi staklenika/plastenika, različitih formi, materijala, noseće konstrukcije, pokrivki i drugog. Na slici 1. prikazani su tipovi koji su najviše zastupljeni u našoj zemlji. Načelno se za konstrukcije - tipove sa kružnim krovom primenjuju elastični pokrivni materijali, folije. Kao pokrivka za tipove sa ravnim krovovima primenjuju se kruti materijali kao što su paneli polikarbonata ili staklo, ali i folije.Može se uočiti da postoje konstrukcije sa jednim krovom - jednobrodne (eng. single span) i sa više povezanih krovova – višebrodne konstrukcije (eng. multi span). Višebrodni se nazivaju i blok staklenici/plastenici. Povezivanje više brodova izvodi se sa pregradom među njima ili bez nje.Izbor tipa plastenika zavisi od više faktora. Za proizvodne površine od oko 400m2 biraju se jednobrodne konstrukcije, a za veće višebrodne. Konstrukcije sa ravnim konturama krova namenjene su za korišćenje stakla i drugih nesavitljivih pokrivki, ali može da se koristi i folija. Tipovi sa zaobljenim krovovima prekrivaju se isključivo folijama ili savitljivim panelima. Visina plastenika do nivoa krova bira se na osnovu visine gajenih biljaka, uzimajći u obzir i smeštaj potrebnih instalacija. Tip grejanja bira se na osnovu željenog perioda grejanja, odnosno proizvodnje u stakleniku/plasteniku. Pre odlučivanja o tipu grejanja treba

razmotriti kolika su dodatna ulaganja u sistem za grejanje i gorivo. Tip grejanja utiče i na konstrukciju staklenika/ plastenika.

3. Toplotne pumpeToplotna pumpa predstavlja jedno od najefi kasnijih tehničkih rešenja za uštedu električne energije pri dobijanju toplote kao fi nalnog vida energije. Osim dobijanja toplote u grejnoj sezoni, toplotne pumpe služe i kao rashladne mašine u letnjim mesecima kada je potrebno vršiti rashlađivanje prostora. Postoji više različitih tehnoloških sistema za dobijanje toplote koristeći toplotne pumpe. Razlike se odnose uglavnom na izvor niskotemperaturne toplote, njen temperaturni nivo, na vrstu korisnika (industrija, domaćinstva, trgovina) itd. Primena toplotnih pumpi se naročito podstiče. Trenutno se u Evropskoj Uniji koristi 356.000 toplotnih pumpi koje imaju instalisani kapacitet od 2,8 GW. Za instalaciju toplotnih pumpi koje zamenjuju sistem grejanja sa fosilnim gorivom u Švajcarskoj npr. država subvencioniše sa 200 €/kWe [2].Postoje tri različita izvora toplotne energije – spoljašnji vazduh, zemlja i podzemne vode. Na osnovu toga imamo i tri različita sistema toplotnih pumpi: vazduh-voda, zemlja-voda i voda-voda.Zemlja je vrlo dobar akumulator Sunčeve toplote budući da su temperature na dubini od 1,2-1,5 metara tokom cele godine relativno stalne i kreću se između 50 i

150C (slika 2). Putem horizontalnih postavljenih zemljanih kolektora ili putem vertikalno ukopanih dubinskih sondi, akumulirana toplota zemlje se tečnim hemijskim sredstvom (npr. propilen-glikol) prenosi do isparivača toplotne pumpe. Količina akumulirane i predate toplote u najvećoj meri zavise od termofi zičkih svojstava tla i od klimatskih uslova (količina Sunčevog zračenja). • Horizontalni izmenjivači ili

kolektorska polja se koriste kada su na raspolaganju veće količine zemljišta ispod kojeg se mogu polagati cevi i na kojima se mogu izvoditi radovi (npr. ruralna područja). Procenjuje se da je za porodičnu kuću potrebno oko 500m2 zemljišta, a važi i pravilo da površina zemljišta (kolektorsko polje) mora najmanje da bude duplo veća od površine koju treba grejati. Cevi izmenjivača se izrađuju od polimernih materijala (PE, PP i sl.) i polažu se na dubinu od 1,2 do 1,5 m ( ispod granice smrzavanja ), paralelno, na udaljenosti od 0,3 do 0,7 m, pri čemu treba znati da za svaki m2 prostorije koji treba grejati treba postaviti između 1,5 i 2 m cevi. Količina toplote koja se tako može dobiti zavisi od mnogih činjenica, a među najvažnijim su osunčanost zemljišta i specifi čni toplotni kapacitet tla, pri čemu se kao najbolje pokazalo glineno tlo. Prosečni godišnji toplotni učinak takvog sistema iznosi od 20 do 40 W/m2 kolektorskog polja. Kako se po pravilu ne mogu postići temperature radnog fl uida veće od 50 °C, takve toplotne pumpe se koriste samo za nisko-temperaturne sisteme grejanja (podno grejanje),

Slika 1 Tipovi plastenika

A - niski tunel, B - visoki tunel, V - plastenik, G - jednobrodni staklenik (plastenik), D - višebrodni plastenik, Đ - višebrodni staklenik (plastenik), E - Venlo staklenik

Slika 2 Porast temperature s dubinom i uticaj Sunčevog zračenja na temperaturu tla

[175]

energija

• Vertikalni izmenjivači ili toplotne sonde su naročito prikladni, pa i neophodni u gusto naseljenim područjima gde jednostavno nema raspoloživog zemljišta. Sonde se polažu na dubini od 30 do 60 m, a najviše do 100 m, pri čemu je najčešći materijal izrade polietilen koji garantuje dobru izmenu toplote i jednostavno rukovanje, a otporan je prema uslovima unutar zemlje (vlaga, pritisak, mikroorganizmi).

U zemlju se najčešće polažu četiri sonde, jedna do druge, u dve osnovne konstrukcije: kao dvostruka U cev, pri čemu kroz jedan krak ulazi ohlađeni radni medij, a kroz drugi se u toplotnu pumpu vraća zagrejan, kao koaksijalne cevi, pri čemu je unutrašnja od PE i kroz nju struji hladni radni medij, dok je spoljna metalna i kroz nju prema toplotnoj pumpi struji zagrejani medij.

4. Proračun toplotnih gubitaka, dužina cevi za grejanje i cevne mreže u plastenikuUkupni toplotni gubici sastoje se od gubitaka usled odvođenja toplote kroz zidove i krov plastenika i gubitaka usled prodora spoljašnjeg vazduha u plastenik. Krov plastenika izrađen je od dvoslojne plastične mase, a prednji i zadnji zid od pleksiglasa. Pri određivanju osnovnih dimenzija plastenika sa prirodnom ventilacijom treba voditi računa da odnos širine i dužine plastenika ne bude veći od 1 : 6. U suprotnom, ne može se ostvariti potrebna ventilacija. Da bi prirodna ventilacija bila efi kasna, površina otvora mora da bude 20 ÷ 30 % od površine osnove objekta.Potrebe za toplim vazduhom povrća i cveća su dati u tabeli 1. Plastenik je sačinjen od noseće konstukcije (izrađene od aluminijumskih cevi prečnika 40 mm), vrata (prednjih i zadnjih) i omotača izrađenog od dvoslojne

plastike. Cevi su raspoređene tako da se prostor u plasteniku maksimalno iskoristi za sadnice, a da opet imaju potrebnu dužinu koja je neophodna za postizanje zadate temperature. Da cevi ne bi odavale toplotu tamo gde to nije potrebno, izolovane su sve do samog ulaska u plastenik.Dimenzije plastenika su: širina 12 m, visina 6 m i dužina 40 m. Toplotni gubici usled odvođenja toplote:

gde su: k1 – koefi cijent prolaza toplote za dvoslojnu plastiku pri brini vetra od 5 km/h iznosi 3,38 W/m2·oC,A - površina za razmenu toplote (površina omotača plastenika plus površina vrata A = A1 + A2 = 867m2)Δt - srednja razlika temperature unutrašnjosti plasteniku i okoline (Δt = 170C).Toplotni gubici usled prodiranja spoljašnjeg vazduha su:

gde su: qiz – broj izmena vazduha po satu u plasteniku (za dvoslojnu plastiku qiz =0,25 izmena/h), V- zapremina plastenika (V=2260,8 m3).Ukupni gubici su: .

Na osnovu proračunatog toplotnog opterećenja izvršen je odabir toplotne pumpe tipa zemlja/voda (slika 3). Dobijeno je da je ηCOP = 5,758. Na našem tržištu zastupljeni su svi svetski proizvođači: Buderus, Bosch, Daikin, Valliant, Rehau, Viessmann i dr. Proizvođač propisuje nominalnu snagu toplotne pumpe, koja varira u zavisnosti od temperature u primaru i temperature zemlje. Pri proračunu i projektovanju uzeto je da se na dno plastenika postavljaju glatke cevi manjeg prečnika od polietilena ili polibutilena. One se

postavljaju direktno na tlo plastenika. Ako su cevi postavljene preblizu jedna drugoj smanjuje se efektivna površina delovanja, što dovodi do smanjenja toplotnog kapaciteta. Potrebna dužina cevi nadzemnog grejanja, da bi se pokrila toplotna potrošnja, računa se kao što je

opisano [6], a može da se dobije se i na osnovu formule [5]:

gde su:

- prenos toplote po metru dužine,- prečnik polibutilenske cevi (Dc=25,4 mm),

t1, t2, t3 [oC] – temperature u

stakleniku koje su u funkciji pada temperature, dobavne i srednje temperature u radnom krugu, kao i prosečne temperature negrejanih površina, F [ ] – spoljašnja površina cevi po jediničnom metru (F=0,105 m2/m).Celokupni proračun je urađen u softverskom paketu Mathcad, a da bi se proračun komercijalizovao i približio širem krugu korisnika urađen je i u Excel-u, koji je osnovni deo paketa Microsoft Offi ce i svima je dostupan (slika 4). Jednostavnim unošenjem vrednosti automatski se dobijaju potrebne vrednosti: • Toplotnih gubitaka (na osnovu čega

se bira toplotna pumpa), • Dužina cevovoda koja je potrebna

u plasteniku da bi se dobila zahtevana temperatura i

• Potrebna dužina sonde (U-cevi) tj. broj bušotina.

Potrebna dužina cevovoda dobijena proračunom iznosi 1013 m. Proračunom je dobijena i dužina sonde od 724 m, a kako se ne preporučuje dubina bušotine veća od 100 m, kao najbolje rešenje usvojeno je 8 bušotina dubine 90,6 m. Međutim, iz ovako velike potrebne dužine cevovoda i dužine sonde, ovakav vid grejanje za sada nije ekonomičan ni praktičan za hladnije klimatske uslove [5].Na osnovu proračuna određene su dužine cevi, potrebna dubina i broj bušotina, posle čega je izrađen 3D model u okviru programskog paketa Dassault Systemes Catia V5R17. 3D model sadrži: • građevinski objekat za smeštaj

toplotne pumpe, • toplotnu pumpu, • plastenik, • sonde (U- cevi sa potrebnom

izolacijom i bušotinama),• cevovod sa propratnom opremom (izolacija, ventili, šahta...).

Tabela 1 Temperaturni zahtevi za pojedine useve u plastenicima

[176]

energija

Slika 3 Dijagram pritisak – entalpija za radni fl uid R-407C [5]

Slika 4 Worksheet – Proračun plastenika

Delovi sonde koji se nalaze bliže površini zemlje su izolovani da ne bi dolazilo do nepotrebnog gubitka toplote zbog manje temperature zemlje na toj dubini. Takođe, prilikom modeliranja građevinskog objekta vodi se računa da objekat svojom visinom ne zaklanja upadne sunčeve zrake. Kako se položaj Sunca razlikuje od godišnjih doba (leto–zima) i doba dana, rastojanje između objekta i plastenika mora biti 1,5 puta veće od visine samog objekta, što je eksperimentalno utvrđeno.

5. ZaključakEkonomičnost korišćenja plastenika obzirom na sistem grejanja (toplotna pumpa koja koristi toplotu zemlje) ima prednosti u odnosu na korišćenje konvencionalnih goriva (ugalj,

mazut). To se ogleda u sledećem: može se koristiti tokom cele godine, poboljšava se prinos, kvalitet i modu se uzgajati više kultura istovremeno. Srbija ima veoma pogodne prirodne uslove za razvoj raznovrsne poljoprivredne proizvodnje. Nalazi se na najpovoljnijem području severne geografske širine, sa četiri godišnja doba i četiri klimatska područja veoma pogodna za poljoprivrednu proizvodnju. Naša zemlja raspolaže sa oko 5.111.000 ha

Slika 5 3D model

[177]

energija

poljoprivredne površine (0,60 ha po stanovniku), 4.255.000 ha obradive površine (0,50 ha po stanovniku), što je iznad standarda zemalja Evrope. Povećanjem proizvodnje u plastenicima i staklenicima ne samo da bi povećala naš izvoz, već bi smanjila i uvoz u našu zemlju.Proračun toplotnih gubitaka, dužine cevovoda i potrebne dužine sondi (U-cevi) u plasteniku urađen je u softverskom paketu MathCad, a zatim i u Excel-u. Po proračunu nacrtan je 3D model plastenika, cevi, bušotina, razvodnih ventila i toplotne pumpe. Uz pomoć ovako projektovanog proračuna i 3D modela mogu se na veoma lak način dobiti neophodni podaci za projektovanje grejanja plastenika.

6. Literatura[1.] Heat Pumps Technology And

Environmental Impact, July 2005: Part 1

[2.] V. Šušteršič, M. Babić: „Geotermalna energija-enegija prirodnih i veštačkih izvora tople vode“, monografi ja, Mašinski fakultet u Kragujevcu, 2009

[3.] J. Hanova, H. Downlatabadi: „Strategic GHG reduction through the use of ground source heat pump technology“, Environmental Research Letter. 2 (2007) 044001

[4.] Andrew Chiasson, P.E.: „Greenhouse heating with geothermal heat pump systems“, GHC Bulletin, March 2005

[5.] T. Kurevija, M. Golub: „Iskorištavanje geotermalnih ležišta“, Rudarsko-geološko naftni fakultet, Zavod za naftno inženjerstvo, Zagreb, 2008

[6.] M. Barać, N. Vitas: „Proračun razmene toplote geotermalnih voda Jošaničke banje u realizaciji pilot-projekta plastenika“, Institut za istraživanja i projektovanja u privredi, Beograd 2009

Radoje Vujadinović, Uroš KaradžićUniverzitet Crne Gore-Mašinski fakultet Podgorica, Podgorica, Crna GoraLjubiša BoškovićSISTEM d.o.o.,Podgorica, Crna Gora

UDC: 662.75:620.9

Obnovljivi izvori energije kao alternativa dizel agregatima u telekomunikacionim kompanijama

1. UvodAnaliza potencijala obnovljivih izvora energije pokazuje da ovi

izvori energije mogu imati značajnu ulogu u energetskom bilansu Crne Gore. Međutim, postoji niz prepreka koje onemogućavaju širu upotrebu

SažetakObnovljivi izvori energije su po prirodi neiscrpni, a njihov negativan uticaj na životnu sredinu, je praktično zanemarljiv. U ovom trenutku jedino primjena obnovljivih izvora energije omogućava dalji razvoj energetike uz istovremeno očuvanje životne sredine.Sagorijevanjem fosilnih goriva, prevashodno uglja, nafte i prirodnog gasa, oslobađaju se u atmosferu velike količine ugljen-dioksida (CO2) i drugih gasova sa efektom staklene bašte. Pomenuti proces je izmijenio sastav atmosfere, dovodeći do tzv. efekta staklene bašte i globalnog zagrijavanja. U zemljama razvijenog svijeta se sve češće vrši supstitucija električne energije dobijene iz fosilnih goriva energijom dobijenom iz obnovljivih izvora energije. Kako Crna Gora raspolaže značajnim potencijalom sunca i vjetra to je primijenjeno napredno tehnološko rješenje koje koristi energiju sunca i vjetra, kako bi se dobila energija neophodna za snabdijevanje baznih stanica telekomunikacionih kompanija i izbjegla primjena agregata koji sagorijevaju tečna fosilna goriva emitujući CO2 i druge štetne gasove u atmosferu. Ključne riječi: obnovljivi izvori energije, dizel agregat, fosilna goriva, vjetrogenerator, fotonaponski modul, bazne stanice

RENEWABLE ENERGY SOURCE AS AN ALTERNATIVE TO DIESEL GENERATORS IN TELECOMMUNICATIONS COMPANIESRenewable energy sources are inexhaustible in nature, and their negative impact on the environment, is practically negligible. At this point, only the application of renewable energy sources allows further energy development while preserving the environment.Combustion of fossil fuels, primarily coal, oil and natural gas are released into the atmosphere large amounts of carbon dioxide (CO2) and other greenhouse gases. The process in the altered composition of the atmosphere, leading to the so-called. greenhouse effect and global warming.In the developed countries are increasingly being substituted is electricity from fossil fuels with energy derived from renewable energy sources. As Montenegro has signifi cant potential for solar and wind power is applied to leading edge technology that uses solar energy and wind power to provide the energy necessary for the supply of base stations and telecommunications companies avoid the application of the generating units that burn liquid fossil fuels are emitting CO2 and other harmful gases atmosphere.Key words: renewable energy sources, diesel generator, fossil fuel, wind generator, photovoltaic modules, base stations

[178]

energija

obnovljivih izvora energije u Crnoj Gori, npr. niske cijene tradicionalnih energenata i goriva, nedovoljno investitora zainteresovanih za ulaganja u pomenute tehnologije, zatim nepostojanje sveobuhvatne zakonske osnove kako bi se promovisala upotreba obnovljivih izvora energije, i najzad nedovoljno informisanje javnosti koja nije upoznata sa mogućnostima korišćenja obnovljivih izvora energije. Sa aspekta povraćaja investiranih sredstava, zapaženo je da u ovom trenutku, usljed trenutne niske cijene električne energije, direktno poređenje između konvencionalnih i obnovljivih tehnologija ne ide u prilog korišćenju obnovljivih izvora energije .Konkretno za sektor domaćinstava trenutno ne postoje adekvatne subvencije niti odgovarajuća poreska politika koja bi učinila sisteme koje koriste obnovljive izvore energije dostupnim prosječnom domaćinstvu. Naime radi se o savremenim i relativno skupim tehnologijama koje se za sektor domaćinstava, kada se uzmu kao poređenje trenutne cijene električne energije, vraćaju kao investicija tek nakon petnaestak godina.Iz pomenutih razloga preduzeće SISTEM d.o.o. je prostor za implementaciju hibridnih sistema, koji koriste energiju sunca i vjetra, vidjela kod napajanja baznih stanica telekomunikacionih fi rmi što će u nastavku biti opširnije opisano uz navođenje ne samo ekoloških nego i ekonomskih agrumenata koje preporučuju ovo savremeno tehnološko rješenje za intenzivniju primjenu u ovom sektoru.

2. Energija iz obnovljivih izvora

Obnovljivi izvori energije su po defi niciji izvori energije koja se eksploatišu istom brzinom kojom se i obnavljaju. U obnovljive izvore energije spadaju: vjetar, sunce, voda, biomasa i geotermalni izvori. Trenutno jedino eksploatacija obnovljivih izvora energije omogućava dalji razvoj energetike uz istovremeno očuvanje životne sredine.Nasuprot njima sagorijevanjem fosilnih goriva, prevashodno uglja, nafte i prirodnog gasa, oslobađaju se u atmosferu velike količine ugljen-dioksida (CO2) i drugih gasova sa efektom staklene bašte. Pomenuti efekat je promijenio

sastav atmosfere, dovodeći do tzv. prekomjernog efekta staklene bašte i globalnog zagrijavanja. Trend u svijetu je da se kao alternativa električnoj energiji dobijenoj iz fosilnih goriva uvodi supstitucija energijom dobijenom iz obnovljivih izvora energije. Eksploatacija energije sunca i vjetra, iako je u ekspanziji, još uvijek se smatra alternativnim načinom proizvodnje energije, što je na određeni način paradoksalno jer je tehnologija za korištenje ovih vidova energije poznata već stotinama godina. Međutim pojavom jeftinijih fosilnih goriva pažnja se usmje-rila prema neobnovljivim izvorima energije i obnovljivi izvori energije gotovo da su pali u zaborav. Danas, kada cijene fosilnih goriva iz dana u dan rastu, kada se postavlja pitanje rezervi tečnih fosilnih goriva, te globalnom zagrijavanju izazvanom prekomjernom emisijom CO2, idealan je trenutak da se čovječanstvo posveti eksploataciji energije iz obnovljivih izvora.2.1 Vjetar kao obnovljivi izvor

energijeVjetar predstavlja neiscrpan ekološki izvor energije čiji globalni potencijal višestruko prevazilazi svjetske potrebe za električnom energijom.Ljudska vrsta koristi energiju vjetra još od davnina. Primjena energije vjetra seže iz vrijeme prvih civilizacija, kada se energija vjetra koristila za pogon čamaca na rijeci Nil ( 5000 god pr.n.e), a oko 700 godina prije Hrista, u današnjem Avganistanu, pojavile su se prve vjetrenjače koje su se koristile za mljevenje žita. Tokom 19 vijeka u Sjevernoj Americi bilo

je instalirano na hiljade vjetrenjača, koje su uglavnom bile korišćene za pumpanje vode na farmama i plantažama. Početkom 20 vijeka u SAD-u masovno su korišćene prve male vjetrenjače za proizvodnju električne energije, ali su mnoge od njih prestale sa radom tokom tridesetih godina, zbog intenzivnog proširenja elektrodistributivnog sistema do najudaljnijih naseljenih područja. Proizvodnja električne energije iz vjetra doživjela je nagli porast tokom naftne krize početkom 70-ih, ali je tek 80-ih godina prošlog vijeka doživjela izuzetan rast primjenom novih tehnoloških dostignuća. Od 1980. godine vjetroenergetika je snažno napredovala, kako u instalisanoj snazi tako i u obimu proizvodnje. Iako su prije nekoliko godina vjetroturbine od 500 kW bile svojevrsna senzacija, to su danas vjetroturbine snage od 1.0 do 2.5 MW, s prečnikom rotora od preko 100 metara, već standardna rješenja. Na slici 1 prikazan je kontiniirani porast instalisanih snaga vjetrogeneratora.Dakle tokom vjekova vjetrenjače su evoluirale u sofi sticirane i efi kasne uređaje za proizvodnju električne energije [1]. Posebno zanimljive su male vjetrenjače izlazne snage od nekoliko stotina W (vata) jer ih je moguće iskoristiti i na mjesti ma gdje su manje prosječne brzine vjetra, jer ih pokreće i slabiji vjetar. Osim toga svojom su cijenom pristupačne prosječnom kupcu. Vjetrenjače male snage se koriste na mjestima do kojih električna mreža nije doprla. Prilikom postavljanja vjetrenjače najvažnije je odabrati do bru lokaciju. Najbolja su otvorena mjesta, bez

Slika 1 Godišnji porast instalisanih snaga vjetroelektrana

[179]

energija

prepreka koje bi mogle vjetar pretvoriti u turbulencije. Ako na terenu ima drveća, vjetrenjača mora biti postavljena na većoj visini od najviše krošnje u radijusu od najmanje 30 metara.Konstrukcija savremenog vjetrogeneratora je projektovana da izdrže udare vjetra i do 280 km/h. Vjetrogeneratori se grade na lokacijama na kojima je srednja godišnja brzina vjetra veća od 6 m/s (na visini od 50m iznad zemlje). Jedan vjetrogenerator snage 1MW može na ovakvoj lokaciji proizvesti oko 2000 MWh električne energije godišnje, što je dovoljno da podmiri potrebe oko 500 prosječnih četvoročlanim domaćinstava.2.2 Sunce kao obnovljivi izvor

energijeSunce je obnovljivi izvor energije koji je dostupan svim stanovnicima planete Zemlje. Intenzitet sunčevog zračenja varira, zavisno od klimatskog podneblja, ali čak i u najsjevernijim krajevima koje naseljavaju ljudi insolacija je dovoljna da se koristi ovaj oblik energije [1].

Načelno postoje dva tipa opreme za eksploataciju energije od sunčevog zračenja i to:− solarni kolektori za sanitarnu vodu,− fotonaponski moduli za generisanje

električne energije.U Crnoj Gori postoji nešto značajnija primjena solarnih kolektora za sanitarnu vodu u primorskoj regiji za potrebe snadbijevanja toplom vodom turističkih objekata. Što se tiče fotonaponskih modula može se konstatovati da je ovaj oblik korišćenja energije iz sunca veoma malo zastupljen. Osnovni razlog je cijena koštanja ove opreme i odsustvo adekvatnih subvencija i poreskih olakšica. Fotonaponski moduli na jednostavan i prilično pouzdan način generišu električnu energiju iz sunčevog značenja na principu fotonaponskog efekta (Slika 3). Naravno, količina en ergije koju moduli generišu zavisi od in solacije, a veoma je važna je i dobra orjentacija tj. položaj modula u odnosu na Sunce. Ovako generisana energija najčešće se koristi za manje potrošače a eventualni višak električne energije

se skladišti pomoću baterija pa se koristi prema potrebi. Korištenje baterija takođe ima svoje prednosti - ostajemo nezavisni, a električnu energiju možemo koristiti bilo kada i bilo gdje. Osim toga, ako već ne posjedujemo električni priključak, cijena spa janja na mrežu biti će nekoliko puta veća od cijene baterija i pripadajuće opreme. Solarni fotonaponski sistemi su idealni za elektronske uređaje niske potrošnje. Tu spadaju rasvjeta (štedne sijalice), TV i audio uređaji, računari, telekomunikacijski uređaji, kuhinjski uređaji i kod malo većih sistema moguće je koristiti hladnjak koji radi na 12V. Na udaljenim lokacijama, solarni fotonaponski moduli mogu biti jeftinija alternativa proizvodnji energije iz dizel agregata, naročito kod napajanja malih električnih postrojenja u domaćinstvima ili malih industrijskih jedinica. Ekonomičnost se zasniva na bilansu između visokih početnih troškova solarnog fotonaponskog sistema i veoma niskih kasnijih pogonskih troškova u poređenju sa niskim početnim troškovima dizel generatora, ali vrlo visokim troškovima za gorivo i održavanje. Ovi drugi su naročito visoki ukoliko je otežan pristup lokaciji (npr. u planinskim oblastima). Domaćinstva udaljena od mreže imaju ekonomsku referentnu tačku u cijeni instaliranja konekcije mreže i lokacije. Kao smjernica, ako se kuća nalazi na udeljenosti većoj od 1 km od najbliže linije mreže, onda je vjerovatno jeftinije instalirati fotonaponski sistem. U pogledu troškova održavanja, umreženi sistemi zahtijevaju vrlo malo održavanja, a uopšteno su i ograničeni jer se mora osigurati da ploče budu relativno čiste i da budu što duži period dana izloženi direktnoj sunčevoj svjetlosti. Samostalni sistemi (off grid), tj. oni koji nijesu povezani sa mrežom, zahtijevaju održavanje na drugim komponentama sistema, kao što su baterije, iako su ovi troškovi relativno minimalni.Procjena potencijala solarne energije određenog prostora po pravilu zahtijeva i zemaljska i satelitska mjerenja: precizni rezultati mjerenja na tlu interpoliraju se na osnovu podataka dobijenih satelitskim mjerenjima u širokom opsegu, u cilju što bolje procjene distribucije sunčevog zračenja na čitavoj teritoriji koja je predmet razmatranja (proces korelacije). U Crnoj Gori trenutno

Slika 2 Dijagram zavisnosti proizvodnje vjetrogeneratora od brzine vjetra

Slika 3 Fotonaponski efekat konvertuje energiju fotona u napon duž p-n spoja

[180]

energija

nijesu dostupni pouzdani podaci dobijeni mjerenjima na tlu, pa je stvaranje solarnih mapa zasnovano samo na satelitskim podacima.Sa slike 4 se može uočiti da ukoliko su solarni sistemi postavljeni na pogodnim lokacijama u državama kao što su Španija, Malta, jug Turske itd. mogu proizvesti dvostruko više električne energije nego sjevernije zemlje (Škotska, Rusija, Skandinavske zemlje, itd.) Crna Gora posjeduje veliki potencijal za uvođenje sistema za korišćenje solarne energije, budući da broj časova sijanja sunca (insolacija) iznosi preko 2.000 časova godišnje za veći dio teritorije Crne Gore i više od 2.500 časova godišnje duž morske obale [2]. Količina sunčevog zračenja u Crnoj Gori, posebno u priobalnom i centralnom području, može se uporediti sa količinom sunčevog zračenja u Grčkoj ili Južnoj Italiji. Tačnije, Podgorica ima veću godišnju količinu solarne energije (1602 kWh/m2) u odnosu na druge gradove Jugoistočne Evrope (kao što su Rim ili Atina). Ova vrijednost je veća nego u većini evropskih zemalja, ali je kod nas solarni potencijal sasvim neiskorišćen. Intezivno korišćenje solarne energije zavisi od sprovođenja nacionalnog programa valorizacije potencijala obnovljivih izvora energije.

3. Napajanje baznih stanica telekomunikacionih kompanija

Na globalnom nivou raste potražnja za telekomunikacionim uslugama širom svijeta, što je posebno izraženo u zemljama u razvoju. Međutim, na ovim područjima često nijesu u stanju da obezbijede čistu i pouzdanu električnu energiju koju zahtijeva savremena telekomunikaciona oprema. Telekomunikacione kompanije na planinskim vrhovima su instalirale bazne stanice za emitovanje signala mobilne telefonije na određenoj teritoriji. Ove stanice se u značajnom broju slučajeva napajaju pomoću dizel generatora (prosječne nominalne snage oko 10 KW). To zahtijeva dodatne mjesečne obilaske ekipa koje dolivaju gorivo u rezervoare i održavaju agregate. Druga alternativa napajanja je iz postojeće distributivne mreže koja je o relativno lošem stanju i dolazi do čestih ispada i prestanka napajanja električnom energijom. Bazne stanice zahtijevaju kontinuirano napajanje električnom energijom, te se kao podrška radu dizel agregata gotovo obavezno instaliraju u sistem i baterije u kojima se akumulira određena količina električne energije. Troškovi održavanje ovakvih baznih stanica su visoki, ne samo zbog cijene dizel goriva, cijene motornog ulja

i antifriza, ljudstva i kvarova na dizel agregatima, već i zbog po pravilu lošeg i nepristupačnog puta, udaljenosti od mjesta polaska inženjera i tehničara, amortizacije terenskih vozila značajne nabavne cijene, utroška pogonskog goriva istih koja svakodnevno dopremaju dizel gorivo na pojedine lokacije.Iz tog razloga dizel agregati se opremaju sa rezervoarima velikih zapremina (i preko 500 l), koji su sa nastankom globalne ekonomske krize postale sve češća meta provalnika, koji osim krađe goriva, posežu i za krađom agregata u cjelini. Ovakvi sistemi napajanja baznih stanica obično imaju u sastavu i određen broj baterija koje se pune u toku rada agregata i koje napajaju stanicu u periodu kada automatika isključi agregat. Baterije obično imaju oko 1000 ciklusa (punjenja i pražnjenja), što u praksi iznosi oko 3 godine kada je ove baterije neophodno zamijeniti. Tu se pojavljuje i problem odlaganja ovih baterija kao otpada.Primjer: Bazna stanica čija je potreba potrošača za električnom energijom oko 1,7 KW/h, se napaja pomoću dva dizel agregata nominalne snage 10 kW i osam baterija. Cijena sistema za napajanje jedne ovakve bazne stanice koji obuhvata dva dizel agregata sa rezervoarom i baterijskim zalihama u prosjeku iznosi oko 20.000 EUR. Ova dva agregata rade oko 13 časova dnevno dok se ostatak dana potrošači snabdijevaju energijom iz baterija. Specifi čna potrošnja jednog agregata iznosi oko 1,7 l/h, to na godišnjem nivou dovodi do potrošnje oko 8000 l dizel goriva za napajanje bazne stanice. navedenoj potrošnji dizel goriva odgovora emisija oko 21500 kg CO2 godišnje. Ovoj potrošnji goriva odnosno emisiji CO2 treba dodati i onu koja nastaje u vozilima koja obilaze baznu stanicu radi dosipanja goriva u rezervoar i održavanja agregata.Dizel agregati prve godine rade u prosjeku oko 12 h, ali sa slabljenjem baterija druge godine u prosjeku rade oko 15 časova i treće godine oko 20 časova dnevno. Agregate je neophodno periodično generalno remontovati, a poslije oko 6 godina neophodna je njihova zamjena.Osim inicijalnih troškova izgradnje sistema za napajanje bazne stanice, te troškova pogonskog goriva, ličnih dohodaka zaposlenima kojima je ovo posao, putnih troškova ekipe, sredstva za amortizaciju terenskih vozila, a mora se uzeti u obzir i

Slika 4 Mapa solarnog potencijala u Evropi

[181]

energija

dodatna mobilnost i doprinos ovih vozila saobraćajnim gužvama, doprinos emisijama štetnih gasova od ovih vozila i samog agregata i td. Važno je napomenujti da se značajan broj baznih stanica nalazi na prostoru nacionalnih parkova gdje predstavljaju izvor buke i emisije štetnih izduvnih gasova. Sagledavanjem svih troškova koji nastaju u toku jedne godine na navedenoj baznoj stanici dolazi se do orjentacionog podatka od oko 17.000 EUR. Prema podacima norveške kompanije Eltek Valere za 2010. godinu, u svijetu postoji oko 400.000 dizel agregata koji napajaju bazne stanice telekomunikacionih kompanija [8]. Uzimajući u obzir orjentacione vrijednosti potrošnje dizela agregata dolazi se do podataka da se svakog časa na planeti zemlji u ove svrhe potroši oko 400 t dizel goriva i oslobodi oko 1300 t CO2. Prevodeći ove brojke na godišnji nivo dobijaju se zabrinjavajući podaci koji ukazuju na neophodnost uvođenja obnovljivih izvora energije u ovu oblast.

4. Alternativno napajanje baznih stanica pomoću energije iz obnovljivih izvora

Imajući u vidu sve negativne aspekte primjene dizel generatora kao izvora napajanja baznih stanica pristupilo se uvođenju alternativnih izvora napajanja i u Crnoj Gori. Prethodne činjenice su podstakle fi rmu SISTEM d.o.o. iz Podgorice da telekomunikacionim kompanijama ponudi kao alternativu napajanje baznih stanica hibridnim sistemima koji će koristiti energiju dobijenu iz oba izvora tj. sunca i vjetra. Meteorološki uslovi Crne Gore prate tipični evropski model. Sunčeva insolacija i jačina vjetra prate opšti anti-korelacioni obrazac; jaka ljetnja insolacija se podudara sa slabim vjetrovima, a slabo zimsko sunce se podudara sa jačim vjetrovima. S obzirom da su ta dva izvora napajanja komplementarni jedan drugom (dopunjuju se), kombinacija solarne i energije vjetra je stoga privlačna jer nudi pouzdan izvor napajanja. Na osnovu potreba za energijom za pojedinu baznu stanicu, kao i raspoloživih potencijala sunca i vjetra za istu, vrši se dimenzionisanje sistema. Ovo podrazumijeva prikupljanje podataka o brzini vjetra i insolaciji za datu lokaciju. Na

slikama 5 i 6 prikazani su izgledi dijagrama za određenu lokaciju. Na osnovu raspoloživog potencijala energije koja se na datoj lokaciji može dobiti iz sunca i vjetra vrši se izbor vjetrogeneratora odgovarajuće snage i određivanje broja panela. Kao rezerva za situacije kada nije moguće proizvoditi električnu

energiju niti iz jednog od dva izvora, konfi guraciji se pridružuje određen broj baterija za akumulaciju energije.Na slici 7 vidimo izgled jednog implementiranog hibridnog sistema koji napaja baznu stanicu energijom iz obnovljivih izvora sunca i vjetra.Ovaj sistem ima mogućnost daljinskog očitavanja stanja baterija

Slika 5 Dijagram insolacije

Slika 6 Dijagram brzine vjetra

Slika 7 Hibridni sistem za napajane bazne stanice na lokaciji Krivošije (T-MOBILE)[4]

[182]

energija

i punjenja od strane pojedinih izvora (Slika 9) što smanjuje potrebu za mobilnošću i redovnim obilascima lica zaduženih za održavanje sistema napajanja baznih stanica. Pri dobro dimenzionisanom sistemu za napajanje održavanje se svodi na rutinski obilazak i kontrolu na licu mjesta jednom godišnje [6]. Ovo je posebno značajan segment koji je preporučio ovakvo rješenje za primjenu jer su troškovi održavanja takvi da intenzivno pomažu u skraćenju perioda otplate ovakve investicije.Hibridni sistem koji bi zamijenio sistem od dva dizel agregata iz prethodnog poglavlja košta oko 95.000 EUR sa uračunatim porezom na dodatu vrijednost. Imajući u vidu da navedeni sistem sa dizel agregatima košta oko 20.000 EUR, ostaje da se razmatra razlika od oko 75.000 EUR. Kada se uzmu postojeći godišnji troškovi održavanja od oko 17.000 EUR dolazi se do podatka da se ovakva investicija

telekomunikacionoj kompaniji vraća za period od oko 5 godina.Nije zanemarljiva ni marketinška mogućnost koja se pruža kompaniji koja je ugradila ovakav sistem, jer se na taj način najbolje pokazuje društvena odgovornost kompanije i odnos prema životnoj sredini. Svakako da su izuzetno značajni pozitivni ekološki efekti koji se ogledaju u supstituciji dizel goriva sa energijom dobijenom iz obnovljivih izvora, dakle smanjenjem emisije CO2 i drugih toksičnih komponenti izduvne emisije kao i buke koju emituju dizel agregati. Veoma je bitno navesti sljedeće činjenice:− Cijena goriva i električne

energije rastu iz godine u godinu, a navedeni hibridni sistem pruža mogućnost energetske nezavisnosti,

− Ekonomska opravdanost je neosporna u slučajevima izgradnje nove mreže i trafostanice za baznu stanicu; napajanja isključivo pomoću agregata i napajanja iz nepouzdane mreže

− Alternativni hibridni sistem se kontroliše iz kancelarije i zahtijeva minimalno održavanje što pruža mogućnost smanjenja osoblja i vozila angažovanih na ovim poslovima što nije dato u proračunu i doprinosi ekonomskoj opravdanosti

− Telekomunikacione kompanije kroz niz aktivnosti i projekata pokazuju visok nivo društvene odgovornosti tako da ovakvi projekti pružaju izvrsne mogućnosti u tom pravcu, jer održivi razvoj, primjena obnovljivih izvora energija i smanjenje emisije CO2 su prioriteti EU pa i Crne Gore kao države koja želi da postane njen dio!

U Crnoj Gori postoje tri telekomunikacione kompanije (Telenor, T-Mobile, M-Tel) koje godišnje troše oko 150.000 litara dizel goriva za pogon dizel generatora koji napajaju bazne stanice. Ovo predstavlja godišnju potrošnju energije od 5,5 TJ, odnosno emisiju od oko 410 tona CO2. Kako se radi o inostranim kompanijama koje imaju potrebu za praćenje svjetskih trendova, to su sve tri kompanije primijenile obnovljive izvore energije za napajanje pojedinih baznih stanica.

5. ZaključakKlimatske promjene predstavljaju jedan od najozbiljnijih problema čovječanstva. Antropogeni ugljen-dioksid nastao sagorijevanjem fosilnih goriva je označen kao jedan od najvećih krivaca za ovu pojavu. Pored drumskog saobraćaja koji je dominanantan izvor ove emisije svakako da nije zanemarljiv ni doprinos stacionarnih izvora kao što su dizel agregati. Ovaj rad predstavlja primjenu dobre prakse iz razvijenih zemalja svijeta i iskorišćenje značajnih potencijala obnovljivih izvora energije kojom raspolaže Crna Gora. Dakle prikazana je primjena savremenih tehnologija koje kao rezultat daju smanjenje potrošnje fosilnih goriva, manju emisiju CO2 i drugih toksičnih komponenti koje nastaju u procesu sagorijevanja. Dakle prema potrebi potrošača na baznoj stanici i potencijalu lokacije vrši se izbor sange vjetrogeneratora, broja i snage fotonaponskih modula, kao i broja i kapaciteta baterija, a sve u cilju obezbeđivanja pouzdanog tj. neprekidnog napajanja bazne stanice električnom energijom, uz minimalan uticaj na životnu sredinu.Veoma je bitno što je ovo rješenje i ekonomski isplativo za telekomunikacione kompanije što stvara preduslove za aktivniju implementaciju na većem broju lokacija.

6. Literatura1. Bruno Motik: Zelena energija,

Zelena mreža aktivističkih grupa, Zagreb, 2005

2. Procjena potencijala obnovljivih izvora energije u Republici Crnoj Gori-Sažeti prikaz procjene energetskog i potencijala vjetra, sunčevog zračenja i biomase-Ministarstvo za zaštitu životne sredine, kopna i mora Republike Italije, CETMA, februar 2007.

3. Glavni projekat: Hibridni sistem za napajanje ripitera u kanjonu Platije instalisane snage 1,7 KW, Investitor: TELENOR, Projektant i izvođač radova SISTEM d.o.o.-Podgorica, 2009

4. Glavni projekat: Hibridni sistem za napajanje bazne stanice na lokaciji Krivošije instalisane snage 6,5 KW, Investitor: T-MOBILE,

Slika 8 Prikaz baterija za akumulaciju električne energije

Slika 9 Izgled ormara sa elektronskim komponentama i kontrolerom za daljinski nadzor

[183]

energija

Projektant i izvođač radova SISTEM d.o.o.&POWER OASIS, 2009.

5. Glavni projekat: Hibridni sistem za napajanje ripitera u kanjonu Platije instalisane snage 2,4 KW, Investitor: M-TEL, Projektant i izvođač radova SISTEM d.o.o.-Podgorica, 2010

6. Ljubiša Bošković: Održavanje sistema za napajanje telekomunikacionih baznih stanica, KOD- 2010, Ulcinj 2010.

7. Radoje Vujadinović, Ljubiša Bošković, Uroš Karadžić: Primjena obnovljivih izvora energije u sektoru telekomunikacija, II Međunarodni Kongres “Inženjerstvo, ekologija i materijali u procesnoj industriji” Jahorina, 2011.

8. ELTEK VALERE HYBRID SOLUTIONS-MAXIMIZE THE POWER OF RENEWABLES (www.eltekvalere.com)

9. www.sistem-mne.com

Adriana Sida MANEA, Eugen DOBANDA, Daniel Catalin STROITA“Politehnica” University of Timisoara, Timisoara, ROMANIA

UDC: 621.311.24 (498)

Wind turbine for individual sites

1. IntroductionIn Romania the wind potential is about 14000 MW installed power which can provide an amount of 23000 GWh/year. Those values are an estimation of the theoretical wind potential and can be used correlated with the technical and economical exploiting.The evaluating of the wind potential was made starting from the following considerations:- wind velocities in Romania are

closed to the other countries from the European Union;

- Romanian wind market must be integrated in the European wind market.

The electrical energy produced from wind sources assured in 2010 an amount of 1.6 % from the brut electrical energy consumption.

2. Wind parameters measuring with meteorological towers

For the 10 towers installed in Caras-Severin County are obtained the following data:- the wind velocity at 3 heights:

50 m, 30 m and 20 m;- the wind direction at 30 m and

50 m;- the relative air humidity;

- air temperature; - atmospheric pressure. The data basis doesn’t permit the evaluation of vertical components neither of bumpiness nor of turbulence. The data considered less feasible can be identifi ed and eliminated through statistical analysis. For the information concentration are used the approximation models accepted by the International Electro-technical Commission.The international norms accept for the boundary layer the logarithmical or exponential wind velocity profi le.

(1)

zr is the reference data.In fi g. 1, 2, 3 are presented the wind frequencies for the 3 heights, in fi g. 4, 5 the wind direction and in fi g. 6, the boundary layer exponent.

3. Defining main parameters of the turbine

Based on previous meteorological considerations, we decided to take into account a wind turbine adequate to this situation.So, we will consider a horizontal

AbstractRomania has the greatest potential for wind power in Central and Eastern Europe. Recovery potential is much less practical than theoretical, and depends on land use and energy market conditions. The paper discusses the correlation between the wind speed and the dimensions of the wind turbines of small power used for individual isolated consumers.

[184]

energija

Fig. 1. The wind frequency for h=50 m Fig. 2. The wind frequency for h=30 m

Fig. 3. The wind frequency for h=20 m Fig. 4. The wind direction for 7 august 2009

Fig. 5. The wind direction for 31 august 2009 Fig. 6. The boundary layer exponent for august 2009

wind turbine having a nominal power of 5 kW, at a nominal wind velocity of 5.5 m/s.The number of the blades is 3 and the nominal speed is 56 rev/min.In fi g.7. is presented the general view of the turbine.

4. The design principles of the blade

The blades are designed of such mater that they could realize the optimum criteria, as follows:a) to realize the nominal power,b) to have a parabolic distribution of

the local charge on each radius: (2)

with x = r/rp (rp = 4 m and r – the current radius),c) to have a polynomial distribution

of the local charge:

(3)

with d = Δpgl .In previous equations, the coeffi cients are considered of such a matter to realize the desired optimum criteria: in the case a. – to realize the nominal power, in the cases b. and. c. – to realize the same load of the blade as in the case of the global load.In fi g. 8. is presented the circulation around the blade.

In table 1 are presented the values of the circulations and the powers obtained for the three variants. Despite the differences between the energetic values both global and local, as is shown in table 1 and in fi g. 8, the geometries of the characteristic profi les at different radii has almost identical values as is shown in fi g. 9, 10 and 11.In fi g. 12 are presented the variations

Table 1. Synthetic values of the blades

[185]

energija

Fig.7. The main view of the turbine

Fig. 9. The variation of asymptotic angle along the radius Fig.10. The variation of the maximum relative camber along

Fig.11. The variation of the maximum relative camber positi-on along the radius

Fig.12. The lift coeffi cient variation

In are presented the aerodynamic profi les (of NACA four digits type) and the assembly of the blades, for each variant.

5. Conclusions- The zone analyzed in this paper is

characterized through small wind velocities, the mean value being 5.5 m/s.

- The wind direction and the velocity are fl uctuant in time and are very hard to fi nd the optimum shape of wind turbine’s blade.

- The possible variants of wind turbines suitable for this zone are with small powers and for individual sites.

- The paper presents possible wind blades suitable for small power wind turbines calculated through the energetic characteristics.

References[1] T. Burton, Wind Energy

Handbook, John Wiley & Sons, LTD, New York, 2001.

[2] P. Gipe, Testing the Power Curves of Small Wind Turbines, http://www .wind-works.org 2003.

of the lift coeffi cient along the radius for the three cases. From the fi gure, results that cases a. and b.

offer reasonable lift coeffi cients and the case b. offers a more uniform distribution of this coeffi cient.

[3] A. Bej, Turbine de vant, Ed.

Politehnica, Timisoara, 2003.[186]

energija

Fig. 13.a. The profi les for the “b” type blade

Fig. 13.b. The assembly for the “b” type blade

[4] A. Bej, Fr. Gyulai , Preocupări în zona banatului pentru două domenii ale energeticii eoliene, Buletinul AGIR nr. 3/2007.

[5] *** Wind turbine generator systems CEI/IEC 1400-2, 1996.

[187]

energija

Срђан Суботић, Дејана Поповић-Миловановић, Бранислав Ђукић, Драган БалкоскиЈП Електромрежа Србије

UDC: 621.313.12 : 621.316.9.001.12

Интеграција ветрогенератора у преносни систем

УводИнтеграција ветрогенератора у преносни систем представља тренутно најважније техничко питање које се разматра у ЈП ЕМС. Неколико је узрока за овакву тврдњу: 1) Ветрогенератори представљају неуправљиву производњу, односно могуће је вршити само смањивање производње у односу на тренутни потенцијал ветра у случају поремећаја, a у складу са прописима из области енергетике.

2) Прогноза производње ветрогенератора је сложена. Метеоролошке станице у нашој земљи опремљене су за мерење ветра на висинама од 10 до 25 метара, док ветрогенератори користе ветар на висинама од 60 до 100 метара. Дакле, за прогнозу ветра морају се користити програмски пакети који ће извршити прерачунавање, чиме се губи на тачности. Друго, снага ветрогенератора пропорционална је трећем степену брзине ветра, што значи да се свака нетачност у прогнози ветра значајно одражава на одступање реализоване производње у односу на планирану.

3) Постоји интерес да се интегрише велика снага. До сада је поднето захтева за мишљење оператора преносног система о могућностима и условима прикључења на преносни систем за преко 2500 MW, а енергетску дозволу је

до краја 2010. године добило 5 ветроелектрана (у даљем тексту ВЕ) укупне снаге 1135,5 MW.

Основни проблем који је потребно решити у склопу интеграције ВЕ је сигурност рада преносног система. Овде треба имати у виду следеће ограничавајуће факторе по питању регулације нашег ЕЕС: 1) неповољан однос између снаге највеће генераторске јединице и укупне инсталисане снаге 2) непостојање секундарне регулације на термоелектранама 3) ниска цена електричне енергије и системских услуга 4) немогућност снабдевача тарифних купаца да ефикасно тргује. Такође, треба додати да сходно правилима о раду интерконекције тренутно није могуће вршити прекограничну размену енергије у довољно кратким роковима. За овакве околности усвојена је методологија за интеграцију ВЕ

у преносни систем која ће бити представљена у овом раду.Постојећа правила везана за регулацију Регулација фреквенције и снаге размене у принципу је уређена правилима о раду интерконекције. Три су степена регулације: примарна, секундарна и терцијарна. За интеграцију ВЕ од интереса су секундарна и терцијарна регулација.Секундарна регулација подразумева дејство на референтне улазе турбинских регулатора у циљу елиминације стационарног одступања учестаности и одступања снаге размене. Резерва активне снаге у секундарној регулацији за регулациону израчунава се на основу формуле:

(1)

при чему је: Lmax–максимално планирано оптерећење у

СажетакИнтеграција ветрогенератора у преносни систем представља тренутно најважније техничко питање које се разматра у ЈП ЕМС. Основни проблем који је потребно решити је одредити максималну сумарну инсталисану снагу ветрогенератора на нивоу регона и на нивоу система као целине, а да се при томе очува сигурност рада преносног система. Кључне речи: интеграција ветрогенератора, максимална инсталисана снага .AbstractAt the moment, the integration of wind power is the most signifi cant technical issue to be reoconsired by JP EMS. Basic problem is the determination of the maximal installed power in wind parks on a regional level and within an entire transmission system, holding the security of the system operation.Key words: wind power integration, maximal installed power.

[188]

energija

разматраном периоду, док су a и b коефицијенти чије су вредности емпиријски одређене (a =10 MW, b =150 MW).За наш систем ова вредност се креће од 110 MW у летњим месецима до 160 MW у зимском периоду. Процена ЈП ЕМС је да ће се услед интеграције ВЕ секундарна резерва интензивније користити, а можда ће у неком тренутку бити неопходно и подићи износе ове резерве.Терцијарна регулација је процес који се суперпонира на примарну и секундарну регулацију са циљем да се ослободи опсег секундарне регулације. По најновијим ЕНТСО-Е правилима терцијарна резерва је подељена на директну (брза, 15-минутна) и програмску (спора). У прву групу спадају хидроелектране и термоагрегати који су у погону. У другу групу спадају термоаграгати у резерви и прекогранична размена електричне енергије. При томе важе следеће релације: 1) укупна терцијарна резерва мора бити већа од снаге највеће генераторске јединице (600 MW) 2) збир секундарне и директне терцијарне резерве мора бити већи од снаге највеће генераторске јединице. Није тешко закључити да су ова правила врло неповољна за мале системе са великим генераторским јединицама. Применом ових релација за наш систем је усвојено да је потребно обезбедити 450 MW за позитивну директну терцијарну резерву (повећање производње,

односно смањење потрошње), а такође и 150 MW за негативну терцијарну резерву. Управо је могућност обезбеђивања директне терцијарне резерве једно од основних ограничења приликом интеграције ВЕ, о чему ће бити речи нешто касније.

Квалитет регулације у 2010. години Први показатељи који квантитативно осликавају проблеме интеграције ВЕ у наш систем дати су табелама 1 и 2. У табели 1 види се да је квалитет секундарне регулације тренутно лош. Првенствени узрок за то је неповољна хидрологија због које је често истовремено била нерасположива секундарна регулација у свим проточним хидроелектранама, услед врло високих дотока и прелива. Све ово указује да нам већ сада неостаје могућност рада термоагрегата у овој врсти регулације.Са друге стране, у табели 2 су приказани подаци о необезбеђеној директној терцијарној позитивној резерви. Видимо да је и ту ситуација била лоша, а да је посебно критично било у августу и септембру. Хаваријски режими избегавани су увозом хаваријске енергије. Овакво стање се може превазићи само заокруживањем постојећих тржишних механизама – увођењем балансне финансијске одговорности корисника преносног система, краћим роковима за размену

хаваријске енергије, даљим развојем механизама за алокацију прекограничних капацитета, увођењем берзе, подизањем цене електричне енергије и регулационих капацитета на реалнији ниво.

Методологија за интеграцију ветрогенератора Може се рећи да се интеграција ВЕ може разматрати на три нивоа. Први је локални ниво, при чему се првенствено решава начин и место прикључења, и одређују неопходна појачања у преносној мрежи, али и реконструкције (замена опреме) суседних објеката услед пораста струја кратких спојева. Други је регионални ниво, и ту као се као ограничење може узети тзв. пролазак ВЕ кроз квар и саме карактеристике ветра. За оба ова нивоа потребно је усвојити критеријум повезан са тренутно постојећом терцијарном директном резервом, која се у постојећим околностима не може увећати. Трећи је системски ниво, где је ограничење повезано са могућностима потискивања термоагрегата од стране ВЕ, при чему се мора очувати неопходан капацитет за резерву и регулацију напона. При томе важи да је укупна снага која се може интегрисати на нивоу система мања је од збира снага по регионима, а снага једног региона је мања од збира снага у појединим тачкама прикључења.

Одређивање места прикључења и појачања у мрежи Први корак у интеграцији ВЕ је одређивање места прикључења. Да би се олакшале анализе, преносни систем је подељен у 6 региона, што је приказано на слици бр. 1. У истом региону налазе се ВЕ чије је прикључење, односно будући погон од међусобног утицаја. Као што се може видети, највећи број ВЕ планиран је у региону јужног Баната. Одређивање места прикључења ВЕ се не разликује много од поступка за било који други објекат. За почетак, бира се оптимално решење са становишта трошкова прикључења. За ово место прикључења одређују се потом критични режими рада на којима ће се испитати испуњеност критеријума сигурности (у студији су сагледавани зимски врх у

Табела 1 Квалитет секундарне регулације у 2010.

Табела 2 Необезбеђена директна терцијарна позитивна резерва у 2010.

[189]

energija

19:30, летњи врх у 10:30 са обе пумпе у РХЕ Б. Башта и летњи мининум у 3:30, и све то са и без оптерећења кабла Италија – Црна Гора у износу од 1000 MW). Наравно, при томе се узима

у обзир перспективна мрежа за предвиђени рок прикључења, у складу са плановима развоја. Уколико услови сигурности нису испуњени, сагледавају се појачања у мрежи (изградња нових

или реконструкција постојећих преносних капацитета), односно промена места прикључења. На крају се усваја оптимално техно-економско решење. Осим тога, са становишта струја кратких спојева, сагледава се да ли постоји потреба за заменом опреме у постојећим објектима. Оно што је особеност ВЕ у односу на друге производне објекте је вероватноћа да објекат производи са максималном снагом у критичном режиму рада и у тренутку критичног испада. У неколико случајева, приликом ових анализа, дошло се до закључка да је примена само критеријума сигурности даје скупа решења, и да је смислено урадити и прорачуне поузданости. Међутим, да би се ово могло применити, неопходно је допунити Правила о раду преносног система. Први корак је дао места прикључења која су приказана на сликама 2-4, као и изградњу следећих објеката због неопходних појачања преносног система (изoстављамо модификације типа улаз-излаз које се виде на приложеним сликама):- ДВ110 kV Бела Црква – В. Градиште,

- ДВ110 kV В. Градиште – Рудник Ковин,

- ДВ110 kV В. Градиште – ВЕ Голубац,

- ДВ110 kV ВЕ Голубац – Нересница,

- ДВ110 kV Босилеград – ВЕ Варденик

- ДВ 400 kV ТС Панчево 2 – ТС Београд 20

- ТС 400/110 kV која ће се по систему улаз-излаз прикључити на нови двоструки далековод Панчево 2 – Решица (Румунија)

Осим тога, неопходно је и реконструисати далеководе 110 kV Панчево 2 – Алибунар и Смедерево 1 – Смедерево 2 (повећање пресека проводника тј. преносног капацитета).Потребно је нагласити да се може догодити да појава пројеката нових ВЕ утиче на првобитно изражене жеље инвеститора, претходно израђене анализе и донете закључке. Тако је, на пример, ВЕ Бела Анта преусмерена на прикључак на 220 kV, а ВЕ Вршка Чука на 400 kV.Међутим, ни ту није крај приче.

Слика 1 Прeглед локација пројеката ВЕ

Слика 2 Прикључење ВЕ у јужном Банату

[190]

energija

Сама реализација прикључења наведених ВЕ може одступити од решења датих у студији из којих су преузети ови резултати. Много тога зависи од редоследа прикључивања (ЕМС је у обавези да узме у обзир само претходно закључене уговоре о прикључењу) и уговорених снага ВЕ (консултанти сматрају да су тренутно пријављене снаге нереално високе).На крају овог одељка, наведимо да поједини оператори преносног система ограничавају максималну снагу која се може прикључити у једној тачки. Наводимо пример

емпиријске формуле која се користи у Шпанији:

PVEmax =Scc50%/20 (2)

при чему је Scc50% снага трополног кратког споја која се јавља на месту прикључења са 50% вероватноће. Ова методологија даје мање инсталисане снаге од методологије коју користи ЈП ЕМС.

Максимална интеграција ветрогенератора на нивоу области Два су апспекта који ограничавају максималну интеграцију на

нивоу региона: 1) промене ветра које погађају у кратком интервалу више ВЕ 2) способност ВЕ за пролазак кроз квар. Оба ова критеријума условљена су претходно објашњеном негативном карактеристиком нашег система да се не може обезбедити већа директна терцијарна резерва од тренутно

постојеће, па се зато на нивоу једне области не може интегрисати више од 600 MW. За ЕЕС критичан је режим када ВЕ у једном региону имају максималну производњу, а онда дође до појачања ветра које узрокује њихов испад из погона. ЈП ЕМС је контактирао РХМЗ, али они на располагању имају мерења у недовољном броју тачака и на неодговарајућој висини. Међутим, на основу географског критеријума, за једну област може се усвојити део региона јужног Баната источно, односно западно од Делиблатске пешчаре. У источној области су пријављена 4 пројекта укупне снаге око 750 MW, а у западној такође 4 објекта, укупне снаге око 950 MW. У будућности се можемо надати да ћемо након изградње првих ВЕ добити тачне податке о ветру на основу којих би на егзактан начин могли да формулишемо овај критеријум.На слици 5 приказан је тренутни захтев у Шпанији који се испоставља пред ВЕ по питању проласка кроз квар. За осенчену област, ВЕ би требало да остане у погону. Потребно је нагласити да оператори преносних система у Европи имају доста пробема са овом особеношћу ВЕ. Зато би било примерено да ЕМС усвоји да се на планском нивоу сматра да у случају пропада напона испод 25% номиналне вредности у случају трополног кратког споја сигурно долази до испада ВЕ. Ако се ово узме у обзир, заједно са ограничењем од 600 MW као највеће допуштене снаге која може у кратком интервалу испасти из погона, прорачуни пропада напона приликом трополних кратких спојева указују на закључак да постоји ограничење у случају интеграције ВЕ Чибук, Долово и Баваништанско поље, укупне снаге око 840 MW. Ово би се могло избећи променом тачке прикључења неке од ВЕ на нови интерконективни вод Панчево 2 – Решица, међутим овим се сада нећемо бавити, јер је велика вероватноћа да се ових 840 MW не може обезбедити на овако малом простору.

Максимална интеграција ветрогенератора на нивоу система Да би се одредила максимална интеграција ВЕ на нивоу система

Слика 3 Прикључење ВЕ у централној Србији

Слика 4 Прикључење ВЕ у југоисточној Србији

[191]

energija

неопходно је било симулирати дневне планове рада ЕЕС за дужи временски период, а на основу постојеће методологије коју користи ЈП ЕПС (тзв. хидро-термо координација). Симулације су

урађене на основу историјских података за периоде 14.12.2009. – 10.1.2010. (50.-52. и 1. седмица, зимски режим рада ЕЕС), односно за период 17.5.2010 – 13.6.2010. (21.-24. седмица, летњи режим

рада ЕЕС). При томе је било потребно задовољити следеће услове за интеграцију ВЕ:- морала се обезбедити прописана регулациона резерва;

- морао се обезбедити капацитет за регулацију напона;

- енергија ветра је замењивала производњу ТЕ, док са друге стране није мењана седмична производња ХЕ, како би се уважили биланси производних компанија;

- регулациона област је балансирана без прекограничне размене;

- ЈП ЕМС се у овом тренутку определио за конзервативни приступ па је условио да се симулација интеграције ветра обави на начин да се не дозволи развезивање ТЕ који су били у погону у разматраном периоду, већ само њихово потискивање до техничког минимума.

Одговарајуће анализе су обављене у два корака. Прво је на основу минималне директне негативне терцијарне резерве у сценаријима рада ЕЕС без ветра (слика 6), процењено колико се енергије ветра може интегрисати. Детаљним симулацијама утрвдило се да та енергија одговара сталној снази ВЕ у износу од 350 MW. Потом је претпостављен однос енергије и снаге ВЕ у износу од 0,33 при чему је усвојено да се максимална производња ВЕ дешава у ноћним сатима, док је у дневним сатима нема. На овај начин симулиран је најнеповољнији сценарио. Подаци за ветар који су били основа за усвојене претпоставке преузети су из земље обрађивача студије. Анализе су обављене са софтвером обрађивача студије - GTМax. Резултати ових анализа представљени су на сликама 7-10. Са rump-up означена је укупна секундарна и брза терцијарна резерва на горе, а са rump-down резерва на доле. Поредећи међусобно слике 7 и 8, односно 9 и 10, јасно се види тенденција смањења расположиве регулационе резерве са порастом сумарне снаге ВЕ. Код сумарне снаге ВЕ од 350 MW може се видети да је резерва увек задовољена. Са друге стране, за ниво од 900 MW, виде се периоди када се она практично изједначава са минималном вредношћу (РХЕ

Слика 5 захтеви за ''пролазак ВЕ кроз квар''

Слика 6 Резерва без интеграције ВЕ

Слика 7 Резерва у зимском периоду за 350 MW производње у ВЕ

[192]

energija

Б. Башта није обухваћена овим резервама). У зимском периоду најкритичније су биле 1. и 52. седмица, а у летњем 21. и 22. седмица. Такође је приметно да је летњи режим критичнији

од зимског. Овде је још важно напоменути да би у реалности имали два ефекта која имају супротно дејство, па су у овој анализи оба занемарена: 1) у вршним сатима вероватно је да би

постојала извесна производња ВЕ што доприноси повећању резерве 2) чести су проблеми на ТЕ који ограничавају максималну снагу што негативно утиче на резерву (лош квалитет угља, погонски проблеми...). Код одређивања максималне интеграције ветра важно је напоменути да не постоји јасна детерминистичка граница, већ да се оцена врши на основу вероватноће, односно емпиријске оцене оператора преносног система до које границе може трпети смањење поузданости рада система. У режиму за 900 МW производње у ВЕ ови режими су довољно чести да се ова снага према оцени обрађивача студије прогласи за границу у тренутном тржишном окружењу. Препорука обрађивача студије је да се укупна инсталисана снага ВЕ у преносном систему добије тако што ће се претходно лимитирана производња повећати за око 10%. Овај коефицијент процењен је на основу утицаја географског распореда ВЕ, одосно вероватноће појаве јаких ветрова на припадајућим локацијама. Тако се коначно долази до укупне инсталисане снаге ВЕ у преносном систему од око 1000 MW.

ЗакључакНа самом крају мора се поставити питање да ли је лимит од 1000 MW ограничавајући са становишта реалног остварења инвестиција у ВЕ у наредних неколико година. Иако је до сада ЈП ЕМС примио апликације за преко 2500 MW, чињеница је да до тренутка писања овог рада ниједна ВЕ није обезбедила локацијску дозволу. Такође, на основу оцене обрађивача студије, реалан ветропотенцијал на наведним локацијама је знатно мањи од пријављених. Даље, многе од локација су упитне са становишта утицаја на животну средину, посебно са становишта заштите птица. Не заборавимо ни да је Feed-in тарифа предвиђена за 450 MW. Када се све ово узме у обзир, чини се да је процењена бројка од 1000 MW примерена овом тренутку, односно да неће угрозити постојеће инвеститоре. Већ је речено да је студија вршена за тренутно тржишно окружење. То значи да постоје

Слика 8 резерва у зимском периоду за 900 MW производње у ВЕ

Слика 9 резерва у летњем периоду за 350 MW производње у ВЕ

Слика 10 резерва у летњем периоду за 900 MW производње у ВЕ

[193]

energija

механизми који ће омогућити и већу интеграцију од тренутно постојеће. Овде ћемо набројати неке од њих:- могућност брзе размене хаваријске енергије између оператора система;

- увођење дневних алокација прекограничних капацитета;

- установљење берзе електричне енергије;

- формирање балансних група и балансне финансијске одговорности;

- увођење секундарне регулације на термоагрегатима;

- изградња нових конвенционалних електрана (нпр. поново актуализована РХЕ Бистрица је идеално решење за проблем регулационе резерве);

- увођење реалније цене електричне енергије, што би успорило раст потрошње.

Неке од наведених мера ће сигурно бити примењене у скоријој будућности. Са друге стране, очекује се и прикључење првих ВЕ, са којима ћемо добити и поуздане податке о карактеристикама ветра. Све ово даће једну нову основу на којој ће у року од неколико година ЈП ЕМС бити у позицији да поново сагледа, како саму методологију за интеграцију ВЕ, тако и нове лимите са становишта прикључења у једној тачки, односно максималне инсталисане снаге на нивоу региона и целокупног преносног система.

Литература[1] Радни материјали студије

‘’Power Network Analysis for Wind Power Integration Serbia’’

[2] Студија ‘’ Јачање капацитета оператора преносног система и тржишта електричне енергије у Србији – задатак бр. 6: Интеграција обновљивих извора електричне енергије у ЕЕС Србије’’

[3] Правила о раду преносног система

[4] Правила о раду интерконекције (ENTSO-E Operation Handbook)

Ðorđe Romanić, Ilija JovičićSouth East Europe Consultants Ltd., Beograd, Republika Srbija

UDC: 621.311.245 : 551.556

Uticaj dugoročnih promena brzine vetra na proizvodnju električne energije iz vetroelektrana

SažetakVetar je stohastička veličina koju karakteriše promena brzine u širokim vremenskim intervalima, koji se kreću od nekoliko sekundi do nekoliko desetina godina. Dugoročne promene brzine vetra posledica su klimatskih promena i promena u izgledu terena (konfi guracija, vegetacija, hrapavost terena, itd.). Cilj ovog rada jeste da se pokaže koliki uticaj dugoročne promene brzine vetra imaju na proizvodnju električne energije iz vetroelektrana. Energija vetra je srazmerna trećem stepenu brzine, te će male promene u brzini vetra dovesti do velikih promena u energiji vetra. Za izradu ovog rada, analizirane su promene srednje godišnje brzine vetra u periodu od 1991. do 2009. godine, na pet sinoptičkih meteoroloških stanica u Srbiji: Banatski Karlovci, Veliko Gradište, Zaječar, Rimski Šančevi (Novi Sad) i Loznica. Pored toga, analizirane su i promene srednje brzine vetra za svaki smer. Dobijeni rezultati pokazuju da tendencija srednje brzine vetra nije ista za sve stanice, dok na nekim stanicama brzina vetra nema tendenciju rasta ili pada. Ovakvi rezultati dovode do zaključka da je izuzetno važno vršiti analize dugoročne promenljivosti i tendencije srednje brzine vetra, što se u praksi retko sprovodi, prilikom planiranja i odluka o investiranju u projekte vetroelektrana. Ključne reči: trend brzine vetra, indeks vetrovitosti, vetroelektrana, brzina vetra, smer vetra.

Influence of long-term changes of wind speed on the production of electricity from wind farmsWind is stochastic quantity characterized by changes of speed in wide intervals of time, which ranges from several seconds to several tens of years. Long-term changes in wind speed are due to climate changes and changes in appearance of the terrain (confi guration, vegetation, roughness of terrain, etc.). The aim of this paper is to show what infl uence the long-term changes in wind speed has on the production of electricity from wind farms. The energy in the wind grows with the cube of the wind speed, and thus the small changes in wind speed lead to large changes in wind energy. For making this paper, we analyzed the changes in mean annual wind speed in the period from 1991 to 2009, on the fi ve synoptic weather stations in Serbia, and these are: Banatski Karlovci, Veliko Gradiste, Zajecar, Rimski Sancevi (Novi Sad) and Loznica. In addition, we analyzed the changes in mean wind speed for each direction. The results show that the trend of the mean wind speed is not the same for all stations, while for some stations the wind speed does not have downward or upward trend. These results lead to the conclusion that it is very important to perform analysis of long-term variability and trends of the mean wind speed, which is rarely implemented in practice, for a successful development of wind power projects.

[194]

energija

1. UvodNa osnovu postojiećih i dostupnih analiza i studija realni energetski potencijal vetra u Republici Srbiji je procenjen na instalisanu snagu od oko 1300 MW (Ministarstvo rudarstva i energetike Republike Srbije 2008). U poslednjih nekoliko godina, poraslo je interesovanje države, investitora i konsultantskih kompanija da ulažu u energetsko iskorišćenje vetra. Najveći broj projekata realizuje se u oblasti istočne Srbije i jugoistočnog Banata. Vetar je stohastička veličina a promenljivost u vremenu i prostoru jedna je od njegovih osnovnih karakteristika. Naime, promenljivost vetra je bila predmet mnogih teorijskih i eksperimentalnih izučavanja (van der Hoven 1957, Klink 2007). U dužem vremenskom intervalu (preko 10 godina), promenljivost vetra je posledica globalnih promena u atmosferi (globalno zagrevanje i promene u sistemu opšte cirkulacije atmosfere, npr. North Atlantic Osciation)) i promena u izgledu terena (hrapavost, konfi guracija terena, itd.). Vautard at al. (2010) su ukazali na globalno smanjenje intenziteta vetra na severnoj hemisferi u umerenim geografskim širinama, u periodu od 1979.-2008. godine, koje, u zavistnosti od regiona, iznosi od 5 – 15 %.Cilj ovog istraživanja jeste određivanje dugoročnih tendencija srednje godišnje brzine vetra na teritoriji Republike Srbije kao i njihov uticaj na proizvodnju električne energije iz vetroelektrana. Ukoliko se pokaže da ovakve tendencije postoje, važno je odrediti i koji smer vetra je zabeležio najveću tendenciju. Dugoročne tendencije brzine vetra direktno utiču na dugoročne tendencije proizvodnje električne energije iz vetroelektrana, što je od izuzetnog značaja za investitor, ali i za optimalno planiranje elektroenergetskih sistema.

2. PodaciDevetnaestogodišnji (1991.-2009.) niz podataka sa pet glavnih (sinoptičkih) meteoroloških stanica (GMS)- Banatski Karlovci, Rimski Šančevi (Novi Sad), Zaječar, Loznica i Veliko Gradište - na teritoriji Republike Srbije (Slika 1), izmerenih Fusovim anemografom na visini 10 m od tla, korišćen je kako bi se odredile dugoročne tendencije i promenljivost vetra.

Izbor meteoroloških stanica urađen je po sledećim kriterijumima:1) reprezentativne sa stanovišta energetskog iskorišćenja potencijala vetra, 2) geografski reprezentativne 3) kvalitet i kontinuitet merenja brzine i smera vetra i 4) zahtev da u razmatranom periodu nije dolazilo do menjanja anemografa. Poslednja dva kriterijuma su posebno važna. Naime, ukoliko niz podataka ne sadrži podatke za određenu godinu ili mesec (ili više meseci) u toku godine, tada se javlja problem nereprezentativnosti takvog podatka, odnosno godine. GMS Banatski Karlovci predstavlja ovakav primer. S druge strane, anemografi na meteorološkim stanicama ne spadaju u prvoklasnu opremu za merenje brzine i smera vetra, te promena instrumenta ponekad može da dovede do značajno različitih

očitavanja u odnosu na prethodni. Stoga, izbor je sveden samo na stanice na kojima nije dolazilo do promena anemografa. Anemografi su kalibrisani (i rekalibrisani) od strane Republičkog hidrometeorološkog zavoda Srbije (RHMZ Srbije). Podaci su preuzeti iz zvaničnih meteoroločkih godišnjaka koje izrađuje RHMZ Srbije (Republički hidrometeorološki zavod Srbije 2010) Klimatološki podaci obuhvataju merenja brzine i smera vetra u 7, 14 i 21 sat, a iz tih vrednosti se dalje određuju srednje dnevne i srednje mesečne vrednosti. Unutar ovog rada, korišćene su srednje godišnje vrednosti.. Tačnost podataka u meteorološkim godišnjacima nije na visokom nivou, tako da oni ne bi bili pogodni za određivanje potencijala vetra, ali

su dovoljno tačni za istraživanja dugoročnih promena, tendencije i promenljivosti vetra. Naime, ukoliko instrument poseduje grešku ili ukoliko je napravljena sistematska greška prilikom obrade podataka, tada je ona ista u celoj seriji podataka, pa tako nema uticaja na analize tendencije i promenljivosti brzine vetra. Meteorološka praksa nalaže da kilimatološke serije treba da sadrže minimum 30-ogodišnji niz podataka, ali usled promena anemografa, načina merenja i metodologije obrade podataka (Winkler 2010), unutar ovog rada korišćene su 19-ogodišnje serije. Najveća srednja brzina vetra zabeležena je na GMS Banatski Karlovic, dok je na GMS Veliko Gradište, koja se nalazi oko 50 km jugoistočno od nje, srednja brzina vetra manja za 1,3 m/s (Tabela 1).

Slika 1 Raspored glavnih meteorolo-ških stanica

Tabela 1 GMS korišćene u ovoj studiji

[195]

energija

Važno je napomenuti i to da za GMS Banatski Karlovci nedostaju podaci za: januar, jul, avgust, septembar i decembar u 2000. godini; april u 2004. godini; decembar u 2008. godini i januar i februar u 2009.godini. Najveći broj meseci za koje nedostaju podaci je zimskom periodu, kada se povećava intenzitet jugositočnog vetra („Košava“), tako da je srednja brzina vetra za GMS Banatski Karlovic verovatno veća od 3,4 m/s. Na GMS Loznica nedostaju podaci za mesece april i maj 1999. godine.

3. AnalizaTrend promene brzine vetra može se opisati korišćenjem indeksa brzine vetra, koji predstavlja indeks vetrovitosti date godine (npr. Harman i Morgan 2005). Naime, za dati period se odredi srednja brzina vetra kao aritmetička srednja vrednost svih srednjih godišnjih vrednosti, a potom se srednja brzina vetra za svaku pojedinačnu godinu normalizuje na srednju vrednost celog niza godina. Indekisi vetrovitosti za GMS Banatski Karlovci, GMS Rimski Šančevi, GMS Zaječar, GMS Loznica i GMS Veliko Gradište predstavljeni su na slici 2, 3, 4, 5 i 6, respektivno. Trend rasta srednje godišnje brzine vetra zapaža se na GMS Banatski Karlovci, GMS Loznica i GMS Veliko Gradište, dok je negativan trend zabeležen na GMS Rimski Šančevi i GMS Zaječar (najsevernija i najjužnija stanica). Na navedenim slikama se uočava nekoliko važnih karakteristika. Prvo, krive na svim slikama imaju približno isti oblik od 1991. do 1997. godine, pri čemu je 1992. godina bila vetrovita na svim stanicama. Drugo, delovi krivih od oko 1994. do 2009. godine gotovo da nemaju sličnosti, sem činjenice da je 2005. godina bila slabo vetrovita na svim stanicama. Treće, najpozitivniji trend zabeležen je na GMS Loznica (15,5%), a najnegativniji trend na GMS Zaječar (-14,8%). GMS Rimski Šančevi ima vrlo slab negativna trend (-3,4%). Slika 6. Indeks vetrovitosti za GMS Ve-liko Gradište; 100%=srednja vrednost brzine vetra u periodu od 1991. do 2009. godine.

Najveća promenljivost vetra u odnosu na dugoročnu srednju vrednost zabeležena je na GMS Zaječar (12%), dok je najmanja promenljivost na GMS Veliko Gradište (5%). Na ostalim stanicama promenljivost vetra je između 6-8

Slika 2 Indeks vetrovitosti za GMS Banatski Karlovci; 100%=srednja vrednost brzine vetra u periodu od 1991. do 2009.

Slika 3 Indeks vetrovitosti za GMS Rimski Šančevi; 100%=srednja vrednost brzine vetra u periodu od 1991. do 2009.

Slika 4 Indeks vetrovitosti za GMS Zaječar; 100%=srednja vrednost brzine vetra u periodu od 1991. do 2009.

Slika 5 Indeks vetrovitosti za GMS Loznica; 100%=srednja vrednost brzine vetra u periodu od 1991. do 2009.

[196]

energija

%, što je nešto veća vrednost od izračunate i preporučena od strane Garrad Hassan eksperata i koja za oblast Evrope iznosi 6% (GH WindFarmer, 2010).Pored indeksa vetrovitosti za

svaku godinu, analizirane su i vrednosti indeksa vetrovitosti za svaki od 8 osnovnih smervoa vetra. Rezultati su prikazani na Slici 7, Slici 8,Slici 9 Slici 10 i Slici 11. Kako bi se poboljšala preglednost slika, projekcije slika nisu konzistentne. Kako svaki od smerova ima svoju dugoročnu srednju vrednost, a na slikama je predstavljeno 8 smerova, treba napomenuti da procenti na z-osi ne predstavljaju srednju vrednost niti jednog od smerova. Na slikama se uočava nekoliko važnih karakteristika. Prvo, na GMS Banatski Karlovic, GMS Rimski Šančevi i GMS Veliko Gradište najjači vetrovi duvaju iz pravca

jugoistoka, ali na GMS Rimski Šančevi srednja brzina vetra iz ovog smera nije mnogo veća od srednje brzine severozapadnih vetrova. Na GMS Zaječar najjači vetrovi duvaju iz pravca istoka, dok na GMS

Loznica nisu dominantni vetrovi sa istočnom ili južnom komponentom, već severozapadni vetrovi. Dakle, još jednom se pokazalo da je u oblasti Vojvodine i istočne Srbije, Košava dominantni vetar, kako po smeru, tako i po intenzitetu. Drugo, na svim stanicama, sa izuzetkom GMS Zaječar i GMS Rimski Šančevi, dominantni vetrovi su imali tendenciju jačanja intenziteta; ovo je najizraženije na GMS Loznica. Naime, na GMS Zaječar dominantni (istočni) vetar je imao negativnu tendenciju, dok na GMS Rimski Šančevi jugoistočni vetar nije imao tendenciju. Dalje, sa izuzetkom GMS Zaječar, Košavin vetar ( ima pozitivan trend na svim stanicama. U oblasti zapadne Srbije, Košavin vetar je slabog intenziteta i nije dominantan tako da se ovaj stav ne odnosi na SMS Loznica. Indeksi vetrovitosti se najčešće izrađuju za veću oblat (danski indeks , nemački indeks, itd.). Sintezom podatak sa stanica koje su korišćene u ovom radu, može se okvirno dobiti indeks vetrovitosti Srbije. Naime, osrednjavajući srednje gododišnje brzine vetra sa svih stanica iz Tabele 1, a potom prateći proceduru za dobijanje indeksa vetrovitosti može se dobiti traženi indeks (Slika 12). Crvena linija predstavlja pokretni srednjak sa periodom 4, koji se računa po formuli

,

pri čemu je N broj prethodnih vrednosti koji se uzima prilikom osrednjavanja, tzv. periodi (u ovom radu uzete su 4 prethodne vrednosti),

jA stvarna vrednost veličine u trenutku j , a F izračunata („prognozirana“) vrednost u trenutku j ..

Slika 12 ukazuje na postojanje slabo pozititivnog trenda, ukoliko ga predstavljamo linearnom linijom. S druge strane, koristeći pokretni srednjak pokazuje se postojanje pozitivnog trenda u periodu od 1994. do 2004. godine i negativnog trenda u periodu od 2004. do 2009. godine. Dakle, u poslednjih 5 godina vetrovi iznad Srbije slabe. Nesigurnost u ovaj zaključak unosi činjenica da niz podataka sa GMS Banatski Karlovci nije kompletan.

5. PrimenaIndeks vetrovitosti ima veliku primenu u vetroenergetici. U zemljama koje imaju dugu tradiciju u

Slika 5 Indeks vetrovitosti za GMS Loznica; 100%=srednja vrednost brzine vetra u periodu od 1991. do 2009.

Slika 7 Indeks vetrovitosti za svaki smer pojedinačno za GMS Banatski Karlovci

Slika 8 Indeks vetrovitosti za svaki smer pojedinačno za GMS Rimski Šančevi

[197]

energija

vetroenergetici, indeks se računa koristeći podatke o proizvodnji električne energije iz vetrogeneratora (npr. Danska); to je mnogo reprezentativniji podatak od brzine vetra. U zemljama gde nema instaliranih vetrogeneratora (npr. Srbija), ili gde nema visegodišnjih podataka o proizvodnji električne energije iz vetrogeneratora (npr. Hrvatska), nije moguće koristiti indeks vetrovitosti zasnovan na podacima o proizvodnji. Energija vetra je srazmerna trećem stepenu brzine vetra, tako da male promene u brzini vetra dovode do velikih promena u kinetičkoj energiji koju poseduje. Poznavajući samo srednju godišnju (ili mesečnu) brzinu vetra, nesigurno je proceniti proizvodnju vetrogeneratora, jer ne poznajemo raspodelu učestalosti brzine vetra u tom periodu. Na primer, ukoliko je srednja godišnja brzina vetra porasla za 1 %, to ne mora da znači da je proizvodnja porasla za 3 %, kako bi se

očekivalo. Međutim, trend srednje brzine vetra i godišnje proizvodnje imaju isti znak. Dakle, u godnama kada je srednja brzina vetra manja od prosečne i proizvodnja vetrogeneratora je manje od prosečne. Indeks vetrovitosti ima nekoliko primena, ovde će se navesti samo neke. Indeks vetrovitosti se može koristiti kako bi se bolje razumela proizvodnja vetroelektrane za datu godinu. Ova primena je značajna kako za investitore i operatere sistema. Naime, investitori mogu preciznije i uspešnije da projektuju povrat uloženih sredstava, a i da dođu do odgovora zašto je vetroelektrana u datoj godini proizvodila manje (ili više) od očekivanog. Operateri sistema mogu pouzdanije da planiraju proizvodnju električne energije iz vetroelektrana na mesečnom, godišnjem i višegodišnjem nivou. U oblatima gde nema referentnih dugoročnih meteoroloških podataka, indeksi vetrovitosti mogu se koristiti kao pogodna zamena ukoliko se pokaže da između kratkoročne serije podataka izmerenih na lokaciji gde se planira izgradnja i indeksa vetrovitosti postoji zadovoljavajuća korelacija. Koristeći indekse vetrovitosti mogu se odrediti oblasti povoljnije za izgradnju vetroelektrana od oblasti manje povoljnih sa stanovišta dugorošnog potencijala vetra (trend i promenljivost). Vetrovitost datih godina je povezana sa konceptom opšte cirkulacije atmosfere i globalnim zagrevanjem, te se indeksi vetrovitosti koriste i u naučno – istraživačke svrhe.

6. Zaključak Cilj ovog rada jeste da se ukaže na potrebu analiza dugoričnih promena brzine vetra prilikom planiranja izgradnje vetroelektarna. Dugoročne promene brzine vetra mogu se uspešno predstavljati i analizirati koristeći indekse vetrovitosti. Indeksi vetrovitosti mogu da budu zasnovani na dugoročnim podacima o brzini vetra ili dugoročnim podacima o proizvodnji električne energije iz vetrogeneratora. Drugi metod je precizniji, ali nije uvek primenjiv. U radu su analizirane dugoročne promenen brzine vetra na pet glavnih meteoroloških stanica: Banatski Karlovci, Rimski Šančevi, Zaječar. Loznica i Veliko Gradište. Pokazano je da trend brzine vetra nije isti na

Slika 9 Indeks vetrovitosti za svaki smer pojedinačno za GMS Zaječar

Slika 10 Indeks vetrovitosti za svaki smer pojedinačno za GMS Loznica

Slika 11 Indeks vetrovitosti za svaki smer pojedinačno za GMS Veliko Gradište

[198]

energija

svim stanicama. Podaci su analizirani za period od 1991.do 2009. godine. Naime, na GMS Banatski Karlovci, GMS Loznica i GMS Veliko Gradište zabeležen je pozitivan trend, na GMS Zaječar zabeležen je negativan trend, dok je na GMS Rimski Šančevi zabeležen dosta slab negativna trend. Na osnovu sinteze podataka sa pomenutih stanica, zaključuje se da u periodu od 2004. do 2009. godine intenzitet vetar iznad Srbije ima negativan trend. Jugoistočni vetar – Košava – beležio je porast intenziteta na svim stanicama sem za GMS Zaječar. Srednja dugoročna promenljivost vetra je oko 6%, sem GMS Zaječar gde iznosi perko 14%.

LiteraturaMinistarstvo rudarstva i energetike Republike Srbije. (2008). Energija Vetra. Adresa: http://www.mre.gov.rs/navigacija.php?IDSP=306. Pristupljeno dana: 7. Feb 2011.van der Hoven, I.. (1957). Power Spectrum of Horizontal Wind Speed in the Frequency Range From 0.0007 to 90 Cycles Per Hour. Jurnal of Meteorology. 14 , p160-164Klink, K.. (2007). Atmospheric Circulation Effects on Wind Speed Variability at Turbine Height. Journal of Applied Meteorology & Climatology, Vol. 46 Issue 4, p445-456, 12pVautard et al. (2010). Northern Hemisphere Atmospheric Stilling Partly Attributed to an Increase in Surface Roughness. Nature Geoscience. 3, 756–761Republički hidrometeorološki zavod Srbije. (2010). Meteorološki godišnjak - klimatološki podaci. Adresa: http://www.hidmet.gov.rs/

Slika 12 Indeks vetrovitosti Srbije dobijen koristeći podatke sa stanica iz Tabele 1. 100%=srednja vrednost brzine vetra na svim stanicama u periodu od 1991. do 2009. Crvena linija predstavlja pokretni srednjak sa periodom 4.

latin/meteorologija/klimatologija_godisnjaci.php. Pristupljeno dana: 24. Dec 2010.Harman, K., Morgan, C. (2005) Use of regional wind energy indices to predict long-term wind farm production and to assess portfolio effects. GH WindFarmer. (2010). GH WindFarmer Theory Manual. Garrad Hassan and Partners Ltd.Danish Wind Index (2010) Adresa: http://www.naturlig-energi.dk. Prostupljeno dana 14. Feb 2011.

[199]

energija

Mr Martin Ćalasan, Prof. dr Vladan VujičićElektrotehnički fakultet Podgorica

UDC: 621.311.245 : 621.313.52.004

Optimizacija omskog opterećenja elektrostatičkog V-C generatora

1. UvodLjudi su počeli koristiti energiju vjetra veoma davno. U periodu prije nove ere ova energija je korišćena za kretanje brodova, za mljevenje žita, navodnjavanje zemljišta... Era korišćenja energije vjetra za proizvodnju električne energije počela je oko 1900. godine. Danska je prva zemlja koja je koristila energiju vjetra za proizvodnju električne energije, jer je 1890. godine u njoj konstruisana prva moderna turbina za proizvodnju električne energije. Istraživanja za korišćenje energije vjetra u proizvodnji električne energije neprekidno su trajala, pa je 1910. god u Danskoj funkcionisalo nekoliko hiljada vjetroelektrana, koje su bile kapaciteta od 5 do 25 kW. Od 1925. godine vjetroelektrane su se počele značajnije koristiti u Americi, a u Rusiji je 1931. godine instalisana vjetro-turbina snage 100kW. Od četvrte decenije prethodnog vijeka počele su da se instaliraju vjetroelektrane i u Francuskoj, Njemačkoj, Velikoj Britaniji [1]… Danas su lideri u korišćenju energije vjetra Danska i Njemačka.Kako potrebe za električnom energijom rastu, tako se razvijaju i tehnologije u proizvodnji što efi kasnijih vjetrogeneratora i uopšte vjetrogeneratorskih sistema. Uglavnom, danas se koriste konvencionalni elektromagnetni generatori, kod kojih se u zavisnosti od položaja rotora u odnosu na stator, mijenja induktivnost namotaja na statoru i namotaja na rotoru, kao i njihove međusobne induktivnosti.Međutim, kod vjetroelektrana

moguće je koristiti i generatore koje rade na principu elektrostatičke konverzije energije, a kod kojih se u zavisnosti od položaja rotora u odnosu na stator mijenja njihova kapacitivnost. Upravo, na ovom principu zasnovan je rad V-C generatora, koji glavnu primjenu nalaze kod offshore

vjetroelektrana konektovanih na visokonaponske jednosmjerne

SažetakV-C generator (Variable Capacitance generator) se u posljednje vrijeme nameće kao ozbiljan kandidat za primjenu u sistemima vjetroelektrana. U radu je objašnjen princip rada generatora i data moguća šema njegovog priključenja na HVDC (High Voltage Direct Current) sistem. Pored toga, detaljno je analiziran rad generatora u slučaju omskog opterećenja. Za dati pobudni i maksimalni napon generatora izvršena je optimizacija opterećenja u cilju maksimiziranja snage generatora. Razmotrena su tri specifi čna slučaja varijacije kapacitivnosti V-C generatora.Ključne riječi: V-C generator – HVDC sistem – optimizacija.

OPTIMIZATION OF RESISTIVE LOAD FOR ELECTROSTATIC V-C GENERATOR VC generator (Variable Capacitance generator) has recently imposed as a serious candidate for use in wind power plants. The operating principle of the generator and the possible circuit diagram for connection to the HVDC (High Voltage Direct Current) system are discussed. In addition, the operation of generator in case of ohmic load is analyzed in more details. In order to maximize the output power of generator, for a given excitation and maximum voltage of the generator, the optimization of the load is performed. Three the specifi c cases of capacitance variation of the V-C generator are discussed.Key words: V-C generator – HVDC system – optimization.

Slika 1 Farma vjetrogeneratora

[200]

energija

2. V-C generatori i šema konekcije na HVDC sistem

Postoje različite izvedbe V-C generatora, a jedna od mogućih prikazana je na slici 3. Kod ove „fl oating rotor“ V-C mašine stator se sastoji od dva dijela – statora A i statora B. Svaki od statora V-C generatora napravljen je od dva identična kružna isječka koji stoje jedan naspram drugog, dok se između njih nalazi prostor kroz koji prolazi rotor. Izlazni krajevi ova dva dijela statora, priključuju se na prenosni vod preko energetskog pretvarača. Kada je pozicija rotora takva da je on cjelokupno prekriven djelovima statora, tada je kapacitivnost između statora A i B maksimalna. Ova kapacitivnost predstavlja rednu vezu kapacitivnosti koje se javljaju između statora A i

sisteme (HVDC - High Voltage Direct Current).Kada je rastojanje offshore vjetroelektrane od obale veće od 25-50km, prenos električne energije preko HVDC sistema je ekonomičniji u odnosu na konvencionalne prenosne sisteme [2]. Glavni razlozi upotrebe HVDC sistema i njihove prednosti u odnosu na AC sisteme, razmatrani su u [3-4]. U [5] se razmatra mogućnost proizvodnje HVDC energije pomoću V-C mašina. Rezultati analize sprovedene u tom radu, kao i rezultati novijih istraživanja predstavljenih u [6-7] ukazuju da V-C mašine mogu biti konkurentne konvencionalnim mašinama. Jedan od glavnih razloga je taj što su troškovi priključenja offshore vjetroelektrane na HVDC sistem manji ako se direktno proizvodi jednosmjerni napon i struja, nasuprot konvencionalnoj generator - transformator - ispravljač kombinaciji, gdje se proizvode naizmjenični napon i struja, a zatim pomoću ispravljača pretvaraju u jednosmjerne veličine [8]. Na slici 2a) prikazan je elektrostatički V-C generator koji napaja HVDC sistem, dok je na slici 2b) prikazan asinhroni generator sa transformatorom, ispravljačem i HVDC sistemom. U ovom radu je najprije objašnjen princip rada elektrostatičkog generatora. Zatim je dat simulacioni model ovoga generatora i objašnjen način njegovog priljučenja na HVDC sistem. Izvršena je analiza rada V-C generatora konektovanog na potrošač konstantne otpornosti. Analizirani su slučajevi različitog talasnog oblika kapacitivnosti. Na kraju, izvršena je optimizacija opterećenja V-C generatora za

različite oblike kapacitivnosti kako bi se, pri konstantnoj brzini rotora, obezbijedila maksimalna snaga generatora koja se predaje potrošaču.

Slika 2 a) Konekcija V-C generatora na HVDC sistema b) Klasični način proizvodnje električne energije i priključenje na HVDC sistem

a)

Slika 4. Simulacioni model V-C generatora i šema konekcije na HVDC

Slika 3. Uzdužni i poprečni presjek V-C generatora

[201]

energija

rotora, kao i statora B i rotora. Kako se rotor okreće i ova kapacitivnost se periodično mijenja, pri čemu se energija predaje samo u intervalima kada kapacitivnost opada. Kada se rotor nalazi u takvoj poziciji da je najmanje prekriven djelovima statora, tada je kapacitivnost minimalna. Na slici 4 prikazano je osnovno kolo za priključenje V-C generatora na HVDC sistem [6-8]. Generator je modelovan preko redne veze promjenjive kapacitivnosti i otpornosti gubitaka Rgub. Da bi se inicijalizovala proizvodnja energije, potreban je neki nezavisni jednosmjerni naponski izvor (E) koji obavlja funkciju pobude generatora.Preko dioda D1 i D2 vrši se punjenje, odnosno pražnjenje generatora, respektivno. U toku punjenja, pobudni naponski izvor predaje energiju V-C generatoru. Prilikom pražnjenja, generator vraća pobudnom generatoru primljenu energiju, ali i predaje energiju potrošaču, pošto se tada strujna kontura zatvara kroz potrošač. Energija koju generator predaje potrošaču jednaka je razlici uložene mehaničke energije i gubitaka koji se javljaju u generatoru.HVDC sistem ima najčešće povratnu spregu po naponu sistema, pa je prema tome napon HVDC sistema konstantan. To znači da, ako se zanemari uticaj fi ltra, potrošač sa slike 3 se može posmatrati kao konstantni naponski izvor. Sa druge strane, u slučaju primjene jako induktivnog fi ltra, potrošač sa iste slike se može posmatrati kao konstantni strujni izvor. Generalno, struja potrošača i napon potrošača mogu imati proizvoljne oblike koji se mogu oblikovati fi ltrom. U ovom radu će biti analiziran slučaj kada struja i napon imaju isti talasni oblik, odnosno kada se može smatrati da je otpornost potrošača konstantna.

3. Analiza rada V-C generatora konektovanog na potrošač konstantne otpornosti

Kapacitivnost V-C generatora je promjenjiva i zavisi od međusobnog položaja rotora u odnosu na stator. Prema tome, trenutna vrijednost struje generatora ne zavisi samo od izvoda njegovog napona, već i od izvoda kapacitivnosti, što se matematički može napisati kao:

, (1)

gdje je vC=vC(θ) napon generatora, C=C(θ) kapacitivnost generatora, θ - pozicija rotora, a dθ/dt ugaona brzina rotora (ωr=dθ/dt). Na osnovu (1) može se napisati i izraz za trenutnu vrijednost snage V-C generatora:

, (2)

gdje se prvi dio odnosi na konverziju mehaničke u elektrostatičku energiju, a drugi dio na energiju koja cirkuliše kroz generator, tj. energiju koju generator u toku punjenja uzima, a u toku pražnjenja vraća sistemu. Punjenje obloga generatora vrši se najčešće samo u intervalima kada kapacitivnost raste (dC/dθ>0). Tada je napon generatora jednak naponu pobude (E), pa se mogu napisati sljedeće jednačine: , (3)

. (4)

U slučaju kada je dC/dθ>0 i vC>E, struja generatora je jednaka nuli:

. (5)

Pražnjenje obloga generatora se vrši u intervalima kada kapacitivnost opada (dC/dθ<0). U ovom režimu struja potrošača je jednaka struji

generatora i predstavljena je jednačinom (1), dok je napon na krajevima generatora predstavljen sljedećom jednačinom:

, (6)gdje je vp – napon na potrošaču.Ako sa R označimo otpornost potrošača, tada je:

. (7)Na slici 5 prikazana su tri slučaja zavisnosti kapacitivnosti generatora od položaja rotora koje su korišćene u računarskim simulacijama. U jednom slučaju pretpostavljena je sinusoidalna (crvena boja – puna linija), u drugom trougaona (zelena crta-tačka linija), a u trećem trapezoidna (plava – isprekidana linija) zavisnost. Kod trapezoidne zavisnosti razmatran je slučaj kada je širina maksimalne kapacitivnosti jednaka širini minimalne kapacitivnosti i iznosi 60 električnih stepeni. Na istoj slici 5 prikazane su i odgovarajuće zavisnosti izvoda (dC/dθ) pretpostavljenih kapacitivnosti. Na slikama 6 i 7 prikazan je talasni oblik napona generatora i talasni oblik struje potrošača, respektivno, za svaki oblik kapacitivnosti.

4. Optimizacija omskog opterećenja V-C generatoraU ovom radu postupak optimizacije omskog opterećenja izvršen je za slučaj kada je napon pobude konstantan i kada je maksimalna

Slika 5 Kapacitivnost V-C generatora i njen izvod dC/dθ za tri tipa kapacitivnosti

[202]

energija

vrijednost napona generatora ograničena.

4.1 Optimizacija pri konstantnom naponu pobude

Na slici 8 prikazana je zavisnost količine naelektrisanja generatora od napona generatora za istu vrijednost pobudnog napona, za sva tri oblika kapacitivnosti. Naime, u toku rada V-C generatora energija koja se predaje potrošaču u toku jednog ciklusa (periode kapacitivnosti C) jednaka je površini ostvarene Q-Vc petlje. Ako energiju koja se predaje potrošaču u toku jednog ciklusa,

odnosno površinu Q-Vc petlje, označimo sa ΔW, snaga generatora P iznosi:

(10)

gdje je k – broj ciklusa u toku jednog obrtaja rotora i n – broj obrtaja rotora u minuti. Na slici 9 je prikazana zavisnost snage generatora od otpornosti potrošača u slučaju kada se napon pobude održava na konstantnoj vrijednosti (E=100kV), dok su na slici 10 prikazane Q-Vc petlje za te proračunate optimalne

podatke. U simulacijama je uzeto da je brzina obrtanja generatora konstantna (5000 ob/min) dok je vrijednost maksimalne i minimalne kapacitivnosti Cmax=50nF i Cmin=10nF, respektivno.Na osnovu slika 9 i 10, kao i na osnovu podataka iz Tabele I, jasno je da postoje velike razlike u vrijednostima maksimalne snage koja se može predati potrošaču, za različite oblike kapacitivnosti. Isto tako, postoje i velike razlike u vrijednosti maksimalnog napona generatora koji se u ovom slučaju pojavljuje na generatoru.

1.2 Optimizacija pri ograničenoj vrijednosti maksimalnog napona generatora

Limitirajući faktor za siguran rad V-C generatora jeste vrijednost njegovog maksimalnog napona. Ako napon generatora pređe neku maksimalno dozvoljenu vrijednost, dolazi do proboja između statora i rotora i samim tim uništenja mašine. U postupku projektovanja i konstrukcije generatora, vrijednost širine vazdušnog procjepa između statora i rotora upravo se dimenzioniše u zavisnosti od maksimalno dozvoljene vrijednosti napona generatora. Da bi se izvršila optimizacija omskog opterećenja V-C generatora, pri čemu maksimalna vrijednost napona generatora ne prelazi neku maksimalno defi nisanu vrijednost, najprije je potrebno odrediti optimalnu vrijednost opterećenja za svaki tip kapacitivnosti, a nakon toga od dobijenih rezultata odabrati onaj tip kapacitivnosti koji obezbjeđuje maksimalnu snagu koja se može predati potrošaču. U analizi u ovom radu uzeto je da je maksimalno dozvoljena vrijednost napona generatora 500kV, da je brzina obrtanja generatora konstantna (5000 ob/min) i da je vrijednost maksimalne i minimalne kapacitivnosti konstantna - Cmax=50nF i Cmin=10nF. Prilikom određivanja maksimalne vrijednosti snage koju generator može da daje mreži posmatrano je da su promjenjivi parametri napon pobude i vrijednost otpornosti potrošača. Na slici 11 prikazana je zavisnost snage generatora od otpornosti potrošača za različite vrijednosti napona pobude i za različite oblike kapacitivnosti. Na istoj slici je prikazana i granica maksimalnog napona generatora od 500kV,

Slika 6 Napon V-C generatora i njegova srednja vrijednost

Slika 7 Struja potrošača V-C generatora i njena srednja vrijednost

[203]

energija

sa detaljno naznačenom zonom maksimuma za sva tri oblika kapacitivnosti. U Tabeli II su prikazani podaci o vrijednostima proračunatih optimalnih parametara, dok su na slici 12 prikazane Q-Vc petlje za te proračunate optimalne podatke. Prema podacima iz Tabele II vidi se da su razlike u vrijednostima maksimalnih snaga koje generatori mogu da daju mreži, za analizirane oblike kapacitivnosti, manje nego u slučaju kada se vrši optimizacija sa konstantnim naponom pobude. Na osnovu dobijenih podataka vidi se da se maksimalna snaga predaje potrošaču u slučaju kada kapacitivnost generatora ima sinusoidalnu zavisnost.

5. ZaključakProizvodnja električne energije iz energije vjetra postala je veoma važna i fi nansijski interesantna. Kapacitet vjetroelektrana se više nego učetvorostručio u periodu od 2000. do 2006.. Zbog toga danas postoje brojna istraživanja na polju pronalaženja što efi kasnijih načina korišćenja energije vjetra. U ovom radu objašnjen je princip rada i način modelovanja V-C generatora, a koji je prema nekim novijim istraživanjima konkurentan konvencionalnim mašinama, ako se konektuje na HVDC sistem. Isto tako, u radu je prikazana i principijelna šema konekcije V-C generatora na HVDC sisteme. Nakon toga analiziran je rad generatora u slučaju čisto aktivnog opterećenja. Analizirana su tri slučaja zavisnosti kapacitivnosti generatora od položaja rotora - sinusoidalna, trougaona i trapezoidna zavisnost.Glavni dio rada posvećen je optimizaciji omskog opterećenja ovoga generatora za tri oblika kapacitivnosti. Optimizacija je izvršena na dva načina i to u slučaju kada se napon pobude održava na konstantnoj vrijednosti i kada je maksimalna vrijednost napona generatora ograničena na nekoj defi nisanoj vrijednosti. Pokazano je da se, pri fi ksnom naponu pobude, maksimalna snaga ostvaruje u slučaju trapezoidnog oblika kapacitivnosti. Međutim, fi ksiranjem maksimalnog napona generatora, maksimalna snaga koju ovaj generator predaje potrošaču ostvaruje se u slučaju kada je ta zavisnost sinusoidalna.

Slika 8 Zavisnost količine naelektrisanja generatora od napona generatora za različite oblike kapacitivnosti

Tabela I Poređenje optimalnih vrijednosti snage, otpornosti i maksimalnih vrijednosti napona generatora, kada je pobudni napon generatora konstantan (E=100kV)

Slika 9 Zavisnost snage generatora od otpornosti potrošača za konstantnu vrije-dnost napona pobude (E=100kV)

Tabela II Poređenje optimalnih vrijednosti otpornosti i pobudnih napona (i od-govarajućih snaga), kada je maksimalni napon generatora konstantan (Vcmax=500kV)

[204]

energija

6. Literatura[1] M. R. Patel:”Wind and Solar

Power Systems”, CRC press, New York, 1999.

[2] N.G.Hingorani:„High-voltage DC transmission: a power electronics workhorse,” Spectrum IEEE, vol.33, no.5, pp.63-72, April 1996.

[3] D. M. Larruskain, I. Zamora, A. J. Mazón, O. Abarrategui, J. Monasterio: “Transmission and Distribution Networks: AC versus DC,” 9th Spanish-Portuguese Congress on Electrical Engineering, July 2005.

[4] Michael P. Bahrman: “Overview of HVDC Transmission,” Power Systems Conference and Exposition, PSCE’06, pp. 18-23, Oct. 2006.

[5] S. F. Philp: “The Vacuum-Insulated, Varying capacitance Machine”, IEEE Transactions on Electrical Insulation, vol. 12, no. 2, April 1977.

[6] R. J. O’ Donnell, N. Schofi eld, A.C. Smith, J. Cullent: “The Variable-Capacitance Machine for Off-shore Wind Generation” in Proc. 6th Int. Workshop Large-Scale Integr. Wind Power Transmiss. Netw. Offshore Wind Farms, 2006, pp. 299–306.

[7] R. O’Donnell, N. Schofi eld, A. C. Smith, J. Cullen: “Design Concepts for High-Voltage Variable-Capacitance DC Generators”, IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 45, no. 5, September/October 2009.

[8] M. Ćalasan, V. Vujičić: “Analiza uticaja šestopulsnog i dvanaestopulsnog ispravljača kod HVDC sistema na harmonijska izobličenja naizmjenične mreže”, Informacione tehnologije, Žabljak, 2010.

Slika 10 Zavisnost količine naelektrisanja generatora od napona generatora za različite oblike kapacitivnosti (podaci iz Tabele I)

Slika 11 Zavisnost snage generatora od otpornosti potrošača za različite vrijednosti napona pobude (napon pobude se mijenja u opsegu od 10kV do 350kV, sa korakom 30kV)

Slika12 Zavisnost količine naelektrisanja generatora od napona generatora za različite oblike kapacitivnosti (podaci iz Tabele II)

[205]

energija

Radivoje Ðurin Mančić, Milena Kostić, Negosava KostićEkoman, Gračanica

UDC: 621.311.243.004.15

Energetska konstanta solarne energije u urbanim blokovima(U kontekstu šestog ekoman zakona)

1. UvodNaučno nastavna disciplina Urbana ekologija- URBAN ECOLOGY, konsitusana je na Međunarodnom naučnom skupu, pod nazivom „Urbna ekologija“ koji je 1992 godine održan u Prištini i Nišu. Idejni i metodolški konseptor ovog naučnog skupa bio je prof. Dr. Radivoje Đurin Mančić. Materijlano energetski bilansi su bili jedna od tema ovog skupa.Publikovani Osnovni zakoni Urbane ekologije 1996. godine u „Facta universitatis“ serija „working and living enviromental, protection“, VOL,1,No 12) reafi rmisali su Urbanu ekologiju, koja se ne razvija na naučnim hipotezama, već rapolaže svojim naučnim zakonima. Raspreve o mikroklimi i urbanističkim parametrima postale seu preokupacija nove generacije urban ekologa koji su se školovali na katedri za Zaštitu životne sredine Fakulteta zaštite na radu u Nišu pod naučnim voćtvom R. Mančića.Sledećih 15 godina ne prestaje interesovanje nauke za probleme energetskih bilansa i afi rmaciju primene pasivnog korišćenja sunčeve energije.Među urbanističkim parametrima koji posebno direkto utiču na kvalitet mikroklime posebno se izdvajaju:1. Stepen izgrađenosti zemqi{ta,2. Stepen iskorišćenja tla,3. Gabaritne karakteristike objekta i4. Tehničke karakteristike

građevinskih materijala od kojih su građeni objekti infrastrukture i makrostrukture.

Kod kategorisanja stepena iskorišćenja zemljišta urbanog bloka, kao odnosa ukupno razvijene

građevinske površine, prema ukupnoj površini bloka, čiji se odnos kreće u intervalu od 0.4-1.2, u okviru ovog rada uzet je kao drugi klasičan urbanistički pokazatelj, koji može biti doveden u odnos sa potrebama za uvođenje pasivnog zahvata solarne energije. [to su veće vred-nosti koefi cijenta Sk, to su veće gabaritne površine omotača objekata, to su veće površine za energetsku apsorpciju i emisiju; iz tog proizilazi, da je uticaj takve

prostorne konfi guracije osetljiviji na energetske tokove razmene sa spoljašnjim okruženjem, time je istovremeno i veći uticaj koefi cijenta Sk na promenu mikro klime u urbanističkom bloku, kao i stvaranju internih vazdušnih struja.

2. Sinteza gradacione analize solarnog faktora

U tabeli 1, prikazana je sinteza gradacione analize karakterističnih

SažetakPočetak trećeg milenijuma (nove) ere protiče u znaku afi rmacije obnovljivih izvora energije kao temeljog principa Ekoman teorije u planiranju razvoja životnog prostora. Urbana ekologija je nova arhitektonsko-urbanistička, naučno-nastavna discipline, u čijoj teorijskoj osnovi su principi, pravila i zakoni ekološke ravnoteže. Sa urbano- energetskog stanovišta postoji potreba vrednovanja stepena izgrađensti gradskog zemljišta sa stanovišta količne akumulirane sunčeve energije. Rezultat analize ukazuje, da je sa smanjenjem stepena izgrađenosti prisutan rast solarnih vrednosti faktora akumulacije, radijacije, evaporacije, i ventilacije, kao i pad vrednosti faktora zasenjenja

Tabela 1 Kategorizacija stepena izgrađenosti urbanog bloka sa pripadajućim solar-no uticajnim faktorima

[206]

energija

solarno uticajnih faktora, koji prate stepen izgrađenosti urbanog bloka. U okviru analize, analizirani su sledeći faktori: akumilacija, radijacija, evaporacija, ventilacija i zasenjenje. Rezultat analize ukazuje, da je sa smanjenjem stepena izgrađenosti prisutan rast solarnih vrednosti faktora akumulacije, radijacije, evaporacije, i ventilacije, kao i pad vrednosti faktora zasenjenja. Upotrebljiv rezultat za ocenu solarnih karakteristika bloka, na osnovu stepena njegove izgrađenosti je solarni faktor stepena izgrađenosti (Sisol) koji se kreće od 2.63 za prvu kategoriju (Si1), do 3.72 za petu kategoriju (Si5).

Ocena vrednostri faktora stepena izgrađenosti data je u opsegu od 0.2 do 1.0.

3. Solarna efektivnost stepena iskorišćenja zemljišta [Sk]

Na slici 1, prikazana je polazna shema za dekompoziciju urbanog bloka, sa stanovišta stepena iskorišćenja zemljišta. Kao i u predhodnom slučaju za stepen izgrađenosti (Sin), i za sepen iskorišćenja zemljišta (Skn), pošlo se od kvintne kategorizacione vrednosne podele u odnosu na stepen iskorišćenja zemljišta i to za: prvu grupu Sk1=1.2, drugu grupu Sk2=1.0,

treću grupu Sk3=0.8, četvrtu grupu Sk4=0.6 i za petu grupu Sk5=0.4.I u ovoj kategorizacionoj podeli uzeti su u obzir uticajni faktori od bitnog značaja za solarno energetsku konverziju, i to: faktor akumulacije, radijacije, evaporacije,

ventilacije i zasenjenja. Sa porastom stepena iskorišćenja zemljišta rastu i vrednosti koefi cijenata akumulacije, radijacije i zasenjenja, a opadaju vrednosti koefi cijenata evaporacije i ventilacije. Zbog ove suprotnosti, a približno istih apsolutnih vrednosti koefi cijenata sa suprotnim trendom promene u odnosu na promene vrednosti koefi cijenta Skn, imamo relativno male prome-ne solarnog faktora stepena iskorišćenja (Sksol), koji se kreće u intervalu od 3.24 za Sk1 do 3.32 za Sk5. Ocena vrednosti data je u rasponu od 0.2 za Sk1 do 1.0 za Sk5. Na slici 2, dat je grafi čki prikaz funkcionalne raspodele koefi cijenata od bitnog značaja za maksimalan prijem pasivnog solarnog zahvata uz varijante promene stepena iskorišćenja zemljišta u urbanom bloku. Sa grafi čkog prikaza može se uočiti da je uticaj faktora solarnog zasenjena za peti nivo podele (Sk5) minimalan a za prvi nivo (Sk1) maksimalan. Na sličan način ponašaju se i akumulacioni i radiacioni faktori, dok faktori evaporacije i ventilacije imaju obrnut tok.

1. ZaključakSinteza solarna efektivnosti stepena izgrađenosti [Si] i stepena iskorišćenja zemljišta [Sk]

Tabela 2 Kategorizacija stepena iskorišćenja zemljišta u urbanom bloku sa pripadajućim solarno uticajnim faktorima

Slika 1 Dekompozicione varijante stepena iskorišćenja zemljišta urbanog bloka

Slika 2 Grafi čki prikaz solarno relevantnih koefi cijenata za stepen iskorišćenja zemljišta urbanog bloka, i ocena njigovih vrednosti

Slika 3 Grafi čki prikaz dekompoziciono korekcionih solarnih koefi cijenata stepena izgrađenosti (Sin) i stepena iskorišćenja zemljišta (Skn urbanog bloka.)

[207]

energija

Na grafi čkom prikazu (v. Sl. 3), dat je dekompozicioni prikaz relevantnih solarnih faktora za stepen izgrađenosti (Sin), i stepen iskorišćenja zemljišta (Skn). NJihova tačka preseka (Pkr), nalazi se približno u vrednosnom intervalu oko 0.675 (3.273). Značajno je, da od 0.2 do 0.675 dominantan uticaj ima faktor stepena iskorišćenja, a od vrednosti 0.675 dominantnu ulogu pre-uzima faktor stepena izgrađenosti urbanog bloka.

2. Literatura1. Prvi međunarodni maučni skup“

Urbana ekologija Niš, Univerzitet u Nišu 1992. god. ISBN 86-7879-003

2. R. Mančić, „Osnovni zakoni urbane ekologije“, „Facta universitatis“ serija „working and living enviromental, protection“ , VOL,1,No 1, Niš 1996, str 1.

3. Kuražkovskij Nikolaevich, „Osnovì vseobščej ekologii”, RostvskiJ. Universitet, Rostov-na-Donu, 1992. god

4. N.F. Rejmers, „Nadeжdì na vìжivanie cheloveчestva- Konceptualnaja ekologija» Moskva 1992.

5. Paul Andre, «Osnove modela ekolo¡kog sistema» Beograd 1994.

6. R. Mančić “Industrijski objekti i urbanizacija”,Ekoman- Niш 1996

7. J. Dimitrijeviћ, «Nove metode za ocenu efekta mera zastite zivotne sredine u urbanim prostorima»: doktorska disertacija, Fakultet zaшtite na radu, Nis,1994.god.

8. R. Mančić, “Ekologie i Sport “Nauchna konferencija ,Ekoforum za mir-Sofi e, 1995 god.

9. Odum E.P.,Odum H.T. Natural areas as necessary components of mans total anvironment Trans.37-th Mexico City, 1972. Njashington,D.C.,1972.P. 178-189.

10. R. Mančić. ″Основи теорије планирања животног простора″, Екоман, Nis 2002.

11. R. Mančić.″Fundamentaljnie zakony ekologii goroda″, Mezdunarodnaja konferencija ″Predupreditel′nij inzenering i okruzajushchaja sreda″ ,Nis 1995.

dr Miodrag Regodić, Vojna akademija, Beogradmr Vladan Tadić, Ministarstvo odbrane, Beograd

UDC: 504.3 : 551.524/.55 : 528.8

Primena satelitskih snimanja pri praćenju atmosferskih pojava

I UvodPod pojmom daljinskih istraživanja u meteorologiji možemo smatrati merenja i praćenja stanja atmosfere pomoću različitih senzora ugrađenih u svemirske letelice.Tridesete godine 20. veka su označile novu eru istraživanja u meteorologiji. Tih godina su započela prva istraživanja u mete orologiji pomoću

radiosondi. Na taj način su se mogla registrovati osnovna svojstva at-mosfere iznad prizemnog sloja, u kojem se odvija život. Uvođenjem radarskog sistema u meteorologiju, oko 50-ih godina 20. veka, započelo je opažanje padavina i sistema sa “daljine”.Počeci korišćenja meteoroloških raketa za snimanje oblaka iz vazduha

Sažetak Oduvek postoji realna potreba za neposrednim opažanjem i proučavanjem pojava čije dimenzije prelaze gornju granicu ljudskih mogućnosti. Iz potrebe da se dobiju novi podaci, da osmatranja i izučavanja budu objektivnija od dosadašnjih sinteza, prihvaćen je novi istraživački metod – daljinska detekcija. U radu su predstavljeni principi i elementi daljinske detekcije, kao i osnovni aspekti primene daljinskih istraživanja pri istraživanjima meteoroloških parametara i stanja atmosfere, u prvom redu ozona. Primena satelitskih snimaka moguća je u svim fazama globalnog i sistematskog istraživanja različitih atmosferskih pojava. Pri tim istraživanjima se koriste aero i satelitski snimci različitih osobina, a analiza i interpretacija se sprovodi vizuelnim i računarski podržanim postupcima.Ključne reči: daljinska detekcija, životna sredina, atmosfera, satelitski snimak, senzor.

A USAGE OF SATELLITE SURVEYS IN MONITORINGATMOSPHERIC PHENOMENAIt has always been a real need to perceive (survey) directly and study the events whose extent is beyond upper limitations of people’s possibilities. In order to get new data, to make observations and studying much more objective in comparison with so far syntheses - a new method of examination - called remote sensing - has been adopted. The paper deals with the principles and elements of remote sensing, as well as basic aspects of using remote researches in researching meteorological (weather) parameters, and the state of atmosphere, ozone fi rstly. Usage of satellite images is possible in all phases of the global and systematic researching of different atmospheric phenomena. In these researches are used plane and satellite images of different characteristics, and the analysis and interpretation is carried out by viewing and computer added procedures.Key words: remote sensing, the environment, atmosphere, satellite image, sensor .

[208]

energija

(oko 80 km iznad tla) datiraju iz 1949. godine. Rezultati dobijeni tim istraživanjima su bili snažan podsticaj razmatranju mogućnosti korišćenja veštačkih Zemljinih satelita za meteorološka me renja i opažanja, na čemu su posebno intenzivno radile velike sile - SAD i bivši SSSR.Tako je već 01.04.1960. godine lansiran prvi meteo rološki satelit nazvan TIROS-1 (Television Infra-Red Operational Satellite), a lansiran je u okviru američke svemirske agencije NASA. Nakon tog prvog lansiranja usledila je serija lansiranja meteoroloških satelita u pomenutim zemljama.U pocetku su to bili sateliti koji su imali polarnu orbitalnu putanju oko Zemlje, na visini 600-800 km. Već sredinom 60-ih go dina lansiran je prvi satelit u geostacioniranu putanju, čije je kretanje bilo sinhronizovano sa kretanjem Zemlje, na visini oko 36.000 km. Pored SAD-a i bivšeg SSSR-a i neke druge zem lje su počele intenzivno raditi na razvoju meteoroloških satelita. Tu naročito treba istaći Indiju, Kinu i Japan.Do sada je lansiran veliki broj meteo roloških satelita za operativne i naučne potrebe (Nimbus, Meteor, SNS, ESSA, Meteo-sat, Terra i dr.). Oni su opremljeni uređajima za snimanja i merenja u vidljivom i infra-crvenom delu elektromagnetskog spektra, kao i u mikrotalasnom području. Pomoću njih je načinjeno više stotina hiljada snimaka oblaka, od kojih su neki otkrili položaje novostvorenih tropskih ciklona, odnosno uragana, pa imaju veliko praktično značenje. Vremenom su sateliti i senzori ugrađeni u njima postojali sve usavršeniji, omogućavajući snimanje atmosferskih pojava u većem broju spektralnih kanala i s boljom prostornom i radiometrijskom rezolucijom. S obzirom na visinu iz koje snimaju, kao i način snimanja, meteorološki sateliti su podeljeni u dve grupe: geosta-cionirane i polarnoorbitalne. Geostacionirani meteorološki sateliti se nalaze u ekvatorijalnoj orbiti, krećući se ugaonom brzinom i smerom jednakoj ugaonoj brzini i smeru rotacije Zemlje. Zbog toga, sateliti ostaju prividno nepokretni prema Zemljinoj površini. Oni rotiraju oko ose, koja je paralelna sa osom rotacije Zemlje, brzinom od oko 100 obrtaja u minuti. Za prekrivanje snimanjem ukupne Zemljine površine i praćenje

procesa u atmosferi potrebno je da istovremeno u geostacioniranoj putanji bude najmanje pet satelita u radu. Osnovni zadatak tih satelita je emitovanje snimaka Zemlje u vidljivom i infracrvenom delu spektra.Polarnoorbitalni meteorološki sateliti obilaze Zemlju po svojoj orbiti, najčešće na visini od oko 800 km i pri tome ugao inklinacije orbite iznosi 81 ili 98 stepeni, a vreme obilaska putanje traje 105 minuta. Putanja satelita sinhronizirana je sa Suncem, pa je tako omogućeno opažanje meteoroloških pojava uvek u isto vreme, zbog čega su podaci kompatibilni u vremenu. Moć razlučivanja tako dobijenih snimaka veća je nego u onih što se dobiju iz geostacioniranih satelita, ali im je vidno polje znatno manje, pa time i snimljena površina.Osnovni instrumenti za snimanje u meteorološkim satelitima su telefotometar, skenirajuća TV kamera, skenirajući radiometar u infracrvenom području spektra i mikrovalni radiometar, kao i niz drugih instrumenata namenjenih za različita specijalistička opažanja i merenja. U bivšem SSSR-u (Rusija) era satelitske meteorologije započela je 1963. godine korišćenjem podataka dobijenih pomoću satelita Kosmos. Međutim, operativni podaci dobijeni su nešto kasnije posredstvom satelita METEOR. Druga generacija ruskih satelita započela je lansiranjem satelita METEOR-2, 1975. godine, opremljenim brojnim uređajima za daljinska opažanja.Iako postoji veći broj meteoroloških satelita, za europsko područje najinteresantniji je geostacionirani

satelit METEOSAT, koji je lociran na griničkom meridijanu iznad ek vatora, na visini oko 36.000 km.Sateliti iz serije METEOSAT, lansirani u organizaciji Evropske svemirske agencije (ESA), npr. METEOSAT-5/MOP-2, METEOSAT-67MOP-3 i METEOSAT-7INlIV poslali su ogroman broj korisnih meteoroloskih po dataka (slika 1).Meteorološki parametri koji su registrovani pomoću tih satelita bili su:• temperatura površine mora• izrada karata najviših vrhova oblaka• izrada karata distribucije oblaka• set bazičnih klimatoloških

podataka.

II Princip i primena daljinske detekcije

Daljinska detekcija u užem smislu obuhvata analizu i interpretaciju različitih snimaka delova Zemljine površine, načinjenih sa površine terena, iz vazduha, ili iz kosmosa. Početak njene istorije mogao bi biti nastanak klasične fotografi je, koja se javlja 1839. godine i vezuje za ime Francuza Dagera (Daguerre). Deset godina kasnije, u Francuskoj fotografi ja počinje da se primenjuje pri izradi topografskih karata. Naziv daljinska detekcija je slobodni prevod engleskog termina Remote Sensing. U francuskoj literaturi ovaj termin se prevodi kao Teledetection, u nemačkoj Fernerkundung, a u ruskoj distancionnie issledoaniя.Kod nas se, prema korišćenom literaturnom izvoru, pojavljuju i nazivi “daljinska opažanja”, “daljinska istraživanja”, “teledetekcija”, “daljinski metodi”, “distanciona istraživanja”. Pojam daljinska detekcija je najviše u upotrebi.Najpogodniju defi niciju daljinske detekcije dala je Evelin Pruit 1960. godine koja glasi: ‘’Daljinska detekcija predstavlja metod prikupljanja informacija putem sistema koji nisu u direktnom, fi zičkom kontaktu sa ispitivanom pojavom ili objektom’’.U stranoj literaturi srećemo i defi niciju koja kaže da je daljinska detekcija nauka (u širem smislu i umetnost) o prikupljanju podataka o Zemlji bez fi zičkog kontakta sa njom. Podaci se prikupljaju registrovanjem i snimanjem odbijene ili emitovane energije objekta i obradom, analiziranjem i korišćenjem tog podatka.

Slika 1 Satelit MOP-2 i prvi snimak sistema Zemlja-atmosfera dobijen iz METEOSATA druge ge neracije, 1991. godine [5]

[209]

energija

Obe defi nicije, kao i druge, vide daljinsku detekciju kao postupak izviđanja i snimanje Zemljine površi iz vazduha, svemira ili sa Zemlje, bez kontakta sa površinom Zemlje. Danas se pod terminom daljinska detekcija podrazumeva i aerofotogrametrija uz uvažavanje

specifi čnosti fotografskog nastajanja snimka.Kod realizacije postupaka daljinske detekcije jasno se može defi nisati i izdvojiti nekoliko direktno povezanih elemenata. U geonaukama, među koje spada i geodezija, objekat

je fi zička površina Zemlje. Objekat zrači elektromagnetnu energiju, koja nosi informacije o njegovim osobinama. Energija može biti sopstvena i refl ektovana, koja je saopštena objektu iz prirodnog ili iz nekog veštačkog izvora.Energiju registruje senzor, koji se u najvećem broju slučajeva nalazi

na pokretnoj platformi (zemljinom satelitu). Na osnovu složenog elektronskog sklopa senzora registrovani signal se prevodi u oblik pogodan za obradu, odnosno nastaje odgovarajući snimak u digitalnom ili analognom obliku. Zatim, sledi

Slika 2 Princip daljinske detekcije

Slika 4 Satelitski snimci oblaka u više intervala spektara: A) infracrvenom, B) vidljivom i C) spektru vodene pare

Slika 3 Osnovni elementi daljinske detekcije

[210]

energija

analiza snimljenog područja, interpretacija rezultata i na kraju upotrebljiva informacija (podatak) o snimljenom sadržaju. Ta informacija najčešće obuhvata saznanje o vrsti, granicama prostiranja i intenzitetu registrovanog fenomena. Princip daljinske detekcije se jednostavno može sagledati na osnovu slike 2. Osnovni elementi koji učestvuje u postupku daljinske detekcije su (slika 3):• objekat - predmet istraživanja - A,• elektromagnetna energija - B,• senzor, platforma - C,• snimak, analiza, interpretacija - D,• informacija za upotrebu - obrađeni

podatak deljinske detekcije - E.

III Praćenje meteoroloških pojava – oblaka i vetra

Jedna od najvažnijih primena podata ka dobijenih posredstvom satelita u meteorologiji je praćenje sistema oblaka, pri čemu se registruje količina naoblačenja, te vrste i visine oblaka tzv. nefanaliza. Za te potrebe koriste se snimci oblaka u vidljivom, infracrvenom termalnom spektru i području vode ne pare (slika 4).U infracrvenom delu spektra (slika 4A) dobijaju se informacije o termalnim odnosima. Tako se vrhovi oblaka prikazuju hladnim (na slici bela boja), dok se tlo i površina mora (kad nema oblaka) prikazuju toplijim (na slici prikazano tamno). Po pravilu, što je površina sa koje je zračenje stiglo hladnija, na slici će ona biti svetlija; za oblake to znači da im se vrhovi nalaze na većoj visini.U vidljivom delu spektra zapažaju se informacije o albedu, pa se gusti vodeni oblaci na slici prikazuju belim, a tlo i more tamnim (slika 4B).Kod snimka načinjenog u spektru vodene pare, sive nijanse prikazuju sadržaj vodene pare u sloju između 5 i 10 km iznad tla, odnosno u srednjoj i višoj troposferi (slika 4C).Na slikama se mogu prepoznati oblaci karakterističnih oblika i dovesti ih u vezu s atmosferskim sistemima, kao što su cikloni, anticikloni, ili atmosferski frontovi. Tako se satelitski snimci oblaka koriste kao važan dijagnostički materijal u operativnoj, posebno kratkoročnoj prognozi vremena, zatim praćenju kretanja tropskih ciklona i u druge svrhe.Prepoznavanje oblaka na osnovu

digitalnih satelitskih podataka izvodi se pomoću određenih programa klasifi kacije, pri čemu se koristi skup merenja koja opisuju neki objekat ili pojavu (pritisak, temperaturu, albe do itd.). Za ta prepoznavanja danas postoji više postupaka, a u principu prepoznavanje uzoraka može biti direktnim upoređivanjem objekata i prototipova, te matematički orijentisanim tehnikama koje se zasnivaju na statističkom pristupu.Pored prepoznavanja i svrstavanja obla ka u tipove, kod klasifi kacije je potrebno prepoznavati i klasifi kovati podlogu na Zemlji: tlo, vodu (oceane, jezera, reke), sneg i led s obzirom na osobine oblaka (temperatura područja u kojima se javljaju i svetline).SAR (Synthetic Aperture Radar) ugrađen u ESA satelite (ERS-1 i ERS-2) omogućuje dobijanje snimaka, koji se mogu primeniti za računanje polja vetrova iznad morske i okeanske površine. Talasasta površina mora je izazvana lokalnim poljem vetra, pa se radarskim senzorom mogu meriti elementi vetra. Naročito korisne informacije o vetru dobijaju se u priobalnim zonama. Mere se polja vetra npr. površine 45 x 45 km u pojasu širokom 500 km. ERS - SAR podaci visoke rezolucije od 25 x 25 m i pojasom snimanja širokim 100 km pružaju jedinstvenu priliku za računanje po lja vetra nad površinom okeana u kartama srednjeg razmera.Na osnovu satelitskih snimaka načinjenih radarskim postupkom (SAR) moguće je izraditi karte visoke rezolucije energije vetra, kao dodatak merenjima za određivanje lokacije, npr. mesta vetrenjače. Karte vertikalne energije načinjene na temelju SAR podataka mogu se razmatrati kao komplementarne standardnim meteorološkim poljima merenja, pri tome mogu uspešno da posluže i za simuliranje modela.Pored merenja brzine i smera vetra iznad mora i okeana, satelitskim snimanjem je moguce ustanoviti prosecne temperature povrsine mora, za odredeni period vremena

IV ZaključakDaljinska detekcija postaje sve značajnija i nezaobilazna metoda prikupljanja informacija o prostoru uopšte. Sve vodeće satelitske misije i programi, pored praćenja i snimanja stanja najrazličitijih prirodnih i društvenih pojava, mogu uspešno da

zadovolje sve zahtevnije zadatke u ekologiji, meteoroloških parametara i stanja atmosfere, u prvom redu ozona. Primena satelitskih snimaka moguća je u svim fazama globalnog i sistematskog istraživanja različitih atmosferskih pojava.Nove generacije senzora ugrađenih u svemirske letelice omogućuju sistematsko osmatranje, snimanje i merenje različitih relevantnih podataka važnih za utvrđivanje promena i procesa u moru, na kopnu i u atmo sferi. Na temelju tako prikupljenih informaci ja moguće je ukazati na aktualna zbivanja u tim sredinama, ali i prognozirati prirodne katastrofe.Danas se ne može zamisliti dugoročna strategija razvoja jedne zemlje, kao i defi ni sanje dugoročnih mera zaštite životne sredine i upra-vljanja rizikom, bez uključivanja informacija koje se dobijaju posredstvom veštačkih Zemljinih satelita.Imajući u vidu sve naglašenije potrebe očuvanja životne sredine, uz sve veći razvoj industrije i proširenje načina korišćenja prirodnih resursa primenom novih i savremenih metoda (kao što su satelitska daljinska istraživanja) moguće je ukazati na smernice za donošenje relevantnih odluka o preventivnoj zaštiti životne sredine.

V Literatura[1] Halbouty, M, T. (1980): Geologic

signifi cance of Landsat data for 15 great oil and gas fi elds. AAPG Bull. 64/1.

[2] EOSAT (1991): Landsat Data Users Notes, 6/2, 1991.

[3] ESA (1998): Fires. Earth Watching Anthology. ESA - Eurimage.

[4] Oluić, M. (2001): Snimanje i istraživanje Zemlje iz svemira. Hrvatska akademija znanosti i umjetnosti i Geosat, Zagreb

[5] Sabins, F. (1979): Oil occurrence and plate tectonics as viewed on Landsat images. Proc. 10th World Petroleum Congres, Bucharest

[211]

energija

Mr Draško Kovač, dipl. ing. »Riviera«, A.D., »Fakultet za pomorstvo« Kotor

UDC: 621.18.004

Efi kasnost parnog kotla loženog teškim tečnim gorivom

Sažetak Ovaj rad se bavi energijskom i eksergijskom analizom parnog kotla, baziranoj na Prvom i Drugom zakonu termodinamike sa ciljem da se ispita mogu nost pove anja njegove efikasnosti. Analiza je primijenjena na parni kotao ložen mazutom, koji je instalisan u industrijskoj toplani »Riviera« Kotor. U radu je iznijeto odre ivanje relevantnih parametara parnog kotla. Na osnovu tih parametara ura ena je termodinami ka (energijska i eksergijska) analiza parnog kotla Minel-TE-104, kojom se obuhvatilo matemati ko odre ivanje energijskog i eksergijskog stepena iskoriš enja parnog kotla. Postavljen je matemati ki model za odre ivanje eksergija supstanci i eksegijskog i energijskog stepena iskoriš enja.

Eksergijska analiza predstavlja savremeni pristup u tretiranju energetskih procesa. Primjenom relativno pojednostavljenih modela industrijskih energetskih procesa, omogu ena je analiza njihove efikasnosti na jedan suptilniji na in koji energetske procese ne tretira samo u kvantitativnom, ve i u kvalitativnom smislu.

U radu je data uporedna primjena energijske i eksergijske analize procesa u parnom kotlu loženog mazutom. Dobijeni rezultati jasno ukazuju na prednosti koje su posledica eksergijske analize, prije svega ukazuju i na potencijal koji nam stoji na raspolaganju u smislu pove anja efikasnosti rada kotla. Klju ne rije i: parni kotao, energija, eksergija, efikasnost, proces

EFFICIENCY OF FUEL OIL BURNED STEAM BOILER This paper deals with the energy and exergy analysis of steam boiler, based on First and Second

law of thermodynamics in order to investigate the possibility of increasing its efficiency. The analysis is applied to the fuel oil fired steam boiler, which was installed in industrial heating plant »Riviera« Kotor.

The paper put forward in determining the relevant parameters of a steam boiler. Based on these parameters was performed thermodynamic (energy and exergy) analysis of boiler Minel-TE-104, which included mathematical determination the energy and exergy efficiency of steam boiler. A mathematical model to determine the exergy of substances and exergetic and energetic efficiency.

Exergy analysis is the modern approach in the treatment of the energy process. By using a relatively simplified model of industrial energy processes, enabled the analysis of their performance on a more subtle way that does not address the processes of energy only in quantitative but also qualitative terms. This is primarily reflected in the application exergy analysis process.

The paper gives a comparative application of energy and exergy analysis process steam boiler fuel oil burned. The obtained results clearly indicate the benefits that result from exergy analysis, primarily pointing to the potential that is available for us in terms of improved efficiency of the boiler. Key words: steam boiler, energy, exergy, efficiency, process

[212]

energija

1. Uvod Zadatak parnog kotla je da toplotu dobijenu sagorijevanjem goriva preda vodi i vodenoj pari, koja na izlazu iz parnog kotla treba da ima odre eni pritisak i temperaturu. Toplota proizvedena tokom sagorijevanja ne može u potpunosti biti predata vodi. Dio toplote se gubi kroz konvekciju na plaštu kotla, a drugi dio kroz dimne gasove koji odlaze u atmosferu. Ova, uslovno re eno neiskoriš ena toplota, ima dominantan uticaj na samu efikasnost kotla. Sa druge strane, kako potrošnja goriva zavisi od efikasnosti kotla, to prethodno navedeno predstavlja dovoljno jak razlog da se efikasnost kotla proanalizira na jedan sistematski i sveobuhvatan na in. To je mogu e posti i primjenom energijske i eksergijske analize efikasnosti parnog kotla. Tradicionalne metode analize energetskog-termalnog sistema bazirane su na energijskoj analizi sistema, odnosno na Prvom zakonu termodinamike. Ali kako energijska analiza govori samo o energijskom bilansu, ona ne daje odgovor na pitanja kvaliteta procesa transformacije energije koja se doga a u pojedinim djelovima sistema. Naime, kvalitet transformacije energije predstavlja u stvari mjeru njenog iskoristivog potencijala. Drugi zakon termodinamike uvodi pojam eksergije kao jedan mo an koncept u procesu analize energetskih-termalnih sistema, koncept koji obezbje uje jednu metodologiju dublje procjene kvaliteta procesa. Eksergijom se u stvari definiše korisni potencijal sistema. Sa druge strane, eksergija ne predstavlja bilansno svojstvo za koje se može napisati zakon konzervacije: ona se troši ili uništava usred ireverzibilnosti procesa i na taj na in predstavlja potencijal za ostvarivanje neke promjene. Eksergijska analiza otkriva da li je i u kojoj mjeri mogu e konstruisati efikasniji sistem u smislu smanjenja izvora postoje ih neefikasnosti. Ovaj rad se bavi energijskom i eksergijskom analizom parnog kotla loženog na mazut.

Kapacitet Proizvo a Tip Pare

t/h vodePritisak

bar Gorivo

MINEL TE-104 2,5 30 Mazut Kotao (slika 1) se koristi u procesnoj industriji »Riviera« - Kotor za cijepanje masno a u pogonu bazne hemije na postrojenju proizvodnje masnih kiselina.

Slika 1: Blok kotao Minel TE-104

[213]

energija

2. Energijska i eksergijska analiza Termodinami ka analiza obuhvata Prvi i Drugi zakon termodinamike. Prvi zakon termodinamike je, u suštini, zakon o održanju energije. Zakon o održanju definiše energetski bilans kojim je obuhva ena razmjena energije u termodinami kom sistemu. Koli ina energije koja prelazi kroz bilo koji stabilni sistem podvrgnut nekom procesu, prema ovom Zakonu, može biti izražena kroz jednakost ulaznog i izlaznog energetskog fluksa: E ul = E iz (1) Prvi zakon termodinamike ne tretira kvalitet energije, ve to omogu ava primjena Drugog zakona termodinamike. Drugi zakon termodinamike govori o sposobnosti transformacije jednog oblika energije u drugi oblik. Dio energije koji se potpuno pretvara u druge oblike energije naziva se eksergija, a dio energije koji ne može da se transformiše naziva se anergija.

Energija = Eksergija + Anergija

2.1 Energijska analiza parnog kotla U opštem slu aju u parni kotao se dovodi napojna voda, gorivo i vazduh za sagorijevanje, a iz njega odvodi proizvedena svježa para, dimni gasovi i pepeo kao nesagorivi dio goriva. Shematski prikaz strujanja-toka materija kroz analizirani parni kotao prikazan je na slici 2. [3]

Slika 2: Shema strujanja-razmjene materija kroz parni kotao

Prema Prvom zakonu termodinamike za parni kotao, u kome nema transformacije toplotne energije u mehani ku (ne postoji rad, Lt=0), dovedena toplota je jednaka odvedenoj toploti pa je: kpppvvff Qimimimimim 21 (2)

ff im - energija-toplota dovedena gorivom, koja se sastoji od

hemijske i unutrašnje energije goriva na temperaturi okoline to vvim - energija-toplota dovedena vazduhom, 2im - energija-toplota vodene pare na izlazu iz kotla

1im - energija-toplota dovedena napojnom vodom

pppim - energija-toplota dimnih gasova na izlazu iz kotla

)( pppp tii - entalpija dimnih gasova pri tp

kQ - toplota odvedena konvekcijom i zra enjem iz kotla u okolinu to - temperatura okoline, tp - temperatura dimnih gasova

[214]

energija

Energija dovedena gorivom može se izraziti preko toplotne mo i goriva: [3] popovvoffdf imtimtimHm (3)

dH - donja toplotna mo goriva, )( oppo tii - entalpija dimnih gasova pri t0

Uvrštavanjem (3) u (2) dobija se: kpopppdf QiimiimHm 12 (4) Gornji izraz (4) predstavlja toplotni bilans parnog kotla. Dijelom toplote dovedene gorivom (lijeva strane jedna ine) pove ava se entalpija vode mase m od entalpije i1 do entalpije i2, pri emu se voda zagrijava i isparava. Dio toplote upotrebljava se za zagrijavanje gasova sagorijevanja od temperature okoline do temperature na izlazu iz kotla. Takav se prora un zasniva na definiciji toplotne mo i jer je ona odre ena uz pretpostavku da se gasovi sagorijevanja ohlade do temperature okoline. Kona no, dio toplote goriva predaje se okolini konvekcijom i zra enjem. [3] Energijski stepen iskoriš enja može se odrediti na dva na ina. Direktna metoda se temelji na mjerenju pritiska i temperature pare i vode, ulaznih parametara i protoka goriva i vazduha. Indirektnom metodom stepen iskoriš enja se odre uje tako da se odrede svi toplotni gubici, koji se zatim oduzimaju od 100 %. Kod parnog kotla loženog mazutom uzimaju se u obzir izlazni gubitak dimnih gasova i gubitak odavanja toplote na okolinu. Ako se toplotni bilans razmatra sa stanovišta proizvodnje pare, onda je samo prvi lan na desnoj strani jedna ine (4) korisna toplota pa se energijski (termodinami ki) stepen iskoriš enja parnog kotla može odrediti iz izraza: [3]

df

kpoppp

d HmQiim

H1

mi-m(i

f

12PK (8)

Iz gornjeg izraza može se zaklju iti da e energijski stepen iskoriš enja parnog kotla biti ve i ako temperatura dimnih gasova tp bude niža, odnosno što bliža temperaturi okoline to. Postizanje grani nog stanja (tp= to) kod razmatranog kotla nije mogu e iz prakti nih razloga. Tako e, energijski stepen iskoriš enja se može pove ati ako smanjimo odvo enje i zra enje toplote Qk , što se može posti i boljom toplotnom izolacijom kotla. Ina e gubici nastali odvo enjem toplote preko dimnih gasova su, u principu, znatno ve i od gubitaka Qk. 2.3 Eksergijska analiza parnog kotla Može se smatrati da je parni kotao otvoreni sistem koji prolazi kroz proces stabilnog toka koji obuhvata hemijske reakcije. Shematski dijagram kotla prikazan je na slici 3. [1]

Slika 3. Model parnog kotla

[215]

energija

Metoda eksergijske analize (koja se može smatrati i analizom raspoloživosti) je prikladan alat za postizanje efikasnijeg koriš enja energetskih resursa, obzirom da omogu uje odre ivanje lokacije, uzroka, i realne veli ine nastalih gubitaka, kao i nastalih ostataka u nekom procesu. Energijski (termodinami ki) stepen iskoriš enja parnog kotla PK (8) daje predstavu samo o bilansu toplote, ne uzimaju i u obzir kvalitet od koga zavisi radna sposobnost (eksergija). On ne ukazuje na kompletnu transformaciju energije goriva u smislu Drugog zakona termodinamike. Zato je uveden pojam eksergijskog stepena iskoriš enja Ex .

Bilans eksergije za posmatrani model parnog kotla je prikazan na slici 4.

Slika 4. Shema bilansa eksergije

Bilans eksergije, odnosno eksergijska ravnoteža za otvoreni sistem može se prikladno napisati u obliku [1]:

outg

inxExExE (9)

Bilansna jedna ina eksergije za posmatrani model parnog kotla je: gppvvff Exexmmexmexexmexm 21 (10)

fff exmEx - eksergija goriva , 11 exmEx - eksergija napojne vode

vvv exmEx - eksergija dovedenog vazduha za sagorijevanje

22 exmEx - eksergija vodene pare na izlazu iz parnog kotla

1ppp exmEx - eksergija dimnih gasova na izlazu iz kotla

gEx - gubici eksergije zbog odvo enja i zra enja toplote iz kotla u okolinu

Eksergija napojne vode Eksergija napojne vode se prema [1] može odrediti iz slede eg izraza: 010011 ssTiimxE (11)

0

10011 ln

TT

TTTcmxE (12)

Eksergija vodene pare Eksergija vodene pare se prema [1] i [2] može odrediti iz slede eg izraza: 020022 ssTiimxE (13)

[216]

energija

Hemijska eksergijska analiza goriva Razmatrani kotao je ložen mazutom ija su svojstva data u tabeli 1 [12] Tabela 1. Hemijska svojstva goriva (mazuta)

Maseni udjeli

Donja toplotna mo

c h s o w Hd 0,847 0,117 0,003 0,003 0,030

42827 kgkJ

Eksergija goriva je izražena kao [11]: fff exmEx (14)

odnosno kao [1]: HdmxE ff (15)

Šargut i Stiriliska [1] su pretpostavili da je odnos hemijske eksergije ( 0fex ) i donje toplotne

mo i za vrsta i te na industrijska goriva isti kao i za isto hemijske supstance koje imaju iste odnose

sastavnih hemijskih elemenata. Taj odnos je obilježen sa Hdex f

0

.

Za te na industrijska goriva [11] može odnos specifi ne energije fex i donje toplotne mo i

dH , za 5,0CO dobro aproksimirati relacijom :

ch

cs

co

ch

Hex

d

f 0844,212244,00425,01882,00374,1 (16)

Eksergijska analiza dimnih gasova

Dimni gasovi su izmjereni tokom rada parnog kotla pomo u analizatora dimnog gasa i rezultati

su dati u tabeli 2.

Tabela 2. Izmjereni maseni sastav, maseni protok i temperatura dimnih gasova CO2 (%)

N2 (%)

O2 (%)

SO2 (%)

H2O (%) pm

.

(kg/s)

t (ºC)

15,73 73,10 5,66 0,03 5,48 0,95

280

Eksergija za hemijsku supstancu (kineti ka i potencijalna eksergija su zanemarljive) je [1]:

0p

phpp xExExE (17)

Fizi ka eksergija dimnih gasova Fizi ka eksergija idealnog gasa je data izrazima [1]:

00

00 lnlnppR

TTcTTTcex pp

ph (18)

0

0

~

0 lnppTRcxTTxe

kkpk

php (19)

0

0

~

0 lnppRTcnTTEx

kkpk

php (20)

[217]

energija

Hemijska eksergija dimnih gasova Molarna hemijska eksergija idealnog gasa [1] je data izrazom:

00

00

0~

ln~pp

TRexM (21)

Molarna hemijska eksergija smješe gasova [1] je data izrazom:

i

iii

iiM xxTRexxex ln~0

0~

0~

(22)

Hemijska eksergija dimnih gasova [1] je data izrazom:

0~

0MTp exnEx (23)

gdje je: Tn - ukupan broj molova u smješi dimnih gasova,

ix - udio mola i -te komponente u smješi dimnih gasova i odre en je izrazom T

ii n

nx

Eksergijski stepen iskoriš enja parnog kotla Eksergijski stepen iskoriš enja ( Ex ) predstavlja odnos ukupnog eksergijskog "autputa" prema ukupnom eksergijskom "inputu" [1]:

in

g

in

gin

in

outEx Ex

ExEx

ExExExEx

1 (24)

Eksergijski stepen iskoriš enja Ex parnog kotla je prema [3], saglasno jedna ini (10) definisan izrazom:

fff

Ex emexexm

ExExEx 1212 (25)

12

12

iiexex

exH

f

PKdEx (26)

Razlika eksergija 12 exexex može se izra unati na slede i na in: 121212 ssTiiexexex o (27) Uvrštavanjem u jedna inu (26) slijedi da je:

12

121iissT

exH

of

PKdEx (28)

To – temperatura okoline, s2 – entropija vodene pare, s1- entropija napojne vode, i2 – entalpija vodene pare, i1- entalpija napojne vode.

Na osnovu prethodno izvedenog, eksergijski stepen iskoriš enja Ex zavisi od svojstva goriva (Hd i exf) i od energijskog stepena iskoriš enja ( PK).

Gubici eksergije u parnom kotlu Bilansna jedna ina eksergije (9) može se napisati u obliku: gpf xExExExExE 21 (29) Iz gornje jedna ine gubici eksergije su: 21 xExExExExE pfg (30)

[218]

energija

3. Rezultati i analize

Kao materijal za energijsku i eksergijsku analizu parnog kotla u ovom radu, koriš eni su zabilježeni podaci tokom rada kotla iz pogonske dokumentacije toplane [12]. Tako e, koriš eni su i rezultati mjerenja sastava, protoka i temperature dimnih gasova koje je ura eno pri izradi elaborata Ekspertiza kotlarnice. Na osnovu pogonskih parametara parnog kotla i izra unatih veli ina, analiti kim putem su izra unate eksergije i eksergijski gubici. Na kraju, prema jedna inama (8) i (28) izra unati su energijski i eksergijski stepen iskoriš enja parnog kotla.

U tabeli 3 su prikazane polazne i izra unate vrijednosti, odnosno rezultati.

Tabela 3. Polazne i izra unate vrijednosti i rezultati

Proizvodnja (produkcija) svježe pare m = 2,5 t/h = 0,70 kg/s

Produkcija toplote Q' = 1,74 MW

Zagrijevna površina kotla A = 71m2

Temperatura okoline t0 = 15 ºC

Pritisak okoline p0 = 1bar

Temperatura napojne vode t = 110 ºC

Temperatura dovedenog vazduha tv = t0 = 15 ºC

Temperatura mazuta t = 90 ºC

Donja toplotna mo goriva (mazuta) Hd = 42827 kJ/kg

Maseni protok (potrošnja) goriva mf = 173 kg/h = 0,048 kg/s

Temperatura sagorijevanja goriva t = 1500 ºC

Odnos spec. eksergije i donje topl. mo i exf /Hd = 1,064

Temperatura dimnih gasova tp = 280 ºC

Pritisak vodene pare p = 30 bar

Temperatura vodene pare t = 234 ºC

Entalpija vodene pare i2 = 2804 kJ/kg

Entropija vodene pare s2 = 6,186 kJ/kg

Eksergija napojne vode skJxE /80,371

Eksergija vodene pare skJxE /86,7162

Eksergija goriva skJxE f /00,187.2

Fizi ka eksergija dimnih gasova skJxE php /603,78 , kJEx ph

p 23,585.1

Hemijska eksergija dimnih gasova skJxE p /39,660 , kJEx p 44,338.10

[219]

energija

Eksergija dimnih gasova skJxE p /00,145 , kJEx p 67,923.2

Gubici eksergije skJxE g /14,362.1

Energijski stepen iskoriš enja pk = 0,80 = 80%

Eksergijski stepen iskoriš enja Ex = 0,31 = 31%

Dijagram energijske ravnoteže prikazan je na slici 5.

Slika 5. Energijski dijagram

Eksergijska efikasnost kotla ima relativno nisku vrijednost usled nepovratnosti koja nastaje tokom procesa sagorijevanja i to je rezultat procesa transfera toplote sa plamena na vodu.

Slika 6. Eksergijski dijagram

Dva faktora uti u na eksergijsku efikasnost kotla: eksergijski gubitak pri razmjeni toplote na razmjenjiva koj površini kotla i eksergijski gubitak kroz dimne gasove.

Eksergija vazduha ( vxE ) jednaka je nuli jer vazduh u parni kotao ulazi sa temperaturom koja je jednaka temperaturi okoline. Eksergija dimnih gasova ( pxE ) na izlazu iz parnog kotla ne iskoriš ava se jer se dimni gasovi nepovratno miješaju s okolnim vazduhom, pa je eksergija dimnih gasova na izlazu tako e gubitak eksergije. Eksergijski stepen iskoriš enja zavisi od dva inioca:

- Prvi obuhvata svojstvo goriva (Hd) i energijski stepen iskoriš enja ( pk). Njime je obuhva en odvod toplote dimnim gasovima i neposredni odvod toplote konvekcijom i zra enjem.

[220]

energija

- Drugi faktor može se izra unati kao razlika eksergija vodene pare i napojne vode. Ovaj faktor obuhvata nepovratnost sagorijevanja i prolaza toplote od produkata sagorijevanja na vodu i vodenu paru.

Iz iskustva je poznato da eksergijski stepen iskoriš enja prema izrazu (28) polako raste s pove anjem temperature pare. Me utim, pove anje temperature pare je pra eno znatnim pove anjem pritiska. Eksergijski stepen iskoriš enja parnog kotla znatno je manji od energijskog stepena iskoriš enja. To je posledica gubitka eksergije zbog prolaza toplote, koji iznosi oko 25% eksergije goriva. Tu su još i gubici zbog odvo enja toplote dimnim gasovima i zbog konvekcije i zra enja [11]. Analiza eksergijskog bilansa (sl. 6) razmatranog parnog kotla T-104 pokazuje da 69% od ukupne eksergije koja ulazi u sistem biva izgubljeno, dok preostalih 31% biva iskoriš eno. Najve i eksergijski gubitak nastaje od prenosa toplote (odvedena toplota konvekcijom i zra enjem iz kotla u okolinu) i kroz dimne gasove. Kako bi se pove ala eksergijska efikasnost kotla, temperature dimnih gasova moraju biti smanjene ili se dimni gasovi moraju upotrebiti u sistemima za iskoriš enje toplote. Gubici toplote se mogu smanjiti i optimizacijom izolacije kotla. Istraživanja i prora un relevantnih parametara i efikasnosti parnog kotla u ovom radu, imala su za cilj potpunije sagledavanje energijske i eksergijske problematike rada parnog kotla, radi dopune dosadašnjih znanja na ovakvim i sli nim ure ajima i postrojenjima. Sama eksergijska analiza treba da postane neizbježan pristup u analizi svakog procesa, jer njeni rezultati jasno osvjetljavaju efikasnost ure aja ili procesa u najdubljem smislu te rije i. LITERATURA [1] T.J.Kotas, The Exergy Method of Thermal Plant Analysis, Kreiger P.C.M., Florida,1995. [2] K.Wark, D.Richards, Thermodynamics, McGraw-Hill,1999. [3] H.Požar, Osnove energetike I, Školska knjiga, Zagreb,1992. [4] B.Udovi i , Energetika, Školska knjiga, Zagreb,1992. [5] Z.Prelec, Energetika u procesnoj industriji, Školska knjiga, Zagreb,1994. [6] B. or evi , V.Valent, Termodinamika i termotehnika, Gra evinska knjiga, Beograd,1991. [7] .Kozi , B.Vasiljevi , Priru nik za termodinamiku, Mašinski fakultet, Beograd,1991. [8] Lj.Brki , T.Živanovi , Parni kotlovi, Mašinski fakultet, Beograd,2002. [9] Lj.Brki , T.Živanovi , Termi ki prora un parnih kotlova, Mašinski fakultet, Beograd,2002. [10] M.Bogner, Termotehni ar, Poslovna politika, Beograd,1992. [11] D.Mali , B. or evi , V.Valent, Termodinamika strujnih procesa, Gra evinska knjiga, Beograd,1980. [12] Pogonski dnevnik rada toplane Riviera, Kotor, 2000.

[221]

energija

Tomislav Simović, Montinvest ad, BeogradMilica Gvozdenović, Tehnološko-metaluruški fakultet, BeogradBranimir Jugović, Tomislav Trišović, Institut tehničkih nauka SANU, Beograd

UDC: 621.565.8:620.1

Sistem za održavanje optimalne koncentracije inhibitora i PH u rashladnim sistemima

UvodKorozija je proces spontanog razaranja konstrukcijskih materijala, (uzrokovan fi zičkim, hemijskim i biološkim procesima) koji je odgovoran za gubitak 1% nacionalnog bruto proizvoda pojedinačne nacionalne ekonomije. Prema tome od velikog značaja je razvoj metoda i tehnika za smanjenje tog procesa. Nastanak korozije se uglavnom veže za direktan nagrizajući uticaj nekog korozivnog agensa na nezaštićeni čelik. Zavisno od dužine trajanja uticaja korozivnih jedinjenja na čelik i njihove agresivnosti, prije ili posle će doći do stvaranja korozije. Korozivni agensi koji izazivaju koroziju su tzv aktivatori oksidacije ili oksidansi. Sredstva odnosno jedinjenja koja usporavaju koroziju ili privremeno drže neko neutralno stanje su inhibitori korozije1. Hemijska jedinjenja koja utiču na stvaranje homogenog pasivnog fi lma na površini čelika su pasivizatori i mogu da izazovu efekte privremene antikorozivne zaštite. Zaštitna sredstva mogu da budu oksidne, metalne prevlake, specijalne boje i lakovi. Primena inhibitora korozije zauzima posebno mesto i po specifi čnosti zaštite kao i po raširenosti primjene. Inhibitori su supstance koje dodate u korozionu sredinu smanjuju brzinu korozije do tehnološki prihvatljivih iznosa. Dodaju se povremeno ili kontinuirano u zatvorene ili otvorene sisteme. Inhibitori mogu biti anodni, katodni ili kombinovani. Anodni inhibitori mogu: a) uzrokovati promjenu slobodne entalpije reakcije

tako da povećavaju polarizaciju anodne reakcije ili b) izazvati pasivaciju anodnih površina. Katodni inhibitori mogu: a) uzrokovati promjenu slobodne entalpije reakcije tako da povećavaju polarizaciju katodne reakcije, b) izazvati smanjenje katodne površine putem taloženja nerastvornih ili slabo

rastvornih korozionih produkata ili c) izazvati smanjenje koncentracije oksidacionog sredstva u elektrolitu. Neki inhibitori djeluju tako da formiraju adsorbirani sloj na površini metala koji povećava otpor u krugu anoda - katoda. Delovanje inhibitora može biti i kombinacija navedenih mehanizama.

SažetakU sistemima za klimatizaciju stambenog i poslovnog prostora radni fl uid je često voda. U uslovima velikih toplotnih opterećenja metalni materijali koji se koriste su neplemeniti i kao takvi su veoma podložni svim vrstama korozije. Fluid koji struji (voda) kroz takve armature i cevovode mora biti posebno obrađen kako bi korozija materijala bila svedena na najmanju meru jer pored ostećenja materijala dolazi do stvaranja naslaga korozionih produkata na unutrašnjim elementima rashladne instalacije smanjujući prolaženje toplote a time umanjuju energetsku efi kasnost procesa. Materijali rashladnog sistema i rashladni fl uid (voda) se moraju održavati u određenim parametrima kako bi se obezbedila maksimalna razmena toplote i minimizirali toplotni gubici, a na taj način uštedela znatna količina toplotne energije. U ovom radu je prezentiran automatski sistem za kontinualno održavanje parametara rashladne vode kao i automatski sistem za tretman vode koji služi za doziranje hemikalija u rashladni sistem. Sistem je projektovan i montiran u bolnici u Tripoliju – Libija 2010 god.

AbstractIn air conditioning systems of residential and offi ce space working fl uid is often water. In conditions of high heat loads metal materials used are ignoble and as such are very vulnerable to all kinds of corrosion. Fluid fl owing (water) through such valves and piping must be specially processed to corrosion of materials was reduced to a minimum, because in addition to material damage, the deposits of corrosion products occurs on the internal elements of the cooling installation by reducing the passage of heat and thus reduce the energy effi ciency of the process. Cooling system materials and a cooling fl uid (water) must be maintained in certain parameters in order to provide maximum heat exchange and minimize heat loss, and thus saved a considerable amount of heat. This document presents an automatic system for continuous maintenance of cooling water parameters and an automatic water treatment system that is used for chemical dosing into the cooling system. It was designed and installed in a hospital in Tripoli - Libya 2010.

[222]

energija

Anodni inhibitori koji djeluju tako da pasiviraju površinu metala nazivaju se još i “opasni” inhibitori, jer dodati u nedovoljnoj količini, anodne površine pasiviraju samo delimično, slika 1. U tom slučaju, dolazi do povećanje odnosa katodnih i anodnih površina, pa se na preostalim anodnim mestima korozija odvija većom brzinom nego u sastavu bez inhibitora. Za gvožđe i čelik važna su dva tipa anodnih inhibitora: oni koji nisu oksidaciona sredstva i zahtijevaju prisutnost kiseonika u elektrolitu (molibdati, silikati, fosfati i borati) i oni koji su sami po sebi oksidaciona sredstva (hromati i nitriti).Kao što se može videti sa dijagrama (slika 1) struja korozije je znatno veća sa nedovoljnom koncentracijom inhibitora u rashladnoj vodi od korozione struje u slučaju kada inhibitora uopšte nema u rashladnoj vodi. Najmanja struja korozije je sa optimalnom koncentracijom inhibitora jer je metal u pasivnoj oblasti. Grafi čki prikazi zavisnosti brzine korozije s promenom koncentracije inhibitora, imaju, za većinu organskih i neke neorganske inhibitore, izgled adsorpcijskih izotermi. To ukazuje da se inhibitorski mehanizam barem delimično meže objasniti adsorpcijom inhibitora na površini metala. Brzina korozije se kod većine inhibitora smanjuje s povećanjem njihove koncentracije, sve do postizanja granične brzine. Moguće je da brzina korozije raste povećanjem koncentracije

inhibitora iznad neke granične vrijednosti koncentracije. Npr., neki organski inhibitori koji su u velikim količinama prisutni u rastvoru, počinju se ponašati kao akceptori vodika smanjujući polarizaciju katodne reakcije (npr. alifatski aldehidi u kiselim otopinama). Koncentracija inhibitora izražava se najčešće u jedinicama mg dm-3 i u ppm (parts per million). Katodni inhibitori, dodati u bilo kojoj količini, smanjuju brzinu korozije i nisu “opasni”. U slučajevima u kojima je katodna reakcija redukcija kiseonika, inhibitor može reagovati sa hidroksilnim jonom koji je produkt te reakcije formirajući na površini metala nerastvorni hidroksid i tako smanjiti površinu katodnih mesta. Najčešći primeri ovih inhibitora su soli cinka i magnezijuma koje formiraju nerastvorne hidrokside i kalcijuma koje formiraju nerastvorni karbonat. Neki katodni inhibitori deluju tako da bitno smanjuju količinu kiseonika rastvorenog u elektrolitu (oxygen scavengers), i tako pomeraju ravnotežu reakcije redukcije kiseonika ulevo. U sredinama u kojima se tokom katodne reakcije izdvaja vodonik, neki inhibitori dovode do povećanja polarizacije katodne reakcije razvijanja vodonika. U ovu grupu spadaju soli metala kao što su arsen, bizmut i antimon i neki organski spojevi koji formiraju sloj adsorbiranog vodonika na površini katode. Inhibitori koji deluju tako da sprečavaju izdvajanje vodonika sa površine metala mogu uzrokovati

difuziju vodonika u metal i pojavu tzv. Vodonikove krtosti (hydrogen embrittlement).

Pokazatelji brzine korozijeBrzina korozije je osnovni parametar koji pokazuje korozionu stabilnost metala i veoma bitan faktor pri izboru primene određenog konstrukcionog materijala. Najčešće se izražava promenom mase, debljine,

mehaničkih i fi zičkih svostava ili gustinom struje korozije2,3.Brzina korozije izražena preko gubitka mase metala ili legura može se odrediti iz izraza:

∆m=m1-m2/At (1)

gde je ∆m (g/m2h) – gubitak mase metala; m1 (g) – masa metala pre korozije; m2 (g) – masa metala posle korozije; A (m2) – površina metala; t (h) – vreme razvoja korozije.Ukoliko prilikom procesa korozije dolazi do oslobađanja gasa ili se pak gas troši po jedinici površine metala, brzina korozije se izračunava na osnovu izraza:

Kzapr=V0/At (2)

gde je Kzapr (cm3cm-2h-1) – korozija metala; V0

(cm3) – zapremina gasa oslobođenog ili utrošenog pri koroziji jedinice površine metala, svedena na normalne uslove;Kada su oštećenja nastala korozijom ravnomerna po čitavoj površini ispitivanog uzorka, brzina se korozije može izračunati i kao smanjenje debljine, d (mm/god), u određenom vremenskom intervalu na sledeći način:

d=∆m/Αρt (3)

gde je: ρ (g/cm3) – gustina metala.Brzina korozije se može odrediti i na osnovu gustine struje korozije određene elektohemijskim metodom, koja se preko Faradejevog zakona koristi za odrađivanje smanjenja debljine na osnovu izraza:

V= 3,267 Μ jkor/nρ (4)

gde je: V (mm/god) – brzina korozije; jkor – (mAcm-2) – gustina struje korozije; Μ - (gmol-1) molarna masa metala ili ekvivalentna masa legure; ρ (g/cm3) – gustina metala; n – broj izmenjenih elektrona po odigravanju kompletne reakcije.Na osnovu određene brzine korozije mogu se ispitivani materijali razvrstati prema hemijskoj postojanosti i mogućoj primeni u uslovima korozije (Tabela 1).

Kvalitet rashladne vode u zatvorenim sistemima za hlađenjeKvalitet rashladne vode4 koja se nalazi u rashladnom sistemu pre ubacivanja inhibitora korozije mora da zadovolji kvalitetom koji je

Slika 1 Evansov dijagram korozijskog procesa pod utjecajem anodnog inhibitora koji pasivira anodne površine metala – pasivirajući inhibitor

[223]

energija

(mg/L) of CaCO3.Treba naglasiti da ultračista dejoni-zovana voda može takođe oštetiti neke materijale koji se nalaze u rashladnom sistemu iako je provodnost takve vode ispod 50 μS/cm. Voda koja služi za dopu-njavanje rashladnog sistema mora po sastavu biti ne korozivna, sterilna i da smrzava na -70C.

Karakteristike takve vode se mogu prikazati u sledećoj tabeli 3.Ukupna trvrdoća označena je u ppm (mg/L) of CaCO3.

Uređaj za kontinualno merenje i podešavanje PH vrednosti u zatvorenom rashladnom sistemuU rashladnim sistemima se etilen glikol i drugi organici tokom vremena oksiduju i kao krajnji proizvod njihove oksidacije stvaraju se kiseline koje smanjuju pH vrednost. Snižavanjem pH vrednosti čelik i gvožđe se depasivraju i brzina korozije postaje nekoliko puta

veća. Da bi se ovaj problem rešio neophodno je da se kontinualno meri koncentracija hidroksilnih ili vodoničnih jona i na osnovu tog parametra se dodaje adekvatna količina lužine kako bi se pH vrednost držala u oblasti preko pH=9. Naš tim je projektovao i izveo sistem za regulaciju pH vrednosti za najveću bolnicu u Tripoliju – Libija (veća od naše VMA). Sistem za regulaciju pH vrednosti rashladne vode se sastoji od rezervoara sa koncentroivanim rastvorom natrijum hidroksida, proporcionalne dozirne pumpe sa indikatorom nivoa, pH elektode, senzora protoka i elektoormara sa PLC-om. Uređaj radi u automatskom modu. Uslov automatskog rada je postojanje protoka kroz potisni vod rashladnog sistema što nam daje indikator protoka. Uzorak za merenje pH vrednosti se kontinualno uzima (protok oko 50 litara na sat) na potisnom vodu prvo fl uid prolazi kroz mehanički fi lter a potom kroz ćeliku za merenje pH i vraća se na usisni vod pumpe. pH vrednost rashladne vode se kontinualno meri pomoću staklene pH elektode sa koje se signal vodi u transmiter i koji uključuje proporcionalnu dozirnu pumpu ako vrednost pH padne ispod 8 a isključuje je kad vrednost pH dostigne 10. U slučaju prekoračenja vrednosti pH preko 11 i smanjenja vrednosti ispod pH 8 aktiviraće se svetlosni i zvučni signal koji upozorava korisnika da sistem za regulaciju pH ne obavlja softverom defi nisan zadatak. U tom slučaju korisnik mora da uzme uzorak sa slavine za uzorkovanje i ručnim pehametrom prekontroliše vrednost pH rashladne vode. Ukoliko se pokaže da je brojčana vrednost pH niska ispod 8 kao i na transmiteru najverovatniji uzrok kvara je zaprljanost elektode koju treba očistiti u blagoj kiselini. Alarm i zvučni i svetlosni će se aktivirati i u slučaju nestanka rastvora natrijum hidroksida a po njegovom dosipanju alarm prestaje da bude aktivan.

Uređaj za dopunjavanje rashladne vode u zatvorenom rashladnom sistemuDa bi se održavala optimalna koncentracija inhibitora u rashladnom sistemu neophodno je da se uzme uzorak na slavini za uzorkovanje (Slika 3) i uz pomoć test kita ispita koncentracija fosfata

Tabela 1

Tabela 2

Tabela 3

propisan domaćim standardom JUS H.Z8.010 i 011; JUS H.Z8.010. Voda koja se koristi za pripremanje rashladnog fl uida ne mora biti destilovana, ali mora biti bez mehaničkih nečistoća, primesa i propisanog hemijskog sastava. Da bi zaštitili infrastrukturu sistema kroz koji voda cirkuliše, rashladna voda mora biti specifi čnih fi zičko-hemijskih karakteristika tj nesme biti agresivna. Ukoliko nije adekvatnog hemijskog sastava može izazvati ozbiljna oštećenja materijala u sistemu za hlađenje. Svojstva takve vode su prikazana u sledećoj tabeli 2.Ukupna trvrdoća označena je u ppm

[224]

energija

– fosfonata. Ukoliko je koncentracija u sistemu nedovoljna radna dozirna pumpa se pomoću prekidača prebaci na manualni mod i uključi da ubaci potrebnu količinu inhibitora u rashladni sistem. Na osnovu izmerene koncentracije inhibitora i zapremine rashladne vode može se veoma tačno odrediti potrebna količina (u litrima) inhibitora

koju treba dodati da bi se održala njegova optimalna koncentracija. Ukoliko je koncentracija inhibitora u propisanim parametrima dozirna pumpa se prebacije na rad u automatskom modu. S obzirom da postoji mogućnost da u toku eksploatacije sistema dođe do gubitka rashladne vode neophodno je iz uređaja za hemisku pripremu vode ubrizgati u rashladni sistem adekvatnu količinu rashladne vode. U vodu za dopunjavanje mora se dodati adekvatna količina aditiva i inhibitora pre nego uđe u rashladni sistem. Rešenje koje je realizovano u bolničkom kompleksu je prikazano na slici 3 i radi na sledeći način. Kada je potrebno dopuniti rashladni sistem radnik zadužen za održavanje sitema otvara slavinu za ulaz sveže vode koja prvo prolazi kroz nepovratni ventil pa potom ulazi u impulsni merač protoka i potom se ubrizgava u glavni potisni vod rashladnog sistema. Impulsni merač protoka meri trenuti protok i na osnovu njega komanduje inpulsnoj dozirnoj pumpi koja dozira adekvatnu količinu

inhibitora. U slučaju nestanka vodenog rastvora sa inhibitorom iz rezervoara sa inhibitorom PLC će uključiti svetlosni i zvučni alarm i zaustaviti dalje ubacivanje neobradjene rashladne vode. Kada se rezervoar dopuni sa inhibitorom uređaj je ponovo spreman za rad. Dozirna pumpa treba da ubaci 1 litar koncentrovanog inhibitora na jedan

kubni metar dodate vode u rashladni sistem.

ZaključakU radu su prikazani samo osnovni podaci o koroziji materijala u slučaju kada se koriste anodni inhibitori korozije na bazi fosfonata. Dati su izrazi za brzinu korozije u zavisnosti od metode ispitivanja kao i polarizacioni dijagram gde se jasno uočava da je minimalna brzina korozije samo u slučaju ako se koncentracija inhibitora održava u optimalnim vrednostima. Pokazane su i sheme automatskih uređaja za kontinualno merenje i podešavanje pH vrednosti i uređaja za dopunjavanje rashladne vode u zatvorenom rashladnom sistemu. Prezentovani sistem već šest meseci uspešno funkcioniše u Medicinskom centru Tripoli - Libija.

Literatura1. Mladenović, S. „Korozija

materijala“, TMF, 1990.2. Shreir, L.L. Corrosion II,

London and Boston, Newness-Butterworths, 1976.

3. Payer, J.H. Electrochemical Techniques for Corrosion, 2nd Ed. Houston, NACE, 1978.

4. Corrosion of metalsand Alloy – Alternate Immersion Test in Salt Solution, ISO 11130/99.

Slika 2 Uređaj za kontinualno merenje i podešavanje pH vrednosti u zatvorenom rashladnom sistemu

Slika 3 Uređaj za dopunjavanje rashladne vode u zatvo-renom rashladnom sistemu

[225]

energija

Dr Miloš Banjac, van. prof. Mašinski fakultet Univerziteta u BeograduUroš Dekić, dipl. inž. maš. PD TENT d.o.o, Obrenovac

UDC: 620.9.91:621.311.243.001.573/004

Analiza rada vodenog skladišta sunčeve energije kao sezonskog toplotnog rezervoara toplotne pumpe

Sažetak U radu je prikazana mogu nost ostvarivanja apsolutno održivog grejno-rashladnog sistema sa toplotnom pumpom, prijemnicima sun eve energije i sezonskim skadištem toplotne energije u vidu u zemlju ukopanog vodenog rezervoara. Sa aspekta održivosti sistema, u smislu da svojim radom ne e ni u jednom segmentu niti narušiti niti promeniti prirodno okruženje u kome se koristi, te fizi kih ograni enja vezanih za veli inu rezervora, a sa ciljem odre ivanja potrebne površine prijemnika sun eve energije, izvršena je numeri ka analiza rada ovog sistema u periodu od jedne godine. Pri tome sukcesivni prora uni vršeni su za vremnske internale od po jednog sata, pri emu su kao uticajni inoci uzimani: eksprimentalno ustanovljene srednje temerature spoljašnjeg vazduha i srednje temerature površine zemlje, kao i prose no dozra ena energija sun evog zra enja.

1. Uvod U današnje vreme, usled sve ve e ugroženosti životne sredine, koriš enje obnovljivh izvora energije sve više dobija na zna aju. Pored njihovog osnovnog svojstva – obnovljivosti, veoma esto i ekonomski razlozi mogu da imaju presudan uticaj njihovu primenu. Drugim re ima, esto se dešava da se upotrebom obnovljivih izvora energije, pored smanjivanja štetnih uticaja na životnu sredinu, zna ajno smanjuju eksplatacioni troškovi pojedinih sistema. Isto tako, esto se dešava i da preteranom eksploatacijim ovih izvora, poremete prirodni mehanizmi kojim se ovi izvori obnavljaju i vra aju u prvobitno stanje, te se na taj na in ugrožava njhivo svojstvo obnovljivosti.

Kao jedan od obnovljivih izvora energije, za koje je oduvek vladala pove ana zainteresovanost, bila je i toplotna energija zemlje. Teorijski neograni en ovaj izvor toplotne energije, zbog svoje niske temperature dugo nije mogao biti iskoriš en. Tek je poslednjih decenija, sa razvojem i masovnom proizvodnjom toplotnih pumpi, on doživljava svoju punu afirmaciju. Me utim ve sa prvim godinama koriš enja i crpljenja energije zemlje, pojavili su se i novi problemi vezani za održivost ovih izvora – tzv. toplotno iscrpljivanje zemljišta. Donekle, problem je prevazi en koriš enjem ovih sistema i za hla enje objekata u letnjem periodu, kada se toplotne energija prikupljena iz hla enog prostora akumulisala u zemlju. Me utim, pokazalo se da ova energija nije dovoljna da sistem u potpunosti ostane održiv. Ona je samo omogu ila da se na neko vreme odloži problem toplotne isrpljenosti izvora. Zarad prevazilaženja ovog problema, nastala ideja o uklju ivanju u grejno-rashladni sistem toplotne pumpe dopunskog podsitema – toplotnog skladišta energije – u zemlju ukopanog rezervoara sa vodom, i prijemnika sun eve energije, koji e dopunskom toplotnom energijom snabdevati ovo toplotno škladište [1, 2]. Matemati ko modeliranje ovakvih sistema [1-4], do sada se odnosilo isklju ivo na dobijanje matemati ih relacija, koje pri u ustaljenim vrednostima toplotnih optere enja omogu iju odre ivanje temperaturnog polja oko u zemljištu ukopanog rezervoara. Smatraju i da ipak održivost zauzima klju no mesto za rad ovih grejno-rashladnih sistema, u ovom radu je upravo sa aspekta kriterijuma održivosti – potpunim povratkom u polazno stanje svih parametara u okolini i samom sistemu, predstavljena je metodologija za odre ivanje potrebne veli ine prijemika sun eve energije (PSE), te analiziran uticaj izme u veli ine podzemnog skladišta (rezervora) energije i potrebnog veli ine PSE.

2. Fizi ki model Za fizi ki model, za koji je definisana metodologija, uzet je grejno-rashladni sistem toplotne pumpe, tipa voda-voda, koji kao toplotni izvor zimi, odnosno toplotni ponor leti, koristi u zemlju ukopani, u potpunosti ispunjen vodom, sferi ni rezervoar, zapremine 300 m3 (sl. 1). Grejno-rashladni sistem tokom cele kalendarske godine obezbe uje temeraturu vazduha od 20ºC, unutar model objekta – ku e srednje teške gradnje, locirane na podru ju Beograda. Zbog klimatskih uslova ovog podru ja i ve eg crpljenja toplotne energije iz rezervoara zimi, razlika nedostaju e toplotne energije nadokna uje sun evom energijom

[226]

energija

prikupljenom preko spoljašnjeg PSE, direktno povezanim sa ukopanim rezervoarom. Za vreme prelaznih perioda (izme u sezona grejanja i hla enja), skladište ne radi aktivno. Energija sun evog zra enja se prikuplja tokom cele godine, izuzev perioda od 16. aprila – 8. maja. Tokom svih ovih procesa, u zavisnosti od vrednosti temperature vode u rezervoaru i temperature zemlje u koju je rezervoar ukopan, ostvaruje se odgovaraju i toplotni protok izme u rezervoara (vode) i zemlje.

Slika 1. Prikaz grejno rashladnog sistema sa podzemnog skladištem toplotne energije

Metodologija za odre ivanje potrebnih dimenzija PSE, temelji se na spregnutom prora unu tri energetska bilansa:

toplotnih potreba model objekta, energetskog bilansa ukopanog rezervoara i energetskog bilansa PSE.

Zbog nepostojanja egzaktnog rešenja diferencijane jedna ine koja opisuje neustaljeno temeratursko polje u beskona nom masivu oko ukopanog rezervoara promenljive toplotne izdašnosti, ovaj nestacionarni problem rešavan je numeri ki, sukcesivnim prora unima za vremenske intervale od jednog sata. Vremenski interval od jednog sata izabran je zbog dostupnosti tzv. asovnih vredosti spoljašnjih uticajnih parametra:

temerature spoljašnjeg vazduha, temeprature površine zemlje i dozra ene energije sun evog zra enja.

Drugim re ima ovaj nestacionarni problem rešavan sa 8760 prora una definisanih za stacionarne uslove rada tri navedena podsistema, ije se dejstvo me usobno spreže na samom energetskom bilansu podzemnog skladišta toplotne energije. S obzirom na relativno male promene temperature vode u rezervoaru, smatrano je da vrednosti koeficijenta grejanja, odnosno koeficijenta hla enja imaju stalnu vrednost. Za potrebe prora una predpostavljano je da su ove vrednosti iste i da iznose g = h = 4.

3. Bilans energije skadišta toplotne energije Klju ni i svakako najosetljiviji deo metodologije predstavlja ne samo formiranje, nego na in izra unavanja pojedinih lanova energetskog bilansa za podzemno skladište toplotne energije. Sam energetski bilans za podzemno skladište toplotene energije - rezervoar vode - za period od jednog sata može se izraziti na slede i na in (slika 2):

ul,1 izl,1h hU (1) gde su ozna eni sa:

ul,1h - toplotni protok koji se predaje vodi u rezervoaru i koji u toku jednog sata ima stalnu vrednost,

izl,1h - toplotni protok koji predaje voda iz rezervoara i koji u toku jednog sata ima stalnu vrednost, - vreme od 1h, U - promena unutrašnje energije vode u rezervoaru, koja se odre uje kao:

w w w wpU V c (2) gde su ozna eni sa:

w - gustina vode (za uslove prora una srednja vrednost gustine vode za pretpstavljeni opseg radnih temperatura 5-35 °C iznosila je 3

w 998,2 kg/m )

wV - zapremina rezervoara

wpc - specifi ni toplotni kapacitet vode pri stalnom pritisku (za uslove prora una w 4,186 kJ/(kg K)pc ),

w - promena temperatura vode u rezervoaru

[227]

energija

Slika 2. Toplotni bilans za rezervoar Budu i da se prora un podzemnog skladišta toplotne energije vrši sukcesivnim prora unima za vremenski period od jedne kalendarske godine, preciznije od 15.oktobra u 0.00 h do 14.oktobra u 24 h slede e godine, i u tom periodu razli itih potreba objekta za enegijom, a time i suštinski razli itih toplotnih protoka, prora un se sprovodi u etiri dela i to za period:

1. grejne sezone (15. oktobra - 15. aprila)

2. prole ni prelazni period (16. aprila - 8. maja)

3. sezone hla enja (9. maja - 16. septembra)

4. jesenji prelazni period (17. septembra - 14. oktobra).

Prema ovoj podeli, toplotni protoci ul,1h i izl,1h u pojedinim periodima su odre ivani kao:

sol,1

ul,1sol,1 prim,1

sol,1

grejanje0 prelazni

hla enjeprelazni

h

hh h

h

(3)

odnosno, ,1 pred,1

,1izl,1

,1

,1

grejanjeprelaznihla enjeprelazni

h h

hh

h

h

(4)

Veli ina protoka toplotne enegije koja se preda vodi u rezervaru, a koja poti e od energije Sun evog zra enja dozra ene na PSE sol,1h odre uje se na osnovu izmerenih i obra enih asovnih vrednosti o dozra enoj energiji Sun evog zra enja po

jedinici površine, sol [5], stepenu korisnosti PSE i predpostvljenoj površini PSE

sol,1 solh A (5) Toplotni protok ,1h koji vode iz rezervoara predaje okolnom zemljištu, i obrnuto, kada temperatura vode padne ispod temperature okolnog zemljišta, odre uje se pomo u izraza za stacionarno provo enje toplote za slu aj kugle ukopane u polubeskona ni i izotropni masiv [6]:

w z,11 z4

12

m, h R

Rh

(6)

gde su ozna eni sa: R - polupre nik sferi nog rezervoara (za uslove prora una i 3

w3 /(4 ) 4,153 mR V );

z - toplotna provodnost zemlje; h - dubina ukopavanja rezervoara, mereno od centra sfere do dubine zemlje od 1 m (za uslove prora una i 7 mh );

w - temperatura vode u rezervoaru;

z,1m - temperatura zemlje na dubini od 1 m Vrednost toplotne provodnosti zemlje z zavisi od vrste i sastava zemljišta. Usled uvedene pretpostavke o

izotropnosti zemlje, smatra se da je vrednost toplotne provodnosti zemlje konstantna tokom godine. U razmatranom slu aju, u skladu sa karakteristikama zemljišta našeg podneblja, uzeto je da je z 1,7 W/(m K) .

[228]

energija

asovne temperature zemlje na dubini od 1 m od njene površine za podru je Beograda, koja su prikupljena u periodu od 1.1.1997. do 31.12.2006. godine, preuzete su od Republi kog hidromeorološkog zavoda Srbije, [5]. Osrednjavanjem i svo enjem ovih vrednosti na period od jedne godine, formirane su asovne promene temperatura zemlje na dubini od 1 m za tzv. reprezentativnu godinu. Toplotni protok pred,1h , koji tokom grejnog perioda voda iz rezervora, kao toplotnog izvora predaje radnom fluidu toplotne pumpe, a na osnovu usvojene vrednosti koeficijenta grejanja toplotne pumpe, iznosi

pred,1 gr34h , (7)

gde je ozna eno sa: gr – toplotni protok kojim se zadovoljavaju potrebe grejanja model objekta. Vrednost ovog toplotnog protoka, za razmatreani

model, odre uje se kao:

gr om vaz amb pod vaz podk A k A (8) gde su ozna eni sa: k - srednji koeficijent prolaženja toplote kroz omota model-ku e(ku u ku u srednje teške gradnje, k = 0,4 W/(m2K));

omA - ukupna površina omota a model-ku e;

vaz - projektovana temperatura vazduha u model-ku i ( vaz 20 C );

amb - temperatura spoljašnjeg vazduha

podA - površina poda (osnove) model-ku e

pod - temperatura poda model-ku e ( pod 3 C ) Prvi lan u izrazu (8) predstavlja asovne gubitke kroz omota ku e, dok drugi lan predstavlja gubitke toplote kroz pod objekta. Za predpostavljenu model-ku u – dvospratnu ku u, pravougaone osnove i ukupne površine 2

uk pod2 2 85 170 mA A

i me uspratne visine od 3 m, površina omota a iznosi 2om 307 mA .

asovne temperature spoljašnjeg vazduha za podru je Beograda, koje su prikupljene u periodu od 01.01.1997. do 31.12.2006. godine, preuzete su od Republi kog hidromeorološkog zavoda Srbije, [5]. Osrednjavanjem i svo enjem ovih vrednosti na period od jedne godine, formirane su asovne promene temperatura vazduha za tzv. reprezentativnu godinu. Pri prora unu toplotnog protoka kojim se zadovoljavaju potrebe grejanja model objekta, tzv. infiltracioni gubici obuhva eni su usvojenom niskom vrednoš u koeficijenta prolaženja toplote. Toplotni protok prim,1h , koji tokom perioda hla enja radni fluid rashladnog postrojenja (toplotne pumpe) predaje kao toplotnom ponoru vodi u rezervoru, , na osnovu usvojene vrednosti koeficijenta hla enja rashladnog postrojenja, iznosi:

prim,1 hl54h , (9)

gde je ozna eno sa: hl – toplotni protok kojim se zadovoljavaju potrebe hla enja model-ku e. Za odre ivanje vrednost ovog toplotnog protoka,

koriš eni podaci za o asovnim vrednostima toplotnog optere enja reprezentativne godine, (od 8 h-16 h za svaki dan), za klimatizaciju ku e srednje teškog tipa gradnje, orijentisane ka jugu [7]. Budu i da su vrednosti toplotnog optere enja dati su po jedinici površine - hl , toplotno optere enje odre uje se kao:

hl hl ukA (10) Numeri kim rešavanjem sistema jedna ina (1-10), uz pretpostavku o veli ini površine PSE, mogu e je odrediti asovnu promenu temperature vode u rezervoaru tokom cele godine. Da bi sistem bio održiv, potrebnno je da pretopstavljena veli ina PSE obezbedi da temperatura vode u rezervoaru, nakon godinu dana eksploatacije rezervoara i rada sistema, bude jednaka temperaturi vode u po etnom trenutku.

4. Rezultati simulacija i njihova analiza Nakon sprovo enog iterativnog numeri kog prora una, dobijeno je da bi pri definisnanim spoljašnjim uslovima dati fizi ki model, bio održiv ukoliko bi površina PSE iznosila 23, 282 mA . Rezultati promene temeprature vode u podzemnom skadištu u ovom slušaju prikazani su na slici 3. Tako e, prora un je pokazao da bi se u ovom slu aju minimalna temperatura vode u podzemnom rezervoaru javila na kraju grejne sezone, ta nije 15. aprila i iznosila bi w 6,46 C , najviša 11. septembra i iznosila bi w 36,92 C .

[229]

energija

[230]

energija

[231]

energija

Зоран Бајић, дипл.инж. - ПД ТЕНТ Обреновац Данијела Стублинчевић, дипл.инж. - ПРО ТЕНТ ОбреновацДраган Поповић, дипл.инж. - ПД ТЕНТ ОбреновацМилош Бајић, дипл.инж. - ПД ТЕНТ Обреновац

UDC: 621.311.22:621.43.068.004

Пепео термоелектрана постаје секундарна сировина

СажетакПепео представља неоргански део чврстог продукта сагоревања угља у термоелектранама. Годишња продукција пепела у ТЕНТ А и ТЕНТ Б износи око 4 000 000 t, у ТЕ Колубара око 375 000t и у ТЕ Морава око 100 000t. На депоније ПД ТЕНТ је одложено преко 110 милиона тона пепела.Могућности примене електрофилтарског пепела су широке и он се већ дуже време у свету користи као сировина у индустрији грађевинског материјала, као пунилац за израду пластичних и гумених производа, битуменских картона, абразивних елемената, за корекцију киселости земљишта итд. Примена пепела у Србије је на врло ниском нивоу, далеко од примене у свету. Рађен је велики број студија, али се све обично завршавало у тој фази. Од 2009.године у ПД ТЕНТ се озбиљније приступа том проблему. Увођењем нове технологије маловодног транспорта у ТЕНТ Б и ТЕ Колубара омогућено је изузимање сувог пепела из силоса, тако да су склопљени уговори са цементарама за преузимање сувог пепела, док су на локацијама ТЕНТ А и ТЕ Морава склопљени уговори за преузимање влажног пепела. Од 2011.године од стране ПД ТЕНТ потенцијалним корисницима пепела понуђене су стимулативне цене, са циљем прузимања што већих количина пепела.Усвајањем нових законских прописа у 2010.години, пепео је добио статус секундарне сировине и дата је могућност да се прогласи неопасаним отпадом, што је и потврђено Извештајем о испитивању од стране акредитоване лабораторије. Нови статус пепела драстично олакшава процедуру за добијање дозвола од стране овлашћених институција, што је и била највећа препрека корисницима пепела. На овај начин су се створили бољи услови за сарадњу између ПД ТЕНТ и потенцијалних корисника пепела, на обостарано здовољство, а са циљем постизања максималних еколошких и економских ефеката.

Ash from thermal power plant becomes a by-productAsh is inorganic part of the solid product of oil combustion in thermal power plants. Annual production of ash in TENT A and TENT B is approximately 4 000 000 t, in TE Kolubara around 375 000 t and in TE Morava around 100 000 t. Over 110 million tones of ash have been disposed in Economic Association “Thermal Power Plant Nikola Tesla” (in further text EA TENT).Scope of application of ESP ash is wide. For a long time, it was used around the world as the raw material in the building material industry, also as a fi ller for manufacture of plastic and rubber products, bituminous cardboards, abrasive elements, for correction of the soil acidity etc.Application of ash in Serbia is very poor, far bellow the use of ash in the world. Numerous studies were written, but usually there was no progress beyond that fi rst stage. Since 2009, EA TENT has more serious approach to this problem. By introducing the new technology of low fl ow transport, it has become possible to extract dry ash from the silo. In this regard, the contracts for the sale of dry ash were placed between cement factories, TENT B, and TE Kolubara and for the sale of wet ash between cement factories, TENT A and TE Morava. Since 2011. EA TENT offered to the potential users of the ash very incentive prices in order to encourage sale of ash as much as possible.After the adoption of the new legislation in 2010, ash was declared a by-product and not a hazardous substance, as additionally confi rmed by the Inspection Report done by accredited laboratory. New status of ash drastically facilitates the procedure for obtaining the permits from authorized institutions, considering that was the biggest obstacle for the users of ash. This created a much better conditions for the cooperation between EA TENT and potential users of ash, to the mutual satisfaction and with the goal to reach maximal environmental and economic effects.

[232]

energija

УводПепео представља неоргански део чврстог продукта сагоревања угља у термоелектранама. Годишња продукција пепела у ТЕНТ А и ТЕНТ Б износи око 4 000 000 t, у ТЕ Колубара око 375 000t и у ТЕ Морава око 100 000t. Настаје континуално, након издвајања у електрофилтрима. На депоније ПД ТЕНТ је одложено преко 110 милиона тона пепела. До 2009. године на свим локацијама пепео се заједно са шљаком ејекторима одводи у базене мешавине пепела и воде и хидрауличким путем (однос пепела и воде-1:10) транспортује на отворена одлагалишта, депоније. Од октобра 2009. године блок Б2 ТЕ Никола Тесла Б прикључен је на нови систем маловодног транспорта и постоји могућност издвајања сувог пепела пнеуматским транспортом у два силоса капацитета по 4300m3. Од јуна 2010. на нови систем је прикључен и блок Б1. Од октобра 2009. године блок А5 ТЕ Колубара је такође прикључен на пнеуматски транспорт пепела до

силоса капацитета 1000m3.Депоније пепела заузимају велике површине (ТЕНТ А 400 ha, ТЕНТ Б (400+200) ha, ТЕК 78 ha и ТЕМ 25 ha) и окружене су насељима и обрадивим површинама. Депоније пепела представљају површински извори загађивања ваздуха, тла и воде. Решавање еколошких проблема који настају због негативног утицаја депонија пепела захтева сталну примену одговарајућих мера заштите које се морају унапређивати, што изискује значајна финансијска средства.

Квалитет електрофилтерског пепела настао сагоревањем колубарског лигнитаЕлектрофилтарски пепео садржи неорганске компоненте које се налазе у угљу и настају њиховим топљењем при сагоревању угља. Оне очвршћавају у димним гасовима, скупљају се и издвајају се у електростатичким филтрима - уређајима за пречишћавање димних гасова.Пошто очвршћавају у димном гасу, честице летећег пепела су

сферног облика. Њихова величина креће се у опсегу 0,74 – 0,005mm. Око 50% честица је мање од 100μm. Густина пепела се креће од 2,08 до 2,15 g/cm3, док насипна густина пепела може да варира у границама од 650 до 790 kg/m3. У табели 1. дата је силикатна анализа (%) електрофилтарског пепела за блокове Б1 и Б2 ТЕНТ Б, а у табели 2. је дата гранулометријска анализа пепела за наведене блокове. Анализе су рађене 2010. године током појединачних мерења на електрофилтерима, која је вршио Рударски институт Београд из Земуна.

Могућности примене пепелаПепео је по свом хемијском и минералошком саставу сложена смеша која се састоји од великог броја компонената. Због тога су могућности његове примене широке и он се већ дуже време користи као сировина у индустрији грађевинског материјала, као пунилац за израду пластичних и гумених производа, битуменских картона, абразивних елемената, за корекцију киселости земљишта итд. Као сировина у индустрији градјевинског материјала, летећи пепео се употребљава за производњу:1. Цемента са додатком пуцолана2. Хидрауличног креча3. Пуцаланско-металуршких цемената4. Лаких агрегата5. Лаких бетона6. Бетонских префабриката7. Грађевинске опеке.Као материјал који се директно уграђује на градилишту, летећи пепео се употребљава:1. У изградњи путева за механичку и хемијску стабилизацију

2. Као пунило у асфалтним мешавинама и битуменским масама.

Историјат примене пепела у светуПрви покушаји примене пепела забележени су 1930.године у САД, када су вршена прва истраживања коришћења пепела за добијање бетона, а још 1954. године усвојени су први стандарди којима се регулишу питања квалитета пепела при коришћењу као додатак бетонима.

Табела 1 Силикатна анализа (%) електрофилтарског пепела за блокове Б1 и Б2 - ТЕНТ Б

Табела 2 Гранулометријска анализа електрофилтарског пепела за блокове Б1 и Б2 - ТЕНТ Б

[233]

energija

Прва истраживања о коришћењу пепела у Кини су почела1950. године. Сада је Кина једна од земаља са највећим порастом потрошње пепела у грађевинарству, сходно економској експанзији и енормном привредном расту у задњој деценији. Цементаре, фабрике грађевинског материјала и путоградња су главни потрошачи пепела у Кини.Током 1972. године употребљено је 10х106 t пепела при градњи путева у Великој Британији. Индија је током 1978. године трошила само 1% од укупне продукције пепела, а у 1990. години 30 х106 t пепела. Пепео је нашао примену у производњи цемента, гас бетона и грађевинских материјала. Пољскаје током 1990. године утросила 23х106t пепела, што је представљало 48% од укупне продукције пепела. Поред наведених и друге земље улажу велике напоре да пепео из термоелектрана нађе примену у индустрији, како би се ублажили проблеми који настају одлагањем пепела на депонијама.

Историјат примене пепела у СрбијиМогућност коришћења пепела је први пут разматрана 1966. године у Електопривреди Косова, у оквиру техничке помоћи Уједињених нација (експерти из Енглеске у сарадњи са домаћим стручњацима). Урађена су детаљна испитивања и дат је предлог коришћења пепела за производњу грађевинских објеката, градњу путева, производњу цемента и поправку квалитета земљишта. Због каснијег развоја политичке ситуације престале су даље активности у вези ове проблематике.Почетком седамдесетих година прошлог века електрофилтерски пепео се користио за стабилизацију тла у комбинацији са цементом, када су рађене опитне деонице на траси пута Лазаревац - Ибарски пут, затим у Улици Београдски батаљон на Бановом Брду у Београду, затим на саобраћајници у кругу Рударског института у Београду итд. Осим саопштавања резултата који су добијени на овим опитним деоницама, даљег помака у примени електрофилтерског пепела није било.

Осамдесетих година рађено је неколико мањих опитних деоница на путевима у околини ТЕ„Никола Тесла”, Обреновац и на улицама Обреновца. Сви подаци о начину и технологији изградње насипа и тампона су непознати. Стручњаци који су радили на овим пословима више нису у животу, а не зна се тачно ни које су фирме били извођачи радова.ТЕ Колубара А је такође радила на истраживању могућности коришћења пепела за производњу лаког бетона, гас бетона, лаког агрегата и синтерованих блокова. Као резултат тих активности уследила је испорука пепела за потребе следећих фирми: Грмеч - Београд, Алкалоид - Скопље, Камник - Словенија и другим мањим потрошачима. Током 1984. године активности у вези коришћења пепела су прекинуте због изостајања подршке која је до тада постојала од стране претходног руководства ЕПС-а.Током 1980. године, приликом градње пута, укупне дужине 15km око депоније пепела ТЕНТ Б коришћен је пепео из ТЕНТ АПрелиминарна испитивања могућности добијања минералне вуне, применом пепела вршена су у ТЕ Косово (сарадња Института Јожеф Стефан - Љубљана и Енергопројект - Београд). Лабораторијским испитивањима потврђена је примена, није урађена индустријска проба.Током 1996. и 1998. године Институт за технологију нуклеарних и других минералних сировина – Београд је за потребе ТЕНТ лабораторијским испитивањима потврдио могућност добијања стакла, комбинацијом пепела из ТЕНТ-а Б и кречњака из каменолома Јазовики Словац у оквиру Студије о могућности коришћења пепела ТЕНТ за добијање минералне вуне. Током 1984. и 1987. године обављена су испитивања којома је потврђена могућност израде сувих малтера, применом електрофилтарског пепела ТЕНТ са одређеним садржајем сагорљивих материја. Током 1990. године Министарство за науку и технологију је финансирало Студију о добијању глинице (Al2О3) из електрофилтарског пепела, а Студија је урађена од стране ИТНМС. Током 1994. године

основана је Радна група за примену пепела где су укључени и стручњаци Дирекције за развој ЕПС-а.Институт за путеве је 1995. године на захтев ЈП ЕПС урадио је пројекат истраживања под насловом „Истраживање могућности примене електрофилтерског пепела и шљаке из термоенергетских постројења Србије за израду доњег строја и коловозних конструкција путева”. Пројекат је прошао стручну верификацију, али по њему нису започета истраживања, због недостатка финансијских средстава.Крајем 2002. године, Институт за путеве је у сарадњи са ТЕ Костолац започео извођење опитних деоница на приступним путевима у околини пепелишта. Опитне деонице (израда трупа пута, привремене коловозне конструкције и затрпавање ровова) се раде од електрофилтерског пепела у комбинацији са локалним материјалима.

Примена пепела насталог у котловима ПД ТЕНТТоком 1995. године почеле су испоруке пепела и то са депоније ТЕНТ А (са касете I, а касније и са касете III), а 2008.године потписан је уговор о испоруци влажног пепела са пасивне касете депоније пепела ТЕНТ А за потребе производње опекарских производа. Преузете су следеће количине пепела:

• 2008.године – 4 135 t • 2009.године – 12 267 t• 2010.године – 13 116 t

Током 2009. и 2010.године на основу потписаних уговора о испоруци влажног пепела за потребе цементара са депоније пепела ТЕ Морава преузете су следеће количине пепела:

• 2009.године – 142 490 t• 2010.године – 82 587 t

Од октобра 2009. године, када је блок Б2 ТЕ Никола Тесла Б прикључен на нови систем транспорта, тзв. густе мешавине или маловодног транспорта, постоји могућност издвајања сувог пепела пнеуматским транспортом у два силоса капацитета по 4300m3 и утовара у камионске цистерне за превоз прашкастих материјала. Утовар је обезбеђен

[234]

energija

савременим системом цев у цеви са вентилацијом и филтерима за издвајање подигнутог праха, којим се спречава емисија пепела у околину. Од јуна 2010. на нови систем је прикључен и блок Б1. Од октобра 2009. године блок А5 у ТЕ Колубара је прикључен на пнеуматски транспорт пепела до силоса капацитета 1000m3. Навденим изменама у систему транпорта пепела отворена је могућност испоруке сувог пепела са локације ТЕНТ Б и ТЕ Колубара. Током 2010.године, потписани су уговори о испоруци сувог пепела за потребе цементара. Количине преузетог пепела у 2010.години су следеће:

• са локације ТЕНТ Б - 30 402 t• са локације ТЕ Колубара -

14 152 tВлажан пепео са локације ТЕНТ А продаван је по цени од 1,2 €/t, а за пепео са локације ТЕ Морава дата је стимулативана цена од 1 €/t. Суви пепео са локације ТЕНТ Б продаван је по цени од 2,2 €/t, а за пепео са локације ТЕ Колубара дата је стимулативана цена од 1,8 €/t.Наведене стимулативне цене су уведене јер је интерес ТЕНТ-а да што мању количину пепела на наведеним локацијама одложи на депоније. Годишња продукција пепела у ТЕ Колубара износи око 375 000t, а у ТЕ Морава око 100 000t, и целокупна количина пепела са ових локација би могла да се искористи за потребе грађевинске индустрије. На тај начин би временом дошло до затварања депонија пепела мањих термоелектрана и њихове потпуне рекултивације. Поред навдених стимулативних цена, уговорима о преузимању пепела из 2011.године предвиђене су додатне мере, са циљем повећања количина преузетог пепела (и влажног са депоније, и сувог из силоса). Преглед навдених стимулативних цена дат је у табели 3.

Поред евидентног, иако не великог финансијског ефекта од саме продаје пепела, добитак ТЕНТ се може очекивати у смањеној потрошњи енергије и воде за транспорт пепела до депоније, као и у продужењу животног века депонија које ће се на овај начин спорије запуњавати.Примена пепела у путоградњиУ току 2011.године планира се изградња две експерименталне деонице пута и то: једна у Обреновцу у дужини око 800m (наставак обилазнице за излаз на ваљевски пут) и друга на Убу у дужини око 5km (од села Новаци до села Пампуковица, који се укључује на пут за Ваљево). Путеви су препројектовани за изградњу са пепелом у подлози. Вредност пројектовања и изградње путева је око 5 милиона еура. Финансирање ових пројеката није решено. ЈП Путеви Србије припрема захтев Фонду за заштиту животне средине РС за финансирање. ПД ТЕНТ ће пепео за ове деонице уступити без накнаде. Надамо се да ће, у ближој будућности, наведене деонице својим квалитетом и ценом утицати на повећање количине пепела који ће се користити у путоградњи.Употреба већих количина пепела у путоградњи би имала вишеструки значај:• супституцијом природних ресурса (камених и шљунчаних агрегата и песка) допринели би очувању природних ресурса за будућност и смањили би се трошкови изградње путева;

• значајно би се умањио будући утицај на животну средину и спречила деградација рељефа и водотокова, као и екосистема у подручјима експлоатације природних ресурса;

• допринело би се лакшем управљању постојећим депонијама пепела и спровођењу мера заштите;

• знатно би се продужио животни век постојећих депонија и спречило заузимање нових површина.

Законска регулатива Све до доношења Закона о управљању отпадом (Сл.гласник РС бр.36/2009 и 88/2010) и подзаконских аката, Правилника о категоријама, испитивању и класификацији отпада (Сл.гласник РС бр.56/10) и Правилника о условима и начину сакупљања, транспорта, складиштења и третмана отпада који се користи као секундарна сировина или за добијање енергије (Сл.гласник РС бр.98/2010), електрофилтарски пепео у Србији је третиран као опасан отпад. Уверења о категорији и карактеру отпада, као и извештаји о испитивању су темељени на прилично слободним тумачењима критеријума из међународне регулативе и интернационалних стандарда, у одсуству јасно и прецизно дефинисаних критеријума категоризације и карактеризације у домаћој регулативи. Усвајањем наведених правилника прописани су каталог отпада, листа категорија отпада (Q листа), листа категорија опасног отпада према њиховој природи или активности којом се стварају (Y листа), листа компоненти отпада који га чине опасним (C листа), листа опасних карактеристика отпада (H листа), листа поступака и метода одлагања и поновног искоришћења отпада(D и R листа), граничне вредности концентрације опасних компоненти у отпаду на основу којих се одређују карактеристике отпада; врсте параметара за одређивање физичко-хемијских особина опасног отпада намењеног за физичко-хемијски третман, врсте параметара за испитивање отпада за потребе термичког третмана, врсте параметара за испитивање отпада и испитивање елуата намењеног одлагању, врсте, садржина и образац извештаја о испитивању отпада и начин и поступак класификације отпада. Пепео је добио статус секундарне сировине и третира се као неопасан отпад, што је и потврђено издавањем Извештаја о испитивању отпадног електрофилтарског пепела бр.02-2313/4-10 од 16.02.2011.године од стране Института за заштиту на

Табела 3 Преглед цена пепела из ПД ТЕНТ

[235]

energija

раду а.д. Нови Сад.То што је пепео коначно сврстан у неопасан отпад, драстично олакшава његову примену и отвара велики број различитих могућности за сарадњу са потенцијалним корисницима пепела као секундарне сировине. Законом о управљању отпадом (Сл.гласник РС бр.36/2009 и 88/2010) наведени су услови које треба да испуњавају лица која врше транспорт, сакупљање, складиштење, третман и одлагање отпада, начини и надлежности за добијање дозвола за обављање наведених делатности.Далеко једноставније је доћи до дозволе за поступање са пепелом као неопасним отпадом, него са опасним. Широка и компликована административана процедура око добијања наведених дозвола деловала је прилично дестимулативно на потенцијалне кориснике пепела као секундарне сировине. Дозволе за управљање опасним отпадом (сакупљање, трaнспорт, складиштење, третман и одлагање) издаје искључиво министарство, док се дозвола за складиштење, третман и одлагање неопасног отпада издаје од стране овлашћеног органа јединице локалне самоуправе, а само је издавање дозвола за сакупљање и транспорт неопасног отпада на територији више јединица локалне самоуправе у надлежности министарства.

ЗакључакКоличине одложеног пепела се сваким даном увећавају и изазивају све веће ремећење животне средине. Због тога се у целом свету чине напори да се за пепео изнађе могућност употребе, односно коришћења. Као најзначајнији вид коришћења пепела је примена у грађевинарству, и то као грађевинског материјала, односно, као сировине за производњу грађевинских материјала. Примена пепела у путоградњи је посебно значајна, јер су путеви велики грађевински објекти у које се могу уградити значајне количине ове секундарне сировине. У току 2011.године планира се изградња две експерименталне деонице пута у чију ће подлогу бити уграђен пепео настао у котловима ПД ТЕНТ.

Масовна примена пепела у високој градњи (призводња цемента, грађевинске опеке....), ниској градњи (градња путева) и у друге сврхе (корекција pH вредности земљишта) има велики еколошки и економски значај. Проблеми у заштити животне средине би се значајно смањил са смањењем количина одложеног пепела. Употребом пепела штедимо природне ресурсе камених материјала, чије су резерве ограничене, чиме доприносимо одрживом развоју, развоју који испуњава данашње потребе и при томе не угрожава потребе будућих генерација.Разлози недовољног коришћења пепела код нас су вишеструки. Предходном законском регулативом пепео настао сагоревањем колубарског лигнита је сврставан у опасан отпад. Увођењем нове законске регулативе и сврставањем пепела у неопасан отпад направљен је мали помак ка масовној употреби пепела. Неопходно је предвидети пореске олакшице и друге облике стимулације за коришћење пепела и других секундарних сировина у индустрији, како би се мотивисали потенцијални корисници. Потребно је створити амбијент у којем ће бити далеко исплативије као сировину користити пепео, него природни ресурс. Економска добит корисника пепела, довела би до свеукупне еколошке и практичне добити. То је посао надлежних државних институција, а наш посао је да заједнички вршимо притисак и да подсећамо на неопходност доношења таквог прописа.

Литература1. ПРОБЛЕМИ У ПРИМЕНИ ЕЛЕКТРОФИЛТЕРСКОГ ПЕПЕЛА И ШЉАКЕ У ИЗГРАДЊИ ПУТЕВА У РЕПУБЛИЦИ СРБИЈИ, др. сци. Слободан Цмиљанић, дипл.инж.геол., мр. сци. Владета Вујанић, дипл.инж.геол.,Тузла, 28. маја 2003. године, Савјетовање о примјени електрофилтерског пепела и шљаке у изградњи путне инфраструктуре

2. МОГУЋНОСТ КОРИШЋЕЊА ЕЛЕКТРОФИЛТАРСКОГ ПЕПЕЛА ПД ТЕНТ Д.О.О.

ОБРЕНОВАЦ У НИСКОЈ И ВИСОКОЈ ГРАДЊИД. Кисић, З. Жбогар, С. Маринковић, А. Костић-Пулек, С. ЦмиљанићПрва регионална научно-стручна конференција о управљању индустријским отпадом – Индустријски отпад, 22.-25. октобар 2007., Копаоник

[236]

energija

Jovan Kon, Miroslav CrnčevićInstitut Mihajlo Pupin – Beograd

UDC: 659.3:34

Organizacione i projektno-tehničke novine sistema osmatranja i obaveštavanja

UvodStupanjem na snagu Zakona o vanrednim situacijama, (Sl. glasnik RS. broj 111., od 29. 12. 2009. godine), Sistemi osmatranja, ranog upozoravanja, obaveštavanja i uzbunjivanja prešli su u nadležnost Ministarstva unutrašnjih poslova Vlade Republike Srbije.Ovim zakonom i podzakonskim aktima, koji će se doneti, utvrđuju se delovanje, proglašavanje i upravljanje u vanrednim situacijama, odgovorni subjekti sistema, nadležnosti državnih organa, učešće odgovornih subjekata sistema, organizacija i delatnost civilne zaptite, fi nansiranje, inspekcijski nadzor, međunarodna saradnja i druga pitanja od značaja za organizovanje i funkcionisanje sistema zaštite i spasavanja.Danom donošenja ovog zakona prestele su da važe određene odredbe ranije donetih zakona: Zakona o odbrani, Zakona o zaštiti od požara i Zakona o zaštiti od elementarnih i drugih većih nepogoda.Propisi doneti na osnovu zakona koji prestaju da važe danom početka primene ovog zakona, primenjivaće se do donošenja novih propisa ukoliko nisu u suprotnosti sa odredbama ovog zakona (citat člana 149.-og Zakona).

Namena sistemaOsnovni zadatak i namena Sistema za osmatranja, ranog upozoravanja, obaveštavanja i uzbunjivanja je praćenje i prikupljanje podataka o svim vrstama opasnosti koje mogu ugroziti ljude, životnu sredinu, materijalna i kulturna dobra (citat člana 103. stava 1. Zakona)

Obaveze privrednih društava

Član 106 Zakona.Elektroprivredna, vodoprivredna i druga privredna društva koja koriste hidrosisteme, dužna su da obezbede blagovremeno obaveštavanje i uzbunjivanje stanovništva o opasnostima izazvanim hidrosistemima koja koriste.Subjekti iz stava 1. ovog člana dužni su da svojim sredstvima izgrade, dograde i održavaju sisteme za obaveštavanje i uzbunjivanje, odnosno da se uključe u sistem za uzbunjivanje u Republici Srbiji.

HidrosistemiVodne akumulacije i deponije jalovine stvorene izgradnjom visokih brana predstavljaju objekte, čiji investitori i/ili korisnici imaju zakonsku obavezu defi nisanu članom 106. Zakona.

Visoke braneVisoke brane defi nisane su važećom Uredbom o organizovanju i radu službe osmatranja i obaveštavanja (Službeni list SRJ. broj 54 od 08. 07. 1994.godine).Ista defi nicija navedena je i u radnom tekstu Uredbe, koja treba da bude donesena, a defi nicija za visoke brane glasi:

Član 12. UredbeVisokim branama , u smislu ove uredbe, smatraju se brane čija je građevinska visina veća od 15 metara, kao i brane više od 10 metara ako im je dužina u kruni veća od 500 metara, ili ako je količina vode u akumulaciji veća od 1.000. 000

metara kubnih, odnosno ako je na profi lu brane maksimalni protok ispuštene vode veći od . 2.000 metara kunih u sekundi.Visokim branama se smatraju i druge brane, izgrađene stepenasto u nizu, ili brane koje se nalaze uzvodno od naseljenih mesta.Ministarstvo nadležno za poslove vodoprivrede vodi evidenciju o visokim branama.

Član 13. UredbePod deponijama jalovine, u smislu ove uredbe, podrazumevaju se brane sa akumulacionim basenima formiranim za odlaganje jalovine dobijene raznim rudarskim ili industrijskim procesima.Ministarstvo nadležno za poslove rudarstva i energetike utvrđuje spisak deponija jalovine

ZAKON O VANREDNIM SITUACIJA ,GLASNIK R.Srbije br. 111 od 29.

decembra 2009 godine.Izvod iz Zakona o vanrednim situacijama

Član 1.Ovim zakonom uređuje se delovanje, proglašavanje i upravljanje vanrednim situacijama, sistem zaštite i spasavanja ljudi, materijalnih i kulturnih dobara i životne sredine od elementarnih nepogoda, tehničko – tehnoloških nesreća(...); nadležnost državnih organa ....

Član 2.Republika Srbija obezbeđuje izgradnju jedinstvenog sistema zaštite i spasavanja .... .

[237]

energija

Član 4.Subjekti sistema zaštite i spasavanja su:1. Organi državne uprave2. Privredna društva , i druga pravna

lica ...3. Građani , .....

Član 8stav 31 – Uzbunjivanje je obaveštavanje o neposrednoj nastupajućoj, ili nastaloj opasnostistav 35 – Zaštita i spasavanje od poplava i nesreća na vodi ..... Koje mogu nastati .... od oštećenja ili rušenja brana, nasipa , jalovina i drugih vodozaštitnih objekata na vodi i pod vodom;

Član 15.U ostvarivanju prava i dužnosti u pitanjima zaštite i spasavanja jedinice lokalne samouprave, preko svojih organa obavljaju sledeće poslove:

stav 12 – Nabavljaju i održavaju sredstva za uzbunjivanje u okviru sistema javnog uzbunjivanja ....., učestvuju u izradi studije pokrivenosti sistema javnog uzbunjivanja za teritoriju jedinice lokalne samouprave;

Član 16.Za pripremu privrednih društava i drugih pravnih lica za zaštitu i spasavanje od elementarnih nepogoda i drugih nesreća je odgovoran rukovodilac privrednog društva ....

Član 46.Procenom ugroženosti identifi kuju se izvori mogućeg ugrožavanja, sagledavaju se moguće posledice, potrebe i mogućnosti sprovođenja mera i zadataka zaštite i spasavanja od elementarnih i drugih nesreća .....

Član 56.Uzbunjivanje stanovništva i drugih učesnika sistema zaštite i spasavanja u cilju hitnog preduzimanja meera i zadataka civilne zaštite vrši se putem sistema za uzbunjivanje u skladu sa ovim zakonom.

Član 103.Osnovni zadatak sistema osmatranja, ranog upozoravanja, obaveštavanja i uzbunjivanja je otkrivanje, praćenje i prikupljanje podataka o svim vrstama opasnosti koje mogu ugroziti ljude, životnu sredinu, materijalna i kulturna dobra.

Subjekti sistema osmatranja , .......su: Služba 112, organi državne uprave, policija, Vojska Srbije, privredna društva, službe od javnog interesa i druga pravna lica .

Član 105.Sistem uzbunjivanja se sastoji od odgovarajućih javnih sirena, uređaja, spojnih puteva i tehničkih sredstava za upravljanje, kao i njihove organizacije razmeštaja, procedure upravljanja, upotrebe i održavanja.Izgradnu i održavanje sistema za uzbunjivanje fi nansira jedinica lokalne samouprave u skladu sa Procenom ugroženosti, ovim zakonom, akustičkom studijom i drugim propisima i opštima aktima .

RADNI TEKST

UREDBE O ORGANIZACIJI I FUNKCIONISANJU

SISTEMA OSMATRANJA , RANOG UPOZORAVANJA,

OBAVEŠTAVANJA I UZBUNJIVANJA

Izvod iz nacrta Uredbe o organizaciji i funkcionisanju sistema ..........

Član 1.Ovom uredbom uređuje se organizovanje i funkcionisanje sistema osmatranja, ranog upozoravanja, obaveštavanj i uzbunjivanja ..... .

Član 4.Služba 112 obezbeđuje funkcionalnu integraciju subjekata sistema osmatranja, ranog upozorenja i uzbunjivanja.Službu čine:

1) Nacionalni centar 1122) Operativni centri 1123) Osmatračke stanice4) Sistem javnog uzbunjivanja

Osmatračke stanice se organizuju i raspoređuju radi blagovrenog prikupljanja podataka o mogućim opasnostima, efektima i posledicama .....Sistem javnog uzbunjivanja stanovništva organizuje se u gradovima i naseljenim mestima radi uzbunjivanja i obaveštavanja stanovništva o nastanku i prestanku opasnosti, a cilju pravovremenog preduzimanja mera, radnji i postupaka lične, uzajamne i kolektivne zaštite od elementarnih nepogoda i drugih nesreća.

Član 13.Elektroprivredna i vodoprivredna pravna lica i druuga pravna lica koja

koriste hodrosisteme i akumulacija jalovina (udaljem tekstu: korisnici visokih brana) dužni su da svojim sredstvima izgrade, dograde i održavaju sopstvene sisteme osmatranja, ranog upozoravanja, obaveštavanja i uzbunjivanja nizvodno od brana i da preko nacionalnog i opearativnih centara 112, obezbede blagovremeno obaveštavanje i uzbunjivanje stanovništva na ugroženonim područjima i da svojim sredstvima pružaju pomoć u ........ .Saglasnost korisnicima brana na projektnu dokumentaciju sistema osmatranja, ranog upozoravanja, obaveštavanja i uzbunjivanja daje nadležna služba.

Član 14.Visokim branama , u smislu ove uredbe smatraju se se brane čija je građevinska visina veća od 15m, kao i brane više od 10m, ako im je dužina u kruni brane veća od 500 m, ili im je količina vode u akumulaciji veća od 1.000.000 m3, odnosno ako je na profi lu brane maksimalan proticaj veći od 2.000 m3/s.Visokim branama se smatraju i druge brane izgrađene stepenasto, ili u nizu koje se nalaze uzvodno od naseljenih mesta.Ministarstvo nadležno za poslove vodoprivrede vodi evidenciju o visokim branama.

Član 15.Pod deponijama jalovine u smislu ove uredbe podrazumevaju se brane sa akumulacijonim basenima formiranim za odlaganje jalovine dobijene raznim rudarskim i industrijskim procesima.Ministarstvo nadležno za poslove rudarstva i energetike utvrđuje spisak deponija jalovina.

Član 20.

ZNACI ZA UZBUNJIVANJE STANOVNIŠTVA

OPŠTA OPASNOSTZnak za uzbunjivanje koji se upotrebljava za sve neočekivane – nepredvidive opasnosnisti od: bujičnih poplava, radioloških i hemijskih nesreća, požara, naprsnuća, rušenja i drugih oštećenja brana, ratne opasnosti i drugih opasnosti gde je potrebno reagovati.Signal se emituje zavijajućim tonom neprekidno 60 sekundi

[238]

energija

PRESTANAK OPASNOSTIZnak za uzbunjivanje koji se upotrebljava za prestanak opasnosti, kada se proceni da su sve opasnosti za stanovništvo prestale, znak se upotrebljava i za potrebe ispitivanja ispravnosti sistema za javno uzbunjivanje.Signal se emituje jednoličnim tonom neprekidno 60 sekundi

Značajne izmene u odnosu na dosadašnje sisteme

1. Operativni centri 112, umesto dostadašnjih gradskih i opštinskih centara za OiO

2. ZNACI ZA UZBUNJIVANJE STANOVNIŠTVA

Umesto 6 znakova sada samo dva: OPŠTA OPASNOST i PRESTANAK OPASNOSTI

Taktičko-tehnički zahteviJavno uzbunjivanje obavlja se sa osnovne lokacije Nacionalnog i operativnih centara 112.Pri izgradnji javnog sistema uzbunjivanja potrebno je obezbediti nivo zvuka servisne zone sirene za gradsko područje 74 dB, a za seosko područje 60 dB.Elektronska oprema koja se koristi za izgradnju sistema javnog uzbunjivanja mora da omogući pouzdan rad u svim klimatskim uslovima na teritorije Republike Srbije, i to:- za unutrašnju montažu -5 do +45 C,

relativna vlažnost 100%- za spoljašnju montažu u metalnim

ormanima od -15 do +55 C, relativna vlažnost 100%

- za spoljnu montažu od -25 do +55 C, relativna vlažnost 100%

Oprema mora da poseduje atest ovlašćene ustanove.

REALIZACIJA OPREME SISTEMA INSTITUTA

„MIHAJLO PUPIN” POČETAK PROJEKTA

1986 Elektroprivreda Republike Srbije donela odluku da fi nansira razvoj Sistema za osmatranje i obaveštavanje stanovništva u

području koje može biti ugroženo poplavnim talasom, ali kao deo opšteg sistema za obaveštavanje i uzbunjivanje .Kao nisilac razvoja odabran je Institut “Mihajlo Pupin”, koji je imao dvostruku ulogu, kao rukovodilac i koordinator celog projekta i kao nosilac razvoja sistema za daljinsko aktiviranje elektronskih alarmnih sirena.

ZAVRŠETAK RAZVOJNOG PROJEKTA

Godine 1988 je razvojni projekat završen. Godine 1989 je izvršeno probno ispitivanje celog sistema u Nikincima, a potom je 1990 godine izvršeno ispitivanje opreme na klimamehaničke uslove i tehničke karakteristike u T.O.C.-u Vojske Jugoslavije i dobijen je atest.Zvučnička skupina i pojačavački uređaj sa izvorom napajanja

ATESTI • Po završetku razvoja opreme

za OiO izvršeno je atestiranje Sistema za Daljinsko Aktiviranje Sirena (DAS) i dobijen pozitivan Izveštaj o proveri deklarisanih karakteristika sistema DAS - Izveštaj TOC-12-23031 od 16.04.1991 godine.

• Prethodno je atestirana Elektronska Alarmna Sirena EAS-LR i dobijen pozitivan Izveštaj o verifi kaciji deklaracije uzorka – Izveštaj TOC-12-22855 od 26.01.1990.

NASTAVAK RAZVOJA I USAVRŠAVANJE OPREME

SISTEMA OIONakon 2000-te godine Institut »Mihajlo Pupin« je odlučio da inovira svoje rešenje iz 1990-tih i razvio je kompletno nov sistem za dalljinsko aktiviranje alrmnih elektronskih sirena, koji se nalanjao na već postojeći i široko korišćen SCADA programski paket za nadzor i upravljanje elektroenergetskim objektima. Takođe je korišćen hardver postojeće familije ATLAS koji se koristi kao spoljna stanica (RTU) za prikupljanje signbalaizacija i merenja i izdavanje daljinskih komandi. Elektronska alarmna sirena je takođe inovirana, pretežno u elektronici. Institut je zatim počeo da se ozbiljnije bavi i projektovanjem ovih sistema, i to izradom Idejnih i Glavnih projekata.

REALIZOVANI PROJEKTI I SISTEMI

REALIZOVANI SISTEMI U PERIODU OD 1988 DO 1991

Prvi sistemi OiO realizovani su kasnih osamdesetih i ranih devedesetih godina prethodnog veka, i to za visoke brane i hidroakumulacije, ali je zatim zbog poznatih događanja u našoj zemlji došlo do zastoja dalje realizacije. • U toku razvoja sistema, odnosno

1987 realizovan je prvi sistem za daljinsko aktiviranje alarmnih sistema u Užicu, gde su korišćene postojeće pneumatske sirene (uz dodatak posebnog izlaznog stepena na perifernu opremu).

• 1989 realizovan je drugi sistem za potrebe HE “Bajina Bašta” sa opštinskim centrom, podcentrom na brani i tri alarmne stanice (I faza).

• 1989 godine realizovan sistem za HE”Đerdap” sa opštinskim centrom, podcentrom na brani i jednom alarmnom stanicom.

• 1989 godine realizovan sistem za Rudnik u Gornjem Milanovcu, sa opštinskim centrom, podcentrom na brani i tri alamne stanice.

• 1990 godine realizovan sistem u REIK Bitola , Republika Makednija .

Većina ovih sistema je zapuštena i osim sistema u HE Bajina Bašta, koji je u međuvremenu inoviran, ni jedan nije u funkciji.

REALIZACIJA NOVIH SISTEMA OD 2000 DO DANAS

Nov sistem je nakon zvaršetka dodatnog razvoja i inoviranja sistema ponuđen tržištu i krenula je njegova implementacija. U periodu posle 2000-te godine realizovani su sledeći sistemi.

• 2005 godine realizovana je alarmna stanica za potrebe HE »Višegrad«, na kruni brane HE »Višegrad«.

• Krajem 2006. godine ugovoren je, a u 2007 godini realizovan Sistema OiO za branu “Prvonek” – Vranje, koji se sastoji od opreme za Opštinski centar za OiO u Vranju, opreme za podcentar na brani “Prvonek” i 10 alarmnih stanica nizvodno od brane. Komunikacija između Centra, Podcentra i alarmnih stanica je preko UHF radio stanica. Kao rezervni prenosni put je predviđena

[239]

energija

veza preko Wireless računarske komunikacije.

• 2006 godine ugovoren je i urađen Idejni projekat Sistema OiO za brane HE na Trebišnjici, HET - Trebinje, Republika Srpska. Komunikacija između Centra, podcentra i As je UHF radio veza, a kao rezervni prenosni put WiFI mreža.

• 2007. godine ugovoreno je i realizovano proširenje Sistema OiO za potrebe HE “Višegrad”. Isporučen je podcentar na brani i alarmna stanica u gradu Višegradu. Komunikacija je ostvarena preko TT parica, GPRS veze, a potom je ugovoreno dalje proširenje Sistema OiO za HE «Višegrad» sa tri nove alarmne stanice nizvodno od brane. Komunikacija proširenog sistema je realizovana preko UHF radio veza.

• U 2007 godini je na osnovu Idejnog projekta ugovoren i zavšen Glavni projekat Sistema OiOU za HET “Trebinje.

• U 2007 godini urađeni su Idejni projekti za svih 6 brana PD Hidroelektrane Đerdap (Đerdap -1 adaptacija, i novi sistemi za Đerdap-2, Zavoj, Vrla 1, Vrla 2 i PAP Lisina).

• U 2009 godini ugovorena je delimična realizacija Sistema OiOU za HET Trebinje (Faza I) koja se sastoji od Centra, podcenta i 10 alarmnih stanica. Komunikacija je preko UHF radio mreže, “wireless” računarske radio mreže i GPRS modema. Sistem je završen i pušten u rad u toku 2010 godine.

SISTEMI OIO KOJI SU TRENUTNO U FAZI REALIZACIJE

I NUÐENJA• U 2009 godini ugovorena je

realizacija Sistema OiOU za branu Rovni kod Valjeva. Sistem se sastoji od Centra, dva podcentra i 25 alarmnih stanica. Počela je realizacija ovog ugovora., Trenutno je urađena I faza koja se sastoji od Centra, podcentara i 3 alarmne stanice. Oprema je proizvedena , ali još nije puštena u rad.

• U 2009 godini ugovoren je i završen Glavni projekat Sistema OiOU za termoelektranu Gacko u RS u BiH. Projekat je završen i predat, i uspešno završena njegova revizija. Očekuje se raspisivanje tendera, ugovaranje i isporuka Sistema OiOU.

• U junu 2010 ugovoren je Idejni projekat i rekonstrukcija ranije

isporučenog sistema OiO za Rudnik u Gornjem Milanovcu, sa opštinskim centrom u Gornjem Milanovcu, podcentrom na brani i tri alamne stanice. Projekat je završen i predat. Očekuje se realizacija ove rekonstrukcije u prvoj polovini 2011 godine.

• U 2010 godini ugovorena je izrada Idejnog rešenja za branu Vrutci kod Užica. Projekat je završen i očekuje se njegova primopredaja u ovom , ili narednom mesecu.

• U 2010 godini je ugovoren prvi izvozni posao. Na međunarodnom tenderu je dobijen posao i potpisan ugovor za isporuku 15 alarmnih stanica snage 115 dBm za potrebe Ministarstva odbrane Alžira. Realizacija je u toku , isporuka je planirana u aprilu 2011 godine.

• U januaru 2011 je dogovorena realizacija Faze II za HET Trebinje koja se sastoji od isporuke i povezivanja narednih 10 alarmnih stanica, kao proširenje već puštenog u rad sistema OiOU.

OPREMA SISTEMA Oprema koja čini Sistem za osmatranje, obaveštavanje i uzbunjivanje se može podeliti na sledeće funkcionalne celine:• Podsistem za daljinsko

aktiviranje sirena, koji se sastoji od :- Centralnog uređaja - Uređaja podcentra - Perifernog uređaja

Podsistem kao celina, obezbeđuje daljinsko aktiviranje elektronskih alarmnih sirena i nadzor nad radom sistema u celini.• Elektronska alarmna sirena,

je izvršni elemenat sistema koja obezbeđuje pored osnovne funkcije, a to je emitovanje odgovarajućeg znaka uzbune, i mogućnost emitovanja govorne poruke (iz Centra, ili lokalno).

• Sistem besprekidnog napajnaja, koji obezbeđuje funkcionisanje Sistema u vanrednim prilikama i otežanim uslovima kada ne postoji napajanje iz mreže, bilo zbog lokalnog kvara ili generalnog ispada elektroenergetskog sistema.

Telekomunikaciona oprema • TELECOM veze, ili sopstvene TT

parice• Standardne VHF, ili UHF radio

stanice• Wireless računarska mreža• Optički kablovi• GPRS modemi – kao rezervni

prenosni put

Telekomunikacioni sistem realizovan za potrebe Sistema OiO

za HE Bajina Bašta

TEHNIČKE KARAKTERISTIKE OPREME SISTEMA OIO

INSTITUTA “MIHAJLO PUPIN”Alarmni signali6 osnovnih (prema JUS Z.F1.002) i2 rezervna

Blok šema tipičnog Sistema OiO, koji se sastoji od Operativnog centra sistema, podcentra na brani i alarmnih stanica

[240]

energija

Osnovna frekvencija signala300 do 3000 Hz, podesivaDevijacija frekvencije ± 50 do ± 250 Hz, podesivaTrajanje ciklusa zavijajućeg tona 4 ± 0,5 sPrenos govoraPreko lokalnog mikrofona ili iz centra u opsegu od 300 do 3500 HzIzlazna snaga pojačavača max 1200WAktiviranje alarma lokalno ili daljinskoDaljinsko komandovanja: ručno i/ili automatski, selektivno: pojedinačno i/ili grupno

Telekomunikacione veze: Standardna telefonska linija (iznajmljena, ili komutirana), optika, VHF ili UHF radio veza, Wireless računarska komunikacija, GPRS modem Nivo zvučnog pritiksa (na 30 m, rastojanja od sirene) 115 dB (C) pri kružnoj karakteristici usmerenosti 122 dB (C) pri uglu zračenja od 90° u horizontalnoj ravniNapajanje Iz baterija sa automatskim dopunjavanjemBaterije olovne 48 V = (4 x 12 V)/ 50 Ah

Punjač: ulaz: 220 V/50 Hz, izlaz: 48 V= , I max (struja punjenja): 8 ADimenzije ormana alarmne stanice600 x 600 x1200 mmMasa ormana sa alarmno-pojačavačkim uređajem, sa punjačem i baterijama 125 kgTemperaturni ospeg rada- 25 do + 55 °C za zvučničku skupinu - 15 do + 55 °C za elektronsku opremu Temperaturni opseg skladištenja- 40 do + 70 °C

3 alarmne stanice spremne za isporuku – HE “Višegrad”

Zvučnička skupina na upravnoj zgradi brane “Prvonek”- Vranje

Montaža zvučničke skupine Upravna zgrada HE T – Trebinje, Republika Srpska, BiH

ORGANIZACIONE I PROJEKTNO-TEHNIČKE NOVINESISTEMA OSMATRANJA I OBAVEŠTAVANJA

SLIKE OPREME I OBJEKATA SA SISTEMIMA OIO INSTITUTA “MIHAJLO PUPIN”

Telekomunikacioni sistem realizovan za potrebe Sistema OiO za HE Bajina Bašta

Alarmna stanica na objektu

Zvučnička skupina

[241]

energija

Zoran Stojanović, Ivan Gajić, Milorad Jovanović, Miloš MilićPD Termoelektrane “Nikola Tesla”, Obrenovac

UDC: 621.18.004:621.311.22

Mogućnosti ušteda energije i vremena startovanja blokova TENT B (2x620MWe)

1. UvodNa blokovima B1 B2 Termoelektrane “Nikola Tesla B” (TENT B) u Obrenovcu, čija je pojedinačna nominalna bruto električna snaga 620 MWe, ugrađeni su istovetni protočni kotlovi toranjske konstrukcije nominalnih radnih parametara:• Produkcija sveže pare 1880 t/h;• Pritisak sveže pare na izlazu iz

kotla 186,5 bar• Temperatura sveže i među pare na

izlazu iz kotla 540oC.Kotao dozvoljava rad sa suvom fl ašom SB, (slika 1), pri opterećenju 30 ÷ 100%.Pri startovanju bloka i opterećenju do 30%, kotao se napaja sa 564 t/h, sa 2 elektro napojne pumpe, a voda izdvojena iz separatora SP, preko startne boce SB, odvodi se preko startnog ventila SV12 u kotlovski ekspander KE, a odatle u startni rezervoar SR ili preko sifona u prelivnu komoru rashladne vode pa u recipijent (reku Savu). Ako je kvalitet kotlovske vode u startnom rezervoaru dobar onda se pompom startnog rezervoara PSR preko startnog ventila SV30 odvodi u kondenzator K. Međutim, ukoliko kvalitet vode iz kotla nije zadovoljavajući, voda se pompom PSR preko ventila SV35 odvodi u prelivnu komoru rashladne vode.Mogućnost dodavanja u sistem, hemijski pripremljene dodatne vode je ograničena na 400 t/h, pa se deo vode mora odvoditi u kondenzator preko ventila SV15 i SV30 ili direktno preko ventila SV10 i SV11. Da bi se voda mogla odvoditi u kondezator mora biti ispunjen uslov da je pritisak u kondenzatoru

manji od 0,5 bara. Za vreme odvođenja nečiste vode iz kotla, kotao se održava na minimalnom konstatnom opterećenju, pri čemu je u radu odgovarajući broj mazutnih gorionika.

2. Postupak startovanja blokova TENT B

Neposredno pre potpale kotla uključivanjem mazutnih gorionika, kotao se puni zagrejanom do ∼100 oC degaziranom vodom sa 300

SažetakZa startovanje blokova vrši se priprema termičkih i hemijskih parametara pare pre puštanja u turbinu koji zavise od pogonskog stanja postrojenja bloka.Postoje sledeća pogonska stanja bloka:1. Hladni start bloka posle dužeg zastoja ili remonta (kotao i turbina u

hladnom stanju)2. Startovanje bloka posle zastoja od 36 sati (kotao hladan, turbine topla)3. Startovanje bloka posle zastoja do 8 sati (kotao i turbine topli).Kod svakog startovanja bloka postavlja se cilj maksimalnog smanjenja potrebnog vremena za startovanje uz minimalan gubitak toplote (minimalna potrošnja tečnog goriva, pomoćne pare i demineralizovane vode ).U radu su prikazana neka moguća rešenja adaptacije tehnološke šeme bloka TENT B, koja bi omogućila smanjenje potrebnog vremena za startovanje i uštedu energije.Ključne reči: Energija, kotao, startovanje.

Possibility of saving energy and time for start up of the unit TENT B (2x620MWe)For start up of unit, a preparation of thermal and chemical steam parameters is done before introducing it into turbine, which depends on operating status of the unit facility.There are the following operating conditions of the unit:1. Cold start up of the unit after a long delay or overhaul (boiler and turbine

in a cold condition)2. Start up of the unit after the delay of 36 hours (cold boiler, turbine hot)3. Start up of the unit after the delay up to 8 hours (boiler and turbine hot).At each start up of the unit, the goal is to maximally reduce the required start up time and to minimize the heat losses (minimum consumption of liquid fuels, auxiliary steam and demineralized water).The paper presents some possible solutions for technological adaptation of the schemes for unit TENT B, which would enable the reduction of time required for starting and energy saving.Key words: Energy, boiler, start.up.

[242]

energija

Slika 1 Uprošćena tehnološka šema bloka sa dodatnim zagrejačem kondenzata - DZK

[243

energija

t/h. Kada je kotao napunjen, tj. dobijen nivo u kotlovskoj boci, dalje se napajanje kotla vrši sa 564 t/h, pomoću dve elektro motorne napojne pumpe. Da bi se uspostavila stalna cirkulacija kroz kotao neophodno je obezbediti vakum u kondenzatoru tj. da je pritisak manji od 0,5 bar, da bi se voda iz startne boce mogla odvoditi preko ventila SV10 i SV11 u kondenzator. Ako kvalitet vode nije zadovoljavajući prema VGB normama onda se voda odvodi u kotlovski ekspander i preko sifona u prelivnu komoru. Voda se u prelivnu komoru odvodi direktno iz kotlovskog ekspandera ili pumpom startnog rezervoara. Kod odvoženja vode u prelivnu komoru mora se voditi računa da je moguće dopunjavati sistem demi vodom preko kondenzatora do 400 t/h. U toku cirkulacije vode kroz kotao, napojna voda se zagreva do ∼100 oC, i degazira dovođenjem pomoćne pare sa drugog bloka, koji je u radu ili iz pomoćne kotlarnice. U koliko se pojavi problem dopunjavanja sistema, može se jedan deo vode preko ventila SV12 odvoditi u

prelivnu komoru, a drugi deo preko startnog rezervoara startnih pumpi i startnog ventila SV30 u kondenzator.Čim se dostigne odgovarajući kvalitet kotlovske vode može se celokupna količina vode odvoditi u kondenzator preko regulacionih ventila SV10 i SV11, koji regulišu nivo u startnoj boci. Međutim, ukolko se celokupna količina vode iz kotla preko startne boce i regulacionih ventila SV10 i SV11 odvodi u kondenzator, pojavljuje se višak vode zbog pomoćne pare koja mešanjem sa kondenzatom zagreva i degazira vodu u napojnom rezervoaru. Pri povećanju toplotnog opterećenja, raste pritisak i temperatura u kotlu, a povećava se i specifi čna zapremina vode, što dovodi do pojave viška vode u sistemu koji se preko startnog ventila SV12 odvodi u prelivnu komoru. Rad regulacionog ventila SV12 prikazan je na slici 2. Otvorenost ventila SV12 zavisi od nivoa u startnoj boci i pritiska u kotlovskom ekspanderu. Na pritisku od 1,5 bar u kotlovskom ekspanderu, dolazi do zatvaranja regulacionog

ventila SV12 (deluje zaštita od pritiska u kotlovskom ekspanderu). Zatvaranjem regulacionog ventila SV12, regulaciju nivoa u startnoj boci preuzimaju ventili SV10 i SV11, preko kojih se voda odvodi u kondenzator.Na opterećenju kotla oko 30 %, dolazi do potpunog isparavanja vode na izlazu iz isparivača, pa nema porasta nivoa u startnoj boci i regulacioni ventili SV10 i SV11 se zatvaraju.U toku startovanja bloka para iz separatora se preko pregrejača, bajpasa visokog pritiska međupregrejača i bajpasa niskog pritiska odvodi u kondenzator. Kada se dostignu parametri pare na izlazu iz kotla (koji zavise od termičkog stanja turbine), para se pušta u turbinu i izvodi na 3000 o/min, izvrši sihronizacija generatora sa mrežom i nastavi sa dizanjem opterećenja. Dalje dizanje opterećenja kotla vrši se u zavisnosti od mogućnosti turbine (termičkog stanja) za preuzimanje opterećenja. Sa povećanjem opterećenja turbine, dolazi do pritvaranja ventila bajpasa VP i bajpasa NP, a kada se oni zatvore, regulacija bloka prelazi na klizni pritisak (pritisak u zavisnosti od snage bloka)

3. Mogućnosti uštede energije u startovanju blokova TENT B

Na uprošćenoj šemi bloka sa dodatnim zagrejačem kondenzata DZK (slika1) prikazane su mogućnosti korišćenja toplote iz kotla u startovanju bloka koja se sada preko pare iz kotlovskog ekspandera odvodi u atmosferu i preko vode odvodi u prelivnu komoru. Korišćenjem te pare i vode za zagrevanje kondenzata pre dovodjenja u napojni rezervoar, smanjuje se potrebna količina pomoćne pare za zagrevanje vode u napojnom rezervoaru. Na šemi (slika 1) je prikazan dodatni zagrejač kondenzata, u kome se kondenzat pre dovođenja u napojni rezervoar zagreva parom iz kotlovskog ekspandera, u kome se reguliše pritisak do 1,4 bar. U startu bloka, u kotlovski ekspander, dolazi para od isparavanja vode iz startne boce koja se dovodi preko startnog ventila SV12, odvodnjavanja pregrejača, međupregrejača i parovoda. Na izlazu pare iz kotlovskog ekspandera predviđena je ugradnja dodatnog startnog regulacionog ventila (DSRV), koji će održavati pritisak u

Slika 2 Pritisak u kotlovskom ekspanderu i otvorenost startnog ventila SV12 za vreme starta bloka iz hladnog stanja

[244]

energija

kotlovskom ekspanderu do 1,4 bar.Voda iz kotlovskog ekspandera, koja se sada odvodi u prelivnu komoru, vodiće se preko hladnjaka u postrojenje za prečišćavanje, a odatle u rezervoare dodatne demi vode. Voda koja se zbog nezadovoljavajućeg kvaliteta prema VGB normama odvodi u prelivnu komoru, je boljeg kvaliteta od bunarske vode koja se koristi za dobijanje demineralizovane vode.Međutim, sa stanovišta ekologije nije dozvoljeno da se ta voda ispušta u recipijent, jer sadrži amonijak, hidrazin itd.

4. ZaključakOvaj rad ima za cilj da ukaže na mogućnosti uštede energije u kretanju blokova TENT B, odgovarajućom izmenom i dopunom tehnološke šeme bloka.Blokovi TENT B, projektovani su sedamdesetih godina prošlog veka, kada se nije razmišljalo o svim mogućim uštedama energije i zaštiti životne sredine. Rad ima za cilj da podstakne potencijalne istraživače na fakultetima i institutima i ukaže na mogućnosti uštede energije i vremena startovanja blokova, kao i doprinos u zaštiti životne sredine.Autori namerno u radu nisu dali očekivane ekonomske efekte koji se mogu ostvariti u startovanju blokova, izmenom i dopunom tehnološke šeme bloka, jer to prepuštaju potencijalnim istraživačima, koji treba da daju primenljivo i prihvatljivo projektno rešenje za postojeće stanje blokova TENT B. Smatramo da ovaj naš rad može da bude izazov za istraživače koji imaju inženjerske hrabrosti ,a bave se čisto teoretskim istraživanjima zbog nedovoljne saradnje naučnih institucija sa privredom.. Realizacijom ovog i sličnih primenljivih projekata mogu se ostvariti merljivi rezultati sa efektima uštede energije .. Nadamo se da će Ministarstvo prosvete i nauke odobriti i dodatna podsticajna sredstva za realizaciju ovog i sličnih Inovacionih projekata koji će doprineti značajnoj uštedi energije uz minimalna ulaganja.

5. LiteraturaPogonska dokumentacija za TENT B od fi rmi ABB, Megadex i Rafako

Славица Цицовић, Предраг Шекељић

UDC: 621.311.22:34

Имовинско правни послови градње ТЕНТ 3

1. Уводне напоменеУ периоду до 1985. године реализована је прва фаза изградње термоенергетских блокова на локацији Ворбис, код Обреновца, изградњом два блока укупне снаге 2 X 620МW (ТЕ „Никола Тесла Б“). Пројектно техничком документацијом која је изређена током 1984. године, на овој локацији је предвиђена изградња још два блока исте снаге, који би као основно гориво користили лигнит из колубарског угљеног басена. У том смислу, током изградње преве фазе ТЕ „Никола Тесла Б“, блокова Б1 и Б2, пројектована су и изграђена поједина постројења и објекти

који су предвиђени и за потребе II фазе изградње.Сaгласно плановима развоја ЈП ЕПСа у току 2003. године указала се потреба за анализом могућности и оправданости наставка изградње на постојећој локацији Ворбис. Из тог разлога се 2006. године пристпило изради „Претходне студије оправданости са Генералним пројектом ТЕ „Никола Тесла Б“ - II фаза, изградња блока 3 укупне снаге до 800 МW“.Влада Републике Србије je закључком 05 Број: 312-495/2006 од 2. фебруара 2006. године прихватила Информацију о основама за заједничко улагање

СажетакНа основу тендерском процедуром захтеваног техничко – технолошког решења за изградњу високо ефикасног блока модерне конструкције на локацији ТЕ „Никола Тесла Б” ЈП ЕПС је дефинисао потребну површину за изградњу једног оваквог постројења. У оквиру тендерске документације документом „Спецификација ЕПС-овог улога у ТЕНТ Б3” достављен је списак парцела које у оквиру три техничко – технолошке целине и то:1. Главног погонског објекта и објекта за одсумпоравање,2. Депоније угља и3. Депоније пепела, а на подручју три катастарске општне (КО Ушће, КО ГРАБОВАЦ и КО Дрен), формирају потребан простор за изградњу будућег блока.Извршење овог задатка обухвата следеће активности:− Идентификација земљишта које се преноси у Пројектну компанију,− Прибављање имовинско правне документације,− Припрема прилога и имовинско правне документације за доношење одлуке Владе Републике Србије о преносу средстава у својину ЈП ЕПСа,

− Израда пројекта препарцелације и парцелације и− Кратак преглед активнсти од оснивања Пројектне компаније до почетка изградње.

[245]

energija

за завршетак изградње ТЕ Колубара Б и опредељење да се финансирање изградње производних капацитета ТЕ Колубара Б инсталисане снаге око 700 MW (два блока по 350 MW) обезбеди путем заједничког улагања ЈП ЕПС и стратешког партнера који ће бити изабран у тендерској процедури. „Стратегијом развоја енергетике Републике Србије за период до 2015 године“ („Службени гласник РС“, број 44/ 05), а у складу са Уредбом о утврђивању „Програма остваривања стратегије развоја енергетике Републике Србије до 2015. године за период од 2007. до 2012. године“ („Службени гласник РС“, бр. 17/07) у сектору Eлектроенергетике - Изградња термоенергетских постројења на колубарски лигнит, као најзначајнији пројекти којима се обезбеђује сигурност и редовност снабдевања електричном енергијом, од кључног значаја за енергетски систем Републике Србије и региона, предвиђена је као једна од могућих опција довршетак изградње започетих блокова у ТЕ „Колубара Б“ (два пута 350 MW) и изградња савременог, новог блока номиналне снаге око 700 MW, са наткритичним параметрима. У току припреме тендерске процедуре за избор стратешког партнера за завршетак изградње ТЕ „Колубара Б“, на основу енергетских, техничко-технолошких и економско-финансијских услова, утврђена је опције из Стратегије која дефинише изградњу једног капацитета од 700 MW у циљу задовољења раста потрошње електричне енергије, и другов капацитета од 700 MW као заменског капацитета за старе, неефикасне и еколошки неприхватљиве термо блокове.Након доношења неопходних пословних одлука од стране органа ЈП ЕПСа Влада Републике Србије је закључком 05 број: 312-77371/2007-5 од 11. децембра 2008. године прихватила Информацију о активностима за реализацију заједничких улагања ЈП ЕПС и стратешких партнера ради изградње ТЕ „Колубара Б“ и ТЕ „Никола Тесла Б3“.Након тога, у циљу даљег развоја и изградње електроенергетског система ЈП Електропривреда

Србије је 20. јануара 2009. године објавила међународни јавни позив којим је позвала потенцијалне партнере за заједничко улагање, изградњу и управљање новим термо капацитетом снаге око 700 МW са наткритичним параметрима и отвореним системом хлађења на локацији ТЕ Никола Тесла Б („Пројекат ТЕНТ Б3“).У првој фази Тендерског поступка потенцијални понуђачи су доказивали испуњење квалификационих услова и до 17. априла 2009. године пристигла је квалификациона документација за шест понуђача. Након извршеног отварања пристиглих квалификационих докумената и прегледа и анализе приложених 11. маја 2009. године објављена је листа потенцијалних партнера и започети су тендерски поступци у којима је квалификованим понуђачима достављена тендерска документација. За пројекат ТЕ „Никола Тесла Б3“ постављене квалификационе критеријуме испунило је пет понуђача, а за пројекат ТЕ „Колубара Б“ четири.ЈП ЕПС је доставио, септембра 2009. године квалификованим стратешким партнерима, тендерску документацију, коју поред Правила тендерског поступка и Упутства понуђачима за припрему и сачињавање понуде, Информационог меморандума чине основни уговори за реализацију Пројеката (Уговор о зајeдничком улагању, Уговор о оснивању, Уговор чланова, Уговор о продаји електичне енергије, Уговор о продаји угља). Од квалификованих стратешких партнера за пројекат изградње ТЕ „Никола Тесла Б3“ тендерску документацију су откупили (Заинтересовани учесници ):- Edison SpA, Foro Buonaparte 31,

20121, Milan Italy- CEZ a.s, Duhova 2/1444,140 53

Prague 4,Czech Republic- RWE AG, Rellinghauser Strasse

37,45128 Essen,GermanyУ оквиру Тендерске документације такође је

квалификованим стратешким партнерима достављен и документ „Спецификација ЕПС-овог улога у ТЕНТ Б3 који је обухватио спискове земљишта, грађевинских објеката и опреме. У делу документа који се односи на земљиште достављен је списак парцела којe у оквиру три техничко – технолошке целине, (табела 1), а на подручју три катастарске општине (КО Ушће, КО Грабовац и КО Дрен), формирају потребан простор за изградњу будућег блока. Како би у складу са новим Законом о планирању и изградњи, који је усвојен крајем септембра 2009. године („Сл. Гласник РС“, бр. 72/2009) реализовали пренос предметних целина на будућ Пројектну компанију јавила се потреба за израдом „Пројекта препарцелације и парцелације са пројектом геодетског обележавања“.Закључком 05 број: 023/4708/2009 од 24. јула 2009. године Влада Републике Србије је прихватила Информацију о спровођену статусне промене одвајања дела имовине и обавеза ПД ТЕ Никола Тесла и припајање ЈП ЕПС ради даљег улагања ове имовине у привредна друштва која ће бити основана са Стратешким партнером у циљу изградње ТЕ „Никола Тесла Б3“.„Правилником о допунама Правилника о организацији и систематизацији послова у ЈП ЕПС“ од 01.10.2009. године формирана је нова организациона целина (Сектор – „Пројекат ТЕ „Никола Тесла Б3“) у оквиру Дирекција за стратегију и инвестиције, ЈП Електропривреда Србије и дефинисани послови у вези са реализацијом пројекта „Изградња блока ТЕНТ Б3“.Због застоја у тендерским поступцима и отклањања сметњи на које су указали потенцијални партнери, Влада Републике Србије је на иницијативу ЈП ЕПС образовала Радну групу за координацију активности на реализацији пројеката за завршетак изградње ТЕ „Колубара

Табела 1

[246]

energija

Б“ и ТЕ „Никола Тесла Б3“ (Одлуком 05 број: 02-2619/2010, од 8. априла 2010. године).Влада Републике Србије је 3. јуна 2010. године, усвојила закључак 05 бр. 312-4189/2020, којим су утврђене активности за измене оснивачког аката ЈП ЕПС у смислу стицања својине на стварима која ће представљати улог у привредна друштва, која ће се основати са изабраним стратешким партнерима, и припрему елемената уговора о поверавању обављања делатности производње електичне енергије, који ће закључити Влада и Привредна друштва која ће се основати за реализацију Пројеката.Влада Републике Србије је 29. јула 2010. године, донела ОДЛУКУ О ДОПУНАМА ОДЛУКЕ О ОСНИВАЊУ ЈАВНОГ ПРЕДУЗЕЋА ЗА ПРОИЗВОДЊУ, ДИСТРИБУЦИЈУ И ТРГОВИНУ ЕЛЕКТРИЧНЕ ЕНЕРГИЈЕ, чиме је у својину ЈП ЕПС-у пренела средства у функцији завршетка изградње ТЕ „Колубара Б“ и ТЕ „Никола Тесла Б3“. Ова средства ће ЈП ЕПС унети као улог у привредна друштва која ће основати са Стратешким партнерима.У досадашњем току Тендерске процедуре на основу датих коментара, предлога и сугестија, постављених питања заинтересованих учесника на тендеру за улагања у Пројекате који су предмет тендера, као и оцене отворених или спорих питања на која су указали поједини заинтересовани учесници, дошло се до списка неопходних услова на реализацији пројекта:- Гаранције да ЈП ЕПС може да располаже имовином која ће представљати његов оснивачки улог, односно да ту имовину може уложити у имовину привредних друштава која би основалa са стратешким партнером (Пројектна компанија) и да са уложеном имовином Пројектна компанија може слободно да располаже.

- Неопходност да се пре измене акта о оснивању ЈП ЕПС, разреше сва спорна питања везана за имовину која није обухваћена Одлуком о статусној промени, а од чијег решавања зависи попис, обим и вредност имовине коју ЈП ЕПС улаже као свој улог у Пројектне компаније.

- У року завршетка Студије изводљивости, одабраном стратешком партнеру са којим је формирана Пројектна компанија за изградњу блока ТЕНТ Б3 је неопходно ставити на располагање документацију која доказује власништво ЈП ЕПС на предметном земљишту.

- Такође, реализација инвестиционих пројеката ТЕ „Колубара Б“ и ТЕ „Никола Тесла Б 3“, претпоставља предузимање разноврсних и сложених активности у поступку избора стратешких партнера и закључивања уговора о оснивању привредних друштава, као и доношење већег броја аката из делокруга Владе, односно надлежних државних и регулаторних тела у складу са прописима из области енергетике, рударства и геолошких истраживања, планирања и изградње, заштите животне средине, као и прописа којима се уређују услови обављања делатности од општег интереса, јавне набавке, заштита конкуренције и других прописа од значаја за реализацију инвестиције и изградњу објеката за производњу електричне енергије. Преглед и начин реализације ових активности неће бити предмет овог рада.

2. Идентификација земљишта које је предмет трансакције

Како би се прецизно и у потпунсоти идентификовале и дефинисале непокретности које ће представљати улог ЈП ЕПС у Пројектну компанију у оквиру ЈП ЕПСа на овом послу су ангажовани запослени из Дирекције за правне послове ПД ТЕНТа, Оперативног тима за реализацију Пројекта ТЕНТ Б3 (запослени у ПД ТЕНТу), Дирекције за правне послове ЈП ЕПСа и Дирекције за стратегију и инвестиције - Пројекат ТЕНТ Б3. Ова група запослених имала је непрекидну и непосредну комуникацију на решавању насталих проблема са Министарством рударства и енергетике, Министарством заштите животне околине и просторног планирања, Градском Општином Обреновац, Службом за катастар непокретности Обреновац и одабраним извођачем за геодетске послове предузећем „Геодата“.

На реализацији овог посла активно је коришћено више софтверских пакета (пре свих AutoCAD и Windows Excel), званична електронска и писана документације (дигитални катастарски планови, листови непокретност, земљишне књиге, експроприациона документација, судски списи итд.).По обављеној идентификацији непокретности, сачињена је база података са списковима катастарских парцела, како би се наставило са активностима на комплетирању имовинско правне документације, а такође су израђени цртежи на основи катастарских планова локације са означеним власништвом.Обзиром на захтеве заинтерсованих стратешких партнера активности на идентификацији непокретности и правима на њима су проширени на комплетну локацији ТЕ „Никола Тесла Б“. Укратко захтеви зинтересованих стратешких партнера су да се уреди имовинско правни статус и осталог земљишта (оног које није део улога ЈП ЕПСа и који остаје у власништву ПД ТЕНТа) на локацији ТЕ „Никола Тесла Б“ како би се током будуће изградње блока Б3 избегли сви имовинско правни проблеми. Наиме, многе активности укључујући и привремено градилиште за изградњу блока ће се налазити на земљишту које није власништво будуће Пројектне компаније па је из тог разлога неопходно да ПД ТЕНТ буде власник истог како би било могуће потписати уговоре о њиховом коришћењу.У току активности на идентификацији земљишта које је предемт трансакције захваљујући сопственој одлуци и изузетном напору Службе за катастар непокретности Обреновац делови катастарских општина на којима се налази предметно земљиште су преведени на Дигиталне катастарске планове са формираним дигиталним базама података катастра непокретности што је омогућило далеко бржи и ефикаснији рад и тачно дефинисање граница експропријације и списка припадајућих парцела, брже претраживање базе податак са листовима непкретности као и прецизну идентификацију парцела

[247]

energija

на којима ће се реализовати изградња објеката блока ТЕНТ Б3.На основу израђене имовинске базе података за локацију ТЕ „Никола Тесла Б“ дошло се до коначног стања од 1913 катастарских парцела укупне површине 832ha 11a 58m2. Од ове површине 662 парцеле или 348ha 60a 82m2 требало је пренети на ЈП ЕПС у циљу реализације пројекта. Када је у питању власничка структура идентификована су власништва различитих физиких лица, власништво АД „Драган Марковић” у приватизацији и државна својина са правом коришћења ПД ТЕНТ, ГО Обреновац, ЈВП Србијаводе и Министарства пољопривреде шумарства и водопривреде.Потребно је напоменути да је оваква структура власништва (као последица недовршене или неажурно спроведене експропријације) узроковала да се приступило преношењу целих парцела на ЈП ЕПС, а не идеалних делова које би чиниле Тендердом дефинисане тачне површине. Ово за последицу има да ће након обављене препарцелације бити неопходно делове парцела које су пренете на ЈП ЕПС у форми власништва, а неће ући у власништво Пројектне компаније, вратити у државну својину са правом коришћења ПД ТЕНТ. Постојећа законска регулатива Републике Србије за сада не познаје овакву врсту имовинске конверзије.

3. Прибављање имовинско правне документацијњ

Одлуком о допунама Одлуке о оснивању Јавног предузећа за производњу, дистрибуцију и трговину електричне енергије Владе Републике Србије 05 број: 023-5263/2010-1 од 29. јула 2010. године („Службени гласник РС“, бр. 54/2010 од 4.8.2010. године) пренете су у својину ЈП ЕПС 662 парцеле укупне површине 348ha 60a 82m2. Предуслов за укрупњавање ових парцела, а затим и формирање нових целина које се преносе, представља решавање имовинско-правних односа за 18 парцела и уцртавање путне мреже преко тих парцела. Провером у Служби за катастар непокретности Обреновац, утврђено је да је од 18 „спорних” парцела 14 парцела уписано као

својина физичких лица, 3 парцеле су друштвена својина са правом коришћења у корист АД „Драган Марковић“ Обреновац, а 1 парцела је уписана као државна својина са правом коришћења у корист Министарства пољопривреде, шумарства и водопривреде.У зависности од власничке структуре, решавање имовиснко – правних односа за ових 18 парцела спроведи се у три поступка, и то:

Парцеле у својини физичких лицаЗа катастарске парцеле на којима је извршена фактичка експропријација, а у јавним регистрима су као власници уписана физичка лица, могућа решења за пренос права коришћења су:

- Проналажење Решења о експропријацији у државним архивама,

- Проналажење релеватне документације код самих физичких лица,

- Судски поступак, по тужби ТЕНТа, против физичких лица,

- Поравњање закључено пред судом,

- Поновна експропријација.Од укупно идентификованих 14. спорних парцела у власништву физичких лица, до сада су решени имовинско правни односи за 4 парцеле (на основу решења о експропријацији која су пронађена у архиви Градске општине Обреновац 2 парцеле уписане су као државна својина, са правом коришћења у корист ПД ТЕНТ Д.О.О. Обреновац. У судском поступку по тужби ТЕНТа против физичких лица, донете су 2 пресуде којима је утврђено да је ПД ТЕНТ Д.О.О. Обреновац стекао право својине по основу одржаја на 2 спорне парцеле. На основу ових пресуда, на једној парцели у катастру непокретности извршен је упис државне својине, са правом коришћења у корист ПД ТЕНТ Д.О.О. Обреновац, а за другу парцелу поднет је захтев катастру за упис ове непокретности у корист ТЕНТ-а).За 5. парцела у току је поступак по тужби ПД ТЕНТ Д.О.О. Обреновац против физичких лица, ради одржаја.За 4. парцеле не постоје услови за покретање и вођење судског поступка, јер су власници тих парцела умрли, а оставински

поступак иза смрти тих власника није спроведен. Власник 1 парцеле налази се у иностранству и његова адреса је непозната. Као решење проблема за ове парцеле предложено је закључивање судског поравнања са наследницима, уз обавезу ТЕНТа да исплати накнаду за земљиште. Очекује се да ће ови поступци и упис ПД ТЕНТ Д.О.О. Обреновац као корисника бити завршени најдаље до 31.12.2011. године.

Парцеле које су у друштвеној својини са правом коришћења АД „Драган Марковић“Ове парцеле су уписане као друштвена својина са правом коришћења у корист АД „ДраганМарковић“ Обреновац. Договорено је да ПД ТЕНТ у што краћем року покрене поступак преноса права коришћења на непокретностима које се воде на АД „Драган Марковић“. Поступак око преноса права коришћења биће завршен у складу са позитивним законским прописима до 31.12.2011. године.

Парцеле које су у државној својини са правом коришћења Министарства пољопривреде, шумарства и водопривредеПоднет је захтев Служби за катастар непокретности Обреновац да изврши упис у корист Министарства пољопривреде.Након завршетка горе наведених активности одлуком Владе Републике Србије ова имовина ће бити, у функцији изградње ТЕ „Никола Тесла Б3”, пренета у својину Јавног предузећа „Електропривреда Србије”.Као што је већ речено захтеви зинтересованих стратешких партнера су да се уреди имовинско правни статус и осталог земљишта (оног које није део улога ЈП ЕПСа и који остаје државна својина са правом коришћења ПД ТЕНТа) на локацији ТЕ „Никола Тесла Б. Обзиром на ове захтеве активности на прибављању имовинско правне документације су проширени на комплетну локацији ТЕ „Никола Тесла Б“. У односу на парцеле које нису директно везане за пројекат ТЕ „Никола Тесла Б3” а налзе се у комплексу ТЕ „Никола Тесла Б”, и које су тренутно уписане у јавним

[248]

energija

књигама као власништво трећих лица, покренути су поступци ради решавања имовинско – правних односа и уписа права коришћења ПД ТЕНТ Д.О.О. Обреновац, и то:

Парцеле у својини физичких лицаИмовинско – правни односи биће решени на основу тужби ПД ТЕНТ Д.О.О. Обреновац за одржај у поступцима пред надлежним судом. На основу правноснажних пресуда ове парцеле биће уписане као државна својина са правом коришћења ПД ТЕНТ Д.О.О. Обреновац.

Парцеле у државној својиниПарцеле које су у државној својини са правом коришћења ГО Обреновац, Министарства пољопривреде шумарства и водопривреде и ЈВП Србијаводе биће пренете као државна својина са правом коришћења ПД ТЕНТ Д.О.О. Обреновац у складу са позитивним законским прописима уз сагласност Републичке дирекције за имовину.Потребно би било нагласити да је интенција руководства ПД ТЕНТа да се комплатна локација ТЕ „Никола Тесла Б“ уреди у складу са Планом генералне регулације за ово подручје. То ће у завршној фази подразумевати „размену” имовине између ПД ТЕНТа, ГО Обреновац, ЈВП Србијаводе и ЈП Путева Србије у циљу превођења земљишта и објеката власницима према намени у складу са ситуацијом на терену, а у складу са планском документацијом (подручје термоелектране, регионални пут, локални путетви и канали).

4. Одлука Владе Републике Србије

Влада Републике Србије је донела Одлуку о допунама одлуке о оснивању јавног предузећа за производњу, дистрибуцију и трговину електричне енергије 05 број: 023-5263/2010-1 од 29. јула 2010. године („Службени гласник РС“, бр. 54/2010 од 4.8.2010. године) (ПРИЛОГ) чиме је у својину ЈП ЕПСу пренела средства у функцији завршетка изградње ТЕ „Колубара Б“ и ТЕ „Никола Тесла Б3“. Ова средства ће ЈП ЕПС унети као улог у привредна друштва која ће основати са Стратешким партнерима. Овај закључак је у

редовној процедури претходно добио позитивна мишљења од: Министарства финансија, Министарством заштите животне околине и просторног планирања, Министарства економије, Републичког јавног правобранилаштва, Републичке дирекције за имовину и Законодавног одбора.Средства која су пренета обухватају земљиште, грађевинске објекте и опрему и обухватила су следеће неопходне податке које је ЈП ЕПС као прилог Закључку владе доставио у табели:- Земљиште: Број катастарске парцеле, Катастарску општину, Укупну површину катастарске парцеле и Број Листа непокретности или Број Земљишно књижног улошка.

- Грађевински објекти: Врста и назив објекта, Катастарску општину, Број Листа непокретности или Број Земљишно књижног улошка и Бројеве катастарских парцела

- Опрема: Назив и Опис.Земљиште тј. парцеле које су биле предмет трансакције су биле у државној својини са правом коришћења ПД ТЕНТ, ГО Обреновац, ЈВП Србијаводе и Министарства пољопривреде шумарства и водопривреде Такође, као прилог на увид су достављени и Листови непокретности и Изводи из земљишњих књига као доказ о власништву (не старији од месец дана).Обзиром да је предмет трансакције било земљиште у власништву Републике Србије и да је његова промена власништва у потпуности у складу са Планом генералне регулације тј. да се имовина овом трансакцијом приводи намени у складу са Планом за пордучје ТЕ „Никола Тесла Б“ за Одлуку Владе Републике Србије није било неопходно прибављати сагласност дотадашњих корисника имовине (ПД ТЕНТ, ГО Обреновац, ЈВП Србијаводе и Министарства пољопривреде шумарства и водопривреде).Након објављивања у „Службеном гласнику РС“ Одлуке о измени Одлуке о оснивању Јавног предузећа за производњу, дистрибуцију и трговину електричне енергије (у даљем тексту: Одлука), као и Списка средстава који је саставни део

Одлуке, поднети су захтеви за упис права својине ЈП ЕПС у јавним књигама о евиденцији непокретности и правима на њима (за КО Каленић, КО Пољане, КО Степојевац, КО Ушће, КО Дрен и КО Грабовац). Овај посао је до сада у потпуности реализован али би било потребно рећи да је у току тог процеса Републичко јавно правобранилаштво поднело жалбу на одлуку Службе за катастар непокретности Обреновац о упису права власништва ЈП ЕПСа на земљишту које је пренето одлуком Владе Републике Србије. Ова жалба је била одбијена на другостепеном органу тј. од стране Министарства заштите животне околине и просторног планирања.Одлуком Владе Репблике Србије у функцији завршетка изградње ТЕ „Никола Тесла Б3“ у власништво ЈП ЕПСа су пренете 662 катастарске парцеле у 3 Катастарске Општине укупне површине 348hа 60а 82m2

5. Израда пројекта препарцелације парцелације

На основу израђене имовинске базе података за локацију ТЕ „Никола Тесла Б“ дошло се до коначног стања од 1913 катастарских парцела укупне површине 832ha 11a 58m2. Од ове површине 662 парцеле или 348ha 60a 82m2 требало је пренети на ЈП ЕПС у циљу реализације пројекта.У оквиру Тендерске документације квалификованим стратешким партнерима је достављен и документ „Спецификација ЕПС-овог улога у ТЕНТ Б3” који је обухватио спискове земљишта, грађевинских објеката и опреме. У делу документа који се односи на земљиште достављен је списак парцела којe у оквиру три техничко – технолошке целине: Главни погонски објекат и објекти за одсумпоравање, Депонија угља и Деонија пепела, а на подручју три катастарске општине (КО Ушће, КО Грабовац и КО Дрен), формирају потребан простор за изградњу будућег блока.У међувремену је додатним анализама са овлашћеним пројектантима, пре свега на Депонији пепела, дошло до усклађивања предвиђеног површина са функционалним, техничко – технолошким и еколошким захтевима и те је за потребе изградње новог блока,

[249]

energija

кроз поступак препарцелације од земљишта обухваћеног одлуком Владе Републике Србије предвиђено формирање и у власништво Пројектне Компаније преношење следећих целина:- Простор главног погонског објекта: ≈5hа 30а 98m2,

- Простор депоније угља: ≈13hа 49а 26m2,

- Простор депоније пепела: ≈231hа 36а 26m2 и

- Простор депоније гипса: ≈33hа 38а 09 m2.Након поступка препарцелације и парцелације којим ће бити извршено укрупњавање парцела биће дефинисане тачне површине које се преносе.Тендерском процедуром је предвиђено да се у току израде физибилити студије спроведе поступак препарцелације и парцелације којим ће бити извршено укрупњавање парцела у целине које се преносе.

Пројекат препарцелације и парцелацијеПлански основ за израду Пројекта препарцелације и парцелације чини План Генералне регулације комплекса Термоелектране «Никола Тесла»-Б у Обреновцу („Сл.лист Града Београда”, бр. 59/08) што даје законску основу за даље парцелисање тог комплекса. Циљ овог Пројекта је обликовање грађевинског земљишта за потребе изградње Блока Б3. Саставни део Пројекта препарцелације је и Пројекат геодетског обележавања.Потребно је израдити 4 пројекта препарцелације, и то за:- грађевинксу парцелу за главни погонски објекат блока Б3,

- грађевинску парцелу за допрему угља,

- грађевинску парцелу за депонију пепела и

- грађевинску парцелу за депонију гипса.

Предуслови за израду пројекта препарцелације и парцелације- Оверен Катастарско – топографски план (РГЗ),

- Власнички листови и изводи из листова непокретности (након решених имовинско – правних односа, да би био дефинисан Инвеститор, односно подносилац захтева),

- Копије плана подземних инсталација (водова) (РГЗ)

- Кратак опис постојећег стања простора са описом постојећих и планираних инфраструктурних прикључака који је предмет обраде, као и текстуално образложење повода за израду пројекта и шта се планира на новоформираним грађевинским парцелама

Пројекат препарцелације и парцелацијеПројекта препарцелације и парцелације садржи: Општа документација, Текстуални део, Графички део и Документацију.Текстуални део садржи:- Повод за израду Пројекта,- Податке о локацији и постојеће стање простора. Информацију о локацији издаје Градски секретаријат за урбанизам и грађевинске послове. Захтев за издавање информације о локацији се подноси након завршетка пројекта препарцелације тј. након уцртавања путне мреже,

- Правни и плански основ,- Обухват Пројекта препарцелације,

- Правила за формирање грађевинских парцела,

- Препарцелација. Инвеститор (у овом случају и ЈП ЕПС и ПД ТЕНТ) сагласно са функционалним, техничко – технолошким и еколошким захтевима и у сарадњи са надлежним институцијама, а сходно остављеној могућности у Плану Генералне регулације мора за сваку од поменутих целина дефинисати број парцела које ће се формирати (Круг ТЕНТа Б: парцела преко зеленог појаса; Правац ТЕНТ Б до Депоније пепела: пут, пепеловод, канал; Депонија пепела: пепелиште, пут, канал, ветрозаштитни појас),

- Правила грађења,- Регулацију и нивелацију,- Саобраћај и саобраћајне површине. Због формалног пропуста током градње прве фазе ТЕ „Никола Тесла Б“ неопходне је код ГО Обреновац грађевинске дозволе за путева допунити бројевима парцела преко којих се они простиру. Услов за ово је решавање имовинско правних односа,

- Инфраструктура,- Смернице за спровођење Пројекта.Графички део садржи:- Катастарско-топографски план са границом Пројекта препарцелације,

- План препарцелације са регулацијом и нивелацијом,

- Синхрон план инфраструктуре.Документација садржи:- Обавештење Секретаријата за Урбанизам и грађевинске послове,

- Ситуацију ширег окружења,- Копију плана парцела,- Катастарско-топографски план оверен од стране РГЗа,

- Копију плана подземних инсталација (водова),

- Извод из плана,- Власничке листове.Пројекат геодетског обележавања садржи: Општу документацију, Текстуални део и Графички део.У оквиру припремљеног материјала, (ПРИЛОГ), достављамо документ у коме се налазе цртеж израђен на основи катастарског плана локације са означеним власништвом: „Karta vlasnistva_layout.pdf”.

6. Наредни кораци до почетка градње

Дозволе и сагласности које ће прибавити Пројектна компанија до почетка градње обухватају:- Прибављаење Локацијске дозволе коју издаје министарство надлежно за просторно планирање. Фазе до прибављања Локацијске дозволе подразумевају: Регулисање имовинско-правних односа, Претходне геодетски радови (путна мрежа, копија плана парцела, катастарско-топографски план), израду Пројекта препарцелације и парцелације његово усвајање (Градски секретаријат за урбанизам и грађевинске послове) и провођење промене у Служби за катастар непокретности Обреновац,

- Прибављаење Мишљење оператора преносног система о условима и могућностима прикључивања објекта ТЕНТ Б3 на преносни систем коју издаје

[250]

energija

оператер преносног система (ЈП ЕМС),

- Анализу оптималних услова прикључења објекта ТЕНТ Б3 на преносни систем коју израђије оператер преносног система (ЈП ЕМС),

- Прибављање Енергетске дозволе коју издаје министарство надлежно за енергетику,

- Решење о обављеној ревизији Студије оправданости са Идејним пројектом ТЕНТ Б3 који издаје министарство надлежно за грађевинарство,

- Прибављање Грађевинске дозволе за изградњу ТЕ „Никола Тесла Б3“ коју издаје министарство надлежно за грађевинарство,

- Сагласности на Главне пројекте давалаца услова за израду техничке документације.Техничка документација за изградњу ТЕ „Никола Тесла Б3“ коју је потребно израдити пре почетка градње обухвата:- Студију оправданости са Идејним пројектом за ТЕ „Никола Тесла Б3“ са ревизијом на државној ревизионој комисији,

- Главне пројекте за изградњу ТЕ „Никола Тесла Б3“ са техничком контролом и

- Извођачке пројекте са техничком контролом уколико Главни пројекти не садрже разраду детаља потребних за извођење радова.

[251]

Documents

Energija